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分子生物學(xué)實(shí)驗教學(xué)研究論文
[摘要]該研究分析了虛擬現實(shí)技術(shù)，闡述了分子生物學(xué)的概念，針對虛擬現實(shí)技術(shù)在分子生物學(xué)實(shí)驗教學(xué)中的問(wèn)題進(jìn)行深入研究，結合實(shí)踐，最終提出了解決虛擬現實(shí)技術(shù)在分子生物學(xué)實(shí)驗教學(xué)中的問(wèn)題的對策。最終希望通過(guò)分析研究，實(shí)現虛擬現實(shí)技術(shù)在分子生物學(xué)實(shí)驗教學(xué)中能夠得到顯著(zhù)效果的目標。
[關(guān)鍵詞]虛擬現實(shí)技術(shù)；分子；生物學(xué)；實(shí)驗教學(xué)
虛擬現實(shí)技術(shù)的產(chǎn)生為生活帶來(lái)了無(wú)數便捷，在虛擬現實(shí)技術(shù)中是以人為主體，人類(lèi)從中獲得從未有過(guò)的體驗。該研究所說(shuō)的虛擬的分子生物學(xué)實(shí)驗是通過(guò)計算機軟件開(kāi)發(fā)以及網(wǎng)絡(luò )的技術(shù)相結合形成的系統軟件。它應用了Flash編寫(xiě)課件，匯集了圖片、視頻、音頻、動(dòng)畫(huà)，創(chuàng )造了一個(gè)虛擬中的實(shí)驗室。通過(guò)操作計算機就能夠進(jìn)行生物實(shí)驗。具有多重特點(diǎn)。虛擬現實(shí)技術(shù)這種新型的仿真技術(shù)與分子生物學(xué)的教學(xué)實(shí)驗相互結合，完善了老師教授實(shí)驗教學(xué)模式，彌補了生物教學(xué)實(shí)驗中產(chǎn)生的不足之處，把虛擬現實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)發(fā)揮出最好的效果。為學(xué)生教學(xué)提供了更多的途徑。目前，虛擬現實(shí)技術(shù)已應用在分子生物實(shí)驗教學(xué)之中，提高了學(xué)生的學(xué)習興趣，增強了學(xué)生獨立思考的能力以及創(chuàng )造力，取得了不錯的成果。針對這一技術(shù)，該研究作出了深刻具體的分析，現報道如下。
1虛擬現實(shí)技術(shù)
1.1虛擬現實(shí)技術(shù)的含義
所謂虛擬現實(shí)技術(shù)，是指人類(lèi)利用計算機根據真實(shí)的環(huán)境設計并構造的模擬世界的一項技術(shù)。它是一種多種信息組合交集成為三維立體視圖以及有真實(shí)能動(dòng)性的仿真系統。它幾乎和真實(shí)世界一模一樣，人們仿佛置身其中。虛擬現實(shí)技術(shù)（VR）[1]是開(kāi)啟這一類(lèi)技術(shù)大門(mén)的鑰匙，是仿真技術(shù)的指路標，是多種多媒體技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的組合。虛擬現實(shí)技術(shù)走在多種網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的最前端，是值得更多的網(wǎng)絡(luò )人深入研究的課題。虛擬現實(shí)技術(shù)包含有：模擬環(huán)境、行為能力、感覺(jué)、感應設備。所謂模擬環(huán)境，它是電腦設計出來(lái)的具有3D真實(shí)效果的場(chǎng)景。行為能力是說(shuō)場(chǎng)景中的人物有自己的行為能力，和現實(shí)中的人物是一樣的，身體的各部位都可以活動(dòng)，電腦進(jìn)行操控他們的行為能力。當電腦發(fā)出某個(gè)指令時(shí)，他們會(huì )根據指令做出相應的反應，我們就可以看到他們的動(dòng)作。感覺(jué)，眾所周知，是場(chǎng)景中的人物擁有五官的感受，比如，嗅覺(jué)、味覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等等。感應設備是指使三維立體視圖交匯在一起的設備。
1.2虛擬現實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)
作為新發(fā)展起來(lái)的仿真技術(shù)，虛擬現實(shí)技術(shù)有很多特點(diǎn)，如下所示。①與現實(shí)交集。虛擬現實(shí)技術(shù)可以說(shuō)是一個(gè)仿真世界，它擁有著(zhù)真實(shí)世界所擁有的一些事物，包括人類(lèi)在內。仿真世界里的人物和我們一樣有著(zhù)感官以及能動(dòng)性，唯一不同的是，它們需要我們用計算機來(lái)操作它們的行為[2]。②很安全。安全是說(shuō)可以利用虛擬現實(shí)技術(shù)進(jìn)行場(chǎng)景模擬演練，比如，演練各種火災場(chǎng)景、各種地震場(chǎng)景等等。這樣有助于在現實(shí)生活中遇到這些情況時(shí)能夠冷靜處理，及時(shí)躲避，能夠自救以及救助別人，確保我們人類(lèi)的人身安全。③感覺(jué)置身其中。當我們操作電腦時(shí)，就會(huì )覺(jué)得仿真世界里面的人物就是自己，仿佛置身其中，體驗不同的世界。仿真世界的真實(shí)程度會(huì )讓你覺(jué)得和現實(shí)沒(méi)有任何區別。④擁有感知能力。虛擬現實(shí)技術(shù)其中包含有感覺(jué)，這是說(shuō)里面人物的感覺(jué)，他們有聽(tīng)覺(jué)，味覺(jué)，嗅覺(jué)，以及它們還有運動(dòng)能力。⑤有針對的處理問(wèn)題。在虛擬演練中，我們可以根據自身的弱點(diǎn)進(jìn)行有針對性的練習，比如，當自己無(wú)法處理火災事故時(shí)，我們可以利用虛擬現實(shí)技術(shù)進(jìn)行演練，提高自己的應對能力。
2分子生物學(xué)
2.1分子生物學(xué)概念
分子生物學(xué)是指以分子為單位來(lái)探究生命活動(dòng)規律的一門(mén)科學(xué)。分子生物學(xué)主要是研究蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-核酸這一類(lèi)分子的構造以及合成[3]。探究其生命活動(dòng)主要包括了人類(lèi)的癌癥的病變，植物的光合作用生命活動(dòng)中神經(jīng)的原理等等。分子生物學(xué)是需要通過(guò)不斷試驗，不斷用實(shí)踐證明理論的學(xué)科。它也是一門(mén)開(kāi)放性學(xué)科，要求學(xué)生通過(guò)動(dòng)手設計實(shí)驗、進(jìn)行實(shí)驗、分析探究實(shí)驗，最后得出結論。所以又說(shuō)分子生物學(xué)的實(shí)踐性很強。
2.2研究分子生物學(xué)的意義
所有生命現象的活動(dòng)都是有規律的。就像生物都是由蛋白質(zhì)還有核酸組成的。分子生物學(xué)的研究為人類(lèi)帶來(lái)了了解生命活動(dòng)規律的機會(huì )，人們可以進(jìn)一步改變生物構造作進(jìn)一步的研究，為人類(lèi)造福。
2.3相關(guān)應用
�、倏寺〖夹g(shù)。分子生物學(xué)作為一門(mén)新興邊緣的學(xué)科，它的研究成果能夠為人類(lèi)造福。雖然目前我們仍處在克隆技術(shù)的最初級階段，隨著(zhù)科學(xué)家不斷探究以及實(shí)驗，未來(lái)定會(huì )看到克隆技術(shù)所帶給我們的福音。②DNA鑒定。隨著(zhù)分子生物技術(shù)的不斷深入探索，科學(xué)家對基因的研究也有了很大的成果。DNA鑒定也為偵破案件提供了重要的證據。同時(shí)親子鑒定也可以通過(guò)DNA檢測獲得幫助。③轉基因。轉基因（GMF）[4]是通過(guò)轉換物種之間的基因而得到的另一個(gè)物種。轉基因食品擁有了其它食品所沒(méi)有的能力，例如，轉基因食品防蟲(chóng)蛀，延長(cháng)了保質(zhì)期，而且是大批量生產(chǎn)，使生產(chǎn)成本減到最低，轉基因食品不分季節，可以隨時(shí)供應，滿(mǎn)足人類(lèi)的需要。但由于轉基因食品的好壞尚不明確，還有待進(jìn)一步研究實(shí)驗。
3虛擬現實(shí)技術(shù)在實(shí)驗教學(xué)中的特點(diǎn)
虛擬實(shí)驗是虛擬現實(shí)技術(shù)與生物教學(xué)實(shí)驗相結合的產(chǎn)物，是利用操作計算機讓學(xué)生體驗模擬的生物實(shí)驗，實(shí)質(zhì)上他就是計算機利用Flash技術(shù)開(kāi)發(fā)的軟件系統，為學(xué)生提供環(huán)境、設備，就像在真實(shí)的實(shí)驗室一樣。正是如此，虛擬實(shí)驗有著(zhù)真實(shí)實(shí)驗室不可比擬的特點(diǎn)：①共同的系統。眾所周知，計算機系統中的資源都是可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )共享的。也就是說(shuō)，人人都可以看到、用到。而虛擬實(shí)驗證正是有這一特點(diǎn)，它可以通過(guò)計算機目錄檢索，學(xué)生所需要的相關(guān)數據、文件、電子圖書(shū)，甚至是以前操作的實(shí)驗都能找到。學(xué)生通過(guò)共享資源，節省了時(shí)間，提高了學(xué)習效率。②交流信息。資源可以在計算機上共享，同樣的，在虛擬的實(shí)驗環(huán)境中，學(xué)生可以盡情的交流，交換意見(jiàn)。③學(xué)生自由操作。虛擬實(shí)驗是由計算機操作完成，學(xué)生通過(guò)操作計算機完成實(shí)驗成果。所以學(xué)生擁有操作的權利，可以對虛擬儀器的使用進(jìn)行操作。還可以隨時(shí)上傳相關(guān)數據，保存數據等等。④軟件升級。隨著(zhù)社會(huì )發(fā)展迅速，信息步伐加快。虛擬實(shí)驗也需要更新?lián)Q代，軟件需要升級。各種環(huán)境都需要被改變。我們也要跟上時(shí)代的腳步，隨時(shí)準備虛擬實(shí)驗進(jìn)行擴充。⑤設備先進(jìn)。虛擬現實(shí)技術(shù)是新興的一種技術(shù)，所以在設備上都是采用最先進(jìn)的。當然，虛擬實(shí)驗的儀器也是最好的。
4虛擬現實(shí)技術(shù)在分子生物學(xué)實(shí)驗教學(xué)中存在的問(wèn)題
經(jīng)過(guò)多次總結，虛擬現實(shí)技術(shù)在分子生物學(xué)實(shí)驗教學(xué)中有以下幾個(gè)問(wèn)題。
4.1兩者發(fā)展不健全
在分子生物學(xué)的實(shí)驗教學(xué)中，分子生物學(xué)實(shí)驗教學(xué)內容一直都很盲目注重實(shí)驗的結果，對于實(shí)驗的設計方面設想的偏少。教學(xué)中更注重實(shí)驗，而忽略了學(xué)生的綜合能力的培養。學(xué)生沒(méi)有設計過(guò)程，就不會(huì )了解整個(gè)實(shí)驗的設計思路，及時(shí)得到了實(shí)驗結論，也只是匆匆記住結果而已。老師的這種教學(xué)模式，嚴重阻礙了學(xué)生的能力發(fā)展。學(xué)生并沒(méi)有從教學(xué)中學(xué)到任何技能。學(xué)生應該全面掌握實(shí)驗教學(xué)過(guò)程，從設計實(shí)驗、進(jìn)行實(shí)驗、分析探究實(shí)驗，最后得出結論。這樣才能與現代信息技術(shù)進(jìn)行銜接。而虛擬現實(shí)技術(shù)也是目前新興的仿真技術(shù)，還需要不斷的完善。對于生物實(shí)驗教學(xué)這一模塊沒(méi)有進(jìn)行標準化，使用起來(lái)會(huì )很困難。在使用計算機操作虛擬現實(shí)技術(shù)上，老師和學(xué)生應提高使用計算機的能力。
4.2虛擬現實(shí)技術(shù)在分子生物學(xué)實(shí)驗教學(xué)軟件設計和上機操作問(wèn)題
在設計軟件時(shí)，設計者要和相關(guān)實(shí)驗人員進(jìn)行溝通，使設計出來(lái)的軟件能夠方便使用。讓老師能夠教會(huì )學(xué)生應用軟件，同時(shí)能夠讓學(xué)生操作實(shí)驗并得出相應的實(shí)驗結論。老師與學(xué)生共同學(xué)習，不僅有生物實(shí)驗，還有計算機軟件操作的問(wèn)題。
4.3現實(shí)與虛擬的空間問(wèn)題
使用了虛擬現實(shí)技術(shù)，學(xué)生就進(jìn)入到了另一個(gè)世界，在其中體驗生物實(shí)驗教學(xué)。兩者的感受是截然不同的，學(xué)生不能沉浸在虛擬的世界中而忘記了教學(xué)的重點(diǎn)[5]。
5虛擬現實(shí)技術(shù)在分子生物學(xué)實(shí)驗教學(xué)中應用的對策
5.1加強對計算機軟件的學(xué)習
首先，學(xué)生要進(jìn)行計算機培訓，以保證學(xué)生都能夠達到操作計算機的能力。其次，統一由軟件人員進(jìn)行虛擬現實(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)的生物實(shí)驗的軟件的培訓課程。教會(huì )學(xué)生操作軟件，并能靈活掌握。以便學(xué)生能順利操作實(shí)驗，并得出正確結論。
5.2完善分子生物教學(xué)實(shí)驗的教學(xué)
進(jìn)行生物實(shí)驗教學(xué)是學(xué)生教育中必行之路，而且教學(xué)目標中明確提出要求學(xué)生自主完成實(shí)驗的設計與操作。有助于培養學(xué)生的綜合能力，提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)知識水平。
5.3加強兩者合作交流
軟件設計者與生物實(shí)驗人員要多溝通，使兩者的結合得到更好地發(fā)展。同時(shí)也促進(jìn)虛擬現實(shí)技術(shù)的應用在教育中有更好的發(fā)展前景。
5.4課前對學(xué)生進(jìn)行教學(xué)指導
要讓學(xué)生充分了解軟件操作的目的是為了更好地、更加逼真地進(jìn)行實(shí)驗操作，分清現實(shí)與虛擬。學(xué)生在軟件操作中學(xué)習知識，理解知識，充分了解實(shí)驗的設計過(guò)程與操作過(guò)程及最后得出的結論。提高了分子生物學(xué)實(shí)驗教學(xué)質(zhì)量。
6結語(yǔ)
虛擬現實(shí)技術(shù)作為一種新興的仿真技術(shù)，它為人類(lèi)的生活帶來(lái)了便捷，解決了人類(lèi)對危險環(huán)境的及時(shí)應對問(wèn)題。虛擬現實(shí)技術(shù)已經(jīng)深入教學(xué)作為一種模式值得被重視。它解決了學(xué)校教育中教學(xué)過(guò)程的不完善，硬件設施的缺乏，教學(xué)環(huán)境等問(wèn)題。從更開(kāi)闊的視野以及多重的角度參透教育的特點(diǎn)，并對其開(kāi)展一系列問(wèn)題的分析研究。學(xué)生可以在過(guò)程當中進(jìn)行深入探索和自主學(xué)習，為學(xué)生學(xué)習知識增加了樂(lè )趣，提高了學(xué)習的積極性。同時(shí)對計算機的操作，也提高了學(xué)生的綜合能力，獨立思考能力以及主觀(guān)能動(dòng)性。使學(xué)生更加積極向上，提高教學(xué)的質(zhì)量和效果。不過(guò)，虛擬現實(shí)技術(shù)的發(fā)展尚處于起步階段，還存在很多問(wèn)題沒(méi)有得到解決，還需要進(jìn)一步研究[6]。
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