本项目旨在培养学生在 “学习—仿真—实训—研讨”的交互过程中获得解决问题和分析问题的能力，以项目导向式教学模式系统性地强化对学生创新能力的培养和训练。（1）实验的必要性及实用性合成生物学是一门立足于生物科学，融合了化学、计算机、分子生物学等多学科知识，以工程学思维创制人工生物系统的新兴交叉学科。由于其“建物致用”的根本，党和国家高度重视合成生物学的发展，将其认定为我国“构建具有国际竞争力的现代产业技术体系”所需的“发展引领产业变革的颠覆性技术”。本实验立足于科研，反哺教学，从而更好地服务于培养具有创新思维、创新意识、创新能力的新时代中国特色社会主义建设者和高层次专业技术人才。（2）教学设计的合理性本实验在融合多学科知识点的基础上，通过“项目引导设计”将碎片化的平面知识结构和实验技能有机整合，构筑成系统性的、立体生动的“大肠杆菌中番茄红素的生物合成”科研训练综合实验课程。实验包括人工途径设计、优势菌株筛选、工厂规模化生产三个模块。实验不仅在内容上覆盖科研前沿（Gibson组装技术）、经典分子生物学实验操作、工厂生产优化过程等，而且在内核上强化前沿技术的落地、实验操作细节及优化过程原理的理解。本实验有效整合多学科知识点，紧密结合科技前沿，有益于培养学生良好的科研素养。（3）实验系统的先进性    本实验遵循合成生物学“设计→构建→测试→扩大生产”的原则，创建了生动的教学情境，完成在大肠杆菌中合成高附加值化学品番茄红素的虚拟实验教学活动。实验系统通过模块化设计还原真实合成生物学实验的工作流程和实验场景，解决现实实验过程耗时长、可供学生操作的设备昂贵、配置率低的问题，及无法开展综合性实验训练和大型工厂化生产实验的窘境。实验系统还模拟现实科研活动的不确定性，允许不合理或错误操作的发生；通过等级赋分、函数赋分等多种模型反馈学生对操作流程规范及实验原理的理解程度，解决现实实验中容错率低、及多次实验条件变化不可及的问题，鼓励学生吃透原理，提高实验准确度。探究式的实验过程充分体现科学知识与趣味并举，突破时间和空间限制，增强学生“理论”和“实践”双重学习的交互式体验，拓展实验教学内容广度和深度，全面提升学生的科研思维能力和实验操作技能。