用户借助电脑、平板等网络终端设备，访问教学系统（网址：http://58.192.131.17/virindex/），依据各自的身份认证、登录、进入，点击“进入虚拟实验”模块，可选择PC 3D网络版进行在线操作，亦可选择VR版，配合VR可穿戴式数字显示设备系统，开展虚拟仿真沉浸式交互学习。学生首先通过实验目的和原理、生物安全三级实验室漫游、课前考核完成实验准备工作，通过完成观摩、培训、对高致病性病原微生物（如高致病性禽流感病毒或新城疫病毒）的检测、学习交流与互动、虚拟考核等内容。
图1 实验内容
（1）实验准备阶段
进入生物安全三级实验室漫游模块，完成28步互动式操作，让学生深入了解和熟悉生物安全三级实验室的进出程序、仪器设备认知和生物安全措施。
互动式交互步骤为：生物安全三级实验室的进入（指纹机录入指纹、打开大门、进入后关闭该门共3步操作）→换鞋（点击自己的鞋放置于鞋柜中、点击实验室内准备的灭菌拖鞋并穿戴共2步操作）→第一更衣室门口的进入（指纹机录入指纹、打开第一更衣室门、进入后关闭该门共3步操作）→更衣（包括脱掉衣物放入衣橱、选择N95口罩佩戴、选择并穿戴防护服、选择并穿戴第一层乳胶手套、选择并穿戴第二层乳胶手套、选择并穿戴护目镜共6步操作）→第二更衣室门口的进入（打开第二更衣室门、进入后关闭该门共2步操作）→更换胶鞋（点击胶鞋并穿戴、拖鞋放置于鞋柜中共2步操作，关闭第二更衣室门→进入准备区→进入动物实验区（打开动物实验区准备区第一道门、进去后关闭该门并打开第二道门、进入后关闭该门、观察动物隔离器等设施共5步操作）→进入准备区→进入病毒操作实验区（打开实验区第一道门、进去后关闭该门并打开第二道门）→进入病毒操作实验区、进去后关闭该门并观察生物安全柜等设备共5步操作）→完毕后反向按以上步骤退出实验室。
图2 漫游模式交互式操作
左上：进入程序；右上：更衣程序；左中及右中：仪器认知；左下：退出更衣程序；右下：退出换鞋程序
（2）实验开展阶段（核心环节）
进入高致病性病原微生物检测模式，该部分完全全景模拟病料样品在生物安全三级实验室开展高致病性病原微生物检测的全部流程，包括“人”和“物”的进出安全程序，以高致病性禽流感病毒或新城疫病毒为代表的高致病性病原微生物样本的处理、病毒鸡胚接种培养技术、血凝及血凝抑制实验、RT-PCR实验技术（包括RNA提取、RT-PCR、PCR、琼脂凝胶电泳）、病毒毒力测定技术（包括基因序列测定及分析、静脉接种致病指数（IVPI）动物接种病毒毒力测定技术）等。同时对各个实验节点设置了飞行链接，点击后可快速跳转到学生需反复练习的实验部分，有助于掌握难点和重点。
1）“人”和“物”的分离式进入生物安全三级实验室程序步骤
互动式交互步骤（共需43步操作）为：手提病料箱的实验人员站在实验室门口，生物安全三级实验室的进入（指纹机录入指纹、打开大门、进入后关闭该门共3步操作）→沿指示路线，进入消洗间（指纹机录入指纹、开门、进入后关闭该门共3步操作）→病料箱放入（打开消洗间传递窗窗门、放入病料箱、关闭窗门、打开紫外灯共4步操作）→沿指示路线，换鞋（点击自己的鞋放置于鞋柜中并穿上无菌拖鞋共1步操作）→第一更衣室门口的进入（指纹机录入指纹、打开第一更衣室门、进入后关闭该门共3步操作），更衣（包括脱掉衣物放入衣橱、选择N95口罩佩戴、选择并穿戴防护服、选择并穿戴第一层乳胶手套、选择并穿戴第二层乳胶手套、选择并穿戴护目镜共6步操作）→第二更衣室门口的进入（打开第二更衣室门、进入后关闭该门共2步操作）→更换胶鞋（点击胶鞋并穿戴共1步操作）→进入准备区（打开第二更衣室外门、进入后关闭该门共2步操作）→病料箱取出（准备间-消洗间）（关闭紫外灯、打开消洗间传递窗窗门、取出病料箱、关闭窗门共4步操作）→病料箱放入（打开准备间-病毒室传递窗窗门、放入病料箱、关闭窗门、打开紫外灯共4步操作）→进入病毒操作实验区（打开第一道门并关闭、进去后打开第二道门并关闭共4步操作）→病料箱取出（病毒室-准备间）（关闭紫外灯、打开消洗间传递窗窗门、取出病料箱、关闭窗门共4步操作）→放置病料箱至生物安全柜内（关闭紫外、放置病料箱至柜内共2步操作）→点击“高致病性病原检测按钮”进行后续操作。
图3 “人”和“物”的分离式进入生物安全三级实验室程序步骤交互步骤
2）样本处理试验步骤
通过交互式操作（14步操作）完成对鸡的脏器病料或者喉头/泄殖腔棉拭子的处理过程。
①若样本为病料，执行下列交互步骤:
研磨病料（包含手术剪刀选择、研磨棒选择和研磨共3步操作）→抗生素添加（包含移液器选择、枪头尺寸选择和抗生素加入共3步操作）；
②若样本为喉拭子和泄殖腔拭子样本，执行下列交互步骤:
蘸取拭子样本并放置冰箱反复冻融（包含选择拭子样品管、蘸取样本至指形管、放置冰箱冰冻、取出放置水浴锅融化共4步操作）→离心（包含指形管放入离心机、离心速率和时间选择、离心后取出指形管、吸取上清共4步操作）。
图4 样品处理交互步骤
3）鸡胚接种试验步骤
通过交互式操作（27步操作），完成上述步骤中病料样本接种鸡胚并收获病毒尿囊液的过程。
①鸡胚照蛋（包含选择鸡胚、选取照蛋器、照蛋、活胚判断（选择题）、选择铅笔、画气室共6步操作）→接种（包括选择接种位置（选择题）、选择棉签蘸取碘酒、擦拭接种部位、选择打孔器、钻孔、选择注射器、吸取样品、注射部位接种、密封条封口共9步操作）→封口（包括选择无菌棉签、封口条、封口3步操作）→标记；
②鸡胚培养（包括打开孵化箱门、选择鸡胚架、放置鸡胚（选择题：判断鸡胚放置方法）、关闭孵化箱门、培养时间设定、放置4℃冰箱（问答题：填写放置理由）、取出鸡胚至生物安全柜桌面共7步操作）；
③收集尿囊液（鸡胚消毒（包括选择棉签蘸取碘酒、擦拭接种部位（选择消毒方向螺旋式擦拭动作共2步操作）→鸡胚暴露（包括打开消毒盒拿取镊子、敲击蛋壳、夹取碎片置入废物缸共3步操作）→尿囊液收集（包括选择无菌尖吸管、捅破尿囊膜、吸取尿囊液、转移至无菌试管、盖上盖子共5步操作）。
图5 鸡胚接种照蛋交互步骤
4）血凝和血凝抑制试验步骤
通过交互式操作（53步操作），完成上述步骤中病毒样本的血凝和血凝抑制实验过程。
①血凝试验步骤
加入生理盐水（包含选择96孔V型孔板、选择生理盐水瓶并倒入移液槽中、选取排枪和枪头、吸取生理盐水25μl、加入96孔板各孔共5步操作）→加入待检样品（包括选择移液器和枪头、吸取待检样本25μl、加入到第1列各孔共3步操作）→倍比稀释（包括选择排枪和枪头、插入第1列混匀、吸取25μl、插入第2列混匀并吸取25μl至第3列，直至第11列弃去25μl共5步操作）→补足生理盐水（包含选择96孔V型孔板、选择生理盐水瓶并倒入移液槽中、选取排枪和枪头、吸取生理盐水25μl、加入96孔板各孔共5步操作）→加入1%鸡红细胞（包括选择排枪、吸取1%鸡红细胞25μl、从第12列反向加入全板各孔共3步操作）→震荡（包括放入微型振荡器震荡共1步操作）→37℃孵育（包括打开温箱门、放置V型孔板、设置孵育时间、观察（选择题：图片判断凝集情况；填空题：判断图片凝集效价是多少）共4步操作）。
②血凝抑制试验步骤
加入生理盐水（包含选择96孔V型孔板、选择生理盐水瓶并倒入移液槽中、选取排枪和枪头、吸取生理盐水25μl、加入96孔板各孔共5步操作）→加入血清（包括选择移液器和枪头、吸取血清25μl、加入到第1列各孔共3步操作）→倍比稀释（包括选择排枪和枪头、插入第1列混匀、吸取25μl、插入第2列混匀并吸取25μl至第3列，直至第10列弃去25μl共5步操作）→加入4单位抗原（包括选择排枪、吸取1%鸡红细胞25μl、从第11列反向加入全板各孔、第12列加入25μl生理盐水共4步操作）→震荡（包括放入微型振荡器震荡共1步操作）→37℃孵育（包括打开温箱门、放置V型孔板、设置孵育时间共3步操作）→加入1%鸡红细胞（包括选择排枪、吸取1%鸡红细胞25μl、从第12列反向加入全板各孔共3步操作）→震荡（包括放入微型振荡器震荡1步操作）→37℃孵育（包括打开温箱门、放置V型孔板、设置孵育时间、观察（填空题：判断图片凝集抑制效价是多少）共4步操作）。
图6 血凝试验样本吸取交互步骤
5）RT-PCR试验步骤
该模块具体包括“核酸提取实验”、“反转录实验”、“PCR实验”、“凝胶电泳实验”及“测序分析模块”共五部分。通过交互式操作（76步操作），完成病毒毒力鉴定的过程。
①RNA提取，包含器材准备（选择题：指形管灭菌方式）→打开冰箱取出样本、消毒盒中选取2 ml离心管→吸取尿囊液→吸取Trizol并加入1 ml→震荡→选择计时器记时→吸取并加入氯仿→震荡→选择计时器记时→选择冰冻离心机并设置转速时间和温度→吸取上层水相至指形管→加入异丙醇→选择计时器记时→选择冰冻离心机并设置转速时间和温度→吸取上清并弃去→加入75%乙醇→选择冰冻离心机并设置转速时间和温度→选择计时器记时→加入RNase ddH2O混匀→标记样本共20步操作；
图7 RNA提取交互步骤
②反转录试验，包括选择移液器和枪头→吸取DEPC水至样品管→吸取12碱基随机引物至样品管→震荡→选择离心机→设置转速和时间→放置金属浴→选择计时器记时→冰上孵育→选择计时器记时→加入体系其他试剂→选择水浴锅→选择计时器记时→标记和保存共14步操作；
图8 反转录试验交互步骤
③PCR试验，包括PCR试剂及样本的取出→PCR管的排布及标记→按照PCR反应体系配置试剂→选择离心机→设置转速和时间→取出体系管并分装至PCR管→加入DNA样品→选择PCR仪→放置PCR管→运行程序→将反应管取出放置冰箱共11步操作；
图9 PCR体系配置交互步骤（填写体系）
④DNA琼脂糖电泳试验，包括凝胶配置（包括选择微量电子称、称取琼脂糖、放入三角瓶、选择量筒、配置TBE、将TBE倒入三角瓶、放入微波炉、设置时间、取出冷却至60℃、吸取核酸标记物并加入三角瓶共10步操作）→制胶（包括选择胶架、插入梳子、倒入凝胶溶液、取出计时器记时、取出凝胶共5步操作）→电泳（将凝胶放入电泳槽、倒入缓冲液、取指形管、选择移液器和枪头、加入DNA样本、加入Loading Buffer、混匀、加入泳道孔、接通电泳仪、设置电压参数、关闭电源、取出凝胶共12步操作）→紫外成像（将凝胶放置于紫外凝胶成像仪、设置参数、拍照、结果观察及序列测序分析（判断题：判断毒株强弱）共4步操作。
图10 琼脂糖电泳泳道加样交互步骤
6）病毒毒力测定步骤
① 病毒基因序列分析
主要包括基因序列展示和毒力位点分析。
② 动物接种病毒毒力测定
通过交互式操作（32步操作），完成病毒毒力鉴定的过程。
包括隔离器物品进入程序（开启动物隔离器传递窗外门、放入转运箱、消毒、双手伸入操作孔，开启动物隔离器传递窗内门、取出转运箱等共6步操作）→鸡只保定程序（右手抓腿、左手抓翅膀、暴露翅静脉共3步操作）→消毒及攻毒程序（包括酒精棉球对暴露血管部位消毒、注射器吸取病毒液、对翅静脉进行注射、干棉球消毒、注射器和棉球丢入废弃盒中等共5步操作）→转运箱退出（开启动物隔离器传递窗内门、放入转运箱、消毒等共3步操作）→症状观察及计算（点击不同鸡只可观察不同症状（3次）、计算互动题（2道），共5步操作）→死亡动物处理程序（打开消毒盒、鸡只放入消毒盒、30 min后取出鸡只放入废弃物袋、封口开启动物隔离器传递窗内门、放入转运箱、隔离器内消毒、取出转运箱、动物室传递窗（2步）、双扉消毒器消毒等共10步操作）。
图11 IVPI动物接种毒力测定实验交互步骤
（3）实验结束阶段
该部分主要包括三大模块，即实验结束后的“人”和“物”的分离式退出程序、生物危险物质溢洒处理程序的演练模块和课后考核模块。
1）实验结束后“人”和“物”的分离式退出程序模块
主要包括“人”的退出和“物”的退出程序两个主要环节，结合3D和虚拟现实技术（VR），完成交互式以下操作（16步），其中“人”的退出程序：生物安全三级实验室的试验结果的传真操作→退出病毒操作实验区→退出准备区→进入第二更衣室门→更换胶鞋换鞋→消毒并脱去防护装备→进入淋浴间→淋浴→进入第一更衣室更衣→换鞋→门口传真机取出报告→退出实验室；“物”的退出程序：从传递窗退出病毒操作实验区→准备间传递窗取出→放入双扉高压锅进行废弃物处理退出准备区→退出实验室，让学生掌握生物安全三级实验室的退出程序和生物安全措施。
图12 退出程序互动式操作
上图：“人”退出程序；下图：“物”退出程序
2）生物危险物质溢洒处理程序的演练模块
该部分为发生意外泄露的紧急处理程序，共需完成16步互动式操作，让学生提前深入学习和反复训练在发生意外情形下的处理方式，有助于降低实体实验中的安全风险。
互动式交互步骤为：点击桌下的“溢洒处理工具箱”→选择医用纱布覆盖溢洒区域→选择消毒液桶，将消毒液倒入塑料烧杯→从四周螺旋式由外围向内部区域倾倒消毒液→打开“溢洒处理工具箱”，选择警示标识牌，摆放至病毒室门外，等待30 min→返回病毒室，打开“溢洒处理工具箱”，选择不锈钢废物桶，并放置在溢洒区域旁→继续选择折叠好的多层医用纱布，将其完全覆盖溢洒区域。用不锈钢长镊子擦拭溢洒区域，完毕后夹取并将其放置于不锈钢废物桶→选择多层医用纱布并浸入盛有消毒液的塑料烧杯，选择该纱布覆盖溢洒区域→选择不锈钢镊子擦拭溢洒区域，随后将其夹置于不锈钢废物桶→人物脱掉最外层防护手套并放置于不锈钢废物桶中，助手帮助双手消毒后选择箱内提前准备好的防护手套并戴好→选择箱内的封口胶带，对置于不锈钢废物桶的废物袋进行封口，对废物袋进行消毒，选择黄色废物桶，将废物袋放置于其中→对不锈钢废物桶外表面进行消毒，并放置于箱内，盖上溢洒处理工具箱箱盖，对箱盖表面进行消毒，将箱子推至桌底→将装有废物袋的黄色垃圾桶放置传递窗，打开紫外→从准备间走出打开外部传递窗，关闭紫外取出废弃物→打开双扉高压锅→高压消毒。
图13 生物危险物质溢洒处理程序交互式步骤
左：放置安全警示牌；右：溢洒区域覆盖消毒剂
3）考核交互式步骤
即在实验前设置考试模块、在实验中穿插各种图文/选择/填空等题型考核，课后考核模块（包括实验报告、题目考核和虚拟操作考核），学生可通过交互式操作完成答题及操作考核。考核主要分为基本理论题型考核和仿真操作考核，理论题型考核通过设置图文题、判断题、填空题等不同类型进行考核，仿真操作考核是将提示词均去掉，通过学生盲操完成，点击正确和错误的次数将换算为成绩，点击错误的地方可以在侧边栏查找正确操作方法。系统可自动对理论答题情况及各仿真实验操作步骤进行评分，并根据实验过程和试验结果形成实验报告。
图14 考核样题
上：课前考核；中上：课程中考核；
中下：虚拟操作考核；下：课后考核及成绩记录
图15 动态实验报告
左上：实验结束后点击侧边栏实验报告按钮
左下、右：动态实验报告内容，可增强其探索性