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附件 2

2018 年度国家虚拟仿真实验教学项目申报表

学 校 名 称 湖北中医药大学

实 验 教 学 项 目 名 称 苍术药材生产与饮片炮制虚拟仿

真实验

所 属 课 程 名 称 中药炮制学、药用植物栽培学

所 属 专 业 代 码 中药学（100801）

实验教学项目负责人姓名 刘艳菊

实验教学项目负责人电话 18971537161

有 效 链 接 网 址 http://yxyxnfz.hbtcm.edu.cn/virlab/shenbao2018/

教育部高等教育司 制

二〇一八年七月

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填写说明和要求

1.以 Word 文档格式，如实填写各项。

2.表格文本中的中外文名词第一次出现时，要写清全称

和缩写，再次出现时可以使用缩写。

3.所属专业代码，依据《普通高等学校本科专业目录

（2012 年）》填写 6 位代码。

4.涉密内容不填写，有可能涉密和不宜大范围公开的内

容，请特别说明。

5.表格各栏目可根据内容进行调整。

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1.实验教学项目教学服务团队情况

1-1 实验教学项目负责人情况

姓 名 刘艳菊 性别 女 出生年月 1965.9

学 历 研究生 学位 博士 电话 027-68890231

专业技

术职务

教授 行政职务 炮制教研

室主任手机

18971537161

院系 湖北中医药大学药学院 电子邮箱 759437107@qq.com

地址 武汉市洪山区黄家湖西路 1号 邮编 430065

教学研究情况：主持的教学研究课题（含课题名称、来源、年限，不超过 5项）；

作为第一署名人在国内外公开发行的刊物上发表的教学研究论文（含题目、刊物

名称、时间，不超过 10 项）；获得的教学表彰/奖励（不超过 5项）。

主持教研课题：

（1） 中药炮制技术炮制传承基地, 国家中医药管理局, 2015.7-2018.12

（2） 中药炮制学精品课程建设, 湖北中医药大学, 2011.1-2012.12

（3） 中药炮制实验教学内容改革,湖北中医药大学，2008.1-2009.12

主要论文：

（1）搞好《中药药剂学》实验教学的几点思考[J].湖北中医学院学

报,2003(01):61.（第一作者）

（2）炮制学科的传承与创新让人忧[N]. 健康报,2014-09-10(005).（独撰）

（3）基于慕课的中药学课程改革及教学评价的初探[J].中国中医药现代远程教

育,2017,15(11):31-36.（通讯作者）

获奖：

（1）2016 年湖北省优秀学士论文“南苍术、北苍术液相特征图谱对比研究”指

导老师

（2）2016 年被评为湖北中医药大学“师德标兵”

（3）2013、2015、2016 被评为湖北中医药大学优秀教师

（4）2018 年被评为湖北中医药大学“三育人”先进个人

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学术研究情况：近五年来承担的学术研究课题（含课题名称、来源、年限、本人

所起作用，不超过 5项）；在国内外公开发行刊物上发表的学术论文（含题目、

刊物名称、署名次序与时间，不超不超过 5项）；获得的学术研究表彰/奖励（含

奖项名称、授予单位、署名次序、时间，不超过 5项）

主持科研课题：

（1）“麸炒苍术炮制机理研究”，国家自然科学基金面上项目（81073051），

2011.1-2013.12，负责人

（2）“苍术炒焦长于健脾止泻物质基础与作用机理研究”,国家自然科学基金面

上项目（81541080），2016.1-2016.12，负责人

（3）“麸炒苍术燥湿健脾药效学研究”,湖北省自然科学基金重点项目

（2011CDA024），2011.1-2013.12，负责人

（4）“苍术饮片规格分级及其质量评价研究”，国家中医药管理局（20100702-2），

2010.10-2014.4,负责人

（5）“苍术等 13 味中药标准饮片制备技术规范研究”，科技部基础专项

（2014FY111100-2），2014.4-2019.3，负责人

主要论文：

（1）刘艳菊,陈雯雯,曾敏,许康.苍术炮制前后水提物药效学研究[J].中国中药杂

志,2012,37(15):2276-2279.

（2）季光琼,肖波,刘艳菊*,刘芬,李鑫,许安安.苍术麸炒前后正丁醇部位对湿阻

中焦大鼠证的药效学研究[J].中成药,2014,36(7):1527-1529.

（3）孙雄杰,蒋濛,涂济源,陈琪瑶,刘苗苗,付伟,刘艳菊*.焦苍术炮制工艺研究

[J].中草药,2015,46(4):526-529.

（4）刘苗苗,陈祥胜,陈琪瑶,刘艳菊*,付伟,许安安,容艳芬.苍术麸炒过程中 5-

羟甲基糠醛的转化机制研究[J].中草药,2016,47(8):1327-1331.

（5）瞿领航,涂济源,曹国胜,赵佳文,潘许玲,刘艳菊*.基于燥胜则干和燥性伤阴

理论的苍术燥性效应研究[J].中国中药杂志,2018,43(13):2705-2012.

获奖：

（1）“10 味中药饮片炮制工艺及质量标准研究”，获 2011 年湖北省科技进步

三等奖，第三名

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（2）“商品饮片的分级方法及质量评价”，获 2016 年中国中医科学院科学技术

二等奖，第五名

（3）“苍术、乌梅饮片炮制工艺及质量标准”，获 2007 年湖北省科技进步三等

奖，第四名

1-2 实验教学项目教学服务团队情况

1-2-1 团队主要成员（5人以内）

序号 姓名 所在单位专业技

术职务行政职务 承担任务 备注

1 刘艳菊 湖北中医药大学 教授 炮制教研室主任 项目设计 负责人

2 吴和珍 湖北中医药大学 教授 药学院院长 项目设计

3 胡志刚 湖北中医药大学 副教授 药学院副院长 项目设计

4 余 坤 湖北中医药大学 副教授 生药教研室主任 设计开发

5 汪文杰 湖北中医药大学 副教授 生药教研室副主任 设计开发

6 曹国胜 湖北中医药大学 讲师 学科秘书 运行管理 教学服务

1-2-1 团队其他成员

序号 姓名 所在单位专业技术职务

行政职务 承担任务 备注

1王光忠 湖北中医药大学 教授 湖北省中药炮制

工程技术中心主任采收加工设计

2 游秋云 湖北中医药大学 教授 药学院副院长 教学管理 教学服务

3 许汉林 湖北中医药大学 教授 项目开发

4 乔 晨 湖北艺术职业学院 讲师 艺术设计

5 瞿祥薇 湖北中医药大学 讲师 运行管理 教学服务

6 孙雄杰 湖北中医药大学 讲师 实验管理 教学服务

7 赵 臻 湖北中医药大学 教授 网络维护

8 陆 洋 上海梦之路数字科技有限公司

工程师 技术开发经理 技术开发 技术支持

9 瞿静文 上海梦之路数字科技有限公司

工程师 技术开发 技术支持

10 李振员 上海梦之路数字科技有限公司

工程师 项目经理 项目管理 技术支持

11 罗呈祥 武汉博润通文化科技股份有限公司

工程师 总经理 资料处理

12 殷 瑛 武汉博润通文化科技股份有限公司

工程师 项目经理 资料处理

项目团队总人数：18 （人）高校人员数量 13 （人）企业人员数量： 5 （人）

注：1.教学服务团队成员所在单位需如实填写，可与负责人不在同一单位。

2.教学服务团队须有在线教学服务人员和技术支持人员，请在备注中说明。

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2.实验教学项目描述

2-1 名称 苍术药材生产和饮片炮制

2-2 实验目的

中药饮片由中药材加工而成，中药材生产包括育种、栽培、采收加工等过程，

对药材进一步炮制可制备供临床使用和中成药生产的中药饮片。这一系列过程所

涉及的关键技术是中药学及相关专业学生必须掌握的重要技能。但由于药材生产

和饮片炮制步骤多、链条长，且必须在农田基地和生产车间完成，实验室难以开

展。为此，拟通过开展虚拟仿真实验教学，把苍术的野外栽培和饮片厂生产搬进

教室、实验室、图书馆、寝室、甚至家里，让学生身临其境感受真实生产环境；

学生可利用网络去学习和训练，熟练掌握中药栽培、采收加工及炮制过程的关键

技术要点，巩固理论知识，增强实际操作能力。

2-3 实验原理（或对应的知识点）

知识点数量： 16 （个）

（1）苍术种苗制备

①无性繁殖：在生产上苍术采取根茎营养繁殖方式进行繁殖，属于无性繁殖

中的根茎切块繁殖。这种繁殖方式既能缩短后代的生长年限，又能使后代保持母

株的优良性状，但无性繁殖方式普遍存在后代退化的弊端，主要原因是病原菌入

侵。为减缓或避免后代退化，应尽量做好选种和消毒工作，以保持后代有较强的

活力。一般先挑选健壮、生活力强、性状良好的根状茎，按根状茎自然生长特点

进行切块，以减少机械损伤对后代的不利影响。切块完成后，要及时对种苗进行

消毒，去除部分内生菌、避免感染。

②种苗质量：依据种苗的芽头数量、重量、生活力、健康度等指标进行种苗

分级，确定种苗质量标准，指导生产用种。一般尽量选种高质量的种苗栽种。

知识点 2个：无性繁殖的优缺点、种苗质量标准。

（2）苍术栽培实验

①选地：土壤、气候表现出的地带性与植物的区域分布密切关联。植物的地

理分布既表现在地球上的空间分布，也显示其种群发生、发展与分布的时间概念。

当一个区域的生态环境与某一生物的生态习性相匹配时，这一生物就能生存，其

分布区域就是生态适宜区的范围。选地就是选择苍术的生态适宜区。

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②施底肥、追肥：肥料是药用植物优质、高产的物质条件之一，合理施肥一

方面是供给药用植物所需要的养料，同时还改良了土壤。肥料按其来源分为有机

肥料（农家肥）和无机肥料（化肥）。

有机肥料和无机肥料的区别

有机肥 化肥

含有机质、能改良土壤 只能提供矿质养分，一般无改土作用

含养分全面，数量低 含养分单一，含量高

供肥时间长，肥效缓慢 肥效快，不持久

能使土壤保肥供肥性改善 养分浓度高，易挥发、流失、固定等

肥料施用时间

底肥 追肥

含义 播前或定植前施用的肥料 生长过程中施用的肥料

目的 满足作物全生育期对养分要求 满足作物各生育期对养分要求

施用原则 培肥土,供养分 促生长，不过劲

肥料种类 有机肥为主，迟效及不易流失的

化肥

化肥为主

施用方法 结合深耕撒施，条施、穴施 条施、穴施

③整地、定植、除草：整地能疏松土壤，流通空气，加强保水，早春还可以

提高地温；凡是用种子或块茎、根茎繁殖的药用植物，出苗、出芽都较多，为避

免幼苗、幼芽之间相互拥挤、遮蔽、争夺养分，需使植株之间保持一定的距离；

除草是为了消灭杂草，减少水肥消耗，保持田间清洁，防止病虫害滋生和蔓延。

整地和除草一般选晴天或土壤湿度不大时进行。

④病虫害防治：

药用植物病害的主要病原：非侵染性病原：温度、湿度、光照、土壤或空气

中的成分、药害。侵染性病原：病原真菌、病原细菌、植物病原病毒、植物寄生

线虫、寄生性种子植物。

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药用植物重要害虫种类：蚜、蚧、螨等刺吸口器害虫，地上部咀嚼口器害虫，

钻蛀性害虫，地下害虫。

知识点 4个：选地、施肥、整地除草、病虫害种类及防治。

（3）苍术采收与加工

①采收：苍术生长期、采收时间直接影响其药材质量。一般生长期 2-3 年，

采收时间为 10-11 月。

②加工：净制：苍术的药用部位为根茎，需要除去须根等非药用部位及其他

杂质。干燥：先晾晒至半干，再低温烘干。

③质量控制：苍术主要含有挥发油等成分，净制时防止表皮损坏，避免苍术

黄色油点暴露；干燥时不能曝晒、烘制时温度应在 50℃以下。苍术药材质量要

求包括：性状、鉴别、检查（水分、总灰分）、含量测定等内容，其中水分不得

过 13.0%，总灰分不得过 7.0%，有效成分苍术素不得少于 0.30%。

知识点 3个：采收时间，加工方法及注意事项，药材质量要求。

（4）苍术炮制

苍术在临床上常用饮片有两种，即苍术和麸炒苍术。采用净制、切制、干燥

技术制备苍术饮片，采用麸炒法制备麸炒苍术，可缓和燥性，增强健脾作用。

1 ①苍术饮片制备：流程：苍术药材净制---软化---切制---干燥

净制：取苍术药材，拣选杂质、霉烂品，筛选泥沙、药屑。记录数据并计算

杂质量。应符合药典要求。

软化：药材洗净置适宜容器中，用湿纱布覆盖，软化至内外一致。

切制：切药刀切成 2～4mm 厚片。

干燥：在温度 50℃以下烘干，得苍术饮片。

②麸炒苍术制备： 流程：称取苍术饮片及麦麸---中火预热---加热麦麸---

炒苍术---出锅---筛去麦麸。

称量：称取苍术饮片和麦麸适量，按每 100kg 苍术饮片，用麦麸 10kg。

预热：中火（180～200℃）预热加热容器至麸下烟起，将麦麸均匀撒在锅底，

继续加热至冒大烟。

炒制：将苍术饮片投入锅内，与麦麸一起快速翻炒至深黄色，麦麸为黑色时，

出锅，筛去麦麸，得到麸炒苍术饮片。

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知识点 7 个：药材净制要求、软化标准、切制厚度、干燥温度、麸炒苍术与

辅料比、火力（加热温度）、麸炒标准。

2-4 实验仪器设备（装置或软件等）

农具（锄头，耙子，挖药机械）、烘箱（烘房）、粉碎机、马弗炉、洗药机、

润药容器、切药刀（小型切药机）、炒药锅（炒药机），天平（磅秤）

2-5 实验材料（或预设参数等）

苍术植株、苍术根状茎、苍术药材、苍术饮片、农药、农家肥，专用肥

2-6 实验教学方法（举例说明采用的教学方法的使用目的、实施过程与实施效果）

（1）使用目的

本项目采用虚拟仿真技术进行实验教学，是为了将不适合在实验室完成的实

验教学项目变为可能，如苍术的栽培、采收加工需在野外，饮片的大生产需在工

厂进行，步骤多、链条长、历时久，实验室难以完成。采用虚拟仿真实验可以让

学生利用网络在虚拟平台上学习苍术药材的栽培、采收加工及炮制等一系列关键

技术，通过线上线下学习相结合，延伸学习时间和空间，激发学生的学习兴趣，

提高学习效果；同时探索实验教学的新模式。

（2）实施过程

采用人机交互，学生通过电脑操作可以模拟种苗制备、选地、施肥、整地、

定植、除草及病虫害防治等苍术栽培过程；

采用人机交互，学生通过电脑操作可以模拟田间苍术药材采挖、去泥、干燥、

去须等药材采收与加工过程；

采用人机交互，学生通过电脑操作可以模拟饮片厂或实验室进行苍术饮片的

洗净、软化、切制、干燥等过程，以及麸炒苍术生产过程。

（3）实施效果

通过在虚拟实验平台自主学习、反复训练、自我测试，可使学生寓学于乐，

轻松、快乐学习达到教学目的。学生由被动学习变为主动学习，体现了以教师为

中心向以学生为中心转变的教学理念，能提高学生对实验教学内容的兴趣，增强

学生自主学习能力和实践创新能力。通过开展本项目虚拟仿真实验在线教学，对

中药学及相关专业实验教学信息化建设具示范作用，从而促进相关课程的实验教

学改革。

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2-7 实验方法与步骤要求（学生交互性操作步骤应不少于 10 步）

2-7-1苍术种苗制备

（1）实验方法描述

本部分内容主要体现根茎切块繁殖的主要方法，包括采挖、筛选、切块、分

级和消毒等 5步，从而实现从田间植株到生产用种的衔接过程，采用情景模拟。

（2）学生交互性操作步骤说明（分 5步，情景模拟，人机对话）

种苗制作部分主要流程如下图所示。

合格

种苗植株 根状茎 种苗

切块 分级

生产用种

消毒

合格

根状茎

筛选

采挖：选晴天先用镰刀割．去地上部分，留茬 5～10cm；用挖锄从栽培地的一

端开挖．，逐行挖出整蔸苍术植株；简单去．除掉根茎上携带的土垡，尽量避免挖断

根茎或擦破根茎的表。体现割、挖、去三步。

采挖

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筛选：剔除劣株、病株，选择健壮、生活力强、芽长势好的根茎。

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切块：根据根茎自然生长的特点，用刀切开或用手直接掰开几大块，然后再

切制成小块种苗，要求最终每个种苗重量在 10g 以上。

分级：按分级标准进行分级，应尽量选取一等和二等种苗进行栽种。

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消毒：切制好的种苗及时用 50%的多菌灵可湿性粉剂 800 倍液浸种 15min，

然后在通风干燥处表面晾干后，即可用于栽种。

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2-7-2 苍术栽培

（1）实验方法描述

苍术栽培包括选地、施底肥、整地、定值、追肥、除草、病虫害防治 7个关

键环节均采用情景模拟。

（2）学生交互性操作步骤说明（分 7步，情景模拟，人机对话）

①选地：根据海拔高度、土壤类型、坡向等因素选定种植地点。

一般选海拔 200～800m，丘陵及中低山地区，土壤富含有机质、中性或弱酸

性的黄棕壤土。肥沃疏松、排水良好。地形宜东晒避西晒。

②施底肥：从肥料的种类、施用量和施用方法 3个方面确定底肥的施用。

农家肥 1000 ㎏，苍术专用肥 100 ㎏，混匀后撒施。

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③整地：考虑畦宽、畦高、三沟（畦沟、横沟、围沟）。

耙平、耙细大田，拣尽杂草杂物，后做畦。畦宽不超过 1 m，畦面龟背形，

畦沟宽 20 ㎝、深 20 ㎝，横沟和围沟宽 30 ㎝、深 30 ㎝。

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④定植：从定植时间、密度、覆土厚度、芽头朝向、定植后处理等方面考虑

定植的具体操作。

一般每年 10～12 月定植，密度为株距 15 ㎝，行距 30 ㎝，覆土厚度 3～5

㎝，芽头朝上，覆土后至苍术萌芽前每亩用“农闲”150 ml 稀释 700 倍喷施 1

次（芽前除草）。

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⑤追肥：时间、对象、肥料种类及用量。

立秋后，两年生苍术（种植周期三年）每亩条施（行沟内）专用肥 100 ㎏。

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⑥除草：时间、方法：入伏前或出伏后，人工除草。

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⑦病虫害防治：考虑病虫害种类、防治方法、农药种类及用法、用量等对大

田全面排查，确定病虫害类型：

虫害：类型：一般为蚜虫；防治方法：敌敌畏 800 倍液喷施。

病害：类型：常见白绢病、根腐病、黑斑病。防治方法：搞好清沟排渍，

保持大田不积水，切不可见明水。对病株带土移出田外作深埋处理。对病穴用生

石灰作消毒处理。对整块大田每亩用“根腐一灌灵”一瓶（250ml）稀释 800 倍

作全面灌根处理，间隔 15 天再用甲基托布津 800 倍液作一次全面喷雾消毒处理。

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2-7-3 苍术药材产地加工

（1）实验方法描述

采收加工是生产商品药材的最后环节。苍术采收加工包括采挖、干燥、去须

根、抽检等过程。

（2）学生交互性操作步骤说明：（分 4步，情景模拟，人机对话）

①采挖：模拟采用锄头或机械挖取根茎，除去残茎，抖去泥沙。

②干燥：先晾晒至半干，再烘干。烘干温度应控制在 50℃以下。

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③去须根：置筐或转笼中，撞去须根及泥沙。撞击时，要注意力量大小、不

要太过，防止表皮有过多的损坏。避免苍术黄色油点暴露，而促使油分挥发。

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④抽检：按《中国药典》2015 版“苍术”项下方法检测。质量要求包括：

性状、鉴别、水分、总灰分、含量测定等内容。

2-7-4 苍术饮片炮制

（1）实验方法描述

本实验模拟净制、切制等技术将苍术药材制备成苍术饮片，再模拟麸炒法将

苍术饮片制备成麸炒苍术。

（2）学生交互性操作步骤说明（共 7步，情景模拟，人机对话）

① 苍术饮片制备：（分 4步）

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净制：取合格苍术药材，拣选杂质、霉烂品，筛选泥沙、药屑。记录数据并

计算杂质量。应符合药典要求。

26

软化：药材洗净置适宜容器中，用湿麻袋或纱布覆盖，软化至内外一致。

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切制：切药机（切药刀）切成 2～4mm 厚片。

干燥：在温度 50℃以下烘干，得苍术饮片。

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②麸炒苍术制备：（分 3步）

称量：称取合格苍术饮片和麦麸，按每 100kg 苍术，用麦麸 10kg。

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预热、投麸：中火预热至麸下烟起时，将麦麸均匀撒在锅底，继续加热至

冒大烟。

炒制、出锅：将苍术饮片投入炒药锅内，与麦麸一起快速翻炒至深黄色，麦

麸为黑色时，出锅，筛去麦麸，得到麸炒苍术饮片。

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2-8 实验结果与结论要求

（1） 是否记录每步实验结果：□√是 否

（2） 实验结果与结论要求：□√实验报告 心得体会 其他

（3） 其他描述：自动评分

2-9 考核要求

对以上操作分种苗制备、栽培、产地加工和炮制四个分别考核，每一环节

100 分，考核时间不超过 30min,全部操作在 2 h 内完成，且各环节分数在 90 分

以上者为合格。

2-10 面向学生要求

（1） 专业与年级要求：面向中药学、中药资源与开发、中药制药、制药工程专

业三年级以上学生或中药学专业人员职业培训。

（2） 基本知识和能力要求：具有《药用植物栽培学》、《中药材采收与加工学》、

《中药炮制学》相关课程的基础知识。

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2-11 实验项目应用情况

（1） 上线时间 ： 2018 年 4 月

（2） 开放时间 ： 2018 年 4 月 26 号

（3） 已服务过的学生人数： 950

（4） 是否面向社会提供服务：□√是 否

3.实验教学项目相关网络要求描述

3-1 有效链接网址

http:// http://yxyxnfz.hbtcm.edu.cn/virlab/shenbao2018/

3-2 网络条件要求

（1）说明客户端到服务器的带宽要求（需提供测试带宽服务）

本项目采取便使用便下载的技术模式，一般宽带用户均可正常访问，校园网到教

室的带宽为 100 兆接入，完全满足日常教学要求。

（2）说明能够提供的并发响应数量（需提供在线排队提示服务）

项目提供的并根据目前服务器的配置，并发响应数量为 500，根据我校同时上课

的最大人数不超过 300 人，本项目可以满足 3000 人同时在线。目前完全满足校

内教学使用。

3-3 用户操作系统要求（如 Windows、Unix、IOS、Android 等）

（1）计算机操作系统和版本要求

本项目可在 windows 7 以上版本均可运行。

（2）其他计算终端操作系统和版本要求

（3）支持移动端：是 否

3-4 用户非操作系统软件配置要求（如浏览器、特定软件等）

(1) 需要特定插件 是 否

(2) 其他计算终端非操作系统软件配置要求（需说明是否可提供相关软件下载服

务）

无特殊配置要求

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3-5 用户硬件配置要求（如主频、内存、显存、存储容量等）

（1）计算机硬件配置要求

CPU 推荐使用 Intel 双核以上级别；内存至少 4G 以上；建议用户显示器的分辨

率调至 1280×720。系统硬盘剩余空间不小于 5G，入门级游戏显卡。

（2）其他计算终端硬件配置要求

无

3-6 用户特殊外置硬件要求（如可穿戴设备等）

（1）计算机特殊外置硬件要求

无

（2）其他计算终端特殊外置硬件要求

无

4.实验教学项目技术架构及主要研发技术

指标 内容

系统架构图及简要说明 本项目可为学生开展虚拟实验教

学内容，学生通过 Internet 网进入虚

拟实验室，自主选择实验项目，完成虚

拟实验。

老师能对学生完成的虚拟实验情

况进行检查、督促和批改；同样，学生

可以在线完成实验和实验报告的递交，

并查看个人实验成绩和老师的评语，与

老师进行网上交流。

虚拟实验室是在网上运行，因此，

任何学校、注册的学生都能上网操作虚

拟实验。

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实验教

学项目

开发技术（如：3D 仿真、VR

技术、AR 技术、动画技术、

WebGL 技术、OpenGL 技术等）

本项目采用 MAYA 进行场景和人物

建模，采用动画技术进行内容分解，采

用 Unity3D 引擎进行程序操作 3D 仿真

人机交互。利用计算机图形学，通过描

述复杂物体图形的方法与数学算法，实

时的表现出几何物体和图形。基于物理

的着色器。这样可以确保物体不会反射

更多的光线。材料越镜面，它越少扩散；

表面越平滑，高光越强越小。这样就可

以是效率更高。使用了名叫 ShaderLab

的 CG 语言来开发底层着色器，专门在

unity 引擎中使用。使得实时渲染的画

面更加真实，光感更加柔和。

使用 MVC 框架，使得程序结构性更

强，可迭代性强，一种软件设计典范，

用一种业务逻辑、数据、界面显示分离

的方法组织代码，将业务逻辑聚集到一

个部件里面，在改进和个性化定制界面

及用户交互的同时，不需要重新编写业

务逻辑。MVC 被独特的发展起来用于映

射传统的输入、处理和输出功能在一个

逻辑的图形化用户界面的结构中。

使用了语音识别技术，机器学习技

术， RNN 递归神经网络，递归神经网络

（RNN）是两种人工神经网络的总称。

一种是时间递归神经网络（recurrent

neural network），又名循环神经网络，

另一种是结构递归神经网络

（recursive neural network）。时间

递归神经网络的神经元间连接构成矩

34

阵，而结构递归神经网络利用相似的神

经网络结构递归构造更为复杂的深度

网络。RNN 一般指代时间递归神经网络。

单纯递归神经网络因为无法处理随着

递归，权重指数级爆炸或消失的问题

（Vanishing gradient problem），难

以捕捉长期时间关联；而结合不同的

LSTM 可以很好解决这个问题。时间递归

神经网络可以描述动态时间行为，因为

和前馈神经网络（feedforward neural

network）接受较特定结构的输入不同，

RNN 将状态在自身网络中循环传递，因

此可以接受更广泛的时间序列结构输

入。来建立长短期记忆，使得虚拟病人

更加人性化的回答提出的问题。训练的

时间越久，虚拟病人回答更加准确。

本项目同时也采用 3D 动画技术进

行场景和动物绘制，并对实验内容进行

分解，采用了 Animate CC 技术进行程

序合成，实现人机互动。

开发工具（如：VIVE WAVE、

Daydream 、 Unity3d 、

Virtools、 Cult3D、 Visual

Studio、Adobe Flash、百度

VR 内容展示 SDK 等）

Unity3D 是由 Unity Technologies

开发的一个让玩家轻松创建诸如三维

视频游戏、建筑可视化、实时三维动画

等类型互动内容的多平台的综合型游

戏开发工具，是一个全面整合的专业游

戏引擎。其编辑器运行在 Windows 和

Mac OS X 下，可发布游戏至 Windows、

Mac、Wii、iPhone、WebGL（需要 HTML5）、

Windows phone 8 和 Android 平台。

Microsoft Visual Studio 是 VS

的全称。VS 是美国微软公司的开发工具

35

包系列产品。VS 是一个基本完整的开发

工具集，它包括了整个软件生命周期中

所需要的大部分工具，如 UML 工具、代

码管控工具、集成开发环境(IDE)等等。

所写的目标代码适用于微软支持的所

有平台，包括 Microsoft Windows、

Windows Mobile、Windows CE、.NET

Framework、.Net Core、.NET Compact

Framework 和

Microsoft Silverlight 及 Windows

Phone。

Animate CC 2017 是 Adobe 最新开

发的新型 html 动画编辑软件，对 HTML5

Canvas 和 WebGL 等多种输出提供原生

支持，并可以进行扩展以支持 SnapSVG

等自定义格式。

新增 HTML 5 创作工具，为网页开

发者提供更适应现有网页应用的音频、

图片、视频、动画等创作支持。Animate

CC 将拥有大量的新特性，特别是在继续

支持 Flash SWF、AIR 格式的同时，还

会支持 HTML5Canvas、WebGL，并能通过

可扩展架构去支持包括SVG在内的几乎

任何动画格式。

项目品质（如：单场景模型总

面数、贴图分辨率、每帧渲染

次数、动作反馈时间、显示刷

新率、分辨率等）

贴图分辨率 1920x1080 以内。

FPS：60 以上

画面分辨率:1920x1080 px

最大支持： 2560*1440px

管理

平台

开发语言（如：JAVA、.Net、

PHP 等）本项目管理平台采用 JAVA 语言开

发，Java 是一门面向对象编程语言，

Java 语言作为静态面向对象编程语言

的代表，极好地实现了面向对象理论，

允许程序员以优雅的思维方式进行复

36

杂的编程

开发工具（如：Eclipse、

Visual Studio、NetBeans、

百度 VR 课堂 SDK 等）

本项目管理平台采用了 Eclipse

作为开发工具，Eclipse 基于 Java 的可

扩展开发平台。通过集成的（Java

Development Kit）JDK，完成开发工作。

采用的数据库（如：HBASE、

Mysql、SQL Server、Oracle

等）

SQL Server2008

5.实验教学项目特色

(体现虚拟仿真实验项目建设的必要性及先进性、教学方式方法、评价体系及对

传统教学的延伸与拓展等方面的特色情况介绍。）

（1）实验方案设计思路

本项目基于团队的科研基础，将前期主持完成的 10 余项国家及省部级苍术

项目的科研成果转化为教学内容。项目以苍术药材的生产过程和苍术饮片的炮制

工艺为主线，串起了《药用植物栽培学》、《中药材采收加工学》和《中药炮制

学》等学科的教学内容，有机整合了中药学相关专业学生的专业知识。项目以湖

北道地药材苍术为案例，采用情景模拟技术，将已有的教学资源进行集成并数字

化，以能实不虚、虚实结合手法，把相关的课程内容相联系构建而成。

本项目采用 MAYA 进行场景和人物建模，采用动画技术进行内容分解，以

Unity3D 引擎进行程序操作 3D 仿真人机交互。使用 ShaderLab 的 CG 语言来开发

底层着色器，专门在 unity 引擎中使用，使得实时渲染的画面更加真实，光感更

加柔和。通过以上先进技术，使画面逼真，激发学生学习欲望。

（2）教学方法

本项目充分体现了以学生为中心教学理念。学生可通过 Internet 网进入虚

拟实验室，自主选择实验项目，进行模拟实验学习；可根据专业和兴趣，自主安

排学习内容及进度，实现线上自主学习，自我评价的目的。该平台的应用，减少

了相关实验教学设施的购置、节约了实验耗材的购置成本，避免了教育资源的过

度消耗浪费。同时，该项目使网络和人工智能技术深度融合于教学，补充了由于

条件限制不能开展的实验内容。以人机交互、低成本、宽辐射的教育方式，调动

学生学习的积极性，激发学生学习的热情和潜能。为增强学生的创新能力提供了

37

平台，为实验教学信息化建设起着示范引领作用。

（3）评价体系

湖北中医药大学药学院虚拟仿真实验教学平台是 2017 年建成并投入使用，

已在中药学、药学及相关专业实验教学中应用。由于该平台具学习便利性，视图

逼真、可操作、可测试等特点，广泛受到学生的欢迎，弥补了实验教学的不足，

补充了受现实实验条件限制而不能开展的实验教学项目。本项目将信息技术与实

验教学内容深度融合，构建智能化实验教学新模式。

虚拟实验除可供模拟学习外，还设计有学习督促、效果检查和作业批改功能；

学生可以在线完成实验和实验报告的递交，并查看个人实验成绩和老师的评语，

与老师进行网上交流。所设计教学管理流程符合教学规范要求，且能较大地提高

教学效果。

（4）传统教学的延伸与拓展

中药材生产过程包括育种、栽培、采收与加工等，药材经过炮制可制备成中

药饮片，这一系列技术是中医药高等院校中药学及相关专业学生必须掌握的内

容。一般学生通过《药用植物栽培学》、《中药材采收与加工》、《中药炮制学》

课堂教学可获得相应理论知识和部分实验操作技能。由于中药材的栽培、加工实

验教学需要在种植基地完成，生产环节多、链条长、历时久，受实验学时及实验

条件的限制不能满足教学的需要；饮片炮制虽然可以在实验室操作，但仅停留于

传统方法上，学生对规范化、现代化大生产的设备、工艺了解较少。为了让学生

掌握这些实验室不可能开展的实验项目，必须改革传统实验模式，将现代信息技

术深度融入实验教学中，开发虚拟仿真实验教学项目，从而拓展实验教学内容的

深度与广度，延伸实验教学的时间和空间，使受时间、空间和条件限制而不能开

展的实验教学变为可能。这种教学模式的探讨是信息时代发展的必然，更是实验

教学形式改革的需要。

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6.实验教学项目持续建设服务计划

（本实验教学项目今后 5年继续向高校和社会开放服务计划，包括面向高校的教

学推广应用计划、持续建设与更新、持续提供教学服务计划等，不超过 600 字。）

（1）持续建设与更新

加大对该项目虚拟仿真教学设备和软件研发的投入，增设数字化仿真实验室

和数字化虚拟终端，提高同步访问和使用的数量；鼓励教师应用已有资源，出版

信息化的实验教学素材，并在资金上给予倾斜资助。

（2）面向高校的教学推广应用计划

进一步实现校园网内外的仿真资源高度共享，拓展该项目的应用和辐射范

围；在支持 WINDOWS、LINUX、UNIX 等多系统运行平台上，提供该项目所需的网

络系统运行环境，并进行监控及维护；与国内外兄弟院校合作共享优质资源，并

逐步扩大与医药院校联合共建、开放共享联盟的规模。

（3）面向社会的推广与持续服务计划

进一步完善已开发的实验虚拟软件，开展仿真教学资源的研发，逐步开发以

湖北道地药材的栽培、产地加工与炮制虚拟实验项目，以此带动其他学科的项目

研发，拓展开放共享的教学资源，提高“产学研”协同创新的实力，促进“教学

—科研—教学”的良性循环，推动中药创新平台的建设和发展。为社会提供持续

服务。

7.诚信承诺

本人已认真填写并检查以上材料，保证内容真实有效。

实验教学项目负责人（签字）：

年 月 日

39

8.申报学校承诺意见

本学校已按照申报要求对申报的虚拟仿真实验教学项目在校内进行公示，并

审核实验教学项目的内容符合申报要求和注意事项、符合相关法律法规和教学纪

律要求等。经评审评价，现择优申报。

本虚拟仿真实验教学项目如果被认定为“国家虚拟仿真实验教学项目”，学

校承诺将监督和保障该实验教学项目面向高校和社会开放并提供教学服务不少

于 5年，支持和监督教学服务团队对实验教学项目进行持续改进完善和服务。

（其它需要说明的意见。）

主管校领导（签字）：

（学校公章）

年 月 日

40