CN109448782A - 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 - Google Patents

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Abstract

本发明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。

Description

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
技术领域
本发明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。
背景技术
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。
发明内容
本发明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。
本发明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。
本发明的有益效果为：
本发明可将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是本发明中目的基因核苷酸单元模型结构示意图；
图2是本发明中载体核苷酸单元模型结构示意图；
图3是本发明中酶分子模型结构示意图；
图4是本发明中腺苷分子模型结构示意图；
图5是本发明中磷酸根离子模型结构示意图；
图6是本发明中所述方法流程图；
图7是本发明中所述系统运行流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做详细的说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明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发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
本实施例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，如图1至图7所示。
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。
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。
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6-8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。
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。
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。
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。
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。
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。
实施例2：
本实施例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系统，如图1至图7所示。
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。
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。
本游戏系统以Blender的BGE为游戏引擎，以python代码为运行脚本。Python是一门有条理的和强大的面向对象的程序设计语言，类似于Perl,Ruby,Scheme,Java。
模型控制模块中的函数包括：
bge模块，Blender系统引擎函数库，用于对系统对象的进行管理；
random模块，随机函数，用于控制系统中的随机行为；
math模块，数学函数，计算系统对象的位置、旋转、移动尺度；
UI()函数，系统主函数；
menu()函数，菜单函数，与Blender系统行引擎的LogicEditor配合控制菜单切换；
Init()函数，初始化函数，环境生成，序列创建；
Game()函数，系统对象行为整体控制函数；
try_move(ob,way,direction)函数，控制对象定向移动；ob为移动对象，way是移动的轴向(xyz三个轴向)，direction为移动的方向正或负；
free_moving(ob,DNA)函数，控制对象自由移动；ob为移动对象，DNA为True时移动对象为DNA，否则其他；
wave_z(fragment_name,out)函数，装饰函数，波动方向为z轴方向，使DNA片段产生波动效果；fragment_name是移动的片段的名称，out值为布尔值，用于控制波动的范围；
wave_product()函数，装饰函数，专一提供连接产物片段的波动效果；
make_fragment(fragment,e,N,position_y,n)，序列生成函数，用于阵列生成目的基因片段和载体片段；fragment为储存序列片段属性的字典，字典的键为属性名，对应的值为属性值；e为生成序列所用的单位模型，即核苷酸，为了区分目的基因片段和载体片段而作的两种颜色区别(黄色和紫色)；N为预生成序列的长度；position_y为生成模型在三维空间中的位置，此处只定义y轴方向上的位置；n为片段粘性末端的序列长度；
screw_fragment(fragment_name,r,screw)函数，螺旋函数，使make_fragment()生成的核苷酸阵列螺旋化；fragment_name是片段名称，r为螺旋化角度，screw为布尔值，传入螺旋化状态，为True时为螺旋化，False时是解螺旋；
connect_line(fname_1,fname_2)函数，片段连接函数，将两片段的粘性末端相连接；参数为两条片段名称；
connect_circle(fname)函数，成环函数，将已连接成产物片段的目的基因片段和载体片段进一步连接两端而成环；参数传入将要成环的产物片段；
control_DNA(fname,aim_p,speed,e,free)函数，DNA片段的移动控制函数，使片段定向移动至某一位置；fname是要控制的片段名称，aim_p是三元列表，片段移动的目的位置，e为位置误差，free是布尔值，为True是片段自由移动，False时移动指定位置；
control_ob(ob_name,aim_p,step)函数，其他对象的移动控制函数；ob_name是移动的对象名，aim_p是移动到的目的位置，step是移动步长即速度；
control_ATP(step)函数，ATP的移动控制函数,用于控制反应过程中ATP的行为；传入ATP移动速度；
move_ATP(aim_p，step)函数，ATP的定向移动函数；aim_p是目的位置，step是移动速度；
control_Ion()函数，离子布朗运动控制，用于展示反应体系中的其他离子的行为。
实施例3：
本实施例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系统，如图1至图7所示，包括如下步骤：
1.双酶切过程
实际操作:选取酶，缓冲液，质粒，水这四样试剂，配制成双酶切体系，37℃放置1-3小时，进行琼脂糖凝胶电泳。
模拟过程:选择要回收的条带，用刀片形状的物体在需要回收的条带上点击，将正确的条带回收至干净的EP管中。
选择了正确的条带，系统提示凝胶块可以进入EP管中，EP管的管盖打开。将目的基因DNA片段模型和载体DNA片段模型分别装入不同颜色的管子中，以备后用。
当操作者选择插入片段和载体片段时，可进入下一关。
2.片段回收:
模拟过程：回收结束后，目的基因DNA片段模型和载体DNA片段模型分别装入与1相同颜色的管子中，以备后用。
3.连接过程:
实际操作:从2的不同颜色的管子中取出目的基因DNA片段模型和载体DNA片段模型管子中的液体，加入到一支新的管子中，再加入连接酶缓冲液和连接酶后，混匀，离心，在25℃下反应1小时至过夜。
模拟过程:选择在管子中所呈现的分子——目的基因DNA片段模型和载体DNA片段模型，还有完整的环状载体质粒和环状片段质粒，以上分子用不同颜色的环状和线状形式表示，操作者从以上分子中选择可以互相连接的片段。
连接过程是有相同粘性末端的片段在随机碰撞时搭在一起，连接酶结合在缺口附近，使一个片段的3'-OH和和另一个片段5'-P发生缩合反应，同时在缓冲液中ATP的高能磷酸键断裂，释放ADP和Pi基团。高能磷酸键断裂用发光来表示，ATP释放的ADP和Pi用不同颜色的基团表示。
不同粘性末端若不能反向互补配对，则无法稳定，处于振动状态，表现在两个末端互相靠近时又瞬间分开。环状质粒稳定存在于反应系统中，没有连接反应发生。
总体而言，至连接反应结束时，理论上体系中会有五种分子：目的基因DNA片段与载体DNA片段的连接产物、目的基因DNA片段之间的连接产物、载体DNA片段之间的连接产物、环状载体DNA质粒和环状的目的基因DNA片段质粒，这几种产物分别命名为产物①、产物②、产物③、产物④和产物⑤。
当操作者选择可以互相连接的末端时，可进入下一关。
4.转化过程
实际操作：将3的EP管中的连接产物转化大肠杆菌感受态细胞，短暂孵育后涂布抗性平板，连接产物为产物①——⑤的几种混合物。
理论上，产物①——⑤均可以进入大肠杆菌细胞中，之后导致不同的细胞命运。
产物①、产物③和产物④进入大肠杆菌细胞后，因具有载体上的抗性基因，并且具有复制起始位点，因此可以使被转化的大肠杆菌在抗性平板上增殖，最后由一个细胞增殖为一个克隆。在游戏场景中体现为被转化细胞由一变为无穷个相似的细胞后，在平板上形成一个肉眼可见的单克隆。
产物②因不具有载体上的抗性基因和复制起始位点，因此无法使被转化的细胞增殖成一个肉眼可见的单克隆。在游戏场景中体现为在平板上看不到该细胞的位置出现一个单克隆。
产物⑤因虽然有复制起始位点，但是因具有与抗性平板不同的抗性基因，因而也无法使被转化的细胞增殖成一个肉眼可见的单克隆。在游戏场景中体现为在平板上看不到该细胞的位置出现一个单克隆。
模拟过程：操作者点击不同的产物后再点击大肠杆菌细胞，表明用这种产物转化大肠杆菌。
当操作者在“3.连接过程”中的组合成不同产物时，这一步呈现出相应的结果，即有无单克隆的出现。有单克隆出现显示出可进入下一关。
5.阳性克隆筛选和诱导表达过程
实际操作：配置PCR反应液，分装至PCR管中，标注管号。用一支牙签蘸取一个单克隆进入到一个PCR管中，单克隆的编号与PCR管号对应。放入PCR仪中，运行程序。反应结束的PCR产物进行琼脂糖凝胶电泳。
选取一个单克隆，接种至三角瓶中的液体培养基中，同时培养基中加入抗性基因对应的抗生素。在37℃培养直到OD600为0.6-0.8时，加入1mM IPTG诱导表达。收取诱导前的菌液和诱导后的菌液各1mL至2个EP管中，EP管用不同颜色表示。离心后，弃去上清液，向沉淀中加入破菌提取液，进行SDS-PAGE电泳。
模拟过程：选取单克隆进入到对应编号的PCR管中。在琼脂糖凝胶中，点击产物①、产物③或产物④的泳道，表示含有扩增片段。
操作者选取不同产物的克隆，进入到三角瓶中。
在琼脂糖凝胶上，点击产物①克隆会出现阳性条带，点击产物③和产物④克隆没有阳性条带出现。
点击产物①克隆进入三角瓶时，在SDS-PAGE电泳后，诱导后的样品出现重组表达的粗条带，诱导前没有该条带。此时表明通关成功。
点击产物③和产物④克隆进入三角瓶时，在SDS-PAGE电泳后，诱导前和诱导后的样品均没有出现粗条带。此时表明通过不成功。
本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

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力的游戏方法，其特征在于：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。
5.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。
6.根据权利要求5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，同时为反应提供能量，使片段实现连接。
7.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；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。
8.根据权利要求7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。
9.一种实现权利要求1-8中任意一项所述游戏方法的在基因工程实验教学中激发学生想象力的游戏系统，其特征在于，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。
10.根据权利要求9所述的在基因工程实验教学中激发学生想象力的游戏系统，其特征在于：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。
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