劉博　劉葉舟　成紹武

摘 要：信息技術(shù)的快速發(fā)展對發(fā)達(dá)國家大學(xué)生物實(shí)驗(yàn)教育的方式產(chǎn)生了重大的影響。發(fā)達(dá)國家大學(xué)利用多媒體、仿真及網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)運(yùn)用在計(jì)算機(jī)硬件操作環(huán)境上， 建立網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室。此類實(shí)驗(yàn)起到輔助、部分替代甚至全部替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)各操作環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)者在模擬真實(shí)的操作環(huán)境中完成各種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，所取得的實(shí)驗(yàn)效果等同于或優(yōu)于在真實(shí)環(huán)境中所獲得的效果，這已成為現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教育技術(shù)發(fā)展的必然趨勢[1]。

關(guān)鍵詞：信息技術(shù) 科研能力 虛擬實(shí)驗(yàn)

一、概述

大學(xué)實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、科研素養(yǎng)和科研方法的基礎(chǔ)課程，是大學(xué)本科生接受系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的開始階段。隨著網(wǎng)絡(luò) 3D 技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)平臺技術(shù)的發(fā)展，發(fā)達(dá)國家大學(xué)構(gòu)建開放式網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，把教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的數(shù)字化和虛擬化，為學(xué)生建立了虛擬實(shí)驗(yàn)平臺和開放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)。學(xué)生在此平臺上可動手設(shè)置、連接、調(diào)節(jié)和使用虛擬實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備。與真實(shí)實(shí)驗(yàn)類似，師生可利用虛擬器材庫中的器材自由設(shè)計(jì)、搭建合理的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)[2]。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)介紹

1.低年級虛擬教學(xué)模式

美國伊利諾伊大生物學(xué)專業(yè)從 2001 年就開始使用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)（iLabs） 教育系統(tǒng)。學(xué)生接觸到先進(jìn)的生物學(xué)技術(shù)。具體虛擬實(shí)驗(yàn)包括疾病的診斷、DNA 指紋圖譜實(shí)驗(yàn)、DNA限制性內(nèi)切酶酶，學(xué)生通過上機(jī)操作、數(shù)據(jù)輸入和分析獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果[3-4]

2.高年級虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)M真實(shí)工廠實(shí)驗(yàn)操作間

在美國俄勒岡大學(xué)高年級生物學(xué)專業(yè)的學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ绞菄@模擬復(fù)雜的生物反應(yīng)過程而展開[5]。通過計(jì)算機(jī)建模。除了增加提供的重要背景信息過程，此前要召開討論會，指導(dǎo)教師舉行討論會有兩個(gè)目的： ①確保學(xué)生準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)完善。②提高學(xué)生在討論會上表達(dá)能力。教師也會根據(jù)學(xué)生在不同實(shí)驗(yàn)階段的的表現(xiàn)打分。學(xué)生在模擬實(shí)驗(yàn)后，要做15 min的口頭報(bào)告。最后，學(xué)生要匯總書寫一個(gè)完整的報(bào)告包括實(shí)驗(yàn)結(jié)果和備忘錄。

3.高級虛擬實(shí)驗(yàn)的四個(gè)優(yōu)點(diǎn)

（1）經(jīng)濟(jì)：虛擬實(shí)驗(yàn)材料可反復(fù)使用，比真實(shí)實(shí)驗(yàn)要節(jié)約成本。

（2）安全：一個(gè)在模擬工廠作業(yè)的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生不使用危險(xiǎn)的化學(xué)試劑，實(shí)驗(yàn)也不產(chǎn)生任何有毒的化學(xué)廢物。

（3）真實(shí)性：時(shí)間和預(yù)算成本都需要學(xué)生提前做好計(jì)劃，這種預(yù)算計(jì)劃更接近模擬真實(shí)工廠化作業(yè)。

（4）靈活性：充分發(fā)揮高級實(shí)驗(yàn)室的功能，這些模式可被用于其他課程。

4.高級虛擬實(shí)驗(yàn)相比普通虛擬實(shí)驗(yàn)的三個(gè)特點(diǎn)

①為學(xué)生提供整合知識和技能的平臺。②為學(xué)生做真實(shí)實(shí)驗(yàn)打基礎(chǔ)，即要求學(xué)生完成一些應(yīng)用性的科研項(xiàng)目，為學(xué)生提供參與真實(shí)實(shí)驗(yàn)的機(jī)會，讓學(xué)生把所學(xué)知識和技能用于解決實(shí)際問題。③鍛煉學(xué)生的科研能力，為學(xué)生進(jìn)入更高層次研究領(lǐng)域的學(xué)習(xí)或職業(yè)領(lǐng)域的工作做準(zhǔn)備。

三、總結(jié)

1.網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的積極作用體現(xiàn)在：

（1）打破實(shí)驗(yàn)地理空間的限制。充分利用網(wǎng)絡(luò)， 降低理工科學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中對真實(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的依賴性， 學(xué)生在有網(wǎng)絡(luò)的地方都可以做實(shí)驗(yàn)， 自由安排自己的實(shí)驗(yàn)時(shí)間， 促進(jìn)了建立良好的自主學(xué)習(xí)環(huán)境和自主的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

（2） 打破實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間的限制 。充分利用網(wǎng)絡(luò)， 可降低對真實(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)的制約， 學(xué)生可以在任何時(shí)候， 通過課堂外時(shí)間的彌補(bǔ)， 有效地提高了實(shí)驗(yàn)的效果。尤其是學(xué)生的任何一個(gè)思想火花或者突發(fā)的思考， 都可以及時(shí)驗(yàn)證， 為學(xué)生的創(chuàng)新思維提供了保障。

（3）隨著城市空間資源的進(jìn)一步緊張， 許多高校都存在多校區(qū)、跨校區(qū)的問題。網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)可以全天候在網(wǎng)上開放， 學(xué)生做實(shí)驗(yàn)不受時(shí)間、場地的限制， 使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更靈活、設(shè)計(jì)更多元化，自我發(fā)揮的空間更大。

2.信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)革新了實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段

21 世紀(jì)是網(wǎng)絡(luò)的時(shí)代， 是信息技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代， 只有充分利用和使用各種新技術(shù)， 才能使教學(xué)適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要。采用信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段相結(jié)合是未來高等教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究的主要方向] 。這種網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)， 是對實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革 ， 在重視學(xué)生基本技能訓(xùn)練的同時(shí)， 培養(yǎng)學(xué)生的自主設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力， 而且， 一定程度上改變學(xué)生網(wǎng)絡(luò)利用上的一些錯(cuò)誤傾向， 起到良好的引導(dǎo)作用， 使信息技術(shù)和教學(xué)手段得到了無縫鏈接。

參考文獻(xiàn)

[1]劉志廣，楊二霞，劉素花.基于外部數(shù)據(jù)傳遞構(gòu)建綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室[J].計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)，2008，20（1）：115-119.

[2]孫銘娟，王梁華，黃才國，等.分子生物學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件的設(shè)計(jì)與應(yīng)用探索[J].中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2011，25（3）：284.[3]劉新鈺，任雪浩，郭亞軍，等.基于條碼技術(shù)的檔案條碼管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J].檔案管理，2008（2）：53-54.

[3]胡清讓.條碼技術(shù)在檔案管理中的應(yīng)用研究[J].開封大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，21（2）：86-87.

[4]勞力.高校人事檔案管理引入條形碼技術(shù)初探[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)：社會科學(xué)版，2008，24（2）：26-28.

[5]克里斯汀·凱利，伊迪絲·格默，米路科·列茨基.使用虛擬實(shí)驗(yàn)室教實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)———發(fā)展、實(shí)施和評估虛擬生物實(shí)驗(yàn)室[J].美國工程教育學(xué)會.

作者簡介

劉博，男，漢，湖南長沙，講師，博士，湖南中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院。

通訊作者

成紹武，男，漢，湖南長沙，特聘教授，博士，湖南中醫(yī)藥大學(xué)中西醫(yī)結(jié)合學(xué)院。