【教学实验室】虚实互补、多元协同，打造“学、研、产”一体化的生命科学与技术实验教学环境
——国家级生命科学与技术虚拟仿真实验教学中心介绍
华中科技大学生命科学与技术虚拟仿真实验教学中心于2015年1月由教育部正式批准成立。中心秉承“虚实融合互补，多元协同工作”理念，根据学科建设要求，以全面提高学生创新精神及实践能力为中心，在建设“一流教学管理， 一流教学体系，一流教学团队，一流教学环境”的指导思想下，提升原有实体教学体系格局，塑造虚拟教学在实验教学中的地位，从教学结构、教学内容、教学手段、教学过程及教学效果评价等方面进行调整与提升，建立了基础型、综合型、 设计创新型、虚拟仿真型、多层次、多模块的“学、研、产”一体化实验教学体系和多种适应创新人才培养的实验教学模式，使实验教学更具针对性、专业性、 实用性、新颖性、时代性。
按照“集中管理、资源共享”原则，中心建立了18个多功能、多层次的开放型实验室和2个多终端在线操作的虚拟实验平台。中心仪器设备先进，教学软环境一流，配套资源齐全。同时，中心也是“国家生命科学与技术人才培养基地”和“国家理科基础科学研究和教学人才培养基地”的教学实验基地，采用集中管理的运行模式，将全学院实验教学资源集成整合、优化配置，为教学服务。
1. 人员结构
实验中心共有15位老师，全部为实验技术人员，其中社聘人员4人。中心教师学历、职称、年龄结构合理（图1）。中心岗位职责清晰，每个老师参与实验课教学/实验教学准备及实验室管理工作。中心制定有实验技术人员考核管理办法并认真执行（图2）。2021年、2022、2024年通过公开招聘先后引进博士后1名、博士2名，实验教学队伍的建设正向高学历、高水平稳步提升。
图1中心教师人员分布
图2中心年终考核现场
2. 条件保障建设（软硬件设施）
实验中心共有设备1799台，总经费2232.3万元。实验中心每学期开学初组织对设备进行保养和维修，确保设备正常工作，设备完好率100%；期末组织自查设备1次，核查设备是否正常工作、位置与标签地址是否一致、报废设备是否及时挪出实验室，确保资产账物相符（3a）；年底专人负责设备资产盘点，按期完成盘点任务（图3b）。为推动实验中心建设与发展，学院不仅不挪用学校下拨的建设经费运行经费，还根据中心年初所提交的年度计划下拨学院支持经费，学校学院下拨经费归实验中心统一支配与使用，并以预决算形式确保各项经费执行。
图2中心自查情况
实验中心有信息公开网站（http://lifelab.hust.edu.cn/），提供新闻通知、实验微课视频在线学习、虚拟仿真实验操作等服务（图4）。截至2024年9月30日，中心网站访问量达400080人次，在新冠肺炎疫情期间发挥重要作用（图5）。实验中心每个实验室、走廊、楼梯口均安装高清摄像头，并安装有门禁系统和远程控制电源，确保实验教学、实验室开放安全、有序进行（图6）。实验中心建有2个虚拟仿真实验系统，可在线开展实验方案设计、仿真操作，积极推动虚实融合、线上线下教学模式应用（图7-8）。
图4中心网站首页
图5中心网站访问量统计
图6中心安全保障系统
图7生物技术虚拟仿真平台
图8生命科学在线教学系统
3. 教学内容改革
学院鼓励科研成果转化教学，支持一线科研教师对科研成果进行二次开发、细化与包装，开发新的实验项目用于实验内容更新，使学生接触最新学科发展及相关技术。2021年，对强基计划登峰班学生《生化与分子生物学实验》新开实验项目3个；对研究生《生物与医药产业绿色制造》课程首开实验项目3个。鼓励科研一线教师参与实验课程教学、指导本科生大创和学科竞赛，制定科研平台设备向本科实验教学开放实施细则，推动科教融合。
4. 人才培养建设
实验中心面积共计1479 m2，其中实验室面积1363 m2，每年计划内承担40门左右实验课，总实验人时数约12万人时，包括我院5个本科专业所有实验教学，以及基础医学院、药学院、公共卫生学院、护理学院、法医学系、工程学院等外院部分课程的实验教学。此外，还指导我院本科生完成毕业设计，以及部分研究生实验课程教学。
我院学生加上同济医学院学生约2000人，人均面积约0.7平方米，通过科学安排教学任务、统一协调实验场地，确保实验教学过程中实验场地达到4-5平方米/人，实验室利用率达到73.4人时数/平方米。
实验教学规范，制作有实验课和实验教学安排表，严格按照课表进行教学；制定有教师首次承担某门实验课程教学的试讲制度；制定有实验室教学运行记录制度，由上课老师登记上课及实验室使用情况。每次课实验项目开出率100%，无教学事故、安全事故，每年受到学院顾问组老师、学校督导教师的好评，师生满意度100%。
学院与襄阳四中、襄阳五中、武汉六中、湖北省武昌实验中学、宜昌一中、夷陵中学、沙市中学等重点高中建立生命科学拔尖创新人才培养基地，每年承接这些高中学生的奥赛培训（5-8天），同时还对中小学开放，开展科学实践活动（半天-1天）（图9）。
图9中心科普情况
5. 中心建设成效（2018-2024）
中心负责完成5项校实验室建设项目。
（1）2018年获批实设处实验室建设项目--发酵工程实验室建设；
（2）2019年获批实设处实验室建设项目--生命科学综合研究实验室建设；
（3）2020年获批实设处实验室建设项目--医学细胞生物学实验室建设；
（4）2021年获批实设处实验室建设项目--生化与分子生物学实验平台建设；
（5）2022年获批实设处实验室建设项目--遗传发育学实验室建设。
每个项目建设内容均在暑期前完成，秋季开学第一周应用教学，在10月完成所有固定资产建账和经费报账，验收受到专家肯定表扬。
6. 代表性创新案例
（1）构建虚实融合实验教学体系
生命学科是一门实验性很强的学科，需要通过实验去验证理论，又需要通过实验发现新机制或新理论。生物学实验通常会涉及有毒、高温、高压、放射，一些实验耗材消耗过大或实验耗时长，或所用设备昂贵、台套数少，使得实体实验不具备开设或难以开展。
作为我校第一个国家级虚拟仿真实验中心，我们积极推动虚拟仿真资源建设和开放共享，通过构建逼真的实验环境、实验对象和实验内容，让学生在开放、自主、交互的虚拟环境中进行实验设计与仿真操作，从而突破实验、实习、实训中实体条件存在的局限性，解决实验实践教学“做不到”、“做不好”、“做不了”、“做不上”的问题，并推动与实体实验教学融合，以虚促实、以虚补实，不断提升教学水平与教学质量。中心组织完成了55个实验微课制作、12项虚拟仿真实验项目建设（图10）。
图10中心微课视频
其中生物大分子分离纯化综合设计虚拟仿真实验项目被认定为国家级一流课程；药用植物细胞组织培养及应用综合设计虚拟仿真实验获省级一流课程；细菌纤维素材料制备及生物相容性评价虚拟仿真实验获省级一流课程；基因工程抗体药物柔性设计与生产制备虚拟仿真实验获省级一流课程；生物大分子分离纯化综合设计虚拟仿真实验获校十一届实验技术成果二等奖、发酵工程虚拟仿真教学软件设计及虚实融合实验教学体系获校十二届实验技术成果二等奖、基于微课及虚拟仿真相结合的亚细胞定位技术实验教学设计获校十二届实验技术成果二等奖。这些成果都是虚实融合实验教学体系的重要组成部分。
（2）建立一人多岗和多人一岗的多层次实验教学队伍
参与教学工作的包括三类人员，一是教学岗的教师（专任教师），二是实验技术岗的教师（实验技术人员），三是具有硕士以上学位社会用工，如何调动他们工作的积极性、相互协调配合工作，直接关系到教学任务的落实和教学质量的提高。为此，中心采用了“一人多岗和多人一岗”的实验队伍教学管理模式，并按三种岗位建设实验教学队伍。教学岗和实验技术岗的教师（具有教师资格证和副高以上职称）主要承担实验教学指导任务、实验教学资源建设，社会用工主要负责实验教学准备、实验室管理以及实验教学资源建设。为提高队伍的理论水平、技术水平和教学水平，中心鼓励各类人员积极参与国家级、省级实验教学、实验技术与管理研讨会，中心双周举行由学院顾问组参加的教学研讨会，分别由所有成员自选报告内容，介绍自己的教学经验、管理经验、教学辅助经验、资源建设经验等，并由顾问组和与会者点评，同时计入年终绩效考核。在激励机制和帮扶带的推动下，实验教学队伍水平有了很大提高，也取得很多成效，如指导很多本科生竞赛获奖，发表教研论文、获得学院工会活动积极分子、安全工作先进个人等称号。
（3）建设多功能实验室和智慧型实验室
在“双一流”和教育信息化背景下，实验实践教学更凸显重要，亟待加强。对现有基础类和专业类的实验室进行环境改造和硬件升级，构建信息化、开放型、多功能的现代生命科学实验室和智慧实验室，为线上线下、虚实结合、理论课与实验课融合教学和个性化学习提供支撑。
建设前，会考虑通风换气、采光、污水处理、危化品处置、动物尸体处理、气体成分监测、烟雾火点监控、视频监控、门禁系统、自主预约等等方面。做好前期实验室建设调研；与相关老师多次沟通，确定建设方案；绘制施工图纸，与施工方进行多轮沟通。
建设中，通常安排暑假7-8月份施工，安排专人负责协调施工；9月第一周用于实验教学；10月份完成固定资产建账和经费报账；11月份完成项目总结。
建设后，根据上课老师反馈情况，记录实验室建设存在的问题与不足，及时整改。
供稿单位：生命科学与技术学院
撰稿：刘亚丰
审核：卢群伟
