附件 3

2019 年度国家虚拟仿真实验教学项目申报表

学 校 名 称 温州医科大学

实 验 教 学 项 目 名 称 基于聚合酶链反应技术的虚拟综合实验

所 属 课 程 名 称 临床分子生物学检验技术

所 属 专 业 代 码 101001

实验教学项目负责人姓名 金晶

有 效 链 接 网 址 Virtualrealitylab.jsxy.wmu.edu.cn

教育部高等教育司制

二〇一九年七月

1

填写说明和要求

1. 以Word文档格式，如实填写各项。

2. 表格文本中的中外文名词第一次出现时，要写清全称

和缩写，再次出现时可以使用缩写。

3. 所属专业代码，依据《普通高等学校本科专业目录

（2012年）》填写 6位代码。

4. 不宜大范围公开或部分群体不宜观看的内容，请特别

说明。

5. 表格各栏目可根据内容进行调整。

2

1.实验教学项目教学服务团队情况

1-1实验教学项目负责人情况

姓名 金晶 性别 女 出生年月 1975.01

学历 研究生 学位 硕士 电话

专业技

术职务副教授

行政

职务系副主任手机 13777756986

院系检验医学院生命科学学院

生物化学与分子生物学系电子邮箱jinjing@wmu.edu.cn

地址 温州市高教园区温州医科大学 4B316 邮编 325035

教学研究情况：主持的教学研究课题（含课题名称、来源、年限，不超过 5项）；作为

第一署名人在国内外公开发行的刊物上发表的教学研究论文（含题目、刊物名称、时间，

不超过 10项）；获得的教学表彰/奖励（不超过 5项）。

一、主持的教学研究课题

课题名称 课题来源 年限

血清蛋白质的分离纯化与鉴定校级实验教学内容

改革立项项目2004-2005

以学生为主体的导向式教学在分子

生物学检验技术教学中的应用探索

校高等教育课堂教

学改革研究项目2014-2016

《分子诊断学实验指导》第二版（全

国高等医药院校医学检验技术专

业）规划教材主编

中国医药科技出版

社2015.08

《分子生物学检验技术》国家精品

资源共享课程（主讲教师、教学秘

书）

教育部 2013

《分子生物学检验技术》国家精品

课程（主讲教师、教学秘书）教育部 2009

二、作为第一署名人在国内外公开发行的刊物上发表的教学研究论文

题目 刊物名称 时间

《分子生物学检验技术》课程实践教学

改革探索

检验医学教

育2011.01

浅谈以“知识单元”为主线的生物化学

技术实践教学模式考试周刊 2011.05

BSLIM 教学理念下的翻转教学模式在

分子生物学检验技术教学中的应用教育现代化 2017.10

3

三、获得的教学表彰/奖励

奖项名称 授予单位 时间

首届“教坛新秀”荣誉称号 温州医科大学 2007

“生物化学技术教学平台”第八届浙江

省高校教师教学软件评比活动 二等奖浙江省高等教育学会 2009

浙江省第九届高校生命科学学科竞赛

二等奖指导老师

省大学生生命科学

竞赛委员会2017

“教学先锋”校级模范党员 温州医科大学 2017

全国高等医学院校医学检验专业校际

研讨会教学论文一等奖

全国高等医学院校

医学检验专业校际

协助理事会

2018

学术研究情况：近五年来承担的学术研究课题（含课题名称、来源、年限、本人所起作

用，不超过 5项）；在国内外公开发行刊物上发表的学术论文（含题目、刊物名称、署名

次序与时间，不超不超过 5项）；获得的学术研究表彰/奖励（含奖项名称、授予单位、

署名次序、时间，不超过 5项）。

一、近五年来承担的学术研究课题

项目名称 项目来源 年限本人承

担工作

C型凝集素样受体 2在胃癌发生、

迁移及失巢凋亡中的作用

国家自然科

学基金2014-2016 负责人

TLRs/NF-kB信号通路相关的

miRNAs在肝脏胰岛素抵抗形成中

的作用

浙江省自然

科学基金2013-2016 负责人

糖耐量异常大鼠模型的构建及其

干预性治疗

浙江省科技

计划项目2009-2011 负责人

IL-18基因启动子区序列多态性与

SLE易感性的相关性研究

温州市科技

计划项目2007-2009 负责人

GALNT6介导β-catenin信号在乳

腺癌发生发展和转移中的作用及

分子机制

国家自然科

学基金2016-2019 排名第

二

二、国内外公开发行刊物上发表的学术论文

论 文 名 称 发表刊物 署名次序 发表日期

Upregulated MMP28 inHepatocellular Carcinoma PromotesMetastasis via Notch3 Signaling andPredicts Unfavorable Prognosis

International Journal ofBiologicalSciences

通讯作者 2019; 15(4):812-825

4

Functional expression of theFc-fused extracellular domains ofgroup II membrane proteins

Glycoconjugate Journal

第一作者

(共同）

2015,32(1-2):69-76

Extraction, purification,characterization and hypoglycemicactivity of a polysaccharide isolatedfrom the root of Ophiopogonjaponicus

Carbohydrate Polymers

第一作者

(共同）

2011,83(2):749-754

IL-18基因启动子单核苷酸多态性

与 SLE相关性研究

中国现代

医学杂志

第一作者 2012,22(1):9-13

双重荧光定量 PCR法检测正常人

及系统性红斑狼疮患者白细胞介

素 18基因的表达

分子诊断

与治疗杂

志

第一作者 2011,3(5):296-29

9

1-2 实验教学项目教学服务团队情况

1-2-1 团队主要成员（含负责人，5人以内）

序号 姓名 所在单位专业技术

职务

行政职

务承担任务 备注

1 金晶 温州医科大学 副教授 系副主任项目负责人

2 楼哲丰 温州医科大学 高级实验师 副主任项目设计及

实施

3 李佩珍 温州医科大学 高级实验师实验设计及

教学

4 郑晓群 温州医科大学 副教授 副院长项目指导

5 何超翔 温州医科大学 实验员平台负责人 在线教

学服务

人员

1-2-2 团队其他成员

序号 姓名 所在单位专业技术

职务

行政职

务承担任务 备注

1 温超玮温州医科大学 实验师 实验准备及

辅教

2 姚积成南京莱医特电子

科技有限公司

高级程序员 程序主管 技术支

持人员

3 胡钟超南京莱医特电子

科技有限公司

高级程序员 程序负责人 技术支

持人员

项目团队总人数： 8（人）高校人员数量： 6（人）企业人员数量： 2（人）

注：1.教学服务团队成员所在单位需如实填写，可与负责人不在同一单位。

2.教学服务团队须有在线教学服务人员和技术支持人员，请在备注中说明。

5

2.实验教学项目描述

2-1名称

基于聚合酶链反应技术的虚拟综合实验

2-2实验目的

1.掌握聚合酶链反应（Polymerase Chain Reaction,PCR）技术的基本原理与方法

2.掌握常见的 PCR衍生技术的基本原理与方法：逆转录-PCR；PCR-RFLP；

PCR-SSCP；多重 PCR；实时荧光定量 PCR（染料法）；实时荧光定量 PCR（探

针法）等

3.掌握常见的以 PCR为核心的综合性实验的应用与意义：PCR-RFLP检测瘦素受

体基因的多态性；PCR-SSCP检测凝血因子 V基因突变；多重 PCR检测α-地中

海贫血基因缺失；RT-PCR分析 FGF的 mRNA表达水平；实时荧光定量 PCR(染

料法)检测 IL1 Beta-mRNA等

4.了解其他 PCR衍生技术的基本原理与方法：实时荧光定量 PCR（染料法）；

实时荧光定量 PCR（探针法）；长片段 PCR等

5.掌握并自主设计常见的以 PCR为核心的综合性实验,进一步培养学生科研思维

能力。

2-3 实验课时

（1）实验所属课程所占课时：本虚拟综合实验所属《临床分子生物学检验技术》

课程占总课时数为 64学时，其中理论占 32学时，实验 32学时。

（2）该实验项目所占课时：基于聚合酶链反应技术的综合实验项目占 32学时。

6

2-4实验原理（简要阐述实验原理，并说明核心要素的仿真度）

PCR技术的基本原理类似于细胞中 DNA的半保留复制，PCR反应以待扩增

的 DNA片段为模板，加入人工合成的寡核苷酸引物及四种 dNTP，在耐热 DNA

聚合酶的催化下，在试管中大量合成目的 DNA片段。其反应体系中主要包含下

列成分：模板 DNA 、四种 dNTP(dATP、dTTP、dGTP及 dCTP)、引物、Taq DNA

聚合酶及缓冲液（含Mg2+)。PCR反应一般由变性→退火→延伸三个基本反应步

骤构成，经过上述三个反应的反复循环，目的 DNA片段将得到迅速扩增。PCR

技术自 1985年正式诞生，一直不断被改进，到目前为止已报道的衍生 PCR方法

有几十种之多，我们选择介绍了几种常用的 PCR衍生技术，并且设计了 PCR技

术为核心的综合性实验项目，核心要素的仿真达到 95%以上。

知识点：共 35 个

知识模块 知识点

一、基本知识（虚拟动态展

示 PCR的基本原理）

1.发展历程

2.基本原理

3.反应体系

4.扩增条件

5.产物分析

6.常见问题

7.衍生技术

二、操作训练

1.常规 PCR

2.外周血 DNA提取

3.分光光度法检测核酸的浓度和纯度

4.DNA的限制性内切酶酶切反应

5.密度梯度离心制备外周血单个核细胞

6.外周血细胞中总 RNA提取

7

7.琼脂糖凝胶电泳

8.变性琼脂糖凝胶电泳

9.聚丙烯酰胺凝胶电泳（硝酸银染色）

10.逆转录

11.实时荧光定量 PCR--染料法

12.实时荧光定量 PCR--探针法

三、综合实验

1.PCR-RFLP检测瘦素受体基因的多态性

2. PCR-SSCP检测凝血因子 V基因突变

3.多重 PCR检测α-地中海贫血基因缺失

4.等位基因特异性 PCR分析 CYP2C9基因

多态性

5.RT-PCR分析 FGF的 mRNA表达水平

6.长片段 PCR扩增人β珠蛋白基因序列

7. 实时荧光定量 PCR(染料法 )检测 IL1Beta-mRNA

四、自主设计

1. 自主设计性实验一

2. 自主设计性实验二

3. 自主设计性实验三

4. 自主设计性实验四

5. 自主设计性实验五

五、 拓展基地

Primer premier 5使用简介

实时荧光定量 PCR

自测题库

临床基因诊断室

六、交流社区 交流微信群、QQ、电话

8

一、基本知识

我们自主设计了 FLASH的形式动态展示 PCR的基本原理，以待扩增的DNA

片段为模板，加入人工合成的寡核苷酸引物及四种 dNTP，在耐热 DNA聚合酶

的催化下，在试管中大量合成目的 DNA片段。其反应体系中主要包含下列成分：

模板 DNA 、四种 dNTP(dATP、dTTP、dGTP及 dCTP)、引物、Taq DNA 聚合

酶及缓冲液（含Mg2+)。PCR反应一般由变性→退火→延伸三个基本反应步骤构

成，经过上述三个反应的反复循环，目的 DNA片段将得到迅速扩增。

在这个模块里面，我们介绍了 PCR技术发明者Mullis先生及其背后的故事，

来引发学生学习的兴趣。将 PCR体系组成及优化、产物的分析方法等基础知识

集中起来，有理由于学生的自主学习，从而弥补理论课堂教学的不足。同时还罗

列常见实用的 PCR衍生技术及新进展应用满足不同层次的学习需求。

二、操作训练

PCR技术对操作的要求很高，特别是移液器的微量操作，不规范的操作很

容易导致移液器的损坏。实验所需要的试剂、耗材等价格昂贵，仪器设备高大上，

实验的费用极高，传统的实验室课堂对开展的实验项目数量，次数及学习人数等

方面产生很大的制约，因此，我们将以“PCR”为核心的综合实验中常用的技术设

计成 13个独立验证性实验，对学生进行基本技能的训练。主要的操作技能：移

液器的使用、超速离心机的设置、微量进样器的使用、一次性滴管的使用、Tip

9

头的选择、离心管的选择、漩涡振荡器的使用、干式加热器的设置、分层取液、

干燥等等。

三、综合实验

在此模块我们根据教学大纲、教材、独立验证性实验等设计了七个以 PCR

为核心的综合应用性实验，学生通过学习了解并初步掌握综合性实验的设计。以

综合性实验 “PCR-RFLP检测瘦素受体Gln223基因的多态性”为例阐述实验设计

方案，在虚拟平台进如这个综合实验，首先呈现的是设计思路，分别介绍本综合

实验核心 PCR技术的基本原理，实验流程（可能涉及的独立验证性实验及其编

排方式），PCR检测的靶基因序列信息（NCBI网站提供），待测靶基因的突变

特征、引物的设计及 Tm值的应用、实验结果及分析。

PCR-RFLP检测瘦素受体 Gln223基因的多态性——设计思路

聚合酶链反应-限制性片段长度多态性（PCR-RFLP）技术是采用聚合酶链反

应（PCR）扩增目的 DNA片段，然后将扩增产物用特异性限制性内切酶进行酶

切，最后酶切产物进行电泳检测，根据限制性酶切图谱分析基因序列的多态性。

人瘦素受体 Gln223基因存在 Msp I酶切位点的多态性（A-G突变），经限制性

内切酶酶切之后会产生不同数量、长度的 DNA片段条带。

10

实验的基本流程设计如下：

（一）根据基因名称查询序列，设计引物。

（二）提取外周血中基因组 DNA。

（三）PCR扩增人瘦素受体 Gln223基因片段。

（四）限制性内切酶 Msp I酶切 PCR产物。

（五）琼脂糖凝胶电泳检测酶切产物。

1. 人瘦素受体 Gln223基因信息（NCBI提供）

2.包含多态性位点的序列：

11

3.引物（根据 primer premier 5.0设计）：

4.限制性酶切位点查找（BioLabs提供）

5.结果分析：

12

四、自主设计

此模块的主要功能在于进一步考察学习是否真正地掌握常用的以 PCR技术

为核心的综合应用，同时发挥培养具有较强的科研思维能力的功能，有利于培养

专业素养扎实、科研思维能力突出的创新型人才。根据第二、三模块的内容，结

合现代 PCR技术的实际应用情况，我们设计了五个科研\临床小课题，学生利用

前面所学习的知识、掌握的技能来自主设计实验，虚拟实验后台会自动评价实验

设计的合理性并予以评价。

五、拓展基地

此模块能够满足更深层次的学习需求，通过自测试题随时检查自己的学习掌

握情况。临床基因诊断室是完全模拟了国家临床诊断要求的标准设置，医学基础

及医学技能专业的学生在进入临床实习之前可以先行进入我们的虚拟综合实验

13

平台模拟学习。

有志于考研或者科研工作的学生可以通过本模块自学如何进行引物的设计，

真正掌握 PCR这个生物医学研究领域应用最广泛的技术。

六、交流社区

学习更多的时候需要交流，我们特意提供了三种方式的联系方式，方便学习

者随时交流实验心得体会，反馈虚拟实验平台的设置、运行等情况，并就如何更

好地建设虚拟实验平台展开讨论，我们希望虚拟实验平台能够持续性地良好发展

并长期服务于教与学。

14

2-5实验仪器设备（装置或软件等）

PCR扩增仪；荧光定量 PCR仪；数字 PCR仪；超速离心机；电泳仪；紫外

分光光度计、核酸检测分析仪；低温冰箱；干式加热器；漩涡振荡器、；移液器

（1mL、200uL、10uL三种容量）；Tip头（1mL、200uL、10uL三种容量）；

微量移液器；离心管（1.5mL、0.5mL、15mL、50mL等多种容量）等。

2-6实验材料（或预设参数等）

（1）PCR试剂：引物、聚合酶、4种 dNTP、Buffer等；

（2）电泳试剂：琼脂糖、Arc-Bis、SDS、AP、各种缓冲液、染料、Marker；

（3）核酸分离纯化试剂:DNA提取试剂；RNA提取试剂；

（4）限制性核酸内切酶酶切试剂：Msp I酶等各种限制性核酸内切酶、Buffer；

（5）常用分子生物学其他试剂：TE缓冲液、乙醇、异丙醇、ddH2O等。

2-7 实验教学方法（举例说明采用的教学方法的使用目的、实施过程与实施效果）

我们将课堂教学、虚拟实验、自主学习三种教学形式有机结合，开展基于案

例、问题的互动式、研讨式教学，倡导自主式、探究式学习，从而形成以“学生

为主体，教师为主导”的互动式翻转教学模式，以综合性实验“PCR-RFLP 检测

瘦素受体 Gln223基因的多态性”为例详细介绍翻转教学设计。

Step1.课堂教学：

PCR基本原理等主要理论内容 —— 教师讲授为主，学生讨论为辅。以诺

贝尔奖项、PCR技术背后的故事等引发学生学习的兴趣，“PCR技术在亲子鉴

定应用”等案例引导学生开展讨论，并引入本章教学内容；PCR基本原理以虚

拟动态方式展现，实现教学内容的虚实结合。

Step2.虚拟空间自主学习：

PCR基础知识（七大模块）——学生自主学习为主，以小组方式展开讨论。

课外学生可以随时进入虚拟空间，根据老师给出的学习目标（如 PCR产物的分

析方法）自主选择学习虚拟空间基础知识的内容，各个学习小组就学习情况展开

讨论。

Step3.学生自测：

虚拟空间题库——学生完成自学之后可以进入展台拓展基地的自测题库检

测自己对于基础知识的掌握情况，虚拟空间会及时反馈学生的得分情况并初步予

15

以分析。

Step4.虚拟操作练习：

验证性实验——学生进入虚拟空间操作训练模块，选择独立验证性实验：（1）

提取外周血中基因组 DNA。（2）PCR扩增人瘦素受体 Gln223基因片段。（3）

限制性内切酶 Msp I酶切 PCR产物。（4）琼脂糖凝胶电泳检测酶切产物等 4个

进行基本操作的练习；同时在基础知识模块的反应体系中了解 PCR体系组成及

优化，在拓展基地中学习如何针对酶切位点设计引物。

Step5.虚拟空间评价：

操作得分及分析——以上操作训练完成之后，虚拟空间会给出分数及扣分的

原因，老师具体指导分析并纠正学生的基本操作，通过虚拟操作培训之后方可进

入实验室开展实验。

Step6.实验课堂教学：

独立性实验项目开展：——学生操作为主，教师指导为辅。学生在实验室选

择完成上述的 4个验证性实验中的 1-2个实验，讨论分析实验结果，老师予以指

导。老师提出综合性实验 “PCR-RFLP 检测瘦素受体 Gln223 基因的多态性” 的

设计要求。

Step7. 虚拟实验训练：

综合性实验———学生进入虚拟空间第二展厅—综合实验厅，选择综合实验

模块中“PCR-RFLP 检测瘦素受体 Gln223基因的多态性”实验，开展虚拟实验，

各个学习小组在学习期间可以探讨分析，老师予以指导。

Step8.虚拟空间综合评价：

分解、综合操作得分及分析——虚拟空间综合实验模块，学生完成一次综合

大实验后，虚拟空间会及时反馈学生每一个小实验的局部得分情况并分析原因，

最后给出综合评分。老师予以分析并指导学生操作。

Step9.实验课堂翻转教学：

课堂教学以小组方式进行实验结果分析、心得体会汇报，教师予以评价。

综合性实验项目开展——学生操作为主，教师指导为辅。学生在实验室开展

“PCR-RFLP 检测瘦素受体 Gln223 基因的多态性”综合性实验，讨论分析实验结

果，老师予以指导。

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Step10.教学拓展：

虚拟空间自主设计性实验——对于虚拟空间及实验室课堂操作评价优秀的

学生，尊重学生学习意愿的前提下，允许进入自主设计模块，进行自主设计，在

虚拟空间提示“设计成功”后开展自主实验。

Step11.教学总评：根据虚拟与实际教学效果，推荐优秀学生参加学科竞赛、创

新大赛、新苗计划等科研活动。

2-7实验方法与步骤要求（学生操作步骤应不少于 10步）

我们以综合性实验“PCR-RFLP 检测瘦素受体 Gln223 基因的多态性”为例介

绍实验方法与步骤要求，分解如下：

（1）根据基因名称查询序列，设计引物：NCBI等数据库查找人瘦素受体

Gln223基因信息、分析多态性位点的序列、限制性核酸内切酶 Msp I酶切位点查

找（BioLabs提供）、根据 primer premier 5.0设计合适的引物等步骤；

A. 人瘦素受体 Gln223基因信息（NCBI提供）

B.包含多态性位点的序列：

1 tttttttttt tgcctgatgg attgccttta gcatttttta tagtgcaagt ctgatggtga

061 tgaattattt ttgctttggt atgtctgaaa aaaaaagcct ttatttcatc attattttga

121 aagctgtttt cgctgggtat aggattttag aattgcagtt tttcttttat tttagtactt

181 cacttttacg tcattatctt tttgcttatg ttattcctga tgattaacct gctgtaatct

241 ttatctttgt ttttctaatg tagggttttt tttttttcag atacccttta agctgggtgt

301 cccaaatagt ttacttcaat tagtatttag tatcctgctt taaaagccta tccagtattt

361 tcatatctgt tttaatattt agctcttatt tttcaatata ggcctgaagt gttagaagat

421 tcacctctgg ttccccaaaa aggcagtttt cagatggttc actgcaattg cagtgttcat

481 gaatgttgtg aatgtcttgt gcctgtgcca acagccaaac tcaacgacac tctccttatg

541 tgtttgaaaa tcacatctgg tggagtaatt ttccggtcac ctctaatgtc agttcagccc

601 ataaatatgg gtaagttatg cactaaaatg atgataatag gtctaaacat cagtcatata

17

661 taaaggttaa aaattgctta caaaaatatt tgctagctta tctcactttg cttaacactg

721 taatgatggt agatgtagta ctgggggtat taagagtggc ttctagaatg atttaacaat

781 ggtatgtata tctctgccat tgtcacttaa attctgtttt gaaaactgtt ttctttcaat

841 cctggatcta tgtaatggat gtgtattgat tggatatcac tttttcacat ctcagataac

C.限制性酶切位点查找（BioLabs提供）

D.引物（根据 primer premier 5.0设计）：

Name Sequence Position Tm°C Length

Gln223 F 5′

-ACCCTTTAAGCTGGGTGTCCCAAATG

A-3′

283 55.32 415

Gln223 R 5′

-GCTAGCAAATATTTTTGTAAGCAATT-3

′

697 54.61

（2）提取外周血中基因组 DNA：8实验步骤从外周抗凝血中分离纯化基因

组 DNA；（详见虚拟空间）

（3）PCR扩增人瘦素受体 Gln223基因片段：3实验步骤扩增获得百万拷贝

数的包含 Msp I酶切位点的人瘦素受体 Gln223 DNA片段；（详见虚拟空间）

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（4）限制性内切酶 Msp I酶切 PCR产物：3实验步骤将 PCR扩增获得的包

含 Msp I酶切位点的人瘦素受体 Gln223 DNA片段进行酶切分解；（详见虚拟空

间）

（5）琼脂糖凝胶电泳检测酶切产物：7实验步骤分析 4中酶切片段，获得

特异性的酶切图谱，并综合分析实验结果。（详见虚拟空间）

2-8实验结果与结论要求

（1） 是否记录每步实验结果：是 否

（2） 实验结果与结论要求：实验报告 心得体会 其他

（3） 其他描述：

我们以综合性实验“PCR-RFLP 检测瘦素受体 Gln223 基因的多态性”为例分

析实验报告与心得体会要求：

1.经典实验结果：

酶切后产物经 1%琼脂糖凝胶电泳结果显示共有三种类型，分别为 AA纯合

子电泳带型仅 415bp一条带；GG纯合子电泳带型为 291bp、124bp两条带；GA

杂合子电泳带型为 415bp、291bp 及 124bp 三条带。

图 1 PCR-RFLP检测瘦素受体 Gln223基因多态性分析

M.Marker；1～2. AA纯合子；3. GA杂合子 4. GG纯合子

2.学生实验结果的要求和心得体会：

学生的电泳图中的所有电泳条带要清晰可见，Marker 各条带要分离清楚，

19

检测样本条带要符合上述结果中的一种情况方为合格，优秀的要求则在条带的分

离度、颜色（浓度）、杂带、引物二聚体等方面做跟高的要求。

心得体会：学生必需分析本次实验结果的情况及导致该结果的可能性和原因

并予以分析，指出实验过程中需要特别注意的事项等，以实验小组的形式进行翻

转教学（详见 2-7 实验教学方法的案例介绍中的 Step9.实验课堂翻转教学）。

2-10考核要求

1.操作要求：

（1）虚拟实验空间考核通过；

（2）全程实验操作标准；试剂配制体积基本无误；仪器使用准确

2.实验结果：结果合理并准确分析。

2-11面向学生要求

1.专业与年级要求：我们针对医学检验技术、卫生检验、预防医学、药学、

生物技术等专业第五学期的学生开课

2.基本知识和能力要求等：要求学生已经掌握前期开设的课程的基础理论、

基本知识，包括：

（1）生命的化学分子基础 ；

（2）细胞的结构、功能与重大生命活动 ；

（3）生物体的结构与功能及生物多样性 ；

（4）生物的遗传与进化；

（5）生物技术的原理与应用；

（6）能较熟练地运用外语阅读专业期刊和进行文献检索；具有较强的计算

机操作技术。

2-12 实验项目应用及共享情况

（1） 本校上线时间 ：2017年 8月

（2） 已服务过的本校学生人数：17个班级约 500人/学期

（3） 是否纳入到教学计划： 是 否

(勾选“是”，请附所属课程教学大纲）

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（4） 是否面向社会提供服务：是 否

（5） 社会开放时间 ：3月-6月/年，已服务人数: 近 200人/ 年

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3.实验教学项目相关网络要求描述

3-1 有效链接网址

Virtualrealitylab.jsxy.wmu.edu.cn

教师账号：jiaoshi 教师密码：jiaoshi

学生账号：xuesheng 学生密码：xuesheng

3-2 网络条件要求

说明客户端到服务器的带宽要求（需提供测试带宽服务）

经测试客户端到服务器的带宽要求为 10M及以上。本次带宽初步测试基于

主流计算机配置，模拟真实网络学习环境，最大限度的还原用户上网学习虚拟仿

真实验项目的需求。测试一：物理连接链路测试，测试方法：本端与连入 internet

上的本次虚拟仿真实验项目网站进行 PING操作，测试目的：测试虚拟仿真实验

项目网站间的延迟情况和丢包情况；测试二：测试线路带宽质量，测试目的：测

试不同 ip访问本虚拟仿真实验页面的加载情况，测试方法：通过 IP代理，记录

电脑端不同地域 IP打开虚拟仿真实验项目网页的速度。测试结果现总结如下：1、

当客户端到服务器带宽小于 10M的时候，ping主流网站的延时值都非常的高，

丢包情况也很严重，基本上保持在 50ms以上甚至更高，丢包率也基本大于 5%；

2、当客户端到服务器带宽小于 10M的时候，在不同 IP 对本虚拟仿真实验

网页打开的随机测试中，网页打开速度很慢，尤其是是三维模型的加载卡顿现象

非常严重，打开测试不理想。所以建议户端到服务器的带宽要求为 10M及以上。

（2）说明能够提供的并发响应数量（需提供在线排队提示服务）

本虚拟仿真实验项目的服务器能够提供的并发响应的最佳数量为 500人。我

们通过对经过测试，模拟用户在数据量为 5000、10000的情况下，每分钟增加用

户数 100个进行循环递增，最终测试用户达到 10000的在线访问量，进行多次连

续测试，完成系统大数据量测试目标

在测试环境中，模拟真实使用环境的压力负载，重现缺陷发生状态，并监控

的客户端和服务器性能指标。

经过以上测试，当用户数在 500以下时，各项业务操作均能流畅进行；当用

户数上升至 2000时，在线虚拟实验操作的实验模块下载会出现卡顿现象，其它

22

业务操作能够顺利进行；当用户数上升至 5000人以上时，业务操作出现假死现

象。

据本次性能测试的结果，当用户数 2000以下，并发进行业务操作时，基本

能够维持平台的正常运行；当用户数超过 5000时，服务器的 CPU占用持续达到

100%，并出现假死想象，系统不能够正常运行。

3-3 用户操作系统要求（如 Windows、Unix、IOS、Android 等）

（1） 计算机操作系统和版本要求

虚拟仿真实验要求在操作系统为 windows7 64 位或 win8 64 位、win10 64 位操

作系统的电脑上运行

（2） 其它计算终端操作系统和版本要求：无

（3）支持移动端：是 否

3-4 用户非操作系统软件配置要求（如浏览器、特定软件等）

(1) 需要特定插件 是 否

（勾选“是”，请填写）插件名称 插件容量

下载链接

（2）其他计算终端非操作系统软件配置要求（需说明是否可提供相关软件下载

服务）

虚拟仿真实验项目采用 B/S 架构，软件不提供下载服务，软件基于浏览器打开运

行，建议浏览器采用 360 安全浏览器，版本为 9.0 或以上

3-5 用户硬件配置要求（如主频、内存、显存、存储容量等）

（1） 计算机硬件配置要求

CPU 要求：建议采用 intel 酷睿 i3 2.6 赫兹及以上 CPU

内存要求：DDR3 4GB 以上内容

显存要求：1GB 以上显存

存储容量要求：系统盘可用空间 10GB 及以上

23

（2）其它计算终端硬件配置要求：无

3-6 用户特殊外置硬件要求（如可穿戴设备等）

（1）计算机特殊外置硬件要求：无

（2）其它计算终端特殊外置硬件要求：无

3-7 网络安全

（1） 项目系统是否完成国家信息安全等级保护 是 否

（勾选“是”，请填写）二 级

4.实验教学项目技术架构及主要研发技术

指标 内容

系统架构图及简要说明

此虚拟仿真实验涉及的室内外环境、仪器设备、

人员、医药产品等采用 ZBrush 进行基础模型。基

础模型制作好后导入 3Ds MAX 进行修整、合并、

优化。再通过 3d-coat 软件进行贴图,将虚拟实验

涉及的真实图片进行粘贴。最后通过 UNITY3D 软

件对于将前期的内容进行整合。虚拟实验用到的

音频和视频素材采用 AE 软件进行编辑和剪辑，然

后也导入 unity3d 中整合。最后通过 C#语言编写

程序实现 3D 交互步骤,实现视角控制、灯光控制

及最终的程序界面设计等。

实验教

学项目

开发技术

VRARMR3D仿真 二维动画

HTML5其他

开发工具

Unity3D 3D Studio Max MayaZBrush SketchUpAdobe FlashUnreal Development Kit

Animate CCBlenderVisual Studio

其他

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运行环境

服务器

CPU 4 核、内存 32 GB、磁盘 500 GB、显

存 2 GB、GPU型号 Gtx1050Ti操作系统

Windows ServerLinux其他 具体版本

数据库

MysqlSQL ServerOracle其他

备注说明 （需要其他硬件设备或服务器数量多

于 1台时请说明）

项目品质（如：单

场景模型总面数、

贴图分辨率、每帧

渲染次数、动作反

馈时间、显示刷新

率、分辨率等）

1. 模型制作规范

系统中模型、材质、纹理等文件规范命名及分层、分类

管理，命名中不可有中文名称，不能重名，易于识别，

模型格式是.stl、.fbx 或.3ds；均为 3D 效果，构建与实

物 1:1 比例非拟人化、非漫画形象，仿真度高；单个 max

文件里如有多个物体，将多个物体打组（单个物体无需

打组），静态辅助物体需要 attach 成一个物体；材质球

命名与物体名称一致，材质球的 ID 号和物体的 ID 号一

致；模型制作既保证逼真的质量又控制好三角面的数量，

单个模型的面数不少于 200000 面；模型的中心点在模型

的中心位置。

2. 贴图材质规范

模型材质进行烘焙处理，以生成带有阴影、高光、反射

等效果的贴图；所有模型采用实物贴图，并做优化处理，

要色彩协调、明暗和冷暖统一，贴图格式为.DDS，进行

法线贴图处理来达到最佳的视觉效果；一个物件一张贴

图，颜色贴图不放在凹凸通道里，一张贴图要占满整个

画布，不能出现浪费贴图空间的情况，场景中连续贴图

不能看到有明显的缝隙；UV 展开均匀舒展，避免拉伸，

最大化提高 UV 的利用率；材质大小长宽像素为 2 的次方

倍数，贴图大小最大不超过 2048×2048；同种贴图必须

使一个材质球。

3. 场景制作规范

场景制作：无分辨率限制，能够支持 1920×1200 以上分

辨率的三维视景，1:1 实物大小显示，可对场景模型进行

实时顶点优化和动态加载 LOD 设置调整，根据视觉效果

调整优化比例，减少数据量，提高运行效率，帧速率 25

帧以上；场景布置：基本物件在制作过程中严禁有缩放，

有旋转的物体应保留旋转信息，不要镜像物体。

25

4. 音视频及文字制作规范

声音：场景音效、声音解说要求制作逼真，采用专业的

普通话进行配音；

视频：在场景对象上可嵌入外部视频文件，视频文件格

式支持不少于 AVI、WMV、MPA、MPG、MP3 格式。要实现

视频流的预读取功能，以保证视频播放流畅；

系统内嵌提醒帮助机制，在各个子界面中，采用场景对

象方式，设计文本提示框等信息，系统设置帮助文档，

浮动帮助文字。

5.实验教学项目特色

（体现虚拟仿真实验教学项目建设的必要性及先进性、教学方式方法、评价体

系及对传统教学的延伸与拓展等方面的特色情况介绍。）

（1）实验方案设计思路：

临床分子生物学检验技术是临床诊断中非常重要的新一代检验技术，是医

学检验技术专业的主干课程，其核心技术为聚合酶链反应（polymerase chain

reaction，PCR）技术。但是在实践课堂教学中，存在仪器设备昂贵、实验耗

时长、专业技术操作难等因素，特别是临床广泛开展的荧光定量 PCR 检测需要

具备专业资质的人员、在临床基因诊断室中才能开展，对实验教学的内容、数

量产生很大的制约，从而难以达到理想的教学效果。而先进的虚拟仿真技术能

够很好地弥补这些短板，有效地拓展实验教学的广度和深度，延伸课程教学的

时间和空间。

在“基于聚合酶链反应技术的虚拟综合实验”平台中，我们模拟设计了国

家临床基因诊断室要求的标准设置，使得学生能够进行临床实习之前的模拟培

训，与临床无缝衔接。

我们自主研发了“基于聚合酶链反应技术的虚拟综合实验”，将 PCR 技术

的基础理论和实践应用有机结合起来，通过基础知识、操作训练、综合实验、

自主设计、拓展基地、交流社区等六大模块分别展示，同时兼具翻转教学、任

26

务发布、操作评价等多种功能。操作训练、综合实验、自主设计三大实验模块

层层递进，符合学习认知规律。虚拟实验平台采用了人性化的构建方式，学生

可以有效利用碎片时间，反复进行基本技能的练习，科研思维能力的培养，虚

拟后台对实验全程监控并分析，从而实现实时反馈。

（2）教学方法创新：

我们将传统课堂教学与虚拟综合实验平台有机灵活地结合起来，逐渐形成

了以学生为主体，以教师为主导，注重学生的学习需求、能力培养、知识储备

及情感因素的互动式翻转教学模式，是一种可持续性发展的教学模式（详见 2-7

实验教学方法中以综合性实验“PCR-RFLP检测瘦素受体 Gln223基因的多态

性”为例详细介绍的翻转教学设计）。

（3）评价体系创新：

本科生实验课堂教学设计了三个基于 PCR 的综合实验，学生必需先行通过

虚拟实验考核达到 90 分以上方可进入实验课堂学习，学生成绩则采用综合评

价方式：理论考试占 60%+虚拟实验占 10%+在线课程学习及考核 10%+实验成绩

占 20%（实验考核+实验报告+实验操作）（详见 2-12 实验项目应用及共享情况

的教学进度表）。

（4）对传统教学的延伸与拓展：

“基于聚合酶链反应技术的虚拟综合实验”平台不仅为本科生的教学提供

辅助平台，使得实验教学的内容、数量有了很大的提升；而且利用虚拟仿真实

验教学平台，进行卓越本科生科研能力培训、研究生实验室准入技能培训考核

等应用，受到学习者的一致好评。

此外，利用虚拟综合实验平台我们开展“学生综合实践能力培养的应用探

索”等高等教育教学改革活动，参与医学检验技术专业技能大赛、全国大学生

生命学科竞赛的选拔赛等各项人才培养活动，积极探索线上线下教学相结合的

个性化、智能化实践综合技能培养的新模式。

27

6.实验教学项目持续建设服务计划

（本实验教学项目今后 5年继续向高校和社会开放服务计划及预计服务人数）

（1）项目持续建设与服务计划：

本项目在近2年已经尝试部分面向高校和社会免费开放并提供教学服务，

之后的服务将通过微信或支付宝扫码方式进行收费，承诺 1年后至 3年内免费

开放服务内容不少于 50%，3 年后免费开放服务内容不少于 30%。本虚拟仿真团

队也将持续紧追科研最新方向，与技术公司深度合作开发后期与PCR相关项目，

保持本实验项目的可持续性。

（2）面向高校的教学推广应用计划：

近 1-2年内，拟向全国所有高校免费开放不少于 50%服务内容，3年后免费

开放服务内容不少于 30%。争取 1-2 年与部分高校通过项目共享的方式，互通

有无免费进行合作和推广。以医学检验技术专业技能大赛为，为参赛高校的学

生免费开放不少于 50%的内容，多种方式进行应用推广。

（3）面向社会的推广应用计划：

本项目将为中西部地区学校提供免费技术、资料、人员方面支持。

本项目在近 2年已经部分面向社会免费开放并提供教学服务，之后的服务

将通过微信或支付宝扫码方式进行收费，承诺 1年后至 3年内免费开放服务内

容不少于 50%，3 年后免费开放服务内容不少于 30%。为社会科普提供支持。

7.知识产权

软件著作权登记情况

软件著作权登记情况 已登记 未登记

完成软件著作权登记的，需填写以下内容

软件名称 基于聚合酶链反应技术的虚拟综合实验

是否与项目名称一致 是 否

著作权人 温州医科大学

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权利范围 所有

登记号 已经申报，正在审批中

8.诚信承诺

本人承诺：所申报的实验教学设计具有原创性，项目所属学校对本实验

项目内容（包括但不限于实验软件、操作系统、教学视频、教学课件、辅助

参考资料、实验操作手册、实验案例、测验试题、实验报告、答疑、网页宣

传图片文字等组成本实验项目的一切资源）享有著作权，保证所申报的项目

或其任何一部分均不会侵犯任何第三方的合法权益。

本人已认真填写、检查申报材料，保证内容真实、准确、有效。

实验教学项目负责人（签字）：

年 月 日

9.附件材料清单

1.政治审查意见（必须提供）

（本校党委须对项目团队成员情况进行审查，并对项目内容的政治导向

进行把关，确保项目正确的政治方向、价值取向。须由学校党委盖章。无统

一格式要求。）

2.校外评价意见（可选提供）

（评价意见作为项目有关学术水平、项目质量、应用效果等某一方面的

佐证性材料或补充材料，可由项目应用高校或社会应用机构等出具。评价意

见须经相关单位盖章，以 1份为宜，不得超过２份。无统一格式要求。）

29

10 申报学校承诺意见

本学校已按照申报要求对申报的虚拟仿真实验教学项目在校内进行公示，

并审核实验教学项目的内容符合申报要求和注意事项、符合相关法律法规和教

学纪律要求等。经评审评价，现择优申报。

本虚拟仿真实验教学项目如果被认定为“国家虚拟仿真实验教学项目”，

学校将严格贯彻《教育部高等教育司关于加强国家虚拟仿真实验教学项目持续

服务和管理有关工作的通知》（教高司函〔2018〕56号）的要求，承诺将监

督和保障该实验教学项目面向高校和社会开放，并提供教学服务不少于 5年，

支持和监督教学服务团队对实验教学项目进行持续改进完善和服务。

（其他需要说明的意见。）

主管校领导（签字）：

（学校公章）

年 月 日