生物化学检验是医学检验专业的核心课程，实验教学是理论知识转化为实践能力的关键环节。传统实体实验依赖有限的仪器设备和场地资源，部分高风险、高成本实验难以开展；同时教师需兼顾操作示范与个体指导，个性化教学难以落实^[1]。AI虚拟实验技术的出现为解决这些问题提供了新路径，其通过3D建模、参数模拟等技术还原实验全流程，既降低操作风险，又能记录学习轨迹、分析学习难点。
1.AI虚拟实验技术的概念

AI虚拟实验技术通过数字建模与算法驱动，构建高度贴近真实场景的实验操作环境，覆盖生物化学检验中从试剂配置、仪器使用到结果判读的全流程环节。区别于传统实体实验，该技术依托计算机程序模拟实验条件的动态变化，如温度调控、反应时间控制等关键变量，同时支持学习者通过交互界面完成操作步骤，从移液枪的角度调整到比色皿的光路对准，每个动作都会触发相应的虚拟反馈。这种技术并非完全替代传统实验，而是通过可重复操作、低损耗成本的特点，为学生提供安全可控的预练习平台，尤其在处理高危险性试剂或精密仪器操作时，能有效降低教学风险，帮助学习者在实际操作前建立规范的动作记忆与逻辑认知，从而提升实体实验的成功率与教学效率^[2]。

2.AI虚拟实验技术在生物化学检验教学中的优势解析

2.1突破时空限制，拓展教学资源

在生物化学检验教学中，传统实验教学常受限于实验室开放时间、仪器设备数量及试剂耗材的可获得性，学生操作机会往往集中于固定课时，难以充分掌握复杂实验流程。AI虚拟实验技术的引入，首先在时空维度上打破了这一约束。其依托数字化平台构建的虚拟实验环境可通过终端设备实现24小时开放，学生无论身处校内实验室还是校外，均可通过电脑或移动终端登录系统，随时选择目标实验项目进行操作练习。如针对酶活性测定、蛋白质电泳等需多步骤操作的实验，学生可在课后反复模拟移液、离心、显色等关键环节，系统同步记录操作轨迹并反馈规范性评价，有效弥补了传统教学中“课堂时间有限、课后无练习载体”的短板。从教学资源拓展的角度看，虚拟实验技术通过数字建模能力，将原本受限于成本或风险的实验场景纳入教学范畴^[3]。

2.2增强实验安全性，降低教学风险

传统实验课程中，学生需直接接触多种具有潜在风险的实验要素：强酸强碱试剂可能造成皮肤灼伤，苯类有机溶剂挥发会危害呼吸系统，放射性同位素操作需严格防护，而高压灭菌锅、超速离心机等设备若操作不当更可能引发物理伤害。这些风险不仅限制了部分高难度实验的开展，也让师生在操作时需保持高度警惕，一定程度上影响了教学专注度。AI虚拟实验技术的应用，为解决这一矛盾提供了有效路径。其核心在于通过数字仿真替代真实危险场景，构建“无风险操作环境”。如学生在虚拟平台中配置浓硫酸溶液时，系统会模拟试剂滴加速度过快导致的溶液飞溅画面，但不会产生真实的腐蚀性液体；操作放射性同位素标记实验时，虚拟环境可演示未佩戴防护手套的“后果”，如仪器检测到辐射值异常升高并触发警报，却无实际辐射泄漏风险^[4]。

2.3优化教学流程，提升教学质量

在传统实验教学中，教师需花费大量时间重复讲解操作规范、演示关键步骤，学生因操作熟练度差异导致进度参差不齐，部分学生可能因跟不上节奏而影响学习效果。AI虚拟实验技术则通过数字化平台构建了“自主学习+智能指导”的模式：学生可根据自身基础选择实验模块，系统自动演示标准操作流程并标注关键步骤，操作过程中实时提示错误，大幅减少了教师重复讲解的时间成本。同时，虚拟实验的“数据化记录”功能为教学质量提升提供了客观依据。系统会完整记录学生的操作轨迹、错误类型及修正次数，教师通过分析这些数据可精准定位学生的薄弱环节，从而在实体实验或课堂讲解中针对性强化指导^[5]。如若多数学生在“酶活性测定”实验中频繁出现温度设置错误，教师可重点讲解温度对酶促反应的影响机制；若个别学生移液操作误差率高，则单独指导手法规范，详见表1。

表1传统实验和AI虚拟实验差异对比

2.4减少教学投入，节约资源成本

试剂耗材的消耗是实验教学中主要成本来源，生物化学检验常用的酶制剂、标准品、有机溶剂等试剂价格较高，部分试剂需特殊保存条件，存储与损耗成本进一步增加；此外，高效液相色谱仪、超速离心机等精密仪器的采购与维护费用高昂，实验室空间的规划与设备的更新换代也需持续投入，这些都限制了学生参与高难度实验的机会。AI虚拟实验技术通过数字化模拟替代了部分实体消耗环节，显著降低了教学成本。学生在虚拟平台中操作实验时，无需使用真实试剂，配置不同浓度的缓冲液、混合反应底物等步骤仅需调整系统参数即可完成，避免了试剂的物理损耗；模拟精密仪器操作时，系统可完整复现仪器的启动、校准、运行流程，学生反复练习也不会造成仪器磨损，减少了设备维护与维修的开支。同时，虚拟实验平台支持多终端访问，学生通过电脑或移动设备即可参与实验，无需占用专门实验室空间，降低了场地租赁与设备采购的投入^[6]（详见图1）。

图1传统实验教学与AI虚拟实验教学成本对比

3.AI虚拟实验技术在生物化学检验教学中的实施路径

3.1紧扣课程建设资源，夯实虚拟基础

教学资源建设需以课程目标为导向，结合生物化学检验的核心知识点与技能要求，系统梳理实验项目类型，构建覆盖基础、综合与拓展层次的虚拟实验资源库。基础层可纳入蛋白质定量、血糖测定等经典实验，确保学生掌握基本操作规范；综合层可设计酶动力学分析、血清脂蛋白分离等多步骤实验，强化知识整合能力；拓展层则可引入临床样本检测模拟，衔接实际应用场景，使资源库既贴合教学大纲，又满足不同学习阶段的需求。资源建设的关键在于实现实验流程的精准数字化。需组织教师与技术团队协同，将传统实验的操作步骤、仪器使用规范及注意事项转化为虚拟平台的交互模块。^[7]虚拟实验平台应嵌入关键知识点的即时讲解，并在操作错误时关联理论要点，帮助学生在实践中深化对理论的理解。同时，建立动态更新机制，随着生物化学检验技术的发展，及时补充或优化虚拟实验项目，确保资源的时效性与实用性。

3.2强化培训提升能力，助力教师转型

传统实验教学中教师主要依赖现场演示和经验指导，而虚拟实验技术的引入使教学场景从实体操作扩展到数字平台，教师需要具备技术应用、资源整合和教学模式创新的综合能力。教师培训需围绕三个核心方向展开。一是技术应用能力，教师需要掌握虚拟实验平台的基本操作，包括实验模块的选择、参数设置、学生操作数据的查看与导出。如在指导“酶活性测定”实验时，教师需能熟练调整虚拟平台中的温度、pH值等参数，演示不同条件对实验结果的影响。二是教学融合能力，教师需学会将虚拟实验与理论教学有机结合，设计分层教学任务。如针对基础薄弱的学生，可安排虚拟平台中的分步操作练习；针对能力较强的学生，可设置开放性实验任务，引导其自主探究实验条件的优化。三是评价分析能力，教师需通过平台记录的操作轨迹、错误类型等数据，分析学生的学习难点，调整教学重点。例如若多数学生在“移液操作”环节频繁出错，教师可在实体实验前增加该环节的专项指导。培训方式需注重实践性与针对性。学校可采用分层培训模式，对新教师侧重基础操作培训，通过模拟练习掌握平台的基本功能；对骨干教师侧重资源开发培训，指导其结合课程需求设计个性化实验模块。

3.3完善评价体系建立多维反馈

教学模式设计需立足课程目标，结合虚拟实验与实体实验的特点，构建层次分明、功能互补的教学流程，使技术应用真正服务于学生实验能力与科学思维的培养。教学模式的核心在于实现虚拟实验与实体实验的有机衔接。基础实验可采用“虚拟预练+实体验证”模式：学生先在虚拟平台完成基础操作练习，如移液枪使用、仪器校准等，熟悉标准流程后再进入实体实验室操作。这种模式能减少实体实验中的操作失误，提升实验成功率。综合实验可设计“虚拟探究+实体深化”流程：学生在虚拟环境中改变实验参数，观察不同条件对实验结果的影响，分析内在原理；教师根据平台记录的操作数据，筛选出典型问题，引导学生在实体实验中针对性验证，深化对实验原理的理解。教师可设计开放性实验任务，如“优化某酶促反应条件”，学生通过虚拟平台自主选择实验变量、设计操作步骤、记录数据变化，形成初步假设后再通过实体实验验证。

3.4教学评价与反馈机制建立

教学评价与反馈机制的建立需突破传统实验教学的单一评价模式，充分利用虚拟实验平台的过程数据，构建覆盖操作过程、知识掌握与能力发展的多维评价体系。一是评价内容需兼顾操作规范性与思维深度。传统实验教学多以实验报告或最终结果作为评价依据，而虚拟实验平台能完整记录学生的操作轨迹，包括步骤顺序、仪器使用方法、参数调整过程及错误修正情况。^[8]这些数据可量化评估操作规范性，如移液枪的持握角度是否符合标准、仪器校准步骤是否完整。同时平台能捕捉学生在实验中的决策过程，如面对实验误差时的调整策略、对不同实验条件的选择逻辑，这些信息可用于评价科学思维能力，如问题分析的严谨性、变量控制的合理性。二是反馈机制需注重及时性与针对性。教师通过平台数据可快速定位共性问题，例如多数学生在“显色反应时间控制”环节频繁出错，可在后续教学中增加该环节的虚拟专项训练；对于个别学生的操作偏差，教师可结合平台记录的具体错误点，提供个性化指导建议。

4.结语

总之，AI虚拟实验技术为生物化学检验教学注入了新动能，其在操作训练、原理探究及个性化指导方面的优势，有效弥补了传统实验的不足。通过系统建设教学资源、提升教师技术应用能力、设计分层教学模式及完善数据驱动的评价机制，可推动技术与教学深度融合。

参考文献

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[4]潘雨凌,郗娟,金丹,等.ChatGPT辅助临床生物化学检验技术在线教学探索[J].检验医学与临床,2024,21(09):1341-1344.

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