案例分享 | 深海极端环境样品采集与嗜极微生物培养虚拟仿真实验 - 南京恒点信息技术有限公司

案例分享 | 深海极端环境样品采集与嗜极微生物培养虚拟仿真实验

背景与痛点

深海嗜极微生物已成为生命科学领域的研究热点之一,学界通过对这些嗜极微生物的研究,有助于探索地球生命的温度压力极限及生命起源和演化等科学问题。同时这些微生物能产生一些结构新颖的化合物,具有潜在的药用价值。

深海嗜极微生物已成为生命科学领域的研究热点之一

然而,开展深海极端环境微生物研究却面临着高成本、高危险和高难度等困难。

嗜极微生物培养相关的设备,构造复杂、成本较高。比如其所需的深潜器全球仅有10余艘,其下潜深度主要在5000米甚至6000米以下的深海,深潜往返时间长,需要专业的团队协调工作,属于高精尖设备,运行成本极高。这些都远远超过了本科阶段实验课的预算成本。

深海为高压、黑暗、低温、缺氧的极端环境,而热液区中心的温度可达到300℃以上,深潜器中的工作人员生命安全随时受到多重威胁。另一方面,嗜压微生物的培养需要使用高压容器,嗜热微生物需要50℃甚至120℃以上的高温培养设备,操作稍有不当就可能引发安全事故。

开展深海极端环境微生物研究却面临着高成本、高危险和高难度等困难。

深海探索,尤其是深海极端环境探索,技术难度极高。搭载深潜器的人员需要强大的心理素质和极高的专业素养,样品采集过程中也需要丰富的经验和敏锐的洞察力。而嗜极微生物的培养过程涉及复杂的设备、繁琐的步骤,整个实验涉及多学科知识的综合运用,技术难度大。

该实验属于较为典型的“三高四不”(高成本、高难度、高风险,不可达到、不可触及、不可重现、不可逆转)难题,开展教学实践的知识储备、技能技术与设备水平门槛极高,给学生直接参与深海探索、开发利用深海生物资源资源提出了巨大挑战。

解决方案:原则与方针

对此,恒点与河海大学共同设计开发了深海极端环境样品采集与嗜极微生物培养虚拟仿真实验”,运用三维虚拟仿真、多维时空数据和动态可视化等技术针对深海热液区微生物样品采集、分离和培养过程中抽象、难以表达或者难以开展实际操作的环节,展开模拟与动态演示。

深海极端环境样品采集与嗜极微生物培养虚拟仿真实验

在虚拟环境下,学生可以掌握深海样品采集、环境数据分析、嗜极微生物分离培养等方法和流程,结合海洋微生物的理论框架,深入学习与探索深海嗜极微生物的时空分布和动态演化规律,从而激发探索深海极端环境生命现象的兴趣,培养创新思维、实践动手与科学研究能力。

解决方案:设计亮点

本方案通过对深海极端环境样品采集与嗜极微生物培养过程的虚拟仿真,从而较好地解决了实验成本高、实验危险性大、实验试错成本大等问题。

在充分掌握深海环境特征、微生物生长规律以及嗜极微生物对环境理化因子需求的基础上,结合大量的海上调查与实践训练,依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库、数值模拟和网络通讯等信息化技术,本方案构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象。

科考船认知与热液区样品采集虚拟仿真实验

本方案能够展示深海嗜极微生物分离培养关键环节的操作要点,从而实现真实情况下深海嗜极微生物实验不具备并难以完成的教学功能。结合虚拟仿真系统的人机交互功能,达到所要求的认知与实践教学效果。

学生通过自主学习,了解科考船、深潜器和微生物培养相关设备的结构原理,了解深海热液区样品采集的方法、装置和原理,掌握嗜热嗜压微生物的培养方法,可以掌握最前沿的海洋科学技术,成为能够胜任海洋生物样品采集和培养工作的高级专门人才。

热液区微生物理论知识学习

作为恒点MOOL概念(Massive Open Online Labs大规模在线开放实验室)的产物,本实验在慕课MOOC开放式网络课程的基础上,增加了具有互动性、操作性的实验内容,以共享教育资源,实现教育公平,助力全民终身学习型社会建设。

恒点还在不断完善MOOL的各项功能,利用AI技术进行引导、模拟、教学、评价等,提高虚拟仿真实验对真实的模拟,并丰富实验的内容与形态,建设更为科学全面的实验评价系统,以适应高素质新型人才的培养需求。


相关推荐

  • 语言教学新维度:虚拟仿真技术的应用与展望

    语言教学新维度:虚拟仿真技术的应用与展望

    当前,虚拟仿真技术的应用被视为教育行业的一个新起点,它不仅改变了教育方式,还推动了教育行业向更加智能化、个性化的方向发展。这不仅是技术的飞跃,更是教育领域的一大步。

  • 文理互助,虚拟仿真推动跨文化教育人才培养

    文理互助,虚拟仿真推动跨文化教育人才培养

    中国的发展离不开世界,世界的繁荣也需要中国。人类的历史就是在开放中发展的,今天,人类交往的世界性比过去任何时候都更深入、更广泛,各国相互联系和彼此依存比过去任何时候都更频繁、更紧密。时代越是向前,对外开放的重要性就越发突出。

  • 土木工程虚拟仿真:构建未来建设的新视角

    土木工程虚拟仿真:构建未来建设的新视角

    虚拟仿真实训,是传统土木工程专业转型发展、拓展实验教学内容广度和深度、延伸实验教学时间和空间、提升实验教学质量和水平的重要举措。通过虚拟仿真实训,打破理论与实践的壁垒,将实践融入日常学校,锻造新一代土木人才新质生产力。

  • 案例分享 | 公路隧道运营安全虚拟仿真实验

    案例分享 | 公路隧道运营安全虚拟仿真实验

    恒点的“公路隧道运营安全虚拟仿真实验”项目,不仅是教育创新的典范,更是对未来公路隧道运营管理人才培养的有力支持,也关系到道路安全乃至国家软件技术安全的战略大局。我们期待与行业同仁携手,共同推动这一技术的发展和应用,为构建更加安全的隧道运营环境而努力。随着技术的不断进步,我们也相信虚拟仿真技术将在公路隧道运营安全教育中发挥越来越重要的作用,为保障道路交通安全贡献力量。

  • 突破传统教育局限:虚拟仿真技术在公路隧道运营安全领域的创新应用

    突破传统教育局限:虚拟仿真技术在公路隧道运营安全领域的创新应用

    虚拟仿真技术在公路隧道运营安全教育中的应用,不仅提高了教育质量,也为行业培养了大量高素质的专业人才,对整个公路隧道运营安全行业产生了深远的影响。展望未来,随着技术的不断进步,虚拟仿真技术将更加成熟,其在教育领域的应用也将更加广泛。我们有理由期待,虚拟仿真技术将继续为教育带来更多的创新和变革,推动行业向前发展。

  • 虚拟仿真技术,全面赋能交通运输事业发展

    虚拟仿真技术,全面赋能交通运输事业发展

    当今世界,和平与发展是主流,国与国之间的综合国力竞争主要表现为经济与科技的竞争。交通是经济的生命线,也是科技的主战场。运用虚拟仿真技术,开展交通实验,培养高素质人才,对于交通运输事业的发展至关重要。恒点长期致力于校企合作,推动产学研融合,为交通运输事业人才、教育、科技的新质生产力要素畅通努力作出贡献。

  • 案例分享 | 机械搅拌发酵罐安全生产与发酵产品工艺设计仿真实验

    案例分享 | 机械搅拌发酵罐安全生产与发酵产品工艺设计仿真实验

    在化学工程与生物技术的璀璨星河中,机械搅拌发酵罐如同一颗耀眼的星辰,照亮了产业化的道路。但长期以来,高昂的成本、潜在的安全风险和有限的资源分配,限制了学生们对这一关键技术的探索。随着技术的不断进步和教育的持续创新,我们坚信,生物工程教育的未来将更加辉煌,更加充满活力。这套虚拟仿真实验不仅将改变学生们的学习方式,还将推动整个生物工程教育的发展,为社会培养出更多优秀的工程技术人才。

  • 新内涵,新标准!“新双高”与首轮“双高”大不同

    新内涵,新标准!“新双高”与首轮“双高”大不同

    新双高”要有新内涵、新标准。要聚焦破解产教深度融合这一本质难题,深化省域现代职业教育体系建设改革,推进市域产教联合体、行业产教融合共同体试点、示范和标准建设,在校企双向赋能、双向奔赴,形成发展命运共同体,重塑职业教育发展新体制。

  • 中华人民共和国第三届职业技能大赛暂定比赛项目公布

    中华人民共和国第三届职业技能大赛暂定比赛项目公布

    2025年,中华人民共和国第三届职业技能大赛将分为世赛选拔项目和国赛精选项目。其中,世赛选拔项目暂定第47届世界技能大赛的59个项目,国赛精选项目设置40个。

  • 野猪泛滥成灾,虚拟仿真如何培训生态猎人

    野猪泛滥成灾,虚拟仿真如何培训生态猎人

    通过高精度建模和仿真技术,在虚拟生态环境中进行高度模拟的狩猎培训,这样的幻想已经成为现实。相关技术还可以研究人员更好地把握动物习性,在不干扰真实环境的情况下,开展研究。虚拟仿真与动态捕捉技术的应用,证明科技发展与自然保护并不总是对立冲突,它可以以更好的方式缓解人与野生动物的矛盾,化冲突为和谐,化不可能为可能。

恒点新闻

  • 新内涵,新标准!“新双高”与首轮“双高”大不同

      270

    新双高”要有新内涵、新标准。要聚焦破解产教深度融合这一本质难题,深化省域现代职业教育体系建设改革,推进市域产教联合体、行业产教融合共同体试点、示范和标准建设,在校企双向赋能、双向奔赴,形成发展命运共同体,重塑职业教育发展新体制。

  • 中华人民共和国第三届职业技能大赛暂定比赛项目公布

      319

    2025年,中华人民共和国第三届职业技能大赛将分为世赛选拔项目和国赛精选项目。其中,世赛选拔项目暂定第47届世界技能大赛的59个项目,国赛精选项目设置40个。

  • 革新实训升级,盘点职业院校虚拟仿真实训基地建设五大要点

      509

    实践教学是职业教育人才培养中的重要一环。近年来,随着教育数字化发展,不少职业院校借助虚拟仿真、增强现实、全息影像等新型数字技术,构建出基于真实岗位情境的虚拟仿真实训基地,大大改善了职业教育教学实训中一些“高投入、高难度、高风险及难实施、难观摩、难再现”的场景应用。

相关产品

虚拟仿真实训室交互显示系统

3D-LED交互显示系统

集成了三维LED技术和扩展现实技术的交互式显示系统

虚拟仿真实训数字工作站

XR数字工作站

集成PC/VR/AR装置为用户提供一体化工作站

虚拟仿真教学资源共享平台

虚拟仿真教学资源共享平台

为本科/职业/军事院校提供虚拟仿真实训/实验资源共享开放平台

虚拟仿真实验项目开发软件

XR交互-资源开发编辑器

一款零代码、低门槛的虚拟仿真/虚拟现实内容开发编辑工具

3dppt/xr内容+营销展示的创作平台

XR演示-编辑开发平台

为演示/演讲用户提供3D/VR/MR内容的开发工具(3D版PPT)

VR / MR头戴设备

VR / MR头戴设备

独立设计研发教育专用操作系统的VR/MR头盔及眼镜

综合解决方案

XR内容定制服务

职业教育:虚拟仿真基地资源;本科教育:虚拟仿真一流课程

XR生产能力输出

帮助企业建设XR内容生产能力;与高校相关专业共建生产基地

虚拟仿真示范基地建设

基地平台、特色资源开发;基础软硬件条件建设

虚拟仿真专业实训室

基础软硬件条件建设;专业特色资源销售和定制

数字化研创中心

基础软硬件条件建设;研创软件工具及培训服务

虚拟现实课程实训室

虚拟现实人才培养课程;虚拟现实内容创作教室建设

数字融合创新设计中心

为数媒/艺术专业打造创新设计;XR开发、作品、课程

理实结合教室

实物展示设计、虚拟资源开发;教室信息化软硬件条件建设