论文虚拟实验技术在生物类本科实验教学中的应用，本文是关于实验技术类学术论文怎么写和本科和虚拟实验技术和实验教学类本科论文范文.
【摘
要】生物类本科专业作为一门强调实验技能的专业,由于学科特色、扩招及实验经费不足等原因,目前教学中存在诸多问题.本文介绍了虚拟实验技术发展现状以及虚拟实验技术与实物实验的辩证关系,论述了虚拟实验技术在生物类本科实验教学中的优势.
【关键词】生物类本科；实验教学；虚拟实验技术
【基金项目】 本文系2013年山西省高等学校教学改革项目“应用型本科生物工程专业实验教学体系的改革与创新”（编号：J2013068）和2012年太原科技大学教学改革项目“应用型本科生物工程专业实验教学体系的改革与创新”（编号：X2012054）的研究成果.
中图分类号：G642.0
文献标识码：A
文章编号：1671-0568（2017）02-0066-02
生物科学是一门以生命科学为基础包含基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等新技术手段而综合形成的新兴学科,生物工程、生物技术专业是属于我国重点发展范围内的高新技术专业,具有很强的实验性和应用性.《国家中长期教育改革和发展规划纲要（２０１０－２０２０）》提出要增强学生科学实验和技能实训的成效,培养学生的创新能力.专业实验教学环节不仅培养学生的综合素质,而且是培养学生的动手能力和创新思维的重要环节,也是保证人才培养目标实现的关键和就业的奠基石.
目前,生物类本科生年招生６～７万名,在校生２３～２５万,９８５、２１１院校生物类本科生人数占全国生物类本科生２０％左右,其余为普通本科高校培养,全国生物类本科生实验教学培养中普遍存在着扩大招生后班次多、实验内容重复性大、教师和教辅人员负担重、仪器设备台套数不足、实验室管理难度加大等问题.生物类专业由于其自身的学科特点,其传统的实验教学方式对实验环境要求高（无菌、洁净、恒温等）、耗时（几小时到几天）、费力、具有一定安全隐患；试剂药品贵,试剂配置复杂,易出错,学生操作不熟练,浪费现象严重；所需仪器、设备、材料如ＰＣＲ、成像仪、荧光光度计等仪器昂贵,难以批量化；有些实验现象转瞬即逝,再现性和可见度较差；一些实验成功率较低,学生无法观察到最后实验结果；实验中产生的废水废液也严重污染环境,如放射性同位素污染等.这些因素阻碍了生物类本科实验的开出率和教学效果.因此,运用信息技术开发的新的实验教学途径——虚拟实验教学,作为传统实验教学途径的有益补充在很大程度上弥补了传统实验教学的不足,并由于其形象、可视、高效等诸多优点,显著提高了学习效果和教学质量.
一、虚拟实验技术
虚拟实验技术的概念是由美国弗吉尼亚大学的威廉·沃尔夫教授于１９８９年提出,是指按照实验教学的基本要求,在计算机系统中采用虚拟现实技术实现的各种虚拟实验环境,实验者可以像在真实的环境中一样运用各种虚拟实验器械和设备,对建立起来的实验模型进行实时仿真操作,完成各种预定的实验项目,是一种以虚代实、以软代硬的实验教学形式.这种虚拟实验建立在真实实验的基础之上,对实验所使用的元器件、仪器设备等进行模拟,实验者通过鼠标点击与拖曳,结合键盘操作,可以像对真实元器件一样对虚拟实验设备进行操作,从而完成整个虚拟实验过程.
二、实验教学中应用虚拟实验技术的优越性
虚拟实验技术采用图、文、音、像等多种手段对教材进行演绎,能够达到学习媒体的情景化及自然交互性的要求,通过视频、音频、三维动画等手段可以激发学生的学习兴趣,引导学生学习.虚拟实验室在生物类实验教学中的应用优势主要表现在以下几个方面：
１． 弥补传统教学条件的不足
在传统教学中,往往由于实验设备、实验场地、教学经费、实验学时数等方面的原因,一些教学实验无法进行.利用虚拟实验系统,可以弥补这些方面的不足,学生足不出户便可以做各种各样的实验,获得与真实实验一样的体会,从而丰富感性认识,加深对教学内容的理解.而且虚拟实验技术可实现实验组数无限扩展和实验的“零成果”维护保障,利用率高,可升级换代.内容上能为学生提供更深、更广的教学内容,易于开设新型实验项目.
２． 降低成本,保证实验安全
生物类实验教学中经常涉及的昂贵仪器如高速低温冷冻离心机、定量ＰＣＲ、双向电泳仪、工具酶等,有毒有害的化学药品如秋水仙碱、蛋白毒素、溴化乙啶、丙烯酰胺等,易燃易爆的化学药品如、二甲苯等.在虚拟实验中,学生不必担心仪器的损耗、昂贵试剂的消耗以及药品的毒性危害等,可大胆地进行尝试,降低实验成本.同时还可缓解实验仪器设备台套数和实验教师缺乏的不足,避免了大量反复实验产生的实验“三废”.虚拟实验操作系统中对危险化学品和危险操作进行警示报警,规范了实验操作,避免学生由于缺乏基本操作经验导致的药品试剂浪费和实验操作疏忽导致的不安全事故,从而保证了学生在实验中的人身安全,并提高了安全意识.
３． 打破时空限制,提高实验效率
虚拟技术可以突破时间空间的限制,学生可以随时随地做实验,不受时间和场地的限制,在虚拟实验室中直观地观察到一些需要几个小时甚至几天通过诸多仪器步骤才能完成的实验过程,避免传统实验中由于实验的抽象性和微观性造成的学生对实验理解上的困难.虚拟实验技术还可以为学生自学提供很好的辅助手段.学生可随时上机进行实验操作,根据需要反复通过实验模拟进行课前预习和课后复习.对于没有接触过的实验,学生可以按照实验提示,自己摸索整个实验进程,完成虚拟实验后,对操作步骤的记忆会非常深刻,再次进行实验效率就会大大提高.对于一些难度大、操作步骤多的实验,在做完实际实验后再做虚拟实验,可以使学生了解每一个实验步骤在实验中所起的作用,进一步理解实验原理,消化实验内容.
４． 提高学生的自主性和创新能力
学生在虚拟现实环境中是一个主动的观察者,需要在这个学习环境中不断进行探索、分析、判断和总结等思维活动.而且,虚拟现实技术提供的优良交互性可为学生提供必要的反馈,使学生自主地、个性化地学习.因此,在虚拟实验过程中,学生可自行选择实验原料、实验器材和技术路线,通过自己的摸索完成实验.在这个过程中,学生能以一种更为主动、自信的姿态介入实验交互中,更加自信地处理各种不确定因素.在这个过程中,学生的知识与技能得到全方位的培养,从而能更好地提高学生的创新能力和解决问题能力.
三、虚拟现实技术与传统实物实验的关系
就“虚拟实验”和“实物实验”的关系而言,虚拟实验技术只是传统实验教学的辅助手段,不能完全取代实物实验操作,前者是后者的补充、完善和扩展,两者互有优势、互为促进、相辅相成.
生物类专业实验教学环节的目的是通过实验使学生了解实验的原理、熟悉实验操作,学习相关计算并对实验结果进行正确分析.虚拟实验可反复进行,使学生对实验原理、实验现象和实验结果充分了解并进行思维思考.但虚拟实验完全不同于实物实验,实物实验的魅力在于实验的不可预制和操作者接触实物、操作实验时的真实感受,强调操作者实验操作的规范性与标准型.虚拟实验不能满足实验者对实验材料和药品的感性认识、实验仪器设备熟练操作以及实验操作技巧学习的要求.
另外,虚拟试验中实验条件均为理想化,而在真实的实验情境中则可能会出现环境异常现象.如灭菌消毒操作,在虚拟试验中只要点击鼠标,即可完成操作,而在实物实验中污染物残留、空气污染等因素均可导致操作失败,尤其在实物实验中强调这些细微而复杂并在虚拟试验中无法展现的细节操作.因此,必须根据不同实验对象和实验特点,合理安排虚拟实验和实物实验的比例,二者相互促进,相互补充.
虚拟实验室是信息时代的产物,在教育科研领域中具有广阔的应用前景,是实验教学的一个新的发展方向,它必将促进教学观念与教学形式的变革,成为改革实验教学手段、强化实验室建设的一个重要发展趋势.应将虚拟实验和实物实验有机结合起来,做到实中有虚,虚实结合,二者相辅相成,从而有效提高学生的动手能力和创新能力.
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（编辑：秦俊嫄）
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参考文献：
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