1.项目建设的必要性

我国有医学或生命科学学科的大学大多建有SPF实验动物中心，SPF动物感染事件仍时有发生，面临所有动物被全员捕杀的严重后果，造成惨重的经济损失，时间成本更是无法衡量。如我校SPF实验动物中心虽然建立了严格的管理制度，但2018年仍发生了一起动物感染事件，最终所有动物均被全员捕杀，直接经济损失约300万元。动物中心不得不进行全面升级改造，停摆了8个月，严重影响了我校教学和科研的正常开展。

究其原因，这与SPF实验动物中心屏障系统具有特殊性（不能携带特定病原体）有关，学生在完成严格的培训前，严禁进入现场进行实验操作，这严重限制了实验教学的开展，影响了学生实验技能的学习。

此外，动物实验相关操作流程极为繁琐，如“人进入屏障系统”就需近十个流程（见图5），光靠教师的讲解学生很难理解，造成了“学生难学”和“教师难教”的困难局面。学生在不理解的情况下进行实践操作，会将实验动物中心置于极危险境地，严重影响中心的安全运行。

我校动物中心是国内体育院校唯一的SPF实验动物中心，运动科学学院有约一半的教师正从事实验动物相关的教学与科研工作，并取得了累累硕果。SPF实验动物中心为我校入选国家首批“双一流”建设高校和“上海高水平地方高校”提供了重要支撑。

因此，为了提高学生的理论与实践操作水平，避免动物感染等灾难性事故的发生，提升我校SPF实验动物中心管理水平，确保中心正常运营，建设本虚拟仿真项目势在必行。

本虚拟仿真项目，可应用于我校及其他院校SPF实验动物中心，也可应用于《实验动物学》教学，潜在使用人数以数百万计，这有助于：

① 提高学生理论与实践操作水平，避免SPF实验动物中心动物感染等灾难性事故的发生。

② 减少教学和科研实践中实验动物使用量，提高动物福利水平。

③ 有助于我校SPF实验动物中心的正常运营，并显著提升其管理水平。

④ 为我校教学和科研提供保障，为我校“双一流”和“上海高水平地方高校”建设提供重要支撑。

图6 我校SPF实验动物中心学生进出屏障系统流程图（繁琐，晦涩难懂）

2.项目特色

Ⅰ、内容设计特色

① 以必须在屏障内操作的实验内容为主体。本项目总体框架的前8个部分在实践操作时均需在屏障内实施（图6），因此，我们将其作为建设的重点，这非常符合国家虚拟仿真实验项目建设的宗旨。

② 体育院校SPF实验动物中心具有唯一性。与其他院校SPF动物房的根本区别是我中心设置了“运动训练功能区”。本实验项目设计充分体现了该特征。

 

Ⅱ、实验流程设计特色

本项目采用“先虚后实，虚实结合”的实验设计。虚拟仿真系统分为学习模式和考核模式。在学习模式下，通过分步指引学生在仿真模拟系统上自主进行实验技能的学习与训练；在考核模式下实时在线评价学生学习的效果；虚拟仿真在线考核合格后，方可进行实践操作。通过学习模式和考核模式的虚拟仿真在线学习，使学生熟练掌握了实验动物操作的基本方法，然后以实训的方式进行真正的实践练习。该项目的实施将有助于SPF实验动物中心的安全运营，整体大幅提升该中心管理水平，更好地服务于我校的教学与科研。

3.教学方法

本项目采用视觉听觉相融合的虚拟仿真技术，通过情景模拟虚拟仿真教学，将传统教学手段中的如文字、图片、视频等资料融入交互式虚拟软件中，供学生进行虚拟仿真学习。针对动物实验的难点问题，我们做了精心的教学设计，将丰富的教学内容拆分成若干个版块，学生通过反复的操练来完成相关知识的学习，我们还设置了相应的核心知识点进行在线考核。考核合格后才可进行实践操作。这将极大地拓展实验动物学教学的广度与深度，延伸实验教学时间与空间，弥补现阶段实验动物学实践教学的局限性，有力地提升学生的实践操作技能。

4.评价体系

系统将分三级进行评价，首先是系统访问量及注册使用用户评价，评价该系统的关注程度以及使用频率；其次是通过该系统的考核模式对用户学习过程进行评价，考察用户学习的效果；最后是用户反馈信息采集，评价该系统的实用价值，并针对有价值的反馈信息进行系统的完善和升级。

5.传统教学的延伸与拓展

本项目本着“能实不虚、以虚补实、虚实结合、相互补充”的理念，坚持“科学规划、共享资源、突出重点、持续发展”的指导思想，开发了“体育院校SPF实验动物中心实训虚拟仿真”教学系统。与传统传统教学方法相比，本项目采用“线上虚拟”与“线下实训”相结合的方式，“线上虚拟”具有重复使用性强、安全系数高和低成本等优点，而且其可没有时空限制，可以进行24 小时不间断的全天候开放共享服务。因此，该虚拟仿真实验教学系统的开发应用，是传统教学的延伸与拓展，极大地丰富了实验教学的内涵。