劉志紅 王步鈺 馬金偉 周薇 王志新

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?虛擬仿真技術(shù)是通過將一個現(xiàn)實存在或抽象的事物利用一個虛擬的系統(tǒng)模仿現(xiàn)實的技術(shù)。將仿真技

術(shù)的直觀性引入動物遺傳學(xué)課程教學(xué)中，直接豐富了課程內(nèi)容，又因加入動畫元素大幅度提高了學(xué)生聽課效率，加深了學(xué)生對生命現(xiàn)象和遺傳機制的理解。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?虛擬仿真;動物遺傳學(xué);特點

[中圖分類號] ?G642 ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2019）25-0094-02

當下學(xué)校的教育普遍存在一種現(xiàn)象，教師在講臺上講自己的，學(xué)生在臺下干自己的，這種現(xiàn)象嚴重影響了學(xué)生的上課效率。為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象？歸根結(jié)底是授課內(nèi)容不吸引人，如動物遺傳學(xué)，傳統(tǒng)的授課方式十分枯燥，很多教師將科研式教學(xué)、多元自主學(xué)習(xí)、翻轉(zhuǎn)課堂、案例式教學(xué)、互動式教學(xué)引入課堂，試圖提升學(xué)生對動物遺傳學(xué)的興趣，加深對課程內(nèi)容的理解。

科技的發(fā)展使大部分學(xué)生對互聯(lián)網(wǎng)、電腦、游戲等感興趣。隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)飛速發(fā)展，促使教育逐漸革新，將教學(xué)和信息科技有效結(jié)合，將平時乏味的課件與有趣的互聯(lián)網(wǎng)仿真技術(shù)結(jié)合起來，既提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，也減輕了教師上課的壓力。動物遺傳學(xué)課程本身是基礎(chǔ)理論課，具有抽象且不易理解的特點，將仿真技術(shù)的直觀性引入動物遺傳學(xué)課程的教學(xué)中，可以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和上課效率。

一、遺傳學(xué)的課程定位與特點

動物遺傳學(xué)作為遺傳學(xué)分支，是動物遺傳育種與繁殖的基礎(chǔ)必修課程，也是生物學(xué)領(lǐng)域中最重要的理論基礎(chǔ)。其課程內(nèi)容講述了分子遺傳學(xué)原理與方法、遺傳基本規(guī)律及其擴展、非孟德爾遺傳、細胞遺傳的原理與方法、群體遺傳學(xué)、基因組學(xué)等內(nèi)容，實現(xiàn)了分子水平、細胞水平、個體水平、群體水平的跨越，對發(fā)現(xiàn)生命科學(xué)理念以及擴展生命科學(xué)技術(shù)具有巨大推動作用。動物遺傳學(xué)側(cè)重于對各種動物性狀遺傳機制進行解析以及對遺傳改良方式進行研究，其教學(xué)不僅要求學(xué)生要對生命現(xiàn)象進行理解，還需要運用動物遺傳學(xué)知識解析與其相關(guān)的育種、營養(yǎng)、生產(chǎn)和疾病產(chǎn)生相關(guān)機制。隨著生命科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，動物遺傳學(xué)的教學(xué)內(nèi)容多為前沿技術(shù)知識，對進行生命科學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的研究具有至關(guān)重要的作用。因此，動物遺傳學(xué)課程具有抽象性、難理解性和前沿性的特點。

二、虛擬仿真技術(shù)在動物遺傳學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)以其逼真、立體的表現(xiàn)形式將抽象的過程形象地演示出來，最大限度地發(fā)揮了虛擬軟件資源的優(yōu)勢。同時該技術(shù)借助對多媒體、傳感、輸入輸出等技術(shù)，學(xué)習(xí)者能夠?qū)崿F(xiàn)互動學(xué)習(xí)，打破了時間和空間的限制，讓學(xué)習(xí)者如身臨其境般地操作，以提高學(xué)生的實戰(zhàn)技能，最大限度地激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，開拓學(xué)生思維，增加課堂趣味性。虛擬仿真技術(shù)的這種特性彌補了動物遺傳學(xué)難以直觀理解和調(diào)控機制理論抽象的不足。對動物遺傳學(xué)教學(xué)效果的提升具有重要作用。

所謂虛擬仿真技術(shù)，是通過將一個現(xiàn)實存在或抽象的事物利用一個虛擬的系統(tǒng)去模仿現(xiàn)實的技術(shù)。目前最具代表性的就是VR（虛擬現(xiàn)實），這項技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在很多領(lǐng)域，如醫(yī)療、工程實習(xí)等，但卻很少出現(xiàn)在教學(xué)平臺上。在動物遺傳方面，目前虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于動物胚胎工程綜合仿真實驗的錄屏，學(xué)習(xí)者可以在虛擬環(huán)境下進行胚胎培養(yǎng)和操作，降低了實驗成本;進行豬外周血淋巴細胞培養(yǎng)、染色體標本制備及減數(shù)分裂過程虛擬仿真實驗，將細胞培養(yǎng)這類實驗周期過長的實驗通過虛擬技術(shù)快速完成;進行小鼠超排卵子體外受精虛擬仿真實驗，將復(fù)雜的實驗簡單直觀地展現(xiàn);進行單克隆抗體制備及應(yīng)用的虛擬仿真實驗，將傳統(tǒng)實驗通過仿真的形式直觀地展現(xiàn);進行豬遺傳育種關(guān)鍵技能虛擬仿真實驗，將實驗室無法直接完成的實驗快速展現(xiàn)出來。目前，虛擬仿真在動物遺傳學(xué)主要應(yīng)用于實驗技術(shù)的直觀展現(xiàn)上，將虛擬仿真應(yīng)用于動物遺傳學(xué)教學(xué)還未見相關(guān)報道。

虛擬仿真遺傳課程的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計以經(jīng)典遺傳學(xué)、分子遺傳學(xué)、細胞遺傳學(xué)為基礎(chǔ)，首先構(gòu)建動物模型、DNA模型、細胞模型以及染色體模型，通過動畫設(shè)計，加入可互動的操作，在教學(xué)的基礎(chǔ)上進行開發(fā)設(shè)計，適當增加可變性，優(yōu)化美觀度。

將仿真技術(shù)引入教學(xué)課堂，能加深學(xué)生對抽象概念的理解，在上課時，當講到自由組合定律時，學(xué)生通過圖像很難想象，這時屏幕上出現(xiàn)了動態(tài)的、可控的基因，然后他們進行組合，直觀并且有趣。當講到基因調(diào)控，學(xué)生學(xué)習(xí)正調(diào)控與負調(diào)控的機制機理時，往往很難理解，通過虛擬的基因調(diào)控模型，學(xué)生可以看到在染色體上如何形成開關(guān)，調(diào)控元件如何組合移動，直觀地理解了難懂的調(diào)控機制機理。當講到細胞有絲分裂，學(xué)生通過虛擬的細胞，可以直觀地看到細胞在不同時期的變化，加深理解，提升了學(xué)習(xí)興趣。當講到不能直觀看到的分子級反應(yīng)時，可以利用虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建三維立體的動態(tài)模型，直接豐富了課程內(nèi)容。通過使用虛擬仿真技術(shù)，使課堂內(nèi)容直觀有趣，又因為加入了動畫元素大幅度提高了學(xué)生的聽課效率。

將仿真技術(shù)引入動物遺傳學(xué)實習(xí)教學(xué)，如基因的檢測和細胞培養(yǎng)與遺傳檢測，學(xué)生在動手之前，通過虛擬仿真技術(shù)先了解實驗的全過程，減少實驗誤操作，同時也降低了實驗操作的危險，提升了實驗安全性。由于動物遺傳學(xué)的試驗周期長、操作難等特點，通過該虛擬仿真在短期內(nèi)直觀體驗，節(jié)約了實驗成本。

在動物遺傳學(xué)教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)是未來的發(fā)展趨勢，但動物遺傳學(xué)技術(shù)日新月異，教學(xué)內(nèi)容中前沿性知識多，需要對課程內(nèi)容實時更新。同時隨著遺傳學(xué)的研究機制機理不斷深入，需要不斷抽象和擴充虛擬仿真的模型，這對于動物遺傳學(xué)教學(xué)者來說存在一定的難度。

三、結(jié)語

信息技術(shù)和生物技術(shù)的快速發(fā)展與有機結(jié)合，必將加速生物學(xué)研究的深度和廣度。生物學(xué)的快速發(fā)展對學(xué)習(xí)者提出了更高的要求——更好的抽象思維與理解能力。這就需要在教學(xué)中將難以理解的知識抽象化，將枯燥的課堂生動化，以提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和自主學(xué)習(xí)的愿望。虛擬仿真技術(shù)為動物遺傳學(xué)教學(xué)提供了新的技術(shù)和手段，直觀、有趣的課堂教學(xué)內(nèi)容，生動、靈活的課堂教學(xué)方式，將虛擬仿真與動物遺傳學(xué)相結(jié)合，通過直接豐富的課程內(nèi)容，又因加入動畫元素，轉(zhuǎn)變了枯燥的學(xué)習(xí)方式，提高了學(xué)生的聽課效率，必將有效提升傳統(tǒng)理論課教學(xué)的效率。

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編輯 武生智