（1）实验的必要性及实用性
本虚拟仿真项目是解决植物生物学课程教学和实验内容方面的必要环节。植物与环境之间的物质、能量和信息交流，对于植物正常生长发育至关重要。随着植物生理学和植物细胞生物学等学科发展，要求植物生物学课程和实验内容作出调整。前期，山东大学生命科学学院植物生物学等课程，进行了教学和实验内容的更新，增添了以植物蒸腾作用和分子调控分子机制方面的内容，以提高本科生在植物细胞细胞转导方面的知识和实验技能。这部分内容，同学们兴趣很大、积极性很高，特别是对于利用膜片钳技术兴趣尤其高。膜片钳电生理技术可以直观检测细胞跨膜离子转运，因此成为了研究保卫细胞气孔运动参与植物抗旱机理的重要手段。通过利用膜片钳技术，可以测定在外界刺激下，保卫细胞膜上离子通道电流的变化，最终体现出对气孔开度大小的调控并影响植物蒸腾作用以及抗旱能力。但是，在实际实验教学环节却存在的一系列问题：
① 实验持续的周期长。拟南芥从种子播种、幼苗移栽再到植株发育过程耗时长达一个月以上，且全程需要每天进行浇水、照看等工作，学生需要轮流在上课时间之外完成实验内容，实现难度很大。
② 用于实验的材料选择窗口期短，实验操作难以多次重复。实验需要选择四周左右，大小适宜的拟南芥莲座叶片，最佳时期持续时间较短，存在较强时效性。并且，气孔运动实验中叶片下表皮水压片的制作和膜片钳实验，操作步骤较多，操作过程较为复杂，这使得指导教师不易重复演示，学生实际操作与重复练习也变得异常困难，增加了实验教学的难度。
③ 实验材料的培育空间难以保证。气孔运动实验需要使用大量拟南芥莲座叶片，植物材料需占用较多的实验室温室空间，且难以充足保证。
④ 实验教学成本较高，仪器操作培训周期长。在气孔运动实验和保卫细胞提取过程中，分别需要使用植物激素脱落酸试剂和细胞酶解液，而脱落酸试剂和酶解液价格昂贵。此外，膜片钳实验需要的一系列电生理实验仪器设备，较为精密且价格较高。教学不同于科研，学生人数众多，如果为保证教学质量，就需要较多台套数，这会耗资巨大，建设难度很高。并且，膜片钳等仪器操作达到熟练程度，即便是对于研究生而言，也至少需要培训三个月以上。因此，在前期本实验模块部分，只能让学生进行气孔运动测定实验，而对于保卫细胞膜片钳实验，只能通过仪器示范性讲解，只有选择植物细胞信号转导方向进行科创和毕业设计的极少数同学，能够进入课题组进行细致学习和实验。
因此，对本课程模块建立虚拟仿真实验项目，将有效解决植物生物学线下实验操作中遇到的诸多困难。通过“利用膜片钳探究植物干旱应答虚拟仿真实验”有效解决了植物拟南芥培育周期长、用于实验的材料选择窗口期短、培养过程中不确定因素过多、仪器设备昂贵精密、仪器操作培训时间周期长、经济成本高等问题，克服了膜片钳仪器平台操作使用的限制，既能为学生传授重要的植物生物学学科前沿知识和研究手段，拓展本科实验教学的深度与广度，提高同学们的学科思维和创新能力，又能为科学研究提供帮助与支持。同时该实验项目还可以在全国范围内进行共享应用，填补了此项实验项目在本科教学实验中的空白，惠及多个高校院所，尤其是中西部高校，可以在线下无条件实现的情况下学习重要且前沿的知识与技术，在全国范围内都极具推广应用价值。
本项目是基于植物生物学、植物生理学、细胞生物学、电生理学等重要科学研究领域中必不可少的研究对象（模式植物拟南芥）和实验研究手段（气孔运动与膜片钳技术）开展，具有极强的科学和实用价值，在本科实验教学中具有极大的必要性、经典性和可扩展性。
此外，受当前新型冠状病毒引起的肺炎疫情影响，虚拟仿真项目这种新型的线上教学模式，更显示出其必要性和优越性。能够让学生不受外界条件限制，随时随地开展实验学习，并及时巩固学习效果。
（2）教学设计的合理性
本虚拟仿真项目以拟南芥为研究对象，合理地设计了膜片钳技术研究植物干旱响应机制的四部分实验模块，化繁为简，一步步引导学生学习蒸腾作用中拟南芥气孔运动的作用；保卫细胞膜离子通道电流的观察、记录和分析；以及脱落酸 (ABA) 调控保卫细胞跨膜离子转运，进而增强学生对拟南芥抗旱机制等重要专业知识内容的掌握，并可以让学生在较少的学时内完成整个漫长、复杂的实验操作过程。
（3）实验系统的先进性
膜片钳技术是生物学研究领域中的先进实验技术，其最早应用于生理学、神经生物学等科学研究中，包含物理、化学、生物、医学等多种学科知识，该技术能够进行细胞水平的生物电记录，通过膜片钳技术记录检测的多种电生理指标，对于临床的医学诊断有重要意义。本项目所涉及的植物细胞跨膜离子转运与信号转导的相关内容，是膜片钳技术在植物科学研究领域的最新应用，代表了学科发展前沿已经从传统植物生物学，向植物细胞生物学、植物生理学和植物分子生物学等延伸，是目前理科学科教学内容革新的要求。但目前国际范围内，仅有少数课题组可以开展膜片钳电生理相关的研究工作。如何引导本科生尽快接触学科前沿知识和相关的实验技能，是目前本科生教学的短板。
本虚拟仿真项目为植物类乃至生物科学类学科前沿相关实验教学提供了新的教学途径和思路。
① 通过虚实结合，打破课堂知识学习和操作实践之间的壁垒；
② 实现了学科基础知识和前沿分子机制的结合，项目融合了一系列干旱胁迫应答机制研究的科研成果，具备较强先进性，体现了科研反哺教学，促进了科研与教学的有机融合，拓宽了本科实验教学的深度和广度；
③ 结合线上学习和线下实验操作检测成效，切实保证实验课程既定目标。
除此之外，当前新型冠状病毒 (2019-nCoV) 引起的肺炎疫情影响尚未完全消除，本虚拟仿真项目这种新型线上教学模式，可以降低外部因素干扰，保证学生及时开展实验技术学习，学生可以随时通过线上反复练习，巩固学习效果。同时，针对2019-nCoV病毒的学术研究也是当今科研领域的研究热点，膜片钳技术作为多学科交叉的先进研究技术，本身具有共同性、相通性，学生通过学习本项目实验内容，掌握膜片钳技术后，将有助于向医学等其他学科研究的扩展，实现先进技术的广泛应用。