在中学生物课上,学生通常通过显微镜观察单细胞生物,这仅是被动观察,缺少真正的实验参与感。美国研究人员研制出一种远程控制的生物实验室,让学生可以直接参与单细胞实验。

来自斯坦福大学生物工程、教育和计算机科学领域的研究者开发了这套名为生物云实验室的系统,由硬件和软件组成,基于互联网。相关研究报告日前刊登在英国《自然·生物技术》杂志上。

生物云实验室的硬件部分被称为“生物变化过程单元”,学生可用联网电脑、平板电脑或智能手机上的远程控制软件操作。每个“生物变化过程单元”包括一个含有活体微生物群的微流体芯片。芯片周围有4个LED灯,学生通过控LED灯亮度对微生物施加不同光刺激。带有网络摄像头的显微镜则把芯片上的内容直播上传。 实验对象是一种叫眼虫的常见单细胞生物。眼虫有趋光性,但如果光线太过强烈,它也会厌光。通过生物云实验室系统,学生用远程控制软件调节LED灯亮度,在电脑或手机上实时观测眼虫行为的相应变化,加深对科学过程的理解。

研究人员说,生物云实验室的软件便于学生对实验数据进行分析和可视化操作、验证猜测并编制程序自动进行大量实验。

研究人员已在大学生和中学生中进行了几次针对生物云实验室的测试。研究人员说,学生明显对这种互动式实验感兴趣,并参与讨论、分析和建模。

研究人员计划在生物实验中增加其他微生物和外部刺激,并把生物云实验室中的远程控制、互动式研究学习等特点运用到物理、化学和其他学科的实验中。他们还设想通过规模化降低生物云实验室的成本。如把250个“生物变化过程单元”放在一个100平方米的房间里,配备传输速度达到每秒1GB的互联网接入,就可以每年为100万学生提供服务,每个实验的成本只有1美分。