课程名称：人工骨生物复合材料虚拟仿真实验
课程类型：国家级一流本科虚拟仿真实验课程
课程负责人：田颜请
田颜清1995年于吉林大学化学系获得高分子化学与物理博士学位。1998年2月至2014年8月间在日本相模中央化学研究所、东京都立大学、华盛顿大学、以及亚利桑那州立大学等单位从事研究工作。2014年8月底到南方科技大学材料科学与工程系工作，任教授。研究工作主要涉及生物探针、太阳能电池材料、导电材料以及电致变色材料与器件等。在教学方面教授本科生《生物材料》和研究生《高等材料化学》等课程。深圳市海外高层次B类人才，荣获国家级虚拟仿真一流本科课程、杰出教学奖及校级教学成果奖等荣誉。
课程团队成员：廖成竹、李慧丽、任富增
授课学期：春季
考核方式：线上考核
学时：线上5学时，线下19学时，共24学时
学分：0.75
课程简介、目标与任务：
为积极响应国家重点发展电子信息、能源环境、生物医疗及先进制造技术等四大材料方向的战略部署，本课程以培养具备专业素养和创新应用能力的“新工科”人才为核心目标。秉承以学生为中心、科研教学相结合、学科融合与创新实践的教育理念，结合“能实不虚，以虚补实，虚实结合”的原则，自主研发了人工骨生物复合材料虚拟仿真实验课程。本课程旨在通过3D建模、虚拟现实技术和人机交互等先进技术，让学生全面理解和掌握人工骨生物复合材料的合成、制备、表征及生物相容性评价等关键技术和方法。同时，培养学生的创新思维、跨学科融合能力和实践操作技能，为培养新时代创新型“新工科”人才奠定坚实基础。
教学方法：
本实验采用线上线下混合教学模式进行实验教学，其中线上虚拟仿真实验共5学时，线下实操实验19学时，共24学时，具体实验过程可分为课前、课中、课后三个阶段。课前：线上预习虚拟仿真实验，完成预习任务，生成预习报告占30%。课中：线下实操，教师引导学生讨论解决预习问题，实现互动式教学，虚拟仿真完成特殊实验。课后：线上虚拟与线下实操结合总结，学生可反复虚拟实验巩固知识，分析实验结果完成实验报告。整个流程提升教学效果，实现高效学习。
课程教材：
叶飞，廖成竹，程化，章剑波，王海鸥，李艳艳，李慧丽，明静，材料科学与工程综合实验（英文版） “Comprehensive Experiments for Materials Science and Engineering”, 2023年6月，高教出版社和世界科技出版社共同出版。
课程特色：
（1）实用性显著：本课程通过构建虚拟仿真实验环境，将生物材料领域的复杂实验流程直观呈现，有效解决了传统实验中资源受限、操作困难等问题。学生可以在虚拟环境中模拟操作，极大地提升了实验操作的可行性和学习效果。同时，实验系统还提供了自动评分体系，使学生能够即时获得反馈，从而增强了学习的实效性。
（2）教学设计科学：本课程采用“合成-制备-表征-性能”的全流程实验设计，涵盖了化学、材料学、生物学等多个学科领域的知识，实现了学科间的交叉融合。这种教学设计不仅培养了学生的跨学科学习和实践能力，还锻炼了学生解决复杂工程问题的能力，有助于培养创新型“新工科”人才。
（3）实验系统先进：本课程采用了Unity3D等先进技术，构建了高度仿真的虚拟实验场景，如实验教学大楼、各类实验室等。系统高度还原了实验过程，让学生在虚拟环境中获得真实的实验体验。这不仅提高了学生的学习兴趣，也促进了教学方法的创新和发展。
课程思政建设：
本课程旨在培养新时代具备专业素养和创新应用能力的“新工科”人才，响应国家发展战略需求。通过跨学科融合，本课程结合化学、材料学、生物学等领域知识，培养学生综合素质和创新精神。线上线下混合教学模式让学生全面掌握实验技能，并培养科研精神和严谨态度。同时，课程强调社会责任感与可持续发展观念，引导学生将知识应用于解决环保、医疗等实际问题，帮助他们树立正确的职业观和价值观。综上所述，本课程不仅传授专业知识，更注重培养学生的思想政治素质、创新能力和社会责任感，为他们成为新时代创新型“新工科”人才奠定坚实基础。
课程发展规划：
（1）持续建设与优化：课程在未来五年内将持续投入资源，进行深度的建设和优化。基于平台用户反馈，不断完善软件运行性能，提升评价体系的科学性和公正性，确保学生实验过程的流畅性和评价结果的准确性。同时，积极总结线上线下一体化实验教学体系的实践经验，探索更多创新的教学模式，以期引领全国高校实验教学的发展潮流，并发挥积极的示范引领作用。
（2）面向高校与社会的推广应用：充分利用全国实验教学示范中心会议、教学研讨会、虚拟仿真实验建设研讨会等权威平台，加大宣传推广力度，逐步拓宽课程覆盖的高校数量和行业范围，吸引更多应用人群。旨在满足生物医用材料领域日益增长的研发和应用需求，为相关专业人才提供前沿、高质量的实验学习和培训机会，助力行业发展。
