基因工程虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)與管理探析,基因工程論文

基因工程虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)與管理探析,基因工程論文原標(biāo)題：基因工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建立與運(yùn)行內(nèi)容摘要：當(dāng)前，學(xué)員數(shù)量的激增與現(xiàn)有學(xué)校教學(xué)資源的緊缺之間構(gòu)成了比擬大的矛盾。為了在有限的資源下知足學(xué)生對(duì)基因工程技術(shù)的實(shí)踐能力的構(gòu)成，學(xué)校對(duì)基因工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)投入了大量的研究。該仿真實(shí)驗(yàn)室的建立能夠不需要借助真實(shí)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和試劑即到達(dá)模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作的體驗(yàn)，以幫助學(xué)員進(jìn)行真實(shí)操作前的培訓(xùn)和練習(xí)，同時(shí)不受空間和時(shí)間得限制。本文主要從實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的意義、建設(shè)內(nèi)容以及運(yùn)行機(jī)制進(jìn)行了闡述，以等待為該技術(shù)的開(kāi)發(fā)和利用提供相關(guān)理論認(rèn)識(shí)。本文關(guān)鍵詞語(yǔ)：基因工程；虛擬仿真；運(yùn)行機(jī)制基因工程技術(shù)在促進(jìn)新產(chǎn)品的高質(zhì)量產(chǎn)出方面具有非常大的優(yōu)勢(shì)，被以為是21世紀(jì)最具發(fā)展前途的技術(shù)之一。該學(xué)科不僅要求學(xué)生具有非常扎實(shí)的理論基礎(chǔ)知識(shí)，而且還有精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)操作能力和分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。而基因工程相關(guān)技術(shù)的學(xué)習(xí)和技術(shù)操作實(shí)踐需要借助于較大型的實(shí)驗(yàn)儀器反復(fù)的操作練習(xí)，并且實(shí)驗(yàn)所需試劑也非常昂貴，因而無(wú)論從設(shè)備試劑資源還是費(fèi)用開(kāi)支方面，都難以知足學(xué)生進(jìn)行大量的實(shí)際動(dòng)手培訓(xùn)和學(xué)習(xí)。隨著高校人數(shù)的日益增加，實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室空間顯得越發(fā)缺乏和緊張。怎樣在有限的空間和經(jīng)費(fèi)的支持下，最大程度的讓學(xué)生在實(shí)踐操作中學(xué)習(xí)基因工程的理論知識(shí)，是每一所開(kāi)設(shè)基因工程院校所亟待解決的問(wèn)題。上個(gè)世紀(jì)80年代，美國(guó)的虛擬仿真技術(shù)的成功開(kāi)發(fā)迅速引起了廣大科技人員的關(guān)注。該技術(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)的3D建模計(jì)術(shù)計(jì)算實(shí)驗(yàn)室里不同視角下物體的間距和比例模擬生產(chǎn)一個(gè)虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，即將真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境模擬到計(jì)算機(jī)上構(gòu)成一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室界面，讓學(xué)生在線學(xué)習(xí)和操作。這種模擬技術(shù)假如應(yīng)用于基因工程實(shí)驗(yàn)?zāi)M開(kāi)發(fā)上，即可很好的解決基因工程院校設(shè)備資源缺乏和經(jīng)費(fèi)開(kāi)支宏大的問(wèn)題。一、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的概念及其特點(diǎn)虛擬仿真技術(shù)，出現(xiàn)于上個(gè)世紀(jì)的80年代末，當(dāng)時(shí)美國(guó)弗吉尼亞大學(xué)的WilliamWolf教授提出了虛擬實(shí)驗(yàn)室的概念，他的目的是用來(lái)描繪敘述一個(gè)以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化為基礎(chǔ)的虛擬實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境。何為虛擬實(shí)驗(yàn)室？即以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過(guò)編程和設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的再現(xiàn)，該環(huán)境的真實(shí)性一般要接近甚至優(yōu)于真實(shí)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)者能夠通過(guò)該軟件提供的虛擬實(shí)驗(yàn)室界面，完成實(shí)驗(yàn)前的培訓(xùn)以及預(yù)實(shí)驗(yàn)，并且軟件會(huì)根據(jù)相應(yīng)的程序?qū)?shí)驗(yàn)者的實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)進(jìn)行評(píng)價(jià)。相對(duì)真實(shí)實(shí)驗(yàn)室，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室具有非常明顯的優(yōu)點(diǎn)：〔1〕性價(jià)比高。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室只需特定的軟件支撐，無(wú)序購(gòu)買(mǎi)大量的昂貴設(shè)備，但是卻能讓學(xué)員感遭到真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境?！?〕目的明確。真實(shí)實(shí)驗(yàn)室中，由于教師與學(xué)生都具有非常明顯的主觀行為，很多主觀行為的出現(xiàn)會(huì)干擾教學(xué)效果，而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室能夠直接進(jìn)入主題，忽略很多無(wú)關(guān)緊要的細(xì)節(jié)，節(jié)約教學(xué)時(shí)間。〔3〕教學(xué)時(shí)間靈敏。由于網(wǎng)絡(luò)的分享或者軟件的獨(dú)立性，這種仿真實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的實(shí)踐操作能夠打破空間的局限性，使得學(xué)員隨時(shí)隨地能夠進(jìn)行學(xué)習(xí)。二、基因工程虛擬實(shí)驗(yàn)室功能特點(diǎn)基因工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)與建立，一方面能夠解決學(xué)校內(nèi)部空間以及經(jīng)費(fèi)的緊張的問(wèn)題，另一方面還能夠使得學(xué)員在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境中學(xué)習(xí)基因工程相應(yīng)的操作技術(shù)，做到學(xué)有所用，加強(qiáng)理論與實(shí)踐的結(jié)合?；蚬こ烫摂M仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)不僅需要生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，還需要計(jì)算機(jī)軟件編程設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)，怎樣將二者有效的結(jié)合起來(lái)完成基因工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)是該平臺(tái)落成的關(guān)鍵和難點(diǎn)。1.基因工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源分享。軟件設(shè)計(jì)一方面可脫離網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，軟件安裝在電腦上后，能夠直接運(yùn)行，讓學(xué)員可自由自主的學(xué)習(xí)和上機(jī)操作，且不受網(wǎng)絡(luò)的限制。另一方面，軟件可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上資源分享，通過(guò)個(gè)人賬戶登錄，學(xué)員之間可將成績(jī)、數(shù)據(jù)結(jié)果、疑難問(wèn)題上傳實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溝通學(xué)習(xí)和討論，可以求助在線老師的指導(dǎo)。2.基因工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室可實(shí)現(xiàn)軟件教學(xué)。學(xué)習(xí)平臺(tái)上除了有一個(gè)虛擬的操作平臺(tái)還可提供精簡(jiǎn)優(yōu)秀的教學(xué)頻頻及資料信息，讓學(xué)員能夠迅速地對(duì)抽象的理論概率有更直觀形象的理解，真正讓學(xué)員實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐學(xué)習(xí)的結(jié)合。3.基因工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室可具有良好的評(píng)價(jià)功能，這種評(píng)價(jià)應(yīng)該分為軟件自評(píng)以及老師評(píng)價(jià)兩種層次。軟件自評(píng)可方便學(xué)員的自學(xué)，還會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行整理，以方便學(xué)員能夠及時(shí)更正，歸納和提升。老師評(píng)價(jià)可方便老師對(duì)學(xué)生的操作經(jīng)過(guò)進(jìn)行評(píng)定和指導(dǎo)。4.基因工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室可具有干凈整潔甚至愈加舒適的視覺(jué)美感。實(shí)驗(yàn)本身是比擬枯燥的，這在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中是無(wú)法避免的；但是模擬環(huán)境中，我們能夠充分的發(fā)揮設(shè)計(jì)人員的主觀能動(dòng)性，增添模擬環(huán)境的一些美感和舒適感。三、基因工程模擬仿真實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)內(nèi)容本文主要是從總體上對(duì)基因工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行介紹，對(duì)于華而不實(shí)牽涉到基因工程和計(jì)算機(jī)編程設(shè)計(jì)中相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)不做具體介紹?；谝陨显O(shè)計(jì)理念，我們將基因工程仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)細(xì)分為下面幾個(gè)方面。1.軟件主頁(yè)的設(shè)計(jì)。其實(shí)對(duì)于軟件本身而言，主頁(yè)界面可幫助學(xué)員迅速了解軟件的內(nèi)容和怎樣使用該軟件。學(xué)員在該界面能夠找到所有的操作命令，引導(dǎo)學(xué)員進(jìn)一步的學(xué)習(xí)。主頁(yè)應(yīng)該包括軟件版權(quán)問(wèn)題確實(shí)認(rèn)、軟件使用講明、學(xué)員賬號(hào)的注冊(cè)、基因工程技術(shù)理論介紹、基因工程技術(shù)真實(shí)人員的操作經(jīng)過(guò)演示、基因工程技術(shù)仿真模擬自練模塊、技術(shù)仿真模擬考核界面、操作人員實(shí)際操作情況評(píng)價(jià)界面以及群內(nèi)操作人員操作情況比照界面.2.基因工程技術(shù)理論介紹部分內(nèi)容的設(shè)計(jì)。該部分主要將基因工程技術(shù)所牽涉到的生物化學(xué)、微生物相關(guān)的背景以圖示加簡(jiǎn)明扼要的文字組成，學(xué)院進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)操作前能夠先對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單的回首，假如在理解時(shí)有其他問(wèn)題需要尋求幫助時(shí)，能夠啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接窗口，進(jìn)行網(wǎng)上搜索。這部分內(nèi)容由于以教學(xué)為目的，能夠考慮多增加動(dòng)畫(huà)的演示，以使學(xué)員對(duì)理論知識(shí)有比擬全面的認(rèn)識(shí)。3.基因工程技術(shù)真實(shí)人員操作演示內(nèi)容的設(shè)計(jì)。該部分內(nèi)容主要是首先向?qū)W員展示實(shí)際環(huán)境中，基因工程技術(shù)試驗(yàn)操作的規(guī)范步驟。它的意義在于為學(xué)院實(shí)踐設(shè)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)可附有專(zhuān)業(yè)技師規(guī)范操作視頻，便于學(xué)員快速的學(xué)習(xí)和模擬。4.基因工程技術(shù)仿真模擬自練模塊的設(shè)計(jì)。這一部分主要是為了模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)課堂上學(xué)員對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟反復(fù)操作的經(jīng)過(guò)。這個(gè)模塊設(shè)定了很多既定的操作規(guī)范，當(dāng)學(xué)員操作不規(guī)范時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警示，提醒和規(guī)范學(xué)員的操作，指導(dǎo)學(xué)員將該技術(shù)把握規(guī)范。這個(gè)模塊也存在一個(gè)最終評(píng)價(jià)指標(biāo)，只要學(xué)員到達(dá)了這個(gè)指標(biāo)后才能進(jìn)入下一步的考核階段。5.基因工程技術(shù)仿真模擬考核界面的設(shè)計(jì)。該部分主要的目的就是考察學(xué)員對(duì)基因工程相關(guān)操作技術(shù)的把握情況。這種界面主要包括考核日期的選擇、理論知識(shí)的考核，考核階段實(shí)驗(yàn)器材的領(lǐng)取、實(shí)驗(yàn)步驟的操作以及考核成績(jī)的查詢。學(xué)員能夠根據(jù)自個(gè)的時(shí)間布置選擇適宜的考核日期；并且還應(yīng)該根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要選擇所需實(shí)驗(yàn)器材等。6.群內(nèi)溝通界面的設(shè)計(jì)。該模塊主要是為了方便注冊(cè)學(xué)員之間就技術(shù)難題，自個(gè)的操作體驗(yàn)進(jìn)行溝通，這種溝通信息的整合一方面能夠幫助教師了解學(xué)員所關(guān)注的問(wèn)題以及感興趣的話題，另一方面還有助于軟件功能的升級(jí)。四、基因工程模擬仿真實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行管理規(guī)范基因工程模擬仿真實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行也需要像專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室一樣有一定的管理運(yùn)行體制，以保證仿真實(shí)驗(yàn)室順利運(yùn)行。本仿真實(shí)驗(yàn)室設(shè)置了下面幾個(gè)崗位：實(shí)驗(yàn)室主任、軟件客戶端管理人員、軟件后臺(tái)數(shù)據(jù)處理與維護(hù)人員。與實(shí)際實(shí)驗(yàn)室主任職責(zé)不同的是，仿真實(shí)驗(yàn)室主任主要負(fù)責(zé)前期實(shí)驗(yàn)室仿真軟件的規(guī)劃與人員的協(xié)調(diào)，當(dāng)軟件設(shè)置成功后，主任主要是考察軟件運(yùn)行時(shí)所牽涉到的基因工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)以及為了將來(lái)技術(shù)升級(jí)做好前期的考察，并且有能力組織相應(yīng)的人員進(jìn)行軟件的維護(hù)和更新。軟件客戶端管理主要負(fù)責(zé)客戶端界面的維護(hù)與升級(jí)。比方軟件是學(xué)校本身的資源，考慮到產(chǎn)權(quán)和專(zhuān)利所有權(quán)的問(wèn)題，可設(shè)計(jì)相關(guān)密碼保衛(wèi)。一般在用戶界面會(huì)設(shè)有登錄界面，以及頭像或者指紋鑒別系統(tǒng)，幫助系統(tǒng)對(duì)操作人員的鑒別。軟件后臺(tái)數(shù)據(jù)處理與維護(hù)人員主要負(fù)責(zé)軟件前臺(tái)搜集到的數(shù)據(jù)的處理，包括數(shù)據(jù)構(gòu)造的分析以及算法的優(yōu)化，整理出相應(yīng)的數(shù)據(jù)報(bào)告，報(bào)告給主任，以此幫助新軟件開(kāi)發(fā)。固然基因工程模擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)具有很強(qiáng)的實(shí)踐意義，它能夠幫助學(xué)校節(jié)省建造專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室以及購(gòu)買(mǎi)新設(shè)備的經(jīng)費(fèi)，還能夠方便學(xué)生對(duì)該技術(shù)的學(xué)習(xí)和反復(fù)的操作練習(xí)，但是現(xiàn)前階段由于技術(shù)上的缺乏，仿真實(shí)驗(yàn)室與真實(shí)實(shí)驗(yàn)室之間還是存在較大差距。主要有下面幾點(diǎn)：〔1〕實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)有刪減。仿真實(shí)驗(yàn)室為了節(jié)省時(shí)間，一般會(huì)省去很多無(wú)關(guān)緊要的細(xì)節(jié)部分，但是這些細(xì)節(jié)往往在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中是存在的，比方滅菌經(jīng)過(guò)、平板的洗滌、以及實(shí)驗(yàn)試劑的配備和存放等。而實(shí)驗(yàn)試劑的配備和存放以及滅菌等相關(guān)經(jīng)過(guò)需要實(shí)驗(yàn)者的耐心和細(xì)心的能力是軟件平臺(tái)上還無(wú)法真實(shí)模擬的?！?〕電腦操作和實(shí)際操作的差距。這是當(dāng)前仿真實(shí)驗(yàn)室建立經(jīng)過(guò)中碰到的典型的問(wèn)題。由于學(xué)員主要依靠鼠標(biāo)或者觸摸的辦法對(duì)模擬一起進(jìn)行操作，但是真實(shí)實(shí)驗(yàn)中很多的操作是需要手感的，因而仿真無(wú)法做到這一點(diǎn)。總之，基因工程仿真模擬實(shí)驗(yàn)室在幫助學(xué)員做