本实验适应我国生物事业发展的需求，以培养具有专业胜任能力和社会适应能力的创新应用型人才为目标，坚持“学生中心、问题导向、学科融合、创新实践”的实验教学理念，以肿瘤细胞外泌体提取为导向，从细胞培养，外泌体提取、表征及修饰方面，采用3D建模、动画、语音识别、人机交互等技术，创建了虚拟环境下的细胞培养室，还原了细胞培养、外泌体提取、表征的全过程，包括表征部分中Western Blot等的实验步骤，突破传统教学的时空界限，将传统固定教室、时间上课延展至无时间无空间限制的“空中课堂”，将有限的专业教师资源发挥最大的效果，大大激发了学生的学习兴趣、提升了学生的实践能力和创新能力。

（1）实验的必要性及实用性

1）必要性

第一，实验对象特殊。外泌体（Exosomes,Exos）是一种几乎所有活细胞都会分泌的直径30–150 nm的脂质双分子膜囊泡，广泛分布于各种体液中，内含miRNA、蛋白质DNA片段等多种胞内物质。研究发现除了网织红细胞以外，各种免疫细胞以及上皮细胞、肿瘤细胞等大部分细胞都会产生外泌体，被分泌出的外泌体会进入血液、组织液等体液中，通过循环系统到达其他组织与细胞，产生远程调控作用，已经证实，肿瘤来源的外泌体含有与分泌它们的细胞相似的蛋白质和脂肪成分，这表明外泌体可以用作抗癌治疗的载体。

第二，实验环境匮乏。外泌体的提取涉及细胞培养等实验步骤较为复杂，表征手段多样以及实验仪器较为贵重，无法满足大批学生现场操作学习的需求，难以给学生提供专业的指导。细胞培养室无菌条件要求严格，仪器设备成本高，实验耗材较为昂贵，实验室不能进行全方位的实际操作培训。该项目能有效解决因实验环境的匮乏所带来的困难。

2）实用性

实验系统构建的虚拟仿真实验环境，全方位实现了外泌体分离、鉴定及其归巢性修饰涉及的所有知识点的实验探究，将无菌条件细胞培养演示过程和结果展示以图形与应用场景的形式直观呈现，极具可观性和吸引力，解决了本实验中细胞房中的细胞操作难以组织实施，也无法承受大批量的学生同时实验的难题，有效地拓展了实验内容的深度和广度，加强了细胞培养，外泌体培养、鉴定和修饰的理论知识与实验实践的结合。

与传统的演示教学模式相比，虚拟仿真实验切实拓展了以自主探究为主要形式的实验教学方法，通过让学生自主虚拟操作实验器材，如具体调节超速离心机的具体参数，实现对目标实验结果的获取，结合软件的自动评分系统，让学生能够直观看到实验结果，使学生对整个实验的基本研究方法和操作程序有了全面系统的认识，体会了科学研究的严密逻辑和科研理念，也充分调动了学生学习的主动性和积极性，培养了学生浓厚的实验兴趣，采用虚拟动画的方式来阐释每个知识点提高了学生的思维能力、动手能力、分析问题和解决问题的自主学习能力和创新能力，提升了学生的综合素质和能力，推进了探究式教学方法的普遍运用。

我校“现代生物学”国家级虚拟仿真实验教学中心拥有先进、高效的数字化教学平台，本项目已接入网页平台和移动平台，学生可在实验室开展实验，也可远程登录仿真软件进行操作。老师和学生可随时查看实验过程，学习记录、成绩报表，并可在线讨论或解答问题，实现了师生的零距离互动，显著提高了教学管理效率。这种教学模式也鼓励学生自由探索、勇于实践，并有效延伸了学生在课外的自主学习范围。

（2）教学设计的合理性

本实验选择肺肿瘤细胞A549细胞的外泌体作为研究对象，外泌体具有天然的生物相容性，无细胞毒性，研究发现肿瘤来源的外泌体对亲本细胞显示出更好地亲和力，这些特性使它们成为一种天然存在的、有希望用于癌症治疗的药物传递系统。参考本校生物工程专业的人才培养目标，对学生的基础理论、基本技能等都得到相应的锻炼，拓展了学生的眼界，实现了理论和时间的相互交融，推动了山东省生物工程产业的可持续发展。

（3）实验系统的先进性

  本实验综合运用细胞生物学、生物化学、分子生物学、有机化学等多学科的研究成果。在360度全景拍摄的基础上创建了以真实细胞培养、外泌体提取、鉴定及归巢性的修饰的虚拟场景，运用三维建模、动画的技术手段，高度仿真了无菌细胞培养室、提取所需的贵重仪器，使实验场景和实验对象更加直观形象，增加学生对细胞培养及外泌体的认识，有助于强化学生对于理论知识的记忆；通过键盘和鼠标使实验者双手在虚拟场景中对细胞培养及外泌体的提取鉴定进行操作，让学生如同亲临实境，感受互动，有助于学生对于理论知识的灵活运用。本项目填补了外泌体提取、鉴定方面的空白，教学效果显著，可为国内兄弟院校有关外泌体相关教学提供借鉴资料。