虚拟实验室在免疫学实验室中的应用
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摘要:通过虚拟现实技术而构建的虚拟实验室的应用,可以激发学生的创新意识,改善实验条件,利于实验项目拓展,达到资源共享,与传统实验教学相结合优势互补,相辅相成。但其在构建过程中仍存在一些不足。本文将就虚拟实验室在医学微生物学与医学免疫学实验室中的应用进行分析探讨。
关键词:虚拟实验室医学微生物学医学免疫学教学模式
实验室不管是对高等学校还是科学研究单位来说都是必不可少的,在培养人才,创新,科研等方面都起着非常重要的作用[1]。我实验室系为医学微生物与免疫学实验室,主要承担医学微生物与免疫学实验准备及部分实验授课工作。医学微生物与免疫学作为医学基础课程,其重要性不言而喻。但因为其内容都涉及了生化,分子生物,细胞生物学等诸微观领域,所以对于很多学生来说,难免会觉得抽象,理论性强不容易理解与掌握。与课程理论教学相结合的实验教学,可以加强学生对理论知识的理解。学生可以通过对实验原理的解读,实验程序的操作,实验结果的观察将某些晦涩难懂的理论知识变得形象具体,不仅学习了医学微生物与免疫学实验的基本操作技术也加强了对理论知识的理解记忆。近年,学校招生规模扩大,实验条件和资源渐显不足。实验课学生数量增加,实验室各方面建设速度不能与之相匹配,造成实验室资源紧张,实验室教师及其它工作人员工作负荷趋近饱和。这就迫切需要有新型的实验教学模式来解决现存的问题。虚拟实验室是通过虚拟现实技术而构建的。在我国,虚拟实验技术研究虽起步比较晚,但随着网络技术的飞速发展,虚拟实验室的构建技术亦得到不断的发展和完善。同时,其优势也渐突显,越来越得到大家的认可[2]。
1建设微免虚拟实验室的益处
1.1激发学生的创新意识
传统的微免实验室由于实验室内条件限制或由于课程要求的不同,多设置与理论相结合的验证性或综合性实验。同时由于实验设备材料等的限制,学生并不能够自主开展一些设计性的实验。学生整个实验过程基本处于被动的学习情境中,对所做实验印象不够深刻,导致所安排的实验彼此孤立。通过虚拟实验室的建立,学生可以利用虚拟器件选择实验所需的实验设备、工具、材料,在虚拟实验室中进行实验操作,训练基本操作技能。还可运用已有的知识,根据自身实验的需要,进行实验设计,如此加深对理论知识的理解。如遇耗时较长的实验也可根据需要暂停,之后适时的继续实验而不影响实验进程。从而可以更大程度的推进学生的自助学习能力,积极地发挥学生的自主性,激发学生的创新意识[3]。
1.2利于实验拓展
进行医学微生物与免疫学实验时,往往由于某些实验都涉及使用较大型或昂贵的仪器设备:如微生物实验细菌的分离鉴定中全自动微生物生化分析仪及免疫学实验中的流式细胞术。学生并不能够自己动手操作。这些设备往往由专人负责,学生在实验课中并无缘自行操作,使得基础技能不能得到充分训练,。再如某些医学微生物实验还涉及生物安全问题,需有符合生物安全标准的实验室才能开展。如结核分枝杆菌是临床较常见的致病菌,由于涉及生物安全,结核分枝杆菌的分离培养并不能在一般的学生实验中开展。利用虚拟实验室,解决了时空限制,更可以满足学生对贵重大型实验设备的操作欲望,减少一次性实验耗材的使用,节能减排利于学生实验项目的拓展。为学生在今后的工作及继续学习中打下坚实基础。
1.3资源共享
虚拟实验室中无论是实验对象还是实验资源具有共享性。在虚拟实验室中,仪器设备是利用软件虚拟制作而来。实验者通过互联网进入实验室,利用鼠标点击或者拖拽选择需要的设备、材料进行实验。虚拟实验室中,无论是虚拟的仪器设备还是虚拟的实验材料甚至实验结果都具共享性,不仅能使从不同计算机登陆的实验者进行实验,还可通过互联网传输等共享资源[4]。
2虚拟实验与传统实验相结合教学
虚拟实验室可以给学生一种新的实验体验,在其间进行实验操作可以激发学生对实验的兴趣和积极性。但如单纯的使用虚拟实验室进行教学,在一定程度上达不到教学要求。譬如医学微生物实验中细菌培养技术,不仅要求学生掌握该操作技术,而且要通过此实验要培养学生的无菌意识,树立良好的无菌观念。但由于虚拟操作缺乏实物感,往往不能达到此教学要求。故而,我们需要将虚拟实验室与传统实验室相结合应用于实验教学。如此,将二者按比例设置,不仅可以节约课时还可以更有效的达到教学目的。譬如微生物实验细菌的分离鉴定及病毒的分离鉴定,由于耗时长或生物安全的限制,而无法安排到实验课堂进行操作。此时可借助虚拟实验室缩短实验周期,后将其整合到实验内容中,这样可以保证学生在有限时间进行实验,得出实验结果。不仅助于学生对所学章节理论知识的把握,更有助于对微生物基本实验技术的学习掌握。我实验室准备的免疫学实验采用“以学生为主体的”实验教学模式,即实验学生将自己作为研究对象。[5]后续所有实验均以学生自己的标本为基础开展进行。如实验内容中的静脉采血及淋巴细胞的分离技术。首先,学生可通过虚拟实验室预习实验内容,熟练静脉采血的注意事项和基本操作规程,强化实验技能,减少由于穿刺失误给同组实验同学带来的疼痛感。再如免疫荧光实验,由于用到的荧光显微镜价格昂贵,实验室暂只有一台供学生实验使用。实验课时学生必须排队按序轮流观察,极大地耗费了实验时间,如设置在虚拟实验室中进行,节省时间,使学生有更多的时间用来实验操作而不是排队等候。故设计并设置虚拟实验内容并将其整合到学生实验课中,不仅利于学生对医学微生物与免疫学基本实验技术的强化训练学习,节省实验时间,解决减缩课时数与提高教学质量要求的矛盾。
3虚拟实验室建设过程中的不足
虚拟实验室的构建技术已日趋成熟,但建设过程中易出现建设者与实验室使用者相脱离的现象。构建的虚拟实验室中所体现的网络技术,计算机软件及构建本身的技术性和专业性都很到位,但某些实验设计与设置达不到实验者专业的要求。这就要求建设者与使用者多沟通协作,根据使用者的要求进行设计,使虚拟环境更接近实验室的真实环境,使实验者的感觉也更真实,使实验操作实验结果更加准确。不仅要达到视觉上的美观,更要达到专业上的精确。创建更精确更完美的符合实验条件的虚拟实验室。
4结语
虚拟实验室是通过计算机创建的具有传统实验室功能的虚拟实验环境。将虚拟实验室与传统实验室结合合理安排实验比例应用于教学中,不仅可以解决实验室目前存在的诸多问题,更有助于提高教学质量。作为一种新的技术,虚拟实验室的应用具有以往教学方法无法取代的优点。它能够为实验者创造更直观更便利的实验条件与环境,提高学生的主观能动性和创新意识,为实验教学提供新平台,以新的形势补充传统实验教学方式。目前看来,由于虚拟实验室的诸多优点,将会被加强建设,同时加强各实验室间的合作,共享实验资源。将虚拟实验室与传统实验室结合教学,二者优势互补,相辅相成以期达到更好的教学效果。
参考文献
[1]李范珠,包强,赵燕敏,等.发挥高校科研实验室作用,加强大学生创新能力培养[J].实验技术与管理,2010,27(9):21-23.
[2]许微.虚拟现实技术的国内外研究现状与发展[J].现代商贸工业,2009,2:279-280
[3]赵羚云.虚拟实验室的特性及应用[J].硅谷,2012,8(10):126,121.
[4]由继红.虚拟实验室研究概述[J].生命科学仪器,2014,12(4):34-36.
[5]秦娜琳,罗军敏,姚新生,等.构建“以学生为主体”的本科医学免疫学实验教学模式[J].中国免疫学杂志,2012;28(5):465-466．
作者：韩志俊 单位：遵义医学院