一种在基因工程实验教学中激发学生想象力的游戏方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种游戏方法及系统，具体涉及一种在基因工程实验教学中激发学生想象力的游戏方法及系统。包括以下步骤：S1：建立模型库；S2：核酸反应序列选择；S3：模型调用；S4：连接反应过程模拟。本发明专利技术可以将两个DNA片段的连接成目标重组DNA的过程直观的反应出来，让学生能够更具象的了解两个DNA片段的连接及重组表达过程，充分激发学生的想象力，加深对分子克隆和重组表达过程的理解，有利于学生进一步掌握相关知识。

【技术实现步骤摘要】
一种在基因工程实验教学中激发学生想象力的游戏方法及系统
本专利技术涉及一种游戏方法及系统，具体涉及一种在基因工程实验教学中激发学生想象力的游戏方法及系统。
技术介绍
在生物学的教学过程中，特别是基因工程的实验教学过程中，DNA分子的连接过程非常的抽象，学生很难直观的感受这一过程。为了激发学生对于DNA分子连接过程的想象力，教学工作者采取了各种各样的方法，但是效果都不是很好。因此，迫切需要一个在基因工程实验教学中激发学生想象力的方法。
技术实现思路
本专利技术提供了一种在基因工程实验教学中激发学生想象力的游戏方法及系统，解决了现有技术中在基因工程实验教学中不能更好的激发学生想象力，学生对于DNA分子的连接过程理解不深的问题，促使学生对微观生物大分子的反应展开想象。本专利技术所采用的技术方案为：一种在基因工程实验教学中激发学生想象力的游戏方法，包括以下步骤：S1：建立模型库，分别建立DNA片段模型、酶分子模型、ATP分子模型和EP管模型，其中DNA片段模型包括目的基因DNA片段模型和载体DNA片段模型；S2：核酸反应序列选择，在建立的模型库中选取多个待反应的目的基因DNA片段模型、载体DNA片段模型、酶分子模型和ATP分子模型；S3：模型调用，将选择的目的基因DNA片段模型、载体DNA片段模型、酶分子模型和ATP分子模型调用至反应面中；S4：连接反应过程模拟，选择的DNA片段模型、酶分子模型和ATP分子模型在反应面中随机运动，当两个DNA片段模型的末端相互靠近后，酶分子模型和ATP分子模型靠近两个DNA片段模型的末端相接处；判断两个DNA片段模型能否连接成DNA环，若不能成环，则两个DNA片段模型分开，若能成环，则模拟成环过程；成环后，根据两个成环的DNA片段类型来判断是否是目标重组DNA，则该DNA环为目标重组DNA，输出连接成功信号。作为上述技术方案的优选，所述步骤S1中，DNA片段由两条核苷酸链组成，核苷酸链包括多个相互连接的核苷酸单元模型，核苷酸单元模型包括用细短杆表示的氢键和用小圆球表示的核苷酸分子体，氢键和核苷酸分子体构成一个圆锤状结构模型。作为上述技术方案的优选，所述DNA片段由核苷酸链A和核苷酸链B互补形成，每条核苷酸链又由若干核苷酸单元模型组成，每条核苷酸链在形成过程中，以首位核苷酸单元模型的核苷酸分子体空间位置为基点，后一个核苷酸单元模型相对于前一个核苷酸单元模型依次移动一个核苷酸分子体的距离，并相对前一个核苷酸分子体偏转相同的转角；核苷酸链A和核苷酸链B的交叉部分通过氢键末端相接，代表碱基的互补性，核苷酸链A和核苷酸链B同时在各自的5’端或3’端延伸出几个核苷酸单元模型的单链片段，代表由限制性内切酶酶切后形成的粘性末端。作为上述技术方案的优选，所述目的基因DNA片段模型和载体DNA片段模型通过颜色进行区分，组成目的基因DNA片段模型的目的基因核苷酸单元模型用黄色表示，组成载体DNA片段模型的载体核苷酸单元模型用紫色表示，在实际应用中，可以用任意两种不同的颜色来分别代表目的基因核苷酸单元模型和载体核苷酸单元模型。作为上述技术方案的优选，所述ATP分子模型由一个腺苷分子模型、一个核糖分子模型和三个磷酸根离子模型组成，腺苷分子模型、核糖分子模型和磷酸分子模型通过形状和颜色进行区分，在实际应用中，可以用任意三种不同的形状和颜色的组合来分别代表腺苷分子模型、核糖分子模型和磷酸根离子模型。作为上述技术方案的优选，所述步骤S4中，模拟成环过程为：ATP分子模型中的磷酸分子模型断裂并释放一个磷酸根离子，同时为连接酶催化DNA链的5'-PO4与另一DNA链的3'-OH生成磷酸二酯键的反应提供能量，片段实现连接；载体和片段DNA的连接共需要这样两步催化反应构成一个重组DNA环。作为上述技术方案的优选，所述步骤S4中，当两个DNA片段模型的末端相互靠近后，先判断能否成环，两个末端如果是反向互补配对的就可以成环，不管这个末端是在载体上还是在目的基因上，还是同一个DNA分子的两端；同时，判断能否成环时还需要判断两个DNA片段模型的末端处是否有酶分子和ATP分子的存在，有酶分子和ATP分子的存在时才能进行连接反应。当形成DNA环后，若形成的DNA环是由一个目的基因DNA片段模型和一个载体DNA片段模型组成，则该DNA环为目标重组DNA。作为上述技术方案的优选，所述两个DNA片段模型互补的标准是：首先，两个DNA片段的末端随机靠近，但是只有具有反向互补的粘性末端的两个DNA分子才能够互补并黏附一起，等待连接酶催化DNA链的5'-PO4与另一DNA链的3'-OH生成磷酸二酯键。一种在基因工程实验教学中激发学生想象力的游戏系统，包括：菜单控制模块，控制游戏的开始和结束以及反应序列的选择；场景切换模块，根据游戏的状态和序列的选择切换至不同的场景，包括菜单场景、游戏运行场景、游戏结束场景的切换；模型控制模块，包含核酸序列生成控制、模型运动控制、反应模拟控制三个功能。作为上述技术方案的优选，所述序列生成控制用于控制代码运行产生以核苷酸为基本单位的核酸序列，模型运动控制包括对分子的移动、摆动、振动的控制和模拟，反应模拟控制则是对序列连接过程的虚拟描述。本专利技术的有益效果为：本专利技术可将DNA分子的反应具化为游戏过程，并且将基因工程切、连、转、筛和表达各个部分的分子反应规律设置为游戏规则。这些措施都引导学生在玩游戏的过程中深刻体会分子克隆实验的具体过程，有效激发学生的想象力。加深对连接过程的理解，有利于学生进一步掌握相关知识。除了激发学生想象力之外，在实验之前进行游戏还可以增加学生对实验操作过程和物品的感性认识，以及对微观的分子反应过程的理性认识，节约实验成本，提高实验效率。在“游戏方案”中，各部分的“操作”都是模拟实际实验操作的场景，学生在进行这部分时，在实验之前就就增强学生对各种实验必须物品和操作的感性认识；“游戏过程和规则”又将本是微观反应的过程具象化为不同产物模块间的拼搭，让学生自己选择的过程，实际上就是促使他们认识微观反应的过程。游戏实施中的微观场景,比如说连接酶的反应过程和ATP高能磷酸键的释放,实际上是微观反应的生动刻画，有助于学生深刻立即分子反应的过程。附图说明图1是本专利技术中目的基因核苷酸单元模型结构示意图；图2是本专利技术中载体核苷酸单元模型结构示意图；图3是本专利技术中酶分子模型结构示意图；图4是本专利技术中腺苷分子模型结构示意图；图5是本专利技术中磷酸根离子模型结构示意图；图6是本专利技术中所述方法流程图；图7是本专利技术中所述系统运行流程图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术做详细的说明。为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在基因工程实验教学中激发学生想象力的游戏方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：建立模型库，分别建立DNA片段模型、酶分子模型、ATP分子模型和EP管模型，其中DNA片段模型包括目的基因DNA片段模型和载体DNA片段模型；S2：核酸反应序列选择，在建立的模型库中选取多个待反应的目的基因DNA片段模型、载体DNA片段模型、酶分子模型和ATP分子模型；S3：模型调用，将选择的目的基因DNA片段模型、载体DNA片段模型、酶分子模型和ATP分子模型调用至反应面中；S4：连接反应过程模拟，选择的DNA片段模型、酶分子模型和ATP分子模型在反应面中随机运动，当两个DNA片段模型的末端相互靠近后，酶分子模型和ATP分子模型靠近两个DNA片段模型的末端相接处；判断两个DNA片段模型能否连接成DNA环，若不能成环，则两个DNA片段模型分开，若能成环，则模拟成环过程；成环后，根据两个成环的DNA片段类型来判断是否是目标重组DNA，则该DNA环为目标重组DNA，输出连接成功信号。

【技术特征摘要】
1.一种在基因工程实验教学中激发学生想象力的游戏方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：建立模型库，分别建立DNA片段模型、酶分子模型、ATP分子模型和EP管模型，其中DNA片段模型包括目的基因DNA片段模型和载体DNA片段模型；S2：核酸反应序列选择，在建立的模型库中选取多个待反应的目的基因DNA片段模型、载体DNA片段模型、酶分子模型和ATP分子模型；S3：模型调用，将选择的目的基因DNA片段模型、载体DNA片段模型、酶分子模型和ATP分子模型调用至反应面中；S4：连接反应过程模拟，选择的DNA片段模型、酶分子模型和ATP分子模型在反应面中随机运动，当两个DNA片段模型的末端相互靠近后，酶分子模型和ATP分子模型靠近两个DNA片段模型的末端相接处；判断两个DNA片段模型能否连接成DNA环，若不能成环，则两个DNA片段模型分开，若能成环，则模拟成环过程；成环后，根据两个成环的DNA片段类型来判断是否是目标重组DNA，则该DNA环为目标重组DNA，输出连接成功信号。2.根据权利要求1所述的在基因工程实验教学中激发学生想象力的游戏方法，其特征在于：所述步骤S1中，DNA片段由两条核苷酸链组成，核苷酸链包括多个相互连接的核苷酸单元模型，核苷酸单元模型包括用细短杆表示的氢键和用小圆球表示的核苷酸分子体。3.根据权利要求2所述的在基因工程实验教学中激发学生想象力的游戏方法，其特征在于：所述DNA片段由核苷酸链A和核苷酸链B互补形成，每条核苷酸链又由若干核苷酸单元模型组成；每条核苷酸链以首位核苷酸单元模型的核苷酸分子体空间位置为基点，后一个核苷酸单元模型相对于前一个核苷酸单元模型依次移动一个核苷酸分子体的距离，并相对前一个核苷酸分子体偏转相同的转角；核苷酸链A和核苷酸链B的交叉部分通过氢键末端相接，核苷酸链A和核苷酸链B同时在各自的5’端或3’端延伸出几个核苷酸单元模型的单链片段。4.根据权利要求2所述的在基因工程实验教学中激发学生想象...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鵾，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51