细胞培养虚拟仿真教学系统
一、开发目的
细胞生物学是生物医学研究特别活跃的前沿学科之一，“细胞生物学”已成为生物学、医学、畜牧、水产等专业的基础必修课程，为突出其实验教学的重要性和地位，大多数院校已独立设置实验课，不仅训练学生实验技能与动手能力，更重要的是通过实践教学培养学生对理论知识的理解，激发学生探索细胞结构、功能及生命现象的兴趣，培养锻炼学生创新精神和实践创新能力。
随着互联网、物联网、云计算、智能手机等信息技术的快速发展，学生学习习惯和方式发生很大变化，以慕课、翻转课堂为代表的现代教学模式正冲击传统教学模式，从传授知识为主的传统教学模式向创新型人才培养模式转变。虚拟仿真实验教学依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库及网络通讯等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，可以使学生沉浸在虚拟环境中自主进行实验，是一种有利于实现资源共享、全新开放、信息化的教学模式，它已成为当前教学改革发展的一个热点。为顺应教育信息化发展大潮，推动“细胞生物学”实验课程教学改革，构建综合设计性细胞培养虚拟仿真实验项目，作为学生实体实验的预习和学生课余自主学习的数字化资源。该系统将突破当前虚拟仿真项目顺序执行结构，有助于优质虚拟仿真教学资源建设和虚拟仿真教学模式应用。
二、系统概述
细胞培养虚拟仿真教学系统是生物科学专业学生必备的实验技能，是细胞生物学实验的标志性实验之一。由于实验无菌条件要求及实验成本较高，部分实验过程涉及动物解剖和瘤性细胞株等不确定因素，实验成功率和重复率较低，多数高校学生教学难以开设。依据学科创新人才培养计划要求，建立动物细胞培养虚拟仿真项目是实现高校学生开设细胞生物学实验切实可行的方案和路径，通过虚拟仿真技术进行生物学实验教学信息改革。该系统涉及的实验设计及方法是由细胞生物学实验室长期教学实践积累的成果，综合设计实验，根据实验目的和要求，运用相关知识和技能，对仪器设备、操作
方法及实验步骤进行选取与设计并付诸实施的实验，它不是几个验证性实验的简单组合，而具有复合性、多样性、综合性，是培养学生综合、系统、灵活运用知识能力的重要手段，可激发学生学习主观能动性，培养学生创新意识、创新思维和创新能力。
细胞培养虚拟仿真教学系统包含资源学习、实验准备、动物细胞培养、动物细胞大规模培养、考核等内容。并提供后台管理功能，包含管理员端和教师端，便于学校和教师对软件系统进行资源数据管理和教学过程管理。
（一）系统前台
1、资源学习
此模块包含概述、培养方法、操作方式、拓展知识等理论知识，通过文档、图片、视频、三维模型等呈现方式，进行实验项目所需具备的理论知识汇总，学生可通过资源学习模块进行动物细胞培养实验项目的理论学习，从而更好的了解项目的实验目的，实验方法、实验操作流程、实验所使用的仪器等。
2、实验准备
此模块包含器材准备、试剂准备、操作流程等内容，使学生简介明了的学习动物细胞培养实验的重要设备及流程，系统通过益智小游戏的方式进行测评，学生学习实验原理后可进行小测试，提交后系统即时显示答案，从而更好的查缺补漏。
3、动物细胞培养
此模块包含细胞培养的准备、原代细胞分离、细胞传代技术、细胞冻存与复苏等模块，学生可进行动物细胞培养实验的全流程模拟操作，通过计算机将实验室和所需设备进行三维还原，学生可不受设备、环境、动物等实验条件限制，随时进行三维模拟仿真实验操作。
3.1细胞培养的准备
此模块包含泡酸、高压蒸汽灭菌、过滤灭菌等内容，学生可反复进行三维实验场景学习。
过滤灭菌包含配置DMEM溶液、配置PBS缓冲液、配置胰蛋白酶溶液、血清分离等实验步骤。通过虚拟仿真技术进行溶液配置，无需担心反复实验而造成的损耗。使学生更好的掌握细胞培养的前期准备工作，达到实验项目液体比例配置的要求，从而确保整个实验项目成功。
3.2原代细胞分离
此模块包含细胞冻存、细胞复苏等内容，学生可进行三维实验场景进行处理小鼠、解剖、取胚胎、处理、剪碎、离心、培养等实验操作的学习，无需受实验场地、实验环境、实验动物所限制。
3.3细胞传代技术
此模块包含更衣、打开超净工作台、显微观察、水浴培养基、水浴PBS缓冲液、水浴胰蛋白酶、擦拭超净工作台、点燃酒精灯、置入培养基、置入PBS缓冲液、置入胰蛋白酶、拆开血清瓶封口膜、取细胞培养皿、吸去培养基、加PBS缓冲液、加胰蛋白酶、加新鲜的培养基吹打、分装、标记、显微观察等实验操作的学习，无需受实验场地所限制，学生可反复进行实验操作。
3.4细胞冻存与复苏
细胞冻存模块内包含：更衣、打开超净工作台、显微观察、水浴培养基、水浴PBS缓冲液、水浴胰蛋白酶、擦拭超净工作台、点燃酒精灯、置入培养基、置入PBS缓冲液、置入胰蛋白酶、拆开血清瓶封口膜、配置冻存液、取细胞培养皿、吸去培养基、加PBS缓冲液、加胰蛋白酶、加新鲜的培养基吹打、离心、吸去培养基、加冻存液吹打、分装、冻存、液氮罐保存等实验操作的学习，无需受实验场地所限制，学生可反复进行实验操作。
细胞复苏模块内包含：更衣、打开超净工作台、水浴培养基、擦拭超净工作台、点燃酒精灯、置入培养基、拆开血清瓶封口膜、取细胞、水浴、吸取溶液至离心管、加入培养基、一次离心、弃上清液、加培养基、二次离心、弃上清液、加培养基吹打、分装、标记、显微观察、培养箱孵育、整理器材等实验操作的学习，无需受实验场地所限制，学生可反复进行实验操作。
细胞复苏模块内包含：更衣、打开超净工作台、水浴培养基、擦拭超净工作台、点燃酒精灯、置入培养基、拆开血清瓶封口膜、取细胞、水浴、吸取溶液至离心管、加入培养基、一次离心、弃上清液、加培养基、二次离心、弃上清液、加培养基吹打、分装、标记、显微观察、培养箱孵育、整理器材等实验操作的学习，无需受实验场地所限制，学生可反复进行实验操作。
4、动物细胞大规模培养
此模块包含细胞复苏、细胞种子扩增培养、收集上清、发酵罐的安装、发酵罐的灭菌、细胞种子收集、发酵罐培养前的设定、发酵罐接入培养基、发酵罐的接种、含血清培养和无菌取样等细胞大规模培养的实验流程，学生可通过此模块进行大规模培养的实验方法学习。
5、考核
此模块包含理论考核、实操考核、实操考核（大规模）等功能。
理论考核包含单选题、多选题、判断题等题型，教师可在后台自行添加、修改、删除等。
实操考核包含动物细胞培养、动物细胞大规模培养两种培养的实操考核，学生进行模拟实训操作，系统自动评分，学生可自行查看考试结果。
（二）系统后台
系统提供后台管理功能，包含管理员端和教师端。管理员账号可以进行学院架构管理集教师账号管理。教师账号可以进行学生管理、题库管理、试卷管理、统计分析（学生、试卷、试题）等，根据每个教师的教学需求，进行个性化删减增加编辑新建等功能。
三、系统配置
教师机配置要求：
操作系统：win7旗舰版/windows server 2008及以上64位
处理器：Inter(R) Core(TM) i5 CPU @ 2GHZ及以上
显卡：GeForce GTX660（2G显存）及以上
硬盘: 空闲50GB及以上
内存: 8GB 及以上
驱动程序：DirectX 11
学生机配置要求：
操作系统：Windows 7及以上64位
处理器：Inter(R) Core(TM) i5 CPU @ 2GHZ及以上
显卡：GeForce GTX660（2G显存）及以上
硬盘: 空闲50GB及以上
内存: 8GB 及以上
驱动程序：DirectX 11
