实验主要分三部分：发酵罐的认知、灵芝发酵、发酵终点判定。发酵罐的认知部分学生需了解发酵罐的各部分名称及用途、灵芝的药用价值和药理活性、灵芝的生长周期和分类等。灵芝发酵部分学生需要熟悉灵芝的具体发酵流程，包括水压、电压、气压等的选择，空消，液体培养基的配置，实消，通气量和搅拌速度的选择，接种量的设定、显微镜观察、清洗等操作。其中部分关键参数设置需要学生选择，不同选项会对实验结果产生影响，从而达到强化学生对关键操作步骤的记忆。发酵终点的判定要求学生掌握灵芝发酵液菌丝体的提取和多糖含量的测定方法，通过多糖含量判定发酵终点。通过该虚拟仿真平台的模拟练习，学生应全面掌握灵芝发酵罐的实验背景和实验操作，掌握灵芝发酵大生产的过程。

1团队成员承担该实验教学任务情况

从2013年起，团队开设《生物制药专业综合实验》这门课程，受众主要为本校生物制药专业本科生，至今共9届学生，共计843人。《生物制药专业综合实验》为独立实验课程，目前共有90学时。

从2019年起，针对药用菌物大规模发酵罐生产不便于在学校开展实验教学的实际困难，增加了人机交互的“药用菌物灵芝发酵生产虚拟仿真实验”内容，将其有机地嵌入“实验Ⅴ  药用菌物发酵罐生产”章节中，占用3课时，并免费开放全部教学资源。本实验运用大量的三维立体图片、动画以及视频等素材，让实验更加形象地展现出来，网络的吸引力往往比枯燥的理论知识更讨学生喜欢，激发学生对实验的兴趣，同时也培养了学生动手、动脑能力和创新性思维能力。这样的设计使得教师教得轻松，学生学得愉悦，教学效果十分喜人。

2负责人开展教学研究、学术研究、获得教学奖励的情况

从事生物制药专业教学12年，现担任《生物制药专业综合实验》、《生物制药专业导论》和《药用真菌学》等专业课程，并指导毕业生实习、论文（设计）写作等实践教学。

（1）近三年讲授本课程情况：

《生物制药专业综合实验》，专业课，6周，每周15学时（单元课），3届，学生共计350人。

（2）近五年来讲授的其他主要课程：

①《生物制药专业导论》，专业课，6周，每周3学时，5届，学生共计586人；

②《药用真菌学》，专业基础课，12周，每周3学时，1届，学生共计158人。

（3）近五年来承担的实践性教学任务：

《毕业生实习》，5届，学生共计69人。

（4）主持和参与的教学研究课题：

①2016年江苏省高校中外合作办学高水平示范性建设工程专业——生物制药（国际合作）专业，省教育厅，2016～2020年，通过考核；

②江苏省高校一流本科专业建设点——生物制药（国际合作）专业，省教育厅，2019～2022年；

③江苏省大学生创业训练项目（省级重点），江苏省教育厅，改良天然植物防晒剂（陈思敏），2020～2022年；

④江苏省大学生创业训练项目（省级重点），江苏省教育厅，甲基莲心碱诱导肺腺癌细胞的凋亡机制研究（丁一，王家辉），2020～2022年；

⑤江苏省大学生创新项目（省级重点），省教育厅，端粒酶对EF1α-mTERT转基因小鼠衰老的影响（钟文），2017～2019年。

（5）发表的教学研究论文：

①袁天杰，潘扬^*.高校中外合作办学的实践和启示——以南京中医药大学生物制药专业为例［J］. 教育教学论坛, 2021, (9): 100-102；

②袁天杰，吴薛明，吴沁航，潘扬^*.生物制药专业微生物学虚拟仿真实验教学改革探索［J］. 当代教育实践与教学研究, 2021, 244-245；

③吴沁航，刘春美，张芳，吴薛明，潘自皓，潘扬^*.以学生为中心的生物制药工艺学教学改革［J］. 中国中医药现代远程教育，2017, 15(22): 4-5；

④曹婧，吴启南，吴沁航，张芳，吴薛明，潘扬^*.国际化教学理念在生物药物分析课程教学中的应用［J］. 药学教育，2017, 33(3): 46-49；

⑤姜和，蔡家利，朱建伟（主编），潘扬（编委）. 生物技术制药（双语教材·国家双语教学示范课程配套教材）［M］，科学出版社，2016年12月第1版；

⑥陈若芸（主编），康洁（副主编），潘扬（编委）. 中国食用药用真菌化学，上海科学技术文献出版社，2016年4月第1版；

⑦刘学湘，潘扬，刘春美，张芳，吴薛明. 生物制药综合实验开放性教学模式的探索［J］. 成都中医药大学学报（教育科学版），2016, 18(1): 42-43, 48；

⑧吴沁航，潘扬，刘学湘,吴薛明，曹婧. 形成性评价在生物药物分析教学中的应用［J］. 中国中医药现代远程教育，2015, 13(19): 101-103。

（1）国家战略新兴产业对生物制药专业人才培养的需求

生物医药是国家七大战略新兴产业之一，而生物制药专业是国家新设立的与生物医药产业相对应的本科专业，生物反应器（发酵罐）是使生物反应得以实现的装置，生物反应器工程是与基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程等相提并论的现代生物工程之一，它是衡量一个国家生物工程水平的重要标志，近年来在全球制药行业得到广泛应用和迅猛发展。目前世界上最大的发酵罐高度超过100 m，容量可达4000 m³。然而，如何让教学过程紧跟空间结构日新月异的发展趋势，实现将生物制药前沿科研成果反哺实验实践教学，将社会责任、职业道德、工程伦理等思政要素植入教学项目，将正确的价值追求、理想信念和家国情怀有效地传递给本专业学生，真正将立德树人融入教学全过程、各环节，已成为高校生物制药专业教学面临的重要挑战。

本实验项目让学生身临其境地感受巨型发酵罐的巧秒设计和生产过程，触发学生对大国工匠精神中敬业守信的理解，本着把每一道工序完成得尽善尽美的要求和对发酵技术精益求精的追求，对名贵中药灵芝生产进行严格的设计、操作和测试要求，虚拟发酵生产出优质的灵芝产品。

（2）发酵罐生产是生物制药专业核心课程的重要环节

目前健康养生的观念已经深入人心，而作为“有病治病、无病养生”的灵芝的神奇保健功效理念已经被中国人所接受。分析显示,目前，我国以灵芝为主要原料的养生保健产品超过500个，以灵芝为原料的药品有100多个，灵芝产品的销售额已超过100亿元。虽然灵芝的人工栽培技术已十分成熟，但其过程耗时费力、产品质量不可控，因此采用先进的现代发酵工程技术生产灵芝成为主流。

《生物制药综合实验》是生物制药专业（工学）核心主干课程，其中发酵罐生产是课程大纲要求的教学内容和核心知识点。我们设置的相对应内容是“药用菌物灵芝发酵生产”，既保证了专业实践教学内容的正常实施，也赋于实验内容以一定的中医药特色。该课程环节工程实践性强，对实践教学要求高，只有通过学生亲身参与实验才能让学生真正了解到作为生物反应器的大型发酵罐，才是灵芝发酵生产的核心设备，也是生物制药专业学生必须掌握的关键设备之一。

（3）《灵芝发酵生产》的教学限制使之采用虚拟仿真授课

由于大型发酵罐占地面积大、实体实验成本高、破坏性实验极具危险、实验周期长等一系列因素，因此学生相关实验必须依托虚拟仿真技术开展。

首先，生产用发酵罐的原型结构几何尺度大，且实验模型不宜采用过大的缩尺比例（否则产生的尺寸效应将影响实验数据的可信度与准确性），造成该实体实验占地面积大、空间要求高。

其次，灵芝发酵设备价格高、投料成本高、维护费用高，很少有院校会投入大量资金建设实验室，极大的限制了实体实验引入专业教学。即便学校购进了发酵罐，学生在实验过程也会由于仪器设备数量少、生产条件复杂和实验周期长等原因不能全面的了解生产过程。这就很大地限制了学生对灵芝发酵生产的相关知识的掌握和技能的培养。

再次，发酵罐在操作过程中必然会用到高温（121℃以上）、高压（0.1 MPa以上）等极限条件，其积聚的大量能量容易造成超限操作发生的突然爆炸，后果十分严重，具有超强的危险性。

另外，灵芝发酵生产还会造成废水、废菌渣等的产生，下游处理困难，可能对环境造成一定的污染。

最后，生物反应机理比较复杂，发酵罐的实际操作专业性强，存在过程不可逆、不可重复等缺点。

因此，开展药用菌物灵芝发酵生产虚拟仿真实验教学，有利于调动学生参与实验教学的积极性和主动性，使学生在自主交互的虚拟环境中高效地完成实验，并从整体上加深学生对灵芝生物反应过程的认识，大大提升工科学生实践能力和增强创新创造能力，同时必将进一步提高相关课程的实践教学水平。

本项目坚持“以学生为中心”的教学理念，从学生的需求出发，在“原理准确、内容紧凑、时长合理、难度适宜”的指导原则下，通过理论讲解、内容分析、实践操作的协同实施，采用个性化、智能化、泛在化的教学模式，增强学生创新创造能力、实践能力、分析能力。

本项目以药学、中药学、制药工程、生物制药（中外合作办学）等专业教学实验信息化需求为导向，以我校已建立完善的项目实验教学内容为基础。围绕培养液的配制、在线灭菌、接种、发酵过程控制等关键步骤，让学生系统掌握生物发酵技术单元的操作要点，直接与实际生产应用相关联，提升实践应用能力。本项目内置丰富的学习模式：演示模式下可通过视频学习发酵罐的工作原理和操作规范；练习模式下查看发酵各环节操作界面及使用场景；考核模式下进行习题考核及操作考核。

本项目通过内嵌VR、AR相关的虚拟场景和互动互演，重点实行基于问题和案例的互动式、研讨式教学，倡导自主式、合作式、探究式学习。项目内置理论讲解、案例分析、流程演练、人机互演、远程讨论等多种实践教学方式，同时支持智能讨论、智能考勤、智能录播等套件接入。通过创新多样的教学方式方法的协同使用，搭建基于互联网+的实践教学创新平台。

针对我校南京校区、泰州校区同步运行管理的现状，并考虑药学、中药学、制药工程、生物制药（中外合作办学）等不同专业、不同层次学生接入项目的实际需求，将采用双平台搭建模式。学生可通过南京中医药大学校园网虚拟仿真建设平台接入，或在校外通过在线私有实验空间服务器模式的账号登录接入。双平台数据同步，支持平板端、PC端等多平台的互动，共同搭建具有开放性、扩展性、兼容性的项目运行平台。

本项目以智能AI技术为依托，对项目内置的自动考核功能、学生使用习惯、教师考核、学生互评等多维度考核内容进行大数据分析，同时根据课前、课内、课后、考核等多阶段数据分析结果，为学生建立实时实训报告。学生可在线实时反馈项目使用效果，持续改进教学评价机制。

此虚拟仿真系统采用C#开发语言，基于Unity开发引擎发布的WebGl版本的应用，主要采用WebSocket协议实现与服务器的通信和数据传输，3DMAX和Maya实现3D图形可视化。系统运行平台:Windows8/Windows10，火狐浏览器、谷歌浏览器(64位)。用户使用轻便化，无需下载安装应用，直接打开网页即可运行该虚拟仿真系统。运用此系统开展《药用菌物灵芝发酵生产虚拟仿真实验》教学，有利于调动学生参与实验教学的积极性和主动性，使学生在自主交互的虚拟环境中高效地完成实验，并从整体上加深学生对灵芝生物反应过程的认识，大大提升工科学生实践能力和增强创新创造能力，同时必将进一步提高相关课程的实践教学水平。

该教学过程紧跟空间结构日新月异的发展趋势，实现将生物制药前沿科研成果反哺实验实践教学，将社会责任、职业道德、工程伦理等思政要素植入教学项目，将正确的价值追求、理想信念和家国情怀有效地传递给本专业学生，真正将立德树人融入教学全过程、各环节。