虛擬仿真技術(shù)在食品科學專業(yè)實踐教學改革中的應(yīng)用研究

陶冬冰，梁莎莎，張 旋，張 琦，辛 廣，張佰清

（1.沈陽農(nóng)業(yè)大學食品學院，遼寧沈陽 110866；2.東北大學工商管理學院，遼寧沈陽 110819）

近年來，食品工業(yè)類別增加、產(chǎn)品線更豐富、技術(shù)水平不斷提高[1]，對大學生就業(yè)素質(zhì)尤其是實踐動手能力有了更高的要求，食品科學專業(yè)作為一個以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為主要目標的專業(yè)[2]，不斷根據(jù)社會需求調(diào)整辦學思路，改革實踐教學環(huán)節(jié)的教學模式，引入現(xiàn)代化教學手段，提升實踐教學水平，提高學生學習興趣及實踐創(chuàng)新能力[3]，以適應(yīng)飛速發(fā)展的食品工業(yè)需要就成為實踐教學改革的重要課題。

1 食品科學專業(yè)實踐教學運行中存在的主要問題

（1）實踐教學資源限制。國內(nèi)食品專業(yè)建設(shè)時間大都不長，隨著新食品新行業(yè)不斷出現(xiàn)，招生人數(shù)、就業(yè)渠道和用人要求不斷變化[4]；相應(yīng)的實踐教學場地不足，大型加工生產(chǎn)設(shè)備短缺，實踐教學體系不完善，實踐基地建設(shè)及實際運行能力不強，現(xiàn)有教學資源無法滿足食品行業(yè)發(fā)展及開展生產(chǎn)實習的要求[5]。學生到企業(yè)中進行生產(chǎn)實習往往只能從事化驗及產(chǎn)品包裝等簡單操作過程，無法完成生產(chǎn)線、大型檢測設(shè)備的操作，學生對這樣的實習熱情不高。另外受本科教學經(jīng)費的限制，學生的有效實習時間無法得到保證、實習企業(yè)的選擇受地點限制，只能選擇距離學校較近的企業(yè)，不能實現(xiàn)對食品加工行業(yè)的全覆蓋，學生達不到實踐目的，對動手能力、工程設(shè)計研究能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起不到應(yīng)有的效果[6]。

（2）學生對實踐教學不重視，熱情度不高，實踐教學考核體系不完善。由于受實踐教學資源限制，設(shè)備數(shù)量不足以達到每人一組，獨立操作學習的機會不多，加上高校實踐課的考核體系多為報告冊分數(shù)加平時出勤分數(shù)，考核內(nèi)容并沒有涉及過多的動手能力的考核[7]，很多學生的實習實驗課就是“走過場”，出席率保證了，實驗報告抄了，學分拿到了，但沒能達到動手能力的真正提升，學生就業(yè)、考研對實驗技能的考核也幾乎沒有，這就造成很多學生只重視課堂理論學習，而不重視實踐教學，對學生實踐能力的培養(yǎng)達不到應(yīng)有的效果[8]。

（3）部分實驗危險性大，不具備相應(yīng)的實驗條件，實驗課無法開設(shè)。食品科學專業(yè)的某些課程，如“食品毒理學實驗”“食品免疫學實驗”，很多高校不具備小動物實驗開設(shè)條件，這類實驗課程很難開設(shè)，再比如致病菌檢測，很多高校的本科專業(yè)對這類對人身傷害比較大的實驗也不會涉及，還有一些在強酸強堿或高溫高壓條件下進行的檢測，實驗出于實驗室安全考慮也多數(shù)會有實驗指導教師進行演示實驗，而不要求學生動手操作。這些實踐教學環(huán)節(jié)學生只能通過視頻、動畫、演示實驗進行了解，印象不深刻，嚴重影響實踐教學效果[9]。

（4）實驗開設(shè)受原料季節(jié)性限制。食品專業(yè)的很多實踐實驗課受食品加工原料限制很大，特別是北方地區(qū)的高校，實踐實驗課安排考慮食品原料成本必須根據(jù)原料采收季節(jié)安排，這樣對整體教學計劃設(shè)置影響很大，既需要考慮理論課程內(nèi)容的銜接性，又要兼顧實踐課程的開設(shè)時間，制定教學計劃時很困難[10]。另外，學生的實驗實踐課與學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目實踐、畢業(yè)論文完成等就會集中在同一時間段完成，實踐場地、實踐、組織都會存在很多困難，效果也不好。

（5）生產(chǎn)實踐課程能源消耗巨大，學生動手機會少。很多高校的食品專業(yè)為了提高專業(yè)建設(shè)水平，提升實踐教學效果，加大投入建設(shè)了校內(nèi)生產(chǎn)實踐教學基地，購置食品加工生產(chǎn)線，解決只能到企業(yè)參觀的“走馬觀花”式的生產(chǎn)實踐教學[11]。但相應(yīng)也會產(chǎn)生巨大的能源消耗費用，生產(chǎn)實踐過程中教師講解生產(chǎn)原理、生產(chǎn)線具體操作規(guī)范都需要大量的時間，學生再進行獨立操作，這期間能源消耗都很大，再加上生產(chǎn)線數(shù)量上的限制，很多學生都是在邊上看別人操作，自己不愿動手或不敢動手，校內(nèi)生產(chǎn)實踐無法達到預期效果。

2 虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在食品科學專業(yè)實踐教學改革的建設(shè)內(nèi)容

建立食品加工與檢測虛擬仿真實驗教學平臺，根據(jù)社會對畢業(yè)生就業(yè)需求及食品專業(yè)發(fā)展特色選擇適合的虛擬仿真實驗項目進行建設(shè)，完成實驗、實習指導教師的培訓，建立完善的虛擬仿真實驗教學平臺管理制度，通過培訓、引進人才等方式提高虛擬仿真教學教師隊伍水平[12]，在高校內(nèi)其他相關(guān)專業(yè)及區(qū)域內(nèi)其他高校食品相關(guān)專業(yè)實現(xiàn)共享。建立完備的虛擬仿真實驗技術(shù)與食品專業(yè)實踐教學內(nèi)容相結(jié)合的創(chuàng)新實踐教學模式。

（1）建立虛擬仿真實驗教學平臺。內(nèi)容包括虛擬仿真實驗項目的學習、交互操作、考核，實驗室安全知識考核，實驗操作視頻，實驗原理演示動畫等內(nèi)容。

（2）建設(shè)虛擬仿真實驗內(nèi)容，結(jié)合食品專業(yè)特色及社會食品企事業(yè)單位用人需求，開發(fā)3D果蔬飲料加工工廠虛擬仿真實驗項目、啤酒發(fā)酵2D虛擬仿真實驗項目、液質(zhì)聯(lián)用、氣質(zhì)聯(lián)用檢測虛擬仿真實驗項目、食品毒理學、食品免疫學等虛擬仿真實驗項目。

（3）對實驗、實習指導教師進行虛擬仿真實驗軟件操作培訓，提高虛擬仿真實驗項目在實踐教學中的應(yīng)用效果。

（4）建立完善的虛擬仿真實驗教學平臺管理制度及平臺共享制度，保證虛擬仿真實驗教學平臺的正常運行。

（5）建立高水平虛擬仿真教學教師隊伍，與虛擬仿真軟件開發(fā)企業(yè)進行深度合作，通過培訓、引進人才等手段不斷提升實驗教師隊伍水平。

（6）通過使用虛擬仿真實驗軟件，不斷發(fā)現(xiàn)問題進行軟件設(shè)計調(diào)整，完善虛擬仿真軟件，使之與食品專業(yè)實踐教學特色緊密結(jié)合。

（7）不斷開發(fā)新的虛擬仿真實驗項目，使虛擬仿真實驗教學平臺內(nèi)容更加貼合生產(chǎn)實際，更加符合社會對食品專業(yè)學生就業(yè)的要求。

（8）通過網(wǎng)絡(luò)平臺的建設(shè)，達到開放共享，服務(wù)校內(nèi)相關(guān)工程、園藝、生物技術(shù)等專業(yè)，并在區(qū)域內(nèi)其他高校食品相關(guān)專業(yè)進行共享服務(wù)。

3 虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在食品科學專業(yè)實踐教學改革的作用

（1）虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)能夠深入解剖實驗教學過程，要求學生必須在理解的基礎(chǔ)上通過思考才能正確操作，克服實驗中出現(xiàn)的盲目操作和走過場現(xiàn)象[13]，每名學生都可以通過虛擬仿真實驗平臺進行預習學習，再到實驗課上親自動手操作，大大提高實驗教學的質(zhì)量和水平。

（2）通過將實踐教學各環(huán)節(jié)虛擬仿真，可以提升學生的學習興趣，使實踐教學不只局限于課上教學，學生可以隨時隨地通過網(wǎng)絡(luò)進行學習操作，趣味性強，激發(fā)學生實踐課前預習、課后復習、自主學習的熱情[14]，對學生掌握實驗技能、提升動手能力都有很大的幫助。

（3）虛擬仿真實驗項目建立可以根據(jù)實驗教師的要求設(shè)定考核點，方便教師對學生的時間課程考核，改變原有的實驗報告加出席的簡單考核方式[15]，更有利于督促學生完成實踐教學相關(guān)知識點學習，提高實踐教學質(zhì)量。

（4）實驗過程各個參數(shù)可以在允許范圍內(nèi)自行更改，使得每個學生和每次實驗操作所測得的正確結(jié)果不同，從根本上避免實驗報告雷同，防止抄襲的現(xiàn)象發(fā)生。

（5）虛擬仿真實驗給學生留有較大的選擇空間，學生可在虛擬仿真系統(tǒng)中自行制定實驗方案、調(diào)整實驗參數(shù)、模擬真實的實驗過程。通過這一方式激發(fā)學生的創(chuàng)新精神，有利于學生進行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實驗項目的進行[16]。

（6）通過虛擬仿真實驗項目的建立可以解決因?qū)嶒灄l件不具備而不能開設(shè)的實驗項目的學習，解決教學資源配置不足、學生動手機會少的問題[17]，解決因原料季節(jié)性限制而無法在其余時間進行實驗的問題，解決因?qū)嶒烅椖课ｋU性大而只能進行演示實驗的問題。通過虛擬仿真實驗項目的學習開闊學生的眼界，即使這個實驗沒有實際動手做過，也能在虛擬實驗中操作學習實驗的具體步驟、注意事項，提高了學生適應(yīng)行業(yè)企業(yè)要求的就業(yè)能力[18]。

4 結(jié)語

在我國高等教育中，實踐教學是一個非常重要的教學環(huán)節(jié)；是認真貫徹黨的“教育與生產(chǎn)勞動相結(jié)合”教育方針[19]，培養(yǎng)造就食品生產(chǎn)、科研及管理第一線所需要的合格人才的重要手段；將虛擬化、數(shù)字化實驗室的建設(shè)作為實驗教學建設(shè)與改革的重要方向是實現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標的有力措施和必要保證[20]。引入虛擬仿真技術(shù)，建立食品加工生產(chǎn)、食品安全檢測、大型設(shè)備操作的虛擬仿真項目，解決實踐教學環(huán)節(jié)中危險性實驗無法開設(shè)、食品加工實驗受原料季節(jié)性影響大、生產(chǎn)設(shè)備及大型分析檢測儀器設(shè)備資源有限，參觀工廠企業(yè)走馬觀花等問題，提高學生對實踐教學的學習興趣，拓寬學生的學習范圍，培養(yǎng)學生創(chuàng)新性思維、實操能力，使學生具備更強的食品專業(yè)從業(yè)素質(zhì)，改變以往工廠認為的本科生動手能力不如?？粕默F(xiàn)狀，為畢業(yè)生就業(yè)打下堅實基礎(chǔ)。