1、基因工程实验论文3900字基因工程实验毕业论文范文模板基因工程实验论文3900字_基因工程实验毕业论文范文模板基因工程实验论文3900字(一)：虚拟仿真技术在基因工程实验教学中的应用论文摘要：基因工程是现代生物技术的核心，其实验课程所涵盖的技术体系是生命科学研究领域及现代生物技术公司高端从业人员必备技能。但因实验内容多，实验原理比较抽象、实验操作烦琐复杂，周期长等因素，在有限的课时内学生的实验成功率偏低，教学任务完成质量较差。为此本研究将虚拟仿真技术（VR）引入实验教学中，通过模拟真实的试验场景，学生能够体会全新的、身临其境实验授课方式，并通过在线软件支持学生课后在任意时间地点反复进行虚拟实验
2、操作。通过问卷、采访以及实际运用等方式证明了VR技术在基因工程实验教学中取得了预期的教学效果。关键词：VR；基因工程；实验教学VR（VirtualReality），即虚拟现实，在20世纪80年代初提出来的，是指借助计算机及最新传感器技术创造的一种崭新的人机交互手段1，2。而基于VR技术的实验教学可以综合应用虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库以及网络通信等技术，营造一个以学生为主体，激发主动学习兴趣，高度互动、动手实作、虚拟实验、过程可视的新颖教学环境，体现“实验室无处不在”的理念3。能避免传统教学中的“试验时间，场所固定”“实验仪器和耗材昂贵”“学生及试验可控性差”“结果错误无法进行后续试验”
3、“学时有限无法完成”等缺点。基因工程是于20世纪70年代在分子生物学和分子遗传学综合发展基础上诞生的一门崭新的生物技术科学4。它是利用重组技术，在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法，对各种生物的核酸（基因）进行改造和重新组合，然后导入微生物或真核细胞内进行无性繁殖，使重组基因在细胞内表达，产生出人类需要的生物产品，或者改造、创造新的生物类型。该技术是整个现代生物工程的核心工程，已成为相关研究领域及现代生物技术公司高端从业人员必备技能。这也是生命科学相关专业学习和掌握的关键内容。基因工程技术所涉及的基础理论课程及实验课程相当多，包括分子生物学及实验微生物学及实验细胞生物学及实验生物化学及实验等
4、生物类本科专业的专业基础课及基因工程高级生物化学等专业课程。而这些课程根据认知先后开设于不同的学期比较分散，学生只能在不同的课程内完成所涉及的部分基本技能的学习和操作，很难综合在一起，影响了整体技术的认知和操作训练。另一方面该技术所使用的仪器和试剂比较昂贵，耗材需求量也大，并且是一次性的。因此专业综合实验只能开设其中几个环节，还经常因仪器和经费限制只能多人一组，无法训练学生的基本操作技能，严重影响到学生学习效果及积极性4-6。因此，如何能让教师更合理地安排教学内容及时掌握教学成效，更好提高教学效率和教学水平，激发学生的学习热情，成了需要解决的关键问题。近年来，国内外多所高校已经开展了以虚拟仿真
5、为主要特色的实验教学平台建设7-9，取得了显著的成绩，但针对基因工程实验技术的虚拟仿真实验教学的实践非常少见。本研究以本学院的实验中心平台为依托，结合现代的信息技术制作了基因工程交互性虚拟仿真实验，并将其应用于实验教学中，为探索一种新型实验教学模式奠定基础。一、基因工程虚拟仿真实验软件简介该实验以我校数字网页为平台，由教师将上课的学生添加到该课程中，这样学生就可以通过自己的账号登录进入课程学习。制作过程中由济南科明提供技术支持，版权为齐鲁工业大学所有。根据技术流程将软件分为三大模块：微生物目的基因的克隆；原核基因工程菌的获得；目的基因表达鉴定（图1）。学生点击其中的实验模块就可看到每个实验模块
6、所包含的试验流程图（图2），并按照流程图的试验内容点击进入实验项目。VR试验模仿实验室真实场景，学生进入后可以看到实验室的全景，包括实验台、实验室仪器等（图3）。主界面的右上方有实验步骤、药品试剂和仪器的工具框，学生可以从中选本试验项目所需的仪器和试剂，并熟悉本实验的步骤。界面左上方有帮助栏，学生可以通过帮助栏了解本实验的目的、原理及容易出现的主要问题。界面的下方有操作提示对话框，根据提示学生选取实验中的虚拟试剂、仪器等进行操作，如果操作有误则无法进入下一步。二、基因工程虚拟仿真实验在实验仪器中的应用基因工程实验中使用的仪器较多，其中有些仪器造价较贵，台套数较少，多数学生不能亲自操作，严重影响
7、了学生的仪器操作能力。为此，本课题组使用VR仿真技术对真实仪器进行全方位立体虚拟，学生可以360度全方位观察仪器，并能自由操控，多参数调节。以PCR仪的使用为例，PCR（聚合酶链式反应）是分子生物学研究的一种极其重要的工具。它每天都在世界各地的实验室用于多种多样的应用，例如克隆、基因表达分析、基因分型、测序和诱变。PCR仪则是进行PCR反应必需的仪器，为了让学生能熟练掌握PCR仪器的使用我们对该仪器进行了仿真模拟。学生可以随时随地对该仪器进行真实模拟操作，包括仪器的开关、样品的放入、PCR参数的设置、PCR仪的运行及反应结束后样品的取出等。通过全方位模拟真实操作过程，增加了学生与仪器使用之间的
8、交互。三、基因工程虚拟仿真实验在实验操作及成绩评定中的应用实验操作即动手能力，是通过学习而成的一种合乎规则操作的活动方式。基因工程技术依赖实验操作，必须熟练掌握实验操作技能，才能更好地从事基因相关的科学研究。在传统的实验教学中经常会有教师讲完了，有的学生却依然不知道该如何操作，因此我们将实验操作制作成了演示和操作交互的方式，在每一项实验操作中都含有演示与操作部分，学生在观看完演示部分之后进行操作，在操作中，需要学生点击相关的试剂或仪器进行模拟实验，如果学生忘记了该如何操作，可以点击帮助按钮，会提示下一步操作的内容是什么。这样大大降低了学生操作的错误率和实验的失败率，使学生能够在有限的时间里顺利
9、地完成实验内容，并能掌握实验操作技巧，提高了学生的动手能力。此外各实验内容完成会获得相应结果。学生可对结果进行分析，完成实验报告。学生在虚拟环境中进行的实验，可以通过授课教师的实时监控在线进行评价及答疑，课后可在线提交实验报告、回答问题，最后教师综合评定实验成绩。四、基因工程虚拟仿真实验应用反馈为了进一步完善基因工程虚拟仿真实验，使学生应用更加方便有效，利用网络问卷的形式对本学期上课的学生进行了调查，反馈结果如下：本校生物技术专业的两个班学生调查，有效问卷数57份。在对是否有必要应用虚拟仿真实验进行基因工程实验教学调查中，有88%的人认为有必要，有93%的人认为该软件能够解决传统实验教学中遇到
10、的困难。在应用该软件的优点调查中，使课程生动形象比例占80%；使原理、方法清晰易懂比例占60%；实验技术得到加强占40%；实验能完成80%以上占50%；在实验软件需要改进的地方调查中，26.76%的人认为需要开发手机App功能，24.02%的人认为增加闯关积分，可以用积分来评定实验成绩；21.46%的人认为应加增加其他评价机制，如中间可以插入问答题等，增加学生与教师之间的交互功能。通过以上的调查结果说明基因工程仿真软件的应用增加了学生对实验课的兴趣，而且其中的实验原理、方法更清晰易懂、极大地降低了实验中的错误率，鼓舞了学生做实验的热情，让他们更加有信心和兴趣去学习和探索生命的奥秘。五、虚拟仿真
11、实验在实验教学中优势及展望（一）能合理掌控试验成本及时间，提高实验教学效果基因工程实验传统教学主要存在两个问题：（1）用到的有些仪器及试剂，价格相当昂贵，在教学公共平台中不能完全保证每个学生都能亲自操作；（2）实验步骤烦琐，试验周期长，试验过程环环相扣，前一步骤结果错误就无法进行后续试验。鉴于课时及试剂经费限制，一般中间环节试验失败的学生不可能重新再做，使得他们的后续试验参与度降低。以上问题严重降低了学生的学习热情和兴趣，也让指导教师在试验安排时较少地选择综合性强的试验，因此实验教学效果无法保障4，5。而利用仿真实验教学可以以信息技术营造一个虚拟实验、过程可视的新颖教学环境，软件可以在Wind
12、ows、Linux、Android或MacOs等操作系统下的PC机、平板电脑上运行，支持学生课后在任意时间地点反复进行虚拟实验操作，只要有网络的地方就可以动手做实验。能充分体现“实验室无处不在”的理念10，11。较好地避免了传统教学中的“试验时间，场所固定”“学生及试验可控性差”“结果错误无法进行后续试验”“学时有限无法完成”等缺点，能明显提高基因工程实验教学效果。（二）提高学生试验预习效果为了提高实验效果及实验成功率，任课教师会要求学生进行课前预习。学生一般通过阅读实验指导手册来完成预习。晦涩难懂的实验原理及烦琐的实验步骤让很多学生无法理解及想象，学生预习热情不高。而且基因工程实验经常应用一
13、些有毒的试剂及材料，例如氯仿、溴化乙啶等。在教学中需要严格要求学生按照操作规则进行实验，如果处理不当往往会造成对环境及周围人的伤害。而通过虚拟仿真实验软件学生可提前对实验进行真实的可视化预习，预习效果比单纯看文字说明更能带动学生的预习热情，不仅能提前掌握安全操作，而且还熟悉了试验步骤，这样学生进入实验室时就不至于盲目操作，不仅降低安全隐患，也能提高实验成功率。总之，基因工程实验操作烦琐，周期长，操作细节关乎成败。将虚拟仿真实验引入教学中，提供给学生逼真、生动的学习内容和先进的实验设备，不仅扩大了实验环境，延长了实验时间，而且反复操作不必担心实验失败。因此，在真实实验的基础上，以虚拟仿真实验为辅
14、助，能起到事半功倍的效果，同时利于学生进行实验技术创新，充分发挥学生主体的积极性、主动性，较好地保障了教学质量。可以说，虚拟仿真实验教学通过信息技术与教育教学融合给实验教学带来改革与创新。基因工程实验毕业论文范文模板(二)：基因工程虚拟实验室设计与管理探析论文摘要：目前，学员数量的激增与现有学校教学资源的紧缺之间形成了比较大的矛盾。为了在有限的资源下满足学生对基因工程技术的实践能力的形成，学校对基因工程虚拟仿真实验室的建设投入了大量的研究。该仿真实验室的建立可以不需要借助真实的实验设备和试剂即达到模拟真实实验操作的体验，以帮助学员进行真实操作前的培训和练习，同时不受空间和时间得限制。本文主要从
15、实验室建设的意义、建设内容以及运行机制进行了阐述，以期待为该技术的开发和利用提供相关理论认识。关键词：基因工程；虚拟仿真；运行机制基因工程技术在促进新产品的高质量产出方面具有非常大的优势，被认为是21世纪最具发展前途的技术之一。该学科不仅要求学生具有非常扎实的理论基础知识，而且还有精准的实验操作能力和分析问题、解决问题的能力。而基因工程相关技术的学习和技术操作实践需要借助于较大型的实验仪器反复的操作练习，并且实验所需试剂也非常昂贵，因此无论从设备试剂资源还是费用开支方面，都难以满足学生进行大量的实际动手培训和学习。随着高校人数的日益增加，实验设备和实验室空间显得越发不足和紧张。如何在有限的空间
16、和经费的支持下，最大程度的让学生在实践操作中学习基因工程的理论知识，是每一所开设基因工程院校所亟待解决的问题。上个世纪80年代，美国的虚拟仿真技术的成功开发迅速引起了广大科技人员的关注。该技术通过计算机的3d建模计术计算实验室里不同视角下物体的间距和比例模拟生产一个虚拟的实验环境，即将真实的实验室环境模拟到计算机上形成一个虚拟实验室界面，让学生在线学习和操作。这种模拟技术如果应用于基因工程实验模拟开发上，即可很好的解决基因工程院校设备资源不足和经费开支巨大的问题。一、虚拟仿真实验室的概念及其特点虚拟仿真技术，出现于上个世纪的80年代末，当时美国弗吉尼亚大学的williamwolf教授提出了虚拟
17、实验室的概念，他的目的是用来描述一个“以计算机网络化为基础”的虚拟实验室的环境。何为虚拟实验室？即以计算机网络为基础，通过编程和设计，实现真实实验室环境的再现，该环境的真实性一般要接近甚至优于真实环境。实验者可以通过该软件提供的虚拟实验室界面，完成实验前的培训以及预实验，并且软件会根据相应的程序对实验者的实验过程进行评价。相对真实实验室，虚拟仿真实验室具有非常明显的优点：（1）性价比高。虚拟仿真实验室只需特定的软件支撑，无序购买大量的昂贵设备，但是却能让学员感受到真实的实验室环境。（2）目标明确。真实实验室中，由于老师与学生都具有非常明显的主观行为，许多主观行为的出现会干扰教学效果，而虚拟仿真
18、实验室可以直接进入主题，忽略许多无关紧要的细节，节约教学时间。（3）教学时间灵活。由于网络的共享或者软件的独立性，这种仿真实验室内的实践操作可以打破空间的局限性，使得学员随时随地可以进行学习。二、基因工程虚拟实验室功能特点基因工程虚拟仿真实验室的设计与建立，一方面可以解决学校内部空间以及经费的紧张的问题，另一方面还可以使得学员在虚拟仿真实验环境中学习基因工程相应的操作技术，做到学有所用，加强理论与实践的结合。基因工程虚拟仿真实验室的建设不仅需要生物技术专业知识，还需要计算机软件编程设计相关知识，如何将二者有效的结合起来完成基因工程虚拟仿真实验室的建设是该平台落成的关键和难点。1.“基因工程虚拟
19、仿真实验室”可实现网络资源共享。软件设计一方面可脱离网络环境，软件安装在电脑上后，可以直接运行，让学员可自由自主的学习和上机操作，且不受网络的限制。另一方面，软件可实现网上资源共享，通过个人账户登录，学员之间可将成绩、数据结果、疑难问题上传实现远程交流学习和讨论，也可求助在线教师的指导。2.“基因工程虚拟仿真实验室”可实现软件教学。学习平台上除了有一个虚拟的操作平台还可提供精简优秀的教学频频及资料信息，让学员能够迅速地对抽象的理论概率有更直观形象的理解，真正让学员实现理论和实践学习的结合。3.“基因工程虚拟仿真实验室”可具有良好的评价功能，这种评价应该分为“软件自评”以及“教师评价”两种层次。
20、软件自评可方便学员的自学，还会对实验过程中出现的问题进行整理，以方便学员能够及时更正，归纳和提升。教师评价可方便教师对学生的操作过程进行评定和指导。4.“基因工程虚拟仿真实验室”可具有干净整洁甚至更加舒适的视觉美感。实验本身是比较枯燥的，这在实际的实验环境中是无法避免的；但是模拟环境中，我们可以充分的发挥设计人员的主观能动性，增添模拟环境的一些美感和舒适感。三、基因工程模拟仿真实验室设计内容本文主要是从总体上对“基因工程虚拟仿真实验室”进行介绍，对于其中涉及到基因工程和计算机编程设计中相关专业知识不做详细介绍。基于以上设计理念，我们将“基因工程仿真实验室”的建设细分为以下几个方面。1.软件主页
21、的设计。其实对于软件本身而言，主页界面可帮助学员迅速了解软件的内容和如何使用该软件。学员在该界面可以找到所有的操作命令，引导学员进一步的学习。主页应该包括软件版权问题的确认、软件使用说明、学员账号的注册、“基因工程技术理论介绍”、“基因工程技术真实人员的操作过程演示”、“基因工程技术仿真模拟自练模块”、“技术仿真模拟考核界面”、“操作人员实际操作情况评价界面”以及“群内操作人员操作情况对比界面”.2.“基因工程技术理论介绍部分”内容的设计。该部分主要将基因工程技术所涉及到的生物化学、微生物相关的背景以图示加简明扼要的文字组成，学院进行模拟实验操作前可以先对理论知识进行简单的回顾，如果在理解时有
22、其他问题需要寻求帮助时，可以启动网络连接窗口，进行网上搜索。这部分内容由于以教学为目的，可以考虑多增加动画的演示，以使学员对理论知识有比较全面的认识。3.“基因工程技术真实人员操作演示”内容的设计。该部分内容主要是首先向学员展示实际环境中，基因工程技术试验操作的规范步骤。它的意义在于为学院实践设定一个标准，同时可附有专业技师规范操作视频，便于学员快速的学习和模仿。4.“基因工程技术仿真模拟自练模块”的设计。这一部分主要是为了模拟真实实验课堂上学员对实验步骤反复操作的过程。这个模块设定了很多既定的操作规范，当学员操作不规范时，系统会发出警示，提醒和规范学员的操作，指导学员将该技术掌握规范。这个模
23、块也存在一个最终评价指标，只有学员达到了这个指标后才能进入下一步的考核阶段。5.“基因工程技术仿真模拟考核界面”的设计。该部分主要的目的就是考察学员对基因工程相关操作技术的掌握情况。这种界面主要包括考核日期的选择、理论知识的考核，考核阶段实验器材的领取、实验步骤的操作以及考核成绩的查询。学员可以根据自己的时间安排选择合适的考核日期；并且还应该根据实验需要选择所需实验器材等。6.“群内交流”界面的设计。该模块主要是为了方便注册学员之间就技术难题，自己的操作体验进行交流，这种交流信息的整合一方面可以帮助老师了解学员所关注的问题以及感兴趣的话题，另一方面还有助于软件功能的升级。四、基因工程模拟仿真实
24、验室的运行管理规范基因工程模拟仿真实验室的运行也需要像专业实验室一样有一定的管理运行体制，以保证仿真实验室顺利运行。本仿真实验室设置了以下几个岗位：实验室主任、软件客户端管理人员、软件后台数据处理与维护人员。与实际实验室主任职责不同的是，仿真实验室主任主要负责前期实验室仿真软件的规划与人员的协调，当软件设置成功后，主任主要是考察软件运行时所涉及到的基因工程技术专业以及为了将来技术升级做好前期的考察，并且有能力组织相应的人员进行软件的维护和更新。软件客户端管理主要负责客户端界面的维护与升级。比如软件是学校本身的资源，考虑到产权和专利所有权的问题，可设计相关密码保护。一般在用户界面会设有登录界面，
25、以及头像或者指纹鉴别系统，帮助系统对操作人员的鉴别。软件后台数据处理与维护人员主要负责软件前台搜集到的数据的处理，包括数据结构的分析以及算法的优化，整理出相应的数据报告，报告给主任，以此帮助新软件开发。虽然基因工程模拟仿真实验室的建设具有很强的实践意义，它可以帮助学校节省建造专业实验室以及购买新设备的经费，还可以方便学生对该技术的学习和反复的操作练习，但是现阶段由于技术上的不足，仿真实验室与真实实验室之间还是存在较大差距。主要有以下几点：（1）实验过程有删减。仿真实验室为了节省时间，一般会省去许多无关紧要的细节部分，但是这些细节往往在真实实验中是存在的，比如灭菌过程、平板的洗涤、以及实验试剂的配备和存放等。而实验试剂的配备和存放以及灭菌等相关过程需要实验者的耐心和细心的能力是软件平台上还无法真实模拟的。（2）电脑操作和实际操作的差距。这是目前仿真实验室建立过程中遇到的典型的问题。因为学员主要依靠鼠标或者触摸的办法对模拟一起进行操作，但是真实实验中很多的操作是需要手感的，因此仿真无法做到这一点。总之，基因工程仿真模拟实验室在帮助学员做到理论与实践相结合，增加其对该部分知识的认知方面将会发挥很大的作用，虽然该实验室的建立还会存在很多的问题，但是我们也坚信随着计算机技术的迅速发展，还会有更加全面的技术会面世。
