东北大学教学试验室建设项目申报表东北大学生命科学与健康学院.doc

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1、东北大学教学实验室建设项目申报表基层部门（公章）： 生命科学与健康学院 项目名称建设生物工程专业虚拟仿真实验室教学实验室名称实验教学中心项目负责人刘佩勇联系电话项目实施年度2018 2019 2020 项目预算（万元）367.6实验室类型公共基础 专业基础 专业 项目性质新增 延续项目类型1.填平补齐类 2. 水平提升类 3.虚拟仿真类 4.新增专业类 5. 专业认证类 6.创新平台类 7. 其它 必要性1 项目用途和迫切解决的问题：（1）用途：表1 项目建设内容和功能描述建设内容依托课程系统功能简单描述生物工程下游技术虚拟仿真平台微生物工程模拟发酵罐生产工艺流程，学生在虚拟环境下完成微生物发

2、酵工艺实验全过程，模拟实现物料投放、灭菌、接种、参数控制等各项工艺操作，还能模拟工厂化的大规模生产流程，让学生在掌握实验技能的同时还可以培养迅速与企业对接的实践生产能力基因工程模拟实现实时定量PCR与基因表达分析；基因工程菌的构建： E.Coli 感受态细胞的制备、质粒DNA的转化、提取与酶切鉴定技术细胞工程模拟实现Hela细胞的冻存、复苏、传代培养以和细胞融合、分离鉴定生物物质分离工程依托酵母醇脱氢酶的提纯工艺在线模拟工艺流程，提供学生自行设计生物物质分离提纯功能模块。生物工程设备模拟实现生物工程典型设备的操作使用和实验设计，包括HPLC（高效液相色谱仪）、全自动发酵罐、分离技术、冻干技术。

3、生命科学基础类课群虚拟仿真实验平台分子生物学模拟实现蛋白质SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳、蛋白质印迹反应（Western Blot）解剖与组织胚胎学模拟人体解剖三维骨骼、肌肉、神经、血管模型，实现各部分的缩放、三维展示和基础操作。生物化学模拟实现生物化学基础实验手段的综合设计使用，依托基础实验方法（如比色、层析、离心、电泳）技术，进行生物大分子物质的提取、纯化、鉴定等基础操作。普通生物学模拟实现动植物细胞有丝分裂过程、植物营养器官的和生殖器官的结构，石蜡切片的制作以和电子切片展示微生物学微生物学自主设计性实验虚拟仿真实验平台开发：依托微生物学基础实验方法（微生物培养、计数、染色观察、微生物生理生化

4、等），让学生自主设计实验流程并在线模拟。生物信息学利用生物信息学实验室服务器等硬件基础，模拟实现基因序列比对分析、药物分子设计虚拟现实技术的出现和应用为实践教学提供了一条新的思路。通过虚拟仿真实验教学资源的建设，不但能够让学生不必进入实验室进行实际操作，就能达到一定的学习效果，而且这种虚实结合、相互辅助的实验教学形式能够激发学生的学习兴趣。生命科学的虚拟仿真实验能够解决很多传统课堂无法解决的难点： 需要信息技术解决的问题，如基因序列分析、药物分子设计等需要借助计算机或虚拟仿真实验来完成 动物实验伦理学和动物福利制度的制约； 高危、极端实验环境的制约，如高致病性病原微生物实验、放射性、强腐蚀性和

5、剧毒类物质实验，开设面临较大风险； 生物实验材料难采集的制约，例如由于各级自然保护区禁猎，导致很多动物标本无法获得，由于生境、季节、天气等因素影响，导致有些植物标本难以采集，另外人体解剖学实验所需人体尸体和器官标本更是难求； 实验周期长、操作难度大、实验成本高等因素的制约，例如细胞和分子生物学实验、生物化学实验、生物技术大实验中的综合性创新性实验项目等。本项目申请建设实验室信息化管理系统、“生物工程下游技术虚拟仿真平台”和“生命科学基础类课程虚拟仿真实验平台”（见表1），根据实际情况分三个年度建设完成，建成后虚拟仿真实验技术能够覆盖并补充大部分专业基础课和专业课程。选定的实验技术与实际需求紧密

6、结合，在培养学生实验能力的同时还具有很高的学科展示度，可以用以下两个项目举例说明： 荧光定量PCR（也称实时定量PCR，Realtime PCR）技术是生命科学新的定量试验技术，它是通过荧光染料或荧光标记的特异性的探针，对PCR产物进行标记跟踪，实时在线监控反应过程，结合相应的软件可以对产物进行分析，计算待测样品模板的初始浓度。该技术在优生优育检测、肿瘤标志物和瘤基因检测、遗传基因检测等方面都有广泛应用，已经成为分子生物学领域必备的研究手段。该实验项目原理复杂，操作环节繁琐且依赖价格昂贵的仪器和耗材才能完成，我中心2017年度申请购置两台（70万），完成单次实验所需试剂耗材费用约5000元。学

7、生在传统课堂只能进行演示性实验，无法做到每个同学实际操作。通过虚拟仿真实验项目可以彻底解决上述问题。 发酵工艺流程虚拟仿真项目：微生物工程发酵流程是目前生物工程专业工业化生产最重要的手段之一，发酵罐的发酵操作流程繁琐复杂、周期长、成本高，且伴随着高温高压环节。发酵过程分为电路、空气、高压蒸汽、水路等多个环节的控制，需要先后操作的阀门数量近100个，我中心的4套发酵罐（100万）在实验课环节仅能分组让学生轮流操作部分环节，学生短时间无法掌握工艺流程的控制。虚拟仿真平台搭建后，学生在线下模拟熟悉设备操作的同时还能够模拟工厂化的大规模生产流程，掌握实验技能的同时还可以培养学生迅速与企业对接的实践生产

8、能力。（2）迫切需要解决的问题：针对我校实际情况，结合我院实验教学中心特点，开发虚拟仿真实验软件平台并接入信息化管理平台，实现学生在电脑客户端和学校虚拟仿真教室端都能完成虚拟仿真实验。2 如不实施带来的后果；近些年，包括东北大学在内的国内高校基础条件不断建设，资产总量不断扩增，实践教学环节所占比例也越来越高。与此同时，资产、课程和安全的有效管理难度也逐年增加。伴随着信息通信技术以和互联网平台技术的不断发展，让互联网技术与实验教学进行深度融合，能够充分发挥互联网在实验室资源配置中的优化和集成作用，提升我校教学实验室的创新力和生产力。国内外同水平高校在该领域的建设已经小有成果，而我校作为双一流建设

9、大学在信息化建设方面仅处于起步阶段，若不和早进行建设，差距会越来越大。生命科学是一门实验科学，实验技术环节复杂繁琐，仪器设备价格高，学生仅通过实验室课堂教学难以全面熟悉掌握精细实验流程和先进仪器设备的使用。部分实验项目由于仪器设备价格昂贵，实验成本极高，实验条件要求苛刻，虚拟仿真实验可以在模拟环境下完成。建设虚拟仿真实验平台后，学生可以在实验室或互联网进行线下模拟操作，再结合实际实验课程，可以熟练掌握实验技术。进行虚拟仿真建设是实验教学中心进一步拓展教学手段、提升实验课程教学质量的重要途径，也是本实验技术中心中心下一步申报省级、国家级示范教学中心必要的软硬件储备。3 相关高校通行做法：自201

10、3年教育部在全国启动国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作以来，极大地推动了实验教学示范中心内涵建设的提升和可持续发展。截至2015年9月，全国已建设有200个国家级虚拟仿真实验教学中心，分布在全国155所普通本科院校，其中45所高校建有2个国家级虚拟仿真实验教学中心。表2国家级虚拟仿真实验教学中心的学科分布学科数量占比工学类11859理学类2110.5医学类2512.5管理学136.5经济学73.5农学类63文学31.5艺术学31.5教育学21法学10.5军事学10.5表3国家级虚拟仿真实验教学中心的学校隶属关系学校隶属关系学校所拥有数个平均数（个校）中央部委所属高校771161.51省属高校7

11、3771.05军队院校571.4表4 近年来美国新媒体联盟预测和描述的新兴和主流信息技术。年度近期（1年内）中期（2年-3年）远期（4年-5年）2015自带设备（BYOD）、翻转课堂创客空间、可穿戴技术自适应学习、物联网2014翻转课堂、学习分析技术3D打印技术、游戏和游戏化量化自我、虚拟助手2013大规模网络开放课程、平板电脑游戏和游戏化、学习分析技术3D打印技术、可穿戴技术2012移动应用、平板电脑基于游戏的学习、学习分析技术基于手势的计算、物联网2011电子书、移动技术增强现实、基于游戏的学习基于手势的计算、学习分析技术2010移动计算、内容开放电子图书、简易增强现实基于手势的计算、可视

12、化数据分析以上几个统计表格反映了国内外信息化技术在虚拟仿真实验室建设上应用的现状，东北大学在此方面的差距显而易见，生命学院实验教学中心目前也仅处于起步阶段，加快建设步伐势在必行。可行性1. 思路和设想：通过调研国内高校的相关建设现状，吸取经验，结合我校生物工程专业实验室和课程特点，结合信息通信技术和互联网平台技术，个性化开发管理平台和虚拟仿真项目后台软件，在我院实验教学中心现有的实验室基础上即可实现实验室的信息化管理并开展虚拟仿真实验室的建设。2. 人员、空间条件：生命科学与健康学院虽成立不久，但在人才队伍建设和科研方面已表现出良好的发展势头，现有教职工60人，其中教授14人。拥有“长江学者”

13、1人，“青年千人计划”2人，教育部“新世纪优秀人才”2人，东北大学海外百人计划1人。教师中参与实验教学的教师20人，其中教授3人（“青年千人计划”2人），副教授8人，讲师9人。生命科学与健康学院实验教学中心位于浑南校区生命科学大楼A座，2014年10月建成并投入使用，目前中心共计11个房间总面积850m2（见表5）。学院拥有化学生物学二级学科博士点、生物学一级学科硕士点、生物化工二级学科硕士点。学院下设神经科学研究所、生化与分子生物学研究所、微生物药物研究所、分子医学研究所和生物技术研究所5个研究所，以和实验教学中心、实验技术中心、实验动物中心3个公共服务平台，现有仪器装备4000余万元。表5

14、 生命科学与健康学院实验教学中心房间分布房间号门牌名称面积（m2）C102实践基地157A103仪器室-124.10A104生物分离工程实验室90.26A106机能学实验室89.74A106实验教学中心办公室30.00A108药物化学实验室90.26A109准备室43.04A208形态学实验室98.63A209生化与分子生物学实验室94.01A210无菌室66.75A212仪器室-265.75合计8503、本科教学实验室岗位设置我院实验教学中心根据学校对教学实验室管理组织架构的要求，成立了本科教学实验室建设与管理工作组并拟定了本科教学实验室管理机制体制。实验教学中心配备专职实验员6人，负责实验

15、课程的准备工作；其中全职管理人员3人，兼管实验设备和实验室安全。实验教学的教师20人，其中教授3人（“青年千人计划”2人），副教授8人，讲师9人4、原有基础：（1）资产方面：目前中心总资产累计10,115,562.45 元，仪器设备共计833台件，其中单件价值10万以上贵重仪器设备19台件，总值376，5878.08元；其他资产814台件，634，9684.37元。仪器完好率100%，全部用于本科生实践教学。（2）实验室条件：我院实验教学中心原有的显微互动教室经过搭建服务器和电脑升级建成了生物信息学实验室。该实验室拥有电脑31台并组建了局域网，可以作为虚拟仿真实验室的基础条件。（3）基础调研：

16、我院于2015年开始进行虚拟仿真实验室和信息化预约开放管理平台建设进行调研，形成了调研草案并在学院内部进行了论证。5、预算依据；项目预算主要取决于虚拟仿真平台搭建过程涉和到的模块数量，本项目预算是在调研校内其他学院建设情况并外派教师参加虚拟仿真实验类会议的前提下询价对比了国内多家信息技术公司得出的。项目实施主要内容1、2018年度建设内容和实施方案建设内容：建设“生物工程下游技术虚拟仿真平台” 实施方案：虚拟仿真实验室建设：在前期研讨调研的基础上展开虚拟仿真实验室具体建设计划。组建“生物工程下游技术虚拟仿真平台”建设小组，与中标企业沟通具体内容的软硬件平台搭建并接入实验室信息化管理系统。年度内

17、完成虚拟仿真实验试运行。项目依托课程面向专业面向课程（门）实验项目（项）服务学生数量（/年）人时数生物工程下游技术虚拟仿真平台微生物工程生物工程22906480基因工程生物工程25902880细胞工程生物工程23902880生物物质分离工程生物工程24902880生物工程设备生物工程229028802、2019年度建设内容和实施方案建设内容：总结2018年度 “生物工程下游技术虚拟仿真平台”建设经验，构建“生命科学基础类课群虚拟仿真实验平台”，依托分子生物学、解剖与组织胚胎学、生物化学、普通生物学、微生物学、生物信息学几门生命科学基础类课程开发基础课群虚拟仿真平台。实施方案:组建“生命科学基础

18、类课群虚拟仿真实验平台”建设小组，与中标企业沟通具体实验项目的软硬件平台搭建并接入实验室信息化管理系统。年度内完成虚拟仿真实验试运行项目依托课程面向专业面向课程（门）实验项目（项）服务学生数量（/年）人时数生命科学基础类课群虚拟仿真实验平台分子生物学生物工程28902880解剖与组织胚胎学生物工程214903600生物化学生物工程39905040普通生物学生物工程112904320微生物学生物工程22906480生物信息学生物工程199043203、2020年度建设内容和实施方案建设内容：（1）根据2018、2019年度两个虚拟仿真平台的运行情况进行软件修改完善（2）查缺补漏，申报省级示范教学

19、中心或虚拟仿真实验中心。实施方案：（1）与教师和学生进行深入座谈调研，总结虚拟仿真平台运行的不足和缺陷，汇总整理后与软件开发单位沟通平台的修改、升级和功能完善。（2）优化运行机制，总结经验、提升管理水平。成立省级示范教学中心申报工作组，梳理实验教学中心现行软硬件运行管理机制，查缺补漏，起草申报材料，启动申报程序。建设预期成效（分条列出、力求简洁、具备展示度。）1. 建成“生物工程下游技术虚拟仿真平台”和“生命科学基础类课程虚拟仿真实验平台”，虚拟仿真技术覆盖典型专业课和专业基础课程。2. 完成该项目建设后，“十三五”期间申报辽宁省实验教学示范中心。项目不确定性分析1. 不同的软件开发企业在执行

20、过程中呈现的人机界面环境优化效果不同，需要信息化技术人员与专业教师充分沟通，修改方案。2. 软件开发价格的市场波动比较大，项目预算均以现阶段的报价为依据，在项目具体执行时因价格波动可能需要小范围修改。3. 实验室基础硬件改造和校园网基础条件与平台接入需要进行运行调试支出预算明细预算金额（万元）2018年2019年2020年仪器设备购置费180.615730家具购置费其它费测算依据和说明（环境改造费、其它经费）建设内容依托课程预算（万元）执行年度生物工程下游技术虚拟仿真平台微生物工程42.62018基因工程452018细胞工程282018生物物质分离工程302018生物工程设备352018生命科

21、学基础类课群虚拟仿真实验平台分子生物学322019解剖与组织胚胎学152019生物化学252019普通生物学282019微生物学352019生物信息学222019平台软件修改完善全部课程302020合计367.6项目论证意见生命科学与健康学院教学实验室项目，切合本科专业培养方向和人才培养目标，准确把握了学院人才培养过程急需建设的重要环节。该项目在分析对比了国内同水平院校实践教学水平的基础上，提出了若干建设方案。论证专家组成员针对项目题目与建设方案与成效的表达提出了各自的修改意见，经讨论认为：1. 抓住重点，筛选与实际结合紧密的实验项目进行虚拟仿真实验建设2. 以课群为依托，结合生物工程工艺流程特点，合并成3-5个课群进行虚拟仿真实验平台开发，在平台内可以覆盖多门实验课程，或结合具体课程进行二次开发3. 可以考虑结合大型仪器设备和工艺流程特点具体开发4. 简单说明各个建设课程要做的具体内容5. 三年度建设中应侧重2018年度重点建设，2019、2020年进行补充建设项目可行性分析透彻，建设内容切合实际需求，目标明确，建设方案切实可行，项目书精简后符合申报条件，项目执行后可以达到预期建设成效。 项目论证专家组组长（签字）： 年 月 日注:若项目建设周期超过一年，申报表中的“内容和实施方案”、“预期成效”和“测算依据和说明”须分年度阐述，未按要求填报学校将不给予受理。16 / 16