省级“十四五”项目：基于智能手机的数字化生物实验室

省级“十四五”项目：基于智能手机的数字化生物实验室

项目组借助计算机技术、现有的APD生物实验应用程序和生物教学实验课程来构建数字化生物实验室，实现打开手机就能进行实验操作的目的，推动生物实验教学模式的改革；通过开发一些替代实验仪器设备的应用程序有效解决高校实验仪器设备不足的问题，减少仪器设备采购成本，为学生随时随地进行实验操作提供了可能。结合海内外已有的数字化教育研究资料，例如APD生物实验课程（包括相关教材、文章和应用程序)，整合拓展，推动生物实验教学数字化，让线上实验教学突破时间和空间的限制，满足高校师生实验操作的需求，促进“传统课堂”向“智慧课堂”转变。

 

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其中以生物实验教学的核酸跑胶过程为例，说明原版APD生物实验应用程序如何替代实验仪器设备。按照传统实验操作方法，跑胶实验需要借助Bio-rad伯乐GelDoc XR Biorad凝胶成像系统（图1），快速对样品图像进行定位和聚焦，实时采集样品图像。但师生借助原版APD生物实验应用程序中替代实验仪器的应用程序DNA2App（图1左下角）就能完成图像采集工作。

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图 1手机App替代Bio-RadGelDoc XR Biorad凝胶成像系统

 

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3D printed phages

 

 

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DNAapp, an app developed by Samuel Gan’s APD Lab in 2014

 

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Output of GelApp, the gel electrophoresis app developed by Samuel Gan’s APD Lab in 2015.

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StanXY app, developed by Samuel Gan’s APD Lab in 2016

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APD Colony Counter App, developed by Samuel Gan’s APD Lab in 2017

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DNA2app, the sequence analysis app by Samuel Gan’s APD Lab in 2017

 

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APD SpectBT app, developed in 2020 by Samuel Gan’s APD Lab

 

 

通过该项目的实施，结合计算机视觉、机器学习等计算机知识与相关教学所需知识，更新原版APD生物实验应用程序，构建“移动式数字化生物实验室”。利用这些应用程序，减少因疫情防控政策要求或专业实验仪器设备短缺导致的实验教学无法开展的现象；结合升级版APD生物实验应用程序，开发新的生物实验通识课，解决实验课时不足，学生实验操作时间过少的问题.。在硬件设备条件有限的情况下，通过“应用程序”实现程序高效运行的目的；会发表有关于应用程序推动实验课程教学模式改革的SCI国际期刊论文。

特色与创新点之一：受新冠肺炎疫情及其他无法预测的天气因素影响，生物实验课学生的实验操作次数大幅度减少，由于缺少实验场地和实验器材，师生无法有效地进行生物实验课程。项目组通过结合计算机视觉、机器学习等计算机知识与相关教学所需的实验仪器设备操作要求，升级APD生物实验应用程序，构建数字化生物实验室。因此，学生无须进入实验室或者借助实验仪器设备，拿出手机随时随地就能进行实验操作。

特色与创新点之二：项目组在升级版APD生物实验应用程序的基础上，以实现高效便捷地进行实验操作。此外，配合使用升级版APD生物实验应用程序，聚焦师生在实验课上遇到的实际问题（如仪器设备故障或不足），调整实验课程的教学内容，促进课堂教学模式转变。通过开发APD生物实验应用程序，提升学生专业知识素养与实验操作技能。

特色与创新点之三：项目组成功引进国外的线上实验课程、实验课教材和实验应用程序，完成本校生物实验课和基础实验通识课的教学模式改革任务后，其改革成果具有可复制性，能推广到其他具有实验操作要求的专业实验课程，实现从生物到物理、化学、医学等多学科领域数字化教育改革的目标。

 

 

 

 

以下已取得的教学改革成果：

  1. Zealyn, Darius, Joshua, Ooi, Samuel，2022, “Effects of different delivery modes on teaching biomedical science practical skills in higher education during the 2021 pandemic measures”, https://iubmb.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/bmb.21637
  2. “Experimental Biomedical Laboratory Skills (BME261)”, 2021, https://www.suss.edu.sg/courses/detail/bme261
  3. “Advanced Experimental Biomedical Laboratory Proficiency (BME361)”, 2021, https://www.suss.edu.sg/courses/detail/bme361
  4. Wei-Ling, Ian, Chun-Foong, Samuel, 2019, “A Review of Apps for Programming: programming languages and making apps with apps”, https://www.scienceopen.com/hosted-document?doi=10.30943/2019/25012019
  5. Samuel, Jun, 2020, “Basic Practical Molecular Biology”, https://www.amazon.com/Practical-Molecular-Biology-Samuel-Ken-En-ebook/dp/B08CDLK62F

 

以下已取得的应用程序成果：

  1. APD Colony Counter App Pro. DOI 10.1186/2019/c23122019
  2. GelApp. DOI 10.1186/2019/23122019
  3. APD SpectBT. DOI 10.1186/2019/s23122019
  4. APD ECG-BT. DOI 10.30943/2019/s23122019
  5. APD Foot Alarm. https://apptopia.com/google-play/app/apd.bii.footalarm/about
  6. APD Reference App. DOI 10.30943/2020/19022020
  7. APD Volumetric App. DOI 10.1186/s41070-017-0019-8
  8. APD Areametric App. DOI 10.30943/2019/08022019
  9. APD Wound Monitoring App. DOI 10.30943/2019/28052019
  10. APD Labyrinth. https://apptopia.com/unified/app/8137103561/intelligence
  11. APD MisDirection. https://apptopia.com/unified/app/8181054381/intelligence
  12. APD Recollection. https://apptopia.com/unified/app/8137103581/intelligence
  13. DNAApp. DOI 10.1093/bioinformatics/btu525
  14. DNA2App. DOI 10.1186/s41070-016-0004-7
  15. StanXY. DOI 10.1186/s41070-015-0003-0

 

 

项目组教师成员：AKUETTEH PERCY DAVID PAPA、ALOYSIUS WONG TZE HERN（本项目开发的“APD生物实验应用程序”将会应用于两位的课堂教学