2019年在華東師大上線
已服務來自全國、特别是中西部地區院校
生物科學、生物技術、生物工程、
生物制藥專業的2650名學生
并将有望輻射“一帶一路”國家
2023年課程入選國家級“金課”
（國家級一流大學課程）
分子克隆、細胞工程改造……用一束光治療糖尿病？這些概念和成果聽起來就像科幻小說中的情節，有些不可思議。作為生物學新興的分支學科，合成生物學發展迅猛，不僅帶來第三次生物科技革命，還被稱為屬于未來的“天工開物”。但除非進入相關實驗室學習，廣大學生們很難接觸到這方面的知識。
華東師大《光控定制細胞用于血糖穩态控制的虛拟仿真實驗》帶來了飛躍式的改變。基于華東師大醫學合成生物學研究中心的前沿科研成果，凝練建構了多學科交叉、時空擴充的虛拟仿真綜合實驗教學平台，學生可随時随地自由、全面的線上學習合成生物學的設計思想、實驗原理和實驗技能等。
釋放科幻性思維
Z世代青年愛上科研
“學生物的都知道，生物實驗是非常耗時耗力且耗錢的，”17級生物技術專業大學生謝鳳珍說，“做一次PCR就得三個小時，一台離心機就要10w+，大學生實驗實訓中很難有做高端科研的機會。”
除了實驗周期長、技術難度大、試劑耗材價格高等老難題，同學們還很容易因實驗失敗而被“勸退”。
而在華東師大合成生物學的虛拟仿真實驗室裡，十分鐘就能做完一次基因擴增或細胞工程改造，不花一分錢，大大降低試錯成本，無論想重複演練多少次，都可以随時随地進行。
“我最喜歡的還是這個實驗室的故事情節和逼真的情景，感覺在進行一個通關遊戲，懷着解決真實問題的急迫心情，通過深入的自主學習不斷‘加buff’，抽絲剝繭尋找答案。”19級生物科學專業大學生齊哲說。
實驗由一段醫院場景的劇情引入，面對糖尿病患者提出的每天注射胰島素的困擾，引導學生聚焦開發一種便捷無痛苦的新型糖尿病治療給藥方式。課程三維重建整個實驗場景及步驟，再現了人工智能光控基因表達細胞的建構，及光照調控胰島素表達控制血糖穩态的實驗應用。
學生通過準确回答實驗中的要點考核、正确選擇關鍵性操作，“通關”完成整個實驗流程并獲得相應積分，再憑借總積分解鎖實驗考核模式，最終通過獨立完成實驗考核獲得成績報告。
QQ群讨論
涉及資料檢測與收集的步驟時，系統會展示真實實驗資料，幫助學生通過資料處理分析得出結論。“最後由我建構的基因和工程細胞藥物可以治療小鼠的糖尿病，是一件很有成就感的事情，這就不隻是枯燥的為做而做的實驗。”20級生物技術專業大學生金昳雨說。
實驗結束後，系統會對整個學習和實驗的過程進行總結與梳理，并給予學生有關合成生物應用的展望。“
課程負責人、生命科學學院副院長葉海峰說。
該虛拟仿真課程包含在《現代生物技術大實驗》課程中，課程共180學時5個學分，其中虛拟仿真實驗占4個學時1個學分，全部為線上實驗學時。學生考核通過率94.8%，其中超過90%的學生在完成課程後有進一步參與科研活動的興趣，并積極進入實驗室進行實踐。
當卓越學術遇上卓越育人
這是一門完美诠釋“以卓越學術牽引卓越育人”理念的大學生課程。
相較于傳統實驗教學中互相割裂離散的實驗A、實驗B，這門課不隻是單一實驗技能的訓練。
通過基因環路設計、分子克隆、細胞轉染、細胞穩系篩選、微膠囊制備、糖尿病小鼠模型制備等實驗流程三維動畫的可視化教學和反複操作練習，學生在短時期内能較好地了解合成生物學的基本理念，并掌握複雜基因環路設計原理及方法。
與其說是在教做實驗，不如說是在高效地教大學生什麼是科研、如何做科研。
多個實驗子產品貫穿整合
課程以問題為導向，将一系列如細胞培養等基礎實驗“小子產品”組裝為分子克隆、細胞轉染、細胞穩系篩選、微膠囊制備、糖尿病小鼠模型制備及血糖穩态控制等綜合實驗“大子產品”，多個實驗子產品貫穿整合。
這個過程有着嚴密的邏輯層次，實驗設計一環套一環，循序漸進地融合成有體系的全鍊條科學思維，通過極為全面的培養，幫助學生養成獨立的研究思維與能力。
“合成生物學研究可以将生命活動子產品化、程式化，為生命科學問題的解決提供全新的政策和思路。”
葉海峰說，“
在課程中，學生還可能面臨多次實驗失敗的挑戰，需要通過獨立分析原因，不斷調整實驗方案和技術手段來解決問題。學生還需具備較強的自主學習和探究能力，能根據實驗任務的要求，主動查找資料并進行綜合分析。于不知不覺中，學生的自主性、創新性、多學科交叉的思辨能力、實驗中的推理判斷和邏輯能力都得到了提升。
正是合成生物學跨學科、逆向思維的學科特性，以及華東師大合成生物學科的突出實力，打造出了新型科研實驗教學模式，這種模式不僅為學生提供了豐富的實驗體驗，也為虛拟仿真課的建設提供了可複制、可推廣的最佳範例。
做科研似勇士探索荒野
金課就是引路人
該課程設計源自葉海峰教授團隊的代表性研究成果“Smartphone-controlled opto genetically engineered cells enable semiautomatic glucose homeostasis in diabetic mice”（Science Translational Medicine，2017）。
該研究項目具有高度的學科交叉性，涉及實驗的量大、種類多。以該項研究為核心開設的虛拟仿真課程，最難的就是學生需要較為紮實地掌握基因工程、細胞工程、細胞治療、藥物遞送、資訊軟體工程等多個領域知識，并能靈活運用這些知識解決實際問題。
課程負責人葉海峰教授指導實驗
該課程開發曆時1年，設計團隊成員80%具有副高及以上職稱，在相關領域也都具有極強的專業性和創新能力。課程負責人葉海峰教授是國家合成生物學重點研發計劃首席科學家，他對科研的見解獨到深入，學識淵博，開設的課程内容豐富且形式獨特有趣，是衆多學生在合成生物學領域的啟蒙者和領路人。
博士研究所學生王欣怡在大學學習時被合成生物學領域的潛力和創新性所吸引，對如何利用合成生物學技術設計和建構新的生物診療系統産生了濃厚的興趣。
受到課程啟發，王欣怡開始積極參與合成生物學的研究項目和實驗室實踐。她深入學習相關文獻，掌握了基礎實驗技術，并在葉海峰的指導下，設計并成功建構了具有生物醫學應用潛力的生物傳感器和智能活體藥物控制系統。
作為一名優秀的博士研究所學生，王欣怡已發表Science子刊等多篇高品質研究論文，并有志于在醫學合成生物學領域繼續探索，早日實作智能活體藥物的臨床應用。
葉海峰說：“
來源｜教務處生命科學學院
文｜呂安琪
海報設計｜謝心怡
編輯｜吳潇岚