知识点数量：9（个）

（1）目的基因的获取：离子通道编码基因的获得（K、Na、Ca、HCN等通道）

（2）载体的选择（不同质粒、病毒等）

（3）目的基因与载体的体外连接（重组）

（4）重组体转入宿主细胞（本项目转两次，先转大肠杆菌，再转卵母细胞，用到两种方法）

（5）重组体的筛选和鉴定（在原核大肠杆菌中：PCR，测序）

（6）外源基因的体外表达（先转录成CRNA，然后进入卵母细胞表达蛋白质）

（7）非洲爪蟾卵母细胞异体表达模型技术

（8）表达产物的鉴定：提取卵母细胞总蛋白，Western Blot鉴定通道蛋白等

（9） 离子通道的功能检测：双微电极电压钳技术测定电生理特性、通道激动剂、通道阻断剂等药物影响

(1)采用的教学方法

本项目依托网络，通过线上远程登录服务器，学生可在客户端采用PC、平板和智能手机等网络终端设备，多路径进行虚拟仿真实验的自主学习。并能够和不同课程结合，形成线上线下混合式教学的模式。

对于法医学、预防医学、临床医学五年制等专业的学生来说，根据课程的需要，在《生物化学与分子生物学》、《细胞生物学》、《遗传学》、《生理学》、《功能学科综合实验》等理论或实验课程开课的同时，将项目中的一些模块单独作为他们预习、复习或拓展学习的资源。对于必要的部分模块，可以当做作业布置，占相关课程最终成绩的一定比例。项目对所有学生开放，但主要供学有余力或有浓厚兴趣的学生使用，具体如何使用，由相关课程教学团队自行决定。

对于基础医学、临床医学八年制等专业相对要求更高的学生，配合《分子生物学理论与实验》、《医学生物学研究技术与实验》、《功能学科实验I》、《功能学科实验II》、《医学与现代分子生物学技术》等课程，进行线上线下混合式教学。对于整个基因工程中无法进行真实实验的内容，通过虚拟仿真实验给予补充，让学生能够对基因工程的整个过程有更加深入细致的掌握。

对于其他院校、其他专业，甚至社会人员，该项目也可以作为一种特殊的慕课，或和慕课相结合，单独开设在线课程。

结合具体内容来看，所有9个综合性的知识点按照基因工程的一般思路和流程逐步推进，开头以一段故事引入，提出问题和任务，让学生思考。然后可以根据自己的兴趣以及掌握的知识点，或根据教师的要求，选择不同的离子通道作为研究目标。这里已经开始有了不同的分支，不同的学生将开启不同的探索性设计性实验的大门。此后，在选择载体、选择技术路线等诸多后续环节，学生根据自己的意愿都可以有不同的选择。当然最终的结果也将是各不相同的。

(2)采用的教学方法的使用目的

内容上来说，之所以选择通过基因工程将不同离子受体表达在非洲爪蟾卵母细胞上，一方面，整个实验很好体现了基因工程的完成过程，也能够用到几乎所有的相关技术；另一方面，本项目将基因工程和电生理技术很好地结合在一起，基因工程的产物不仅能用分子生物学的方法加以鉴定和验证，而且能够快速看到功能的实现，并能够在这一表达模型上进行电生理特性的研究。

非洲爪蟾卵母细胞体积大，且具有将外源mRNA翻译合成蛋白并整合到卵母细胞膜上的功能，可显示膜蛋白的原有特性，是研究膜蛋白的一种较好的工具，常规用于表达膜受体和通道蛋白。但由于经济和时间成本都比较高，如显微注射等技术也需要较多的反复练习，因此开设这样的实验课程几乎不可能。而电生理尤其是电压钳和膜片钳技术对于教学实验来说也是难以触及的领域。本项目利用双微电极电压钳技术记录异体表达的通道电生理特性，也能够给学生以全新的感性认识。

形式上来说，整个项目将呈现为树状不断分支的任务路径，学生在很多关口都将面临选择，充分发挥学生的自主学习的积极性，同时也避免了每个人按部就班一直点下去，最终得出雷同的结果。因此，项目特别对于学生的试错具有较大的容忍度，鼓励他们去多做尝试，体验不一样的结果。但是殊途同归，当学生最终能够胜利完成任意一条主线任务，他都将对基因工程的全过程以及卵母细胞异体表达工具以及离子通道的电生理研究方法有了深入、细致而且难忘的认识。

(3)实施过程与实施效果

整个系统采用B/S的架构，同时支持PC和PAD等多媒体终端。相关课程的教学团队通过将学生的信息批量导入系统数据库，每个学生都会得到一个账号和密码。在教学实施过程中，课前、课后、包括实验课等结果的时间，学生都可以利用来完成本项目的任务。

学生利用这套系统可以自主学习，在树形分支的任务路径中探索性地学习。而且学完一遍，如果意犹未尽，还可以多次，反复地尝试不同选择的不同结果，提高学生使用本项目的积极性。

（1）实验方法描述：

1）学生类似开启一个RPG游戏（Role-playing game，角色扮演游戏）以第一人称主角身份进入实验室，接到虚拟导师的任务，要对不同离子通道进行异体表达及电生理特性研究，自己可以根据兴趣和已经知识背景选一个作为目标，比如钾离子通道，钠离子通道，甚至不太常见HCN通道。

2）目的基因的获取，学生在这一步需要查阅文献，查阅基因文库，查阅各种资料获得研究目标通道的序列。然后通过不同的办法获得DNA分子，比如可以体外合成，也可以从组织细胞中分离。这里，由于通道蛋白一般都比较大，所以获得大分子目标DNA会有失败的可能。这里设置了一些陷阱，同时其中也可能潜藏了一定的彩蛋，比如通过一个隐藏关口，可以直接向该研究领域的同行索取。甚至同行馈赠的是已经和质粒重组后的成品。可以直接跳过载体的选择和目的基因与载体的体外连接这两步，直接进入后面一步。

3）如果没有发现隐藏关口，那么学生将依次进行载体的选择（质粒、病毒等，多个选项将会引入不同分支）；目的基因与载体的体外连接；重组体转入宿主细胞（先转大肠杆菌，再转卵母细胞，用到两种方法）；重组体的筛选和鉴定（PCR，测序）外源基因的体外表达（先转录成CRNA，然后进入卵母细胞表达蛋白质）；表达产物的鉴定，直到最终的功能检测和电生理研究。

（2）学生交互性操作步骤说明：

几乎所有的步骤，学生都要做出不同的选择，如果涉及到一些实验技术时，还要进行具体的操作，而操作得好坏，也将影响剧情的发展。交互性操作步骤超过百次。项目组将要求合作公司预留足够的接口，将来在条件允许的时候，可以在各个环节增加分支剧情，比如使用某个仪器时，将可以选择性地是或者否链接到另外一个基础性的如何操作仪器的虚拟仿真项目，或者实验进行到某一步，需要去制备材料，学生也可以选择通过不同的方法去完成支线任务。项目中隐藏了尽可能丰富的陷阱和奖励，但是在将来一定会不断增加，不断优化，使项目更加具有趣味性和不可知性。比如因为彩蛋而跳过的重要步骤，可能会通过其他支线再次回去，而失败的分支任务可能会通过其他奖励机制弥补错误。

（3）交互性操作包括：

1）选择某个离子通道作为研究方向

2）获取目的基因的序列及纯化的DNA分子

3）载体的选择

4）目的基因与载体的体外连接（重组）

5）重组体转入宿主细胞（原核细胞）

6）重组体的筛选和鉴定（在原核：PCR，测序）

7）外源基因体外转录成CRNA

8）CRNA的提取纯化及鉴定

9）非洲爪蟾卵母细胞的分离和培养

10）CRNA显微注射至非洲爪蟾卵母细胞胞浆内，培养

11）卵母细胞膜上通道蛋白的分子生物学鉴定：提取卵母细胞总蛋白并以Western Blot鉴定通道蛋白

12）双电极电压钳技术测定异体表达的通道电流

13）温度、灌流液离子浓度等理化性质对通道电流的影响。

14）激动剂对通道电生理特性的影响

15）阻断剂对通道电生理的影响

（1）是否记录每步实验结果：█是£否

（2）实验结果与结论要求：其他根据要求向老师反馈

（3）其他描述：

根据不同专业，不同要求，不同课程，教师可以因材施教，提出不同的要求，以适应教学需求。相关功能项目完成后都能够支撑。