（1）实验原理：

“生物多样性”是生物（动物、植物、微生物）与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和，包括生态系统、物种和基因三个层次。生物多样性是人类赖以生存的条件，是经济社会可持续发展的基础，是生态安全和粮食安全的保障。我国拥有森林、灌丛、草甸、草原、荒漠、湿地等地球陆地生态系统，以及黄海、东海、南海、黑潮流域大海洋生态系；拥有高等植物34984 种，居世界第三位；脊椎动物6445 种，占世界总种数的13.7%；已查明真菌种类1 万多种，占世界总种数的14%。但是，目前我国的生物多样性受到极大的胁迫，具体包括生态系统功能不断退化、物种濒危程度加剧、遗传资源不断丧失和流失。为此，本课程拟紧密围绕生物多样性的基本概念、调查方法、标本制作原理、遗传多样性分析、标本形态鉴定、多样性保护等8个知识点进行野外观察、标本采集、分类鉴定、调查分析、科学研究等的训练。

知识点：

共 7 个

1. 生物多样性基本概念与保护意义

2. 植物标本的形态鉴定与系统分类

3. 脊椎动物标本的形态鉴定与系统分类

4. 大型真菌的形态鉴定与系统分类

5. 生物标本的制作原理与基本过程

6. 环境微生物的16S rDNA序列扩增与群落结构分析

7. 遗传漂变模拟

（2）核心要素仿真设计：

1）建立了祖嘉生物博物馆鸟类馆和哺乳动物馆的VR场馆，实现沙盘移步换景，沉浸式学习；

2）建立了植物标本制作的VR实验；

3）建立了系统的环境微生物16S rDNA序列扩增与群落结构分析VR实验；

4）建立了天目山常见植物、鸟类、大型真菌的数据库及检索系统；

5）建立了遗传漂变的模拟实验

本项目实验内容可以分为生物多样性实验能力传授和研究能力培养两部分。这两部分的教学目标不同，因此采用了不同的教学方法，具体如下：

（1）实验能力传授：线上线下相结合、真实虚拟相结合的混合式教学。生物多样性的认识、调查与分析有赖于扎实的理论基础与充分的实验训练，因此项目将线上教学（项目录制了包括样方采集、标本鉴定、标本制作、遗传数据分析、动植物观察等十余个教学视频）与现下实践相结合，真实野外实践与网络虚拟操作（电脑端和手机端、网页浏览和HTC虚拟场馆）相结合。

（2）研究能力培养：以创新为核心的研讨型教学。野外实习之前，指导学生阅读野外实习的相关文献，根据各自的兴趣组合成若干课题小组，初步提出研究课题的设想；野外实习开始之后，经过网上学习与实习的三天野外考察，在教学团队指导下，学生对原选课题进行调整和论证，进一步完善课题的研究方案，并以3~5人的小型课题组为单元进行野外协作研究；野外实习结束之后，在教学团队的指导下各课题小组整理数据、分析结果、撰写论文，最后由教师集体评阅，择优推荐发表。15年来，1158名学生参与实习，完成高质量研究论文217篇，其中正式发表12篇。

（1）学生交互性操作步骤：共10 步

（2）交互性步骤详细说明：

上述表格中的交互性操作步骤来自“环境微生物群落结构分析”实验模块，该实验共计包括三个部分：（1）环境中土壤微生物DNA的提取；（2）16S rRNA基因的扩增与纯化；（3）16S rRNA基因的测序与微生物群落结构分析。在操作过程中，系统会提示每一步的操作方法和注意事项，学生根据指导依次完成实验前测试、实验操作及关键参数设置、实验数据记录及联网的数据分析，并分析实验结果。系统根据所有步骤的完成情况反馈分数和失分原因，便于改进和提高。

除此之外，生物多样性虚拟仿真项目的其他试验模块的交互性步骤说明如下：

（1）天目山植物多样性

考察路线导览中，用户自主选择考察路线后可以获得该条路线上所有常见植物的详细列表，依次学习；索引浏览则是根据中文拼音顺序和学名字母顺序进行检索式学习；分类树通过点击植物分类系统树的节点依次展开各个门、纲、科、属和种，双击最后节点可以获得该物种的全部图片及详细资料信息进行学习；分类自测可以根据图片进行形态鉴别，提交答案后系统自动评阅；植物课程提供植物学相关理论知识介绍。

2）植物标本制作VR实验

根据提示先完成实验前自测问题，然后在操作指南的指导下完成操作，包括正确选择适合制作标本的植株，正确的操作顺序，正确设置烘箱温度与时间，正确记录标签和采集记录等。系统根据操作中的问答题、步骤和参数设置等环节综合评分后反馈成绩。

（3）天目山鸟类和大型真菌多样性

与植物多样性类似，主要包括浏览模式，学习模式和自测模式。

（4）遗传漂变实验模拟

根据文字说明与操作提示，在左侧对话框中输入种群中等位基因的频率，群体大小与世代数，点击Run即可获得实时数据。

（5）祖嘉生物博物馆VR馆

点击页面即可进入VR场馆，利用鼠标和前后左右方向键可以实现自主移位，点击沙盘可以切换场景，点击场馆中的标本语音可以获得场馆介绍。

生物多样性虚拟仿真实验的各个实验是线下多门实验课程的补充，其中，天目山植物、鸟类和大型真菌多样性的学习，祖嘉博物馆的脊椎动物多样性学习均以自测题的形式反馈实验结果和学习效果。两个VR操作实验，植物标本制作和环境微生物群落结构分析以各实验操作的正确性和科学性为考核对象，系统会实时反馈操作结果正确与否。此外，环境微生物群落结构分析和遗传漂变模拟实验均为开放性实验内容，实验结果会根据随机发放或设定的参数而有不同，学生需要掌握的是正确的分析方法和如何进行科学的数据分析。