实验项目八十四：人类基因组 DNA 提取与鉴定虚拟仿真实验软件

1.实验介绍

本实验项目是生物学教育信息化建设项目，旨在为本科院校生物学相关专业 的学生提供一个三维的、高仿真度的、高交互操作的、全程参与式的、可提供实 时信息反馈与操作指导的、虚拟的分子生物学综合性实验模拟操作平台，使学生 通过在本平台上的操作练习，进一步熟悉专业理论基础知识、了解分子生物学基 因组 DNA 提取与鉴定实际实验环境、培训基本动手能力，为进行实际实验奠定 良好基础。本平台采用虚拟现实技术，依据实验室实际布局搭建模型，按实际实 验过程完成交互，完整再现了基因组 DNA 提取与鉴定的实验操作过程。每个实 验操作配有评分系统，提示实验操作的正确操作及实验过程中的注意事项，3D 操作画面具有很强的环境真实感、操作灵活性和独立自主性，学生可查看到实验 仪器的各个部分，解决了实际实验过程中的某些盲点，为学生提供了一个自主发 挥的实验舞台，特别有利于调动学生动脑思考，培养学生的动手能力，同时也增 强了学习的趣味性。该平台为学生提供了一个自主发挥的平台，也为实现“互动 式”预习、“翻转课堂”等新型教育方式转化到生物学实验中来提供了一条新思 路、新方法及新手段，必将对促进本科生物学实验教育教学的改革与发展起到积 极的促进作用。

2.功能

本实验通过酚抽提法提取口腔上皮细胞的基因组 DNA，对提取的 DNA 进行 电泳鉴定并用比色法测定纯度。材料准备，采取口腔上皮细胞；通过细胞裂解液 和蛋白酶 K 进行细胞破碎；除去杂质，沉淀核酸，并将核酸溶解在缓冲液中； 通过电泳对 DNA 进行鉴定，并用比色法测定 OD 值，测定 DNA 的纯度。通过 仿真实验的操作，掌握基因功能研究的实验原理，熟悉基因功能研究的实验操作 步骤，为真实实验奠定扎实的理论基础。

3.效果

虚拟仿真实验教学是教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容， 依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术，构建高度仿真的 虚拟实验环境和实验对象，学生在虚拟环境中开展实验，从而达到教学大纲所要

求的教学效果。1，增强教学效果。生动、逼真、立体的表现形式，能让抽象的 实验过程浓缩在形象逼真的动画演示中，教师可结合实际的教学需求，最大限度 地发挥虚拟实验环境的优势，提高教学效果。 2，演示实验室无法完成的实验。 学院本科分子生物学实验室仪器设备有限，无法满足大规模的学生实验教学，通 过虚拟仿真系统能让学生了解整个基因组 DNA 提取与鉴定操作流程，实验方法 和注意事项。3，增强课堂趣味性。借助对多媒体技术（音频、视频、图像）、 虚拟仿真技术、输入输出技术构建了了一种高度虚拟现实仿真的实验教学环境， 使学习者体验置身其中的感觉，能够实现互动实验教学，能最大限度地激发学生 的自主实验兴趣，有助于发展学生的构建思维，具有独特的实验教学的实践作用。

图 1.  软件操作模式

图 2.  基因提取步骤（一）