解麗芳，林宏輝

(四川大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院 生物科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，成都 610065)

·實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理·

本科生物虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)思考

解麗芳，林宏輝

(四川大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院 生物科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，成都 610065)

為滿足對學(xué)生自主性、創(chuàng)新性的培養(yǎng)需求，四川大學(xué)生物科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)了WBL-100醫(yī)學(xué)機(jī)能虛擬實(shí)驗(yàn)室，并在本科生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中推廣應(yīng)用。通過問卷調(diào)查顯示，該教學(xué)方式受到了學(xué)生的一致好評。文中提出了進(jìn)一步豐富虛擬實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；推廣虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)方式；延長虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)時間；拓展虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)空間的建設(shè)思路。

虛擬實(shí)驗(yàn)室；本科生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)；問卷調(diào)查；思考

本科教學(xué)是高等教育的起點(diǎn)，是學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε嘤?xùn)的基礎(chǔ)陣地。在本科生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，為方便學(xué)生及時接觸到當(dāng)今科學(xué)研究的前沿知識和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對本科生自主性、創(chuàng)新性培養(yǎng)的需求，需要不斷引入先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法，增加先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備及配套的實(shí)驗(yàn)教師，很顯然在實(shí)際教學(xué)中無法完全滿足這一需求。

虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)利用網(wǎng)絡(luò)平臺及計(jì)算機(jī)技術(shù)代替人力和物力的快速更新，因其具有便捷性、靈活性、低成本、高效率、功能全等優(yōu)點(diǎn)[1]，可以克服本科教學(xué)中資源、課時、設(shè)備、師資各個方面的障礙，延伸教學(xué)時間，拓展教學(xué)空間，滿足高校的培養(yǎng)需求，逐漸成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索的新方向。

1 虛擬實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展現(xiàn)狀

虛擬實(shí)驗(yàn)室的概念最早是由美國弗吉尼亞大學(xué)的威·廉沃爾夫教授于1989 年提出的。所謂虛擬實(shí)驗(yàn)室就是根據(jù)現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境利用編程技術(shù)編寫的仿真性軟件，在計(jì)算機(jī)中營造一個接近或優(yōu)于真實(shí)環(huán)境的虛擬場景，通過借助軟件系統(tǒng)，操作者可以隨時進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室，通過鼠標(biāo)的點(diǎn)擊與拖拽，進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)[2-3]。

隨著虛擬實(shí)驗(yàn)室概念的提出，國內(nèi)外先后有多所高校及研究所建立了虛擬實(shí)驗(yàn)室。例如，國際上具有代表性的生物、醫(yī)學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室有：Howard Hughes 醫(yī)學(xué)研究院(HHMI)開發(fā)的細(xì)菌鑒定實(shí)驗(yàn)室、心臟病實(shí)驗(yàn)室、免疫實(shí)驗(yàn)室、神經(jīng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)室等；諾貝爾基金會開發(fā)的虛擬生化實(shí)驗(yàn)室[4-6]。國內(nèi)虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)也在快速發(fā)展，包括清華大學(xué)、浙江大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)、西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)等高校在內(nèi)的眾多院校，都建立了依托實(shí)體的虛擬儀器實(shí)驗(yàn)室并應(yīng)用于教學(xué)和科研， 取得了很好的效果[7-10]。

2 我校虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)探索

四川大學(xué)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心(以下簡稱中心)作為國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，重視對本科生自主性、創(chuàng)新性的培養(yǎng)。在中心建設(shè)過程中，我們一直致力于提高中心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，探索實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新方法。虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的出現(xiàn)，為我們提供了一個很好的途徑，我中心建立了基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的WBL-100醫(yī)學(xué)機(jī)能虛擬實(shí)驗(yàn)室。

2.1 中心虛擬實(shí)驗(yàn)室簡介

四川大學(xué)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心采用的是成都泰盟科技有限公司提供的WBL-100醫(yī)學(xué)機(jī)能虛擬實(shí)驗(yàn)室，由動物房、資料室、準(zhǔn)備室、虛擬實(shí)驗(yàn)室、考場等五部分組成，涵蓋了40 多個機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)的模擬仿真，結(jié)構(gòu)完整，內(nèi)容豐富，可同時供40名學(xué)生進(jìn)行生理機(jī)能學(xué)知識和技能的學(xué)習(xí)。其中，動物房可以增加學(xué)生對實(shí)驗(yàn)動物相關(guān)知識的了解；資料室方便學(xué)生對相關(guān)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)習(xí)和掌握；準(zhǔn)備室主要彌補(bǔ)學(xué)生實(shí)際教學(xué)中對實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)試劑等相關(guān)知識了解的不足；虛擬實(shí)驗(yàn)室則包括生理實(shí)驗(yàn)室、藥理實(shí)驗(yàn)室、病生實(shí)驗(yàn)室、人體實(shí)驗(yàn)室、綜合實(shí)驗(yàn)室等，共涉及40多個仿真技能學(xué)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可以通過虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)操作，也可以通過錄像預(yù)習(xí)相關(guān)實(shí)驗(yàn)過程；考場部分則方便學(xué)生對掌握的相關(guān)知識進(jìn)行自我考察。

2.2 虛擬實(shí)驗(yàn)室使用的問卷調(diào)查結(jié)果

通過問卷可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生希望通過虛擬實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)到合理有效安排實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)籌規(guī)劃實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的理念，以及更詳細(xì)的了解實(shí)驗(yàn)試劑、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)步驟的相關(guān)過程。而在“虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)這種教學(xué)方式有何利弊”的回答中，學(xué)生普遍認(rèn)為通過虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以補(bǔ)充理論教學(xué)中涉及而動手實(shí)驗(yàn)中無法涵蓋的知識、可以減少對動物的傷害，學(xué)習(xí)時間自由，方便快捷，直觀形象，作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的補(bǔ)充可以拓寬知識面，拓展視野。但是也存在模式固定，限制學(xué)生創(chuàng)新思維、自主能力、協(xié)同能力的弊端。

2.3 虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)思考

虛擬實(shí)驗(yàn)室作為一種新興的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，在本科生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用還不成熟。中心引入的WBL-100醫(yī)學(xué)機(jī)能虛擬實(shí)驗(yàn)室，作為今后建立規(guī)范先進(jìn)的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的試點(diǎn)，在推廣應(yīng)用過程中，發(fā)現(xiàn)了許多需要改進(jìn)的地方，結(jié)合對學(xué)生的問卷調(diào)查，我們認(rèn)為在今后的建設(shè)過程中，還需要進(jìn)行以下3個方面的改進(jìn)。

2.3.1 增加虛擬實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

我中心引入的WBL-100醫(yī)學(xué)機(jī)能虛擬實(shí)驗(yàn)室主要包括生理實(shí)驗(yàn)

室、藥理實(shí)驗(yàn)室、病生實(shí)驗(yàn)室、人體實(shí)驗(yàn)室、綜合實(shí)驗(yàn)室五個部分，主要涉及40 多個機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足中心對本科生的教學(xué)需求，學(xué)生在問卷中也表示希望能夠?qū)⑻摂M實(shí)驗(yàn)室內(nèi)容更加多樣化，增加動物解剖、人體解剖、植物生理、微生物、細(xì)胞、生化等方面的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在今后的建設(shè)中我們還擬引入植物生理、神經(jīng)生理、模式生物、基因工程、細(xì)胞工程、微生物發(fā)酵等多領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，將實(shí)際教學(xué)中因設(shè)備及試劑材料等障礙無法引入基礎(chǔ)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)通過虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式展示給學(xué)生，拓展學(xué)生視野，豐富學(xué)生知識。

2.3.2 采用虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)方式

在問卷中可以發(fā)現(xiàn)，雖然虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)受到了學(xué)生的普遍好評，但是只虛不實(shí)的教學(xué)方式在實(shí)際教學(xué)中教學(xué)效果并不理想。有的學(xué)生就提出是否可以將虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)與真實(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合起來。例如，可以將虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為學(xué)生進(jìn)行實(shí)際操作之前的預(yù)習(xí)手段，或者是作為理論教學(xué)的輔助手段。學(xué)生的反映也是我們建設(shè)過程中思考到的問題，因此虛實(shí)結(jié)合是更好發(fā)揮虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的方式，也是我們今后的建設(shè)方向。

2.3.3 延長虛擬實(shí)驗(yàn)室開放時間，拓展虛擬實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)空間

課堂集中上課是本科教學(xué)的主要方式，但是這種教學(xué)方式也是一種相對刻板的教學(xué)方式。在虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)問卷中，學(xué)生希望，一方面可以延長虛擬實(shí)驗(yàn)室開放時間；另一方面拓展虛擬實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)空間，將虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件上傳到中心信息平臺，學(xué)生可以通過自己的電腦，自主登錄虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。這也是我們追求的一種理想模式，但是由于某些軟件的版權(quán)問題，在推廣過程中障礙較大，但仍可以嘗試逐步推廣。

增加虛擬實(shí)驗(yàn)室在線交流模塊，也是一個很好的建議。通過在線交流模塊，可以進(jìn)一步增強(qiáng)虛擬實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)功能，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

3 結(jié)束語

虛擬實(shí)驗(yàn)室作為一種新的教學(xué)方式，主要是借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，將各種實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié)轉(zhuǎn)化為圖形、語音、視頻、動畫等，使得學(xué)生可以通過一臺計(jì)算機(jī)和一套軟件，完成以往需要多種儀器設(shè)備及試劑材料支持的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力，一直是中心追求的宗旨。虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的出現(xiàn)，為我們提供了探索的新渠道，為此中心特引進(jìn)了WBL-100醫(yī)學(xué)機(jī)能虛擬實(shí)驗(yàn)室，并在本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中推廣應(yīng)用，受到了學(xué)生的一致好評。由于尚處在建設(shè)初期，我們的虛擬實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容還相對單一，實(shí)驗(yàn)條件還相對簡陋。在下一步的建設(shè)過程中我們將致力于引入更多的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并增加自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件，推廣虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)方式，延長虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)時間，拓展虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)空間，建設(shè)真正適合我中心教學(xué)需求的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

[1]楊川.虛擬技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].廣東通信技術(shù)，2008(9):60-62.

[2]吳凱威，劉志剛，劉青，等.“基因工程虛擬實(shí)驗(yàn)室”的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2006，25(5):561-564.

[3]Goldberg H. What is virtual instrument [J]. IEEE Instrumentation & Measurement Magazine，2000，3(4):10-13.

[4]汪航，孫琪. 教學(xué)型虛擬實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)距離教育，2010(4):39-41.

[5]馬永有，張輝，蔣壽偉. 虛擬人體動態(tài)模型的建立[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2003，15(增刊):196-198.

[6]夏金輝，韓紅，李瀟寒，等. 生理學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)建設(shè)的幾點(diǎn)體會[J].西北醫(yī)學(xué)教育，2008，16(1):109-110.

[7]魏懷鵬，張志東，安莉，等. 創(chuàng)建國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心及其輻射示范作用的研究與實(shí)踐[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2008，25(11):109-113.

[8]王果勝，白浩.倡導(dǎo)啟發(fā)式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維[J]. 中國高等教育，2008(8):30-31.

[9]鄔大光，趙婷婷，李梟鷹，等.高等教育強(qiáng)國的內(nèi)涵、本質(zhì)與基本特征[J].中國高教研究，2010(1) : 4-10.

[10]王涌，李國麗，應(yīng)艷杰，等. 建設(shè)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室，深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010，27(9):85-87，107.

Reflection of the Construction of Undergraduate Course Virtual Biology Laboratory

XIE Lifang，LIN Honghui

(Bioscience Experiment Teaching Center， School of Life Science， Sichuan University， Chengdu 610065，China)

In order to meet the needs of students’autonomy and innovative training needs， our center has constructed the WBL-100 medical virtual laboratory，and applied in the undergraduate biological experiments teaching .Through the questionnaire survey，we knew this teaching methods was praised by the students. Based on this， we propose to further enrich the virtual laboratory experiment content， promote the combination of teaching methods， extend the virtual experiment learning time， and expand virtual experiment learning space.

virtual laboratory; undergraduate biological experiments teaching; questionnaire survey；reflection

2014-09-18

國家自然基金委條件建設(shè)基金資助項(xiàng)目(J1210013)；國家自然基金委能力提高基金資助項(xiàng)目(J1103518)；高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程“專業(yè)綜合改革”基金資助項(xiàng)目；四川大學(xué)2013年實(shí)驗(yàn)技術(shù)基金資助項(xiàng)目(2013-11-2)。

解麗芳(1982-)，女，碩士，實(shí)驗(yàn)師，主要從事細(xì)胞及遺傳和生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)工作。

G482；Q-33；TP391.98

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.04.054