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。

近五年来（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）。

【承担的学术研究课题】

（1）异喹啉类化合物松弛平滑肌的构效关系及其机制，国家自然科学基金，2013～2014，主持

（2）基于噬菌体展示技术的士的宁靶点蛋白筛选研究，国家自然科学青年基金，2012～2014，第二

（3）基于TLRs/NF-κB通路的藏药镰形棘豆抗肿瘤作用机制研究，国家自然科学基金，2015～2018，第二

【发表的学术论文】

（1）Elucidation the binding mechanism of Nelumbo nucifera-derived isoquinoline alkaloids as Rho-kinase 1 inhibitors by molecular docking and dynamic simulation, J Biomol Struct Dyn,通讯作者, 2020

（2）iTRAQ-based proteomics analysis reveals the effect of neoliensinine on KCl-induced vascular smooth muscle contraction by inhibiting RLC phosphorylation, Front Pharmacol,通讯作者, 2019

（3）Protective effect of anthocyanin on neurovascular unit in cerebral ischemia/ reperfusion injury in rats, Front Neurosci, 通讯作者,2018

（4）Isolation and identification of a tribenzylisoquinoline alkaloid from Nelumbo nucifera Gaertn, a novel potential smooth muscle relaxant, Fitoterapia,通讯作者, 2018

（5）Isometric contractility measurement of the mouse mesenteric artery using wire myography, J Vis Exp,通讯作者, 2018

（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。

（1）拓展《生物制药综合实验》实验教学模式

虚拟仿真实验教学可以解决实体教学中所面临的实际问题。通过虚拟仿真教学，能够避免学生在操作中可能产生的安全隐患，节约教学成本，缩短教学周期，减少实验废弃物的污染，并使学生在自主交互的虚拟环境中高效地完成实验，从而在解决实验教学中存在问题的同时，拓展了《生物制药综合实验》实验教学模式，不仅能够激发学生的自主实验热情，而且能够对学生巩固和灵活应用理论知识具有积极推动作用，这将极大的提升教学效率和教学质量。

（2）构建多维开放生物制药专业实验平台

通过融合虚拟仿真数字化软件和开放性实验，学生通过电脑、手机等网络终端进行实验原理、基本操作、考核反馈等感官认知，为生物制药本科专业开放性实验的方案设计及工作开展奠定基础。将虚拟仿真技术应用于实验教学，增加交互场景设置，创设基于生物反应过程问题导向的实验教学方法，构建基于真实情境、综合实践的教学环境；将由教师主导向学生自主转变，灌输式教学向启发、互动转变，机械式教学向研究、探索和合作转变。

（3）强化学生思维潜力和动手能力

生物制药专业学生除了需加强具体的实践操作训练为主外，还应提出解决实践教学受限问题的不同途径，充分发挥学生的创造性思维。虚实结合的虚拟现实技术，通过采用仿真软件实际模拟药用菌物灵芝的整个发酵生产过程，引导学生进行模拟实践操作，鼓励学生从不同的角度进行创造性的实验操作，培养学生自主完成综合调查、分析测试、方案设计、编写报告的能力。实现“深度交互、理实融合”学习效果，从而为培养高素质生物制药行业创新人才奠定基础。

  灵芝是中国传统的珍贵药材，目前人们对其药用价值及临床应用的研究有很大进展。该药用菌物灵芝发酵生产虚拟仿真平台能让学生在校内实验室就可以接触灵芝发酵工艺，无需进入工厂实地考察和参观，解决了大生产灵芝发酵实验的成本高，操作大型灵芝发酵罐的高风险和高难度等问题，让每个学生都能直观的了解灵芝发酵罐结构，熟悉发酵实验的操作流程，通过在平台内对重点操作增设题目加强学生们对灵芝发酵罐操作重点的记忆，对药学相关专业人才培养大有裨益。