混合式教學(xué)模式在食品科學(xué)與工程專業(yè)中的應(yīng)用實踐
——以“豆醬的生產(chǎn)與質(zhì)量控制”虛擬仿真實驗教學(xué)項目為例

王長遠，曹榮安，季瑞雪，牛廣財，張麗媛，李志江

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江大慶 163319）

0 引言

混合式教學(xué)（Blending Learning） 把傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式的優(yōu)勢和數(shù)字化或網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)（E-Learning） 的優(yōu)勢相結(jié)合[1]，既發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，又充分體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體的主動性、積極性與創(chuàng)造性，只有將這二者結(jié)合起來，使二者優(yōu)勢互補，才能獲得最佳的學(xué)習(xí)效果。混合式教學(xué)模式突破了傳統(tǒng)教學(xué)的時空限制，既可發(fā)揮教師組織、引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，又能充分體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體的主動性、積極性與創(chuàng)造性。學(xué)生可以根據(jù)自身實際和需要，隨時、隨地進行自由、自主地學(xué)習(xí)，改變了學(xué)生的認知方式，教師的教學(xué)模式、教學(xué)策略、角色也都發(fā)生改變。混合式教學(xué)是學(xué)習(xí)理念的一種提升，因而得到廣泛推行和應(yīng)用[2]。以“豆醬的生產(chǎn)與質(zhì)量控制”虛擬仿真實驗教學(xué)項目為例，闡述混合式教學(xué)模式在食品科學(xué)與工程專業(yè)中的應(yīng)用。

1 課程介紹

“豆醬的生產(chǎn)與質(zhì)量控制”是食品科學(xué)與工程專業(yè)中重要的實驗課程，實驗對基本知識要求較多，涉及“食品微生物”“食品化學(xué)”“食品分析化學(xué)”“食品機械與設(shè)備”“食品感官評定”等多門基礎(chǔ)課程的知識內(nèi)容。通過實驗使學(xué)生掌握微生物制曲和發(fā)酵的基本原理，掌握豆醬制曲過程中的酶學(xué)變化原理、豆醬發(fā)酵過程中的質(zhì)量控制和風(fēng)味變化原理，以及豆醬生產(chǎn)過程中的設(shè)備及操作原理。

2 虛擬仿真實驗平臺建設(shè)

“豆醬的生產(chǎn)與質(zhì)量控制”實驗仿真軟件是根據(jù)豆醬實際生產(chǎn)過程構(gòu)建的。為使其達到工廠化實踐效果，需要設(shè)置逼真的場景及包含眾多單元設(shè)備的完整生產(chǎn)線，并具有呈現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)參數(shù)、跟蹤操作、實時信息反饋等功能。由于涉及到的設(shè)備較多，場景較大，因此將其分為原料處理、制曲、發(fā)酵、包裝與檢驗等5 個獨立SWF 文件進行處理。平臺以豆醬生產(chǎn)的全過程場景為例，該文件主要包括3 個部分：虛擬設(shè)備、控制菜單、信息管理系統(tǒng)[3]。虛擬設(shè)備是實現(xiàn)整個軟件功能的基礎(chǔ)，豆醬生產(chǎn)涉及到的設(shè)備較多，如蒸煮鍋、制曲池、發(fā)酵池、包裝機及檢驗設(shè)備等。項目將所有的虛擬設(shè)備通過參數(shù)調(diào)節(jié)與傳遞相互關(guān)聯(lián)起來，構(gòu)成一個整體，其中XML 文件作為跨平臺的后臺數(shù)據(jù)存儲工具，并綁定到menuBar 組件，構(gòu)建級聯(lián)菜單，從而利用控制菜單實現(xiàn)了對整個模擬操作過程的控制。信息管理系統(tǒng)包含實際操作過程需要的相關(guān)計時管理、參數(shù)選擇、進程管理、外部SWF 調(diào)用等[4]。

“豆醬的生產(chǎn)與質(zhì)量控制”虛擬仿真實驗平臺框架圖見圖1。

圖1 “豆醬的生產(chǎn)與質(zhì)量控制”虛擬仿真實驗平臺框架圖

3 平臺特色

平臺利用3D 仿真虛擬技術(shù)，實現(xiàn)理論教學(xué)與實踐教學(xué)的高度融合，采用研究型開放式實驗方法，從豆醬生產(chǎn)和質(zhì)量控制方面多維度提升學(xué)生綜合技能。

3.1 教學(xué)理念

“豆醬生產(chǎn)與質(zhì)量控制”實驗仿真主要的教學(xué)理念是虛實結(jié)合、知行統(tǒng)一，特色是運用現(xiàn)代3D 工廠仿真信息化軟件，實現(xiàn)豆醬工廠生產(chǎn)場景的模擬，提高學(xué)生的認知、理論和實踐技能。

（1） 虛實結(jié)合。將豆醬生產(chǎn)的實驗與工廠生產(chǎn)仿真軟件學(xué)相結(jié)合，強化學(xué)生的真實性實踐效果的模擬，掌握豆醬生產(chǎn)工藝與質(zhì)量控制技能。

（2） 知行統(tǒng)一。將豆醬生產(chǎn)原理、工藝與仿真操作相結(jié)合，實現(xiàn)理論知識與工廠化實踐結(jié)合，工藝參數(shù)、設(shè)備操作與仿真體系相結(jié)合，提高學(xué)生的實踐動手能力。

3.2 教學(xué)內(nèi)容

采用信息化仿真實驗教學(xué)，實現(xiàn)豆醬生產(chǎn)與全程質(zhì)量控制的全景教學(xué)，達到工廠化現(xiàn)場實習(xí)的效果。

（1） 豆醬生產(chǎn)工藝和參數(shù)的仿真學(xué)習(xí)。學(xué)生通過虛擬仿真體系，掌握豆醬生產(chǎn)的原理、工藝路線和工藝參數(shù)，提升理論和實踐技能。

（2） 豆醬生產(chǎn)設(shè)備的仿真學(xué)習(xí)。學(xué)生可以模擬工廠的豆醬生產(chǎn)，掌握原料預(yù)處理、制曲、發(fā)酵和包裝設(shè)備的使用，并與工藝和參數(shù)結(jié)合，提高動手能力的培養(yǎng)。

（3） 豆醬質(zhì)量控制的仿真學(xué)習(xí)。掌握豆醬生產(chǎn)過程及成品質(zhì)量控制參數(shù)及檢驗方法，培養(yǎng)HACCP和GMP 檢驗與管理能力。

3.3 教學(xué)方法

采用研究型開放式教學(xué)方法提高學(xué)生科研能力，開放式的實驗方法提升了學(xué)生獨立思考和解決問題的能力，達到良好的復(fù)合型和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目的。

3.4 開放運行

仿真教學(xué)軟件實行24 h 對校內(nèi)外全天開放，隨時滿足學(xué)習(xí)需求。同時，仿真軟件服務(wù)器端在互聯(lián)網(wǎng)上進行登錄認證在校外開放使用，學(xué)生在公共機房或自己電腦上安裝客戶端，便可進行仿真練習(xí)，不受地域限制，并實時查看操作得分[5]。也可面向全國高校和社會免費開放并提供教學(xué)服務(wù)，1 年后至3 年內(nèi)免費開放服務(wù)內(nèi)容不少于50%，3 年后免費開放服務(wù)內(nèi)容不少于30%。

3.5 評價體系

系統(tǒng)對學(xué)生進行3D 漫游學(xué)習(xí)過程進行智能判斷及評價，對工藝仿真操作自動評分。

4 實施效果

在“豆醬生產(chǎn)與質(zhì)量控制”虛擬仿真實驗中，教師采用仿工廠化生產(chǎn)現(xiàn)場實踐教學(xué)，結(jié)合企業(yè)研發(fā)和教師科研進行研究型實驗教學(xué)，形成了以學(xué)生為主體的開放式實驗教學(xué)方法，并從多個角度獲得了較好的教學(xué)效果。通過科研方案的設(shè)計，學(xué)生獲得了豆醬生產(chǎn)研究的關(guān)鍵工藝技術(shù)參數(shù)，在實驗過程中體會到一般科研實施的具體過程，激發(fā)了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性。學(xué)生能獨立做實驗，能在一個發(fā)揮自身特長的教學(xué)環(huán)境成長，把課程基本理論與科研和生產(chǎn)實際緊密結(jié)合[6]。同時，通過教師的評價，學(xué)生會體驗到一份成功感，體會到做事時被教師認可后的榮譽感，而不是面對僵硬的實驗分數(shù)。通過實驗操作，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力和獨立解決問題的能力，并能夠掌握食品檢驗分析設(shè)備和豆醬生產(chǎn)設(shè)施的操作技能，體驗到團隊協(xié)作能夠帶動發(fā)揮個體的潛質(zhì)，促進了教、學(xué)與研的相互提高。食品科研的實施必須輔助于相應(yīng)的設(shè)備來實現(xiàn)，利用現(xiàn)有豆醬生產(chǎn)線平臺和分析測試設(shè)備，學(xué)生真正動手調(diào)試和使用，是提高實驗技能和生產(chǎn)技能的重要前提。結(jié)合科研設(shè)備的使用，真正起到了以研促教的作用，學(xué)生能夠體會到設(shè)備使用的方法和技巧，收獲了團隊和教師的信任，在將來的工作中如果遇到同樣的設(shè)備，必然會得心應(yīng)手。

5 結(jié)語

“豆醬的生產(chǎn)與質(zhì)量控制”虛擬仿真實驗教學(xué)項目的實施收到了很好的效果，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，增強了學(xué)習(xí)效果，同時也對混合式教學(xué)模式在食品科學(xué)與工程專業(yè)中應(yīng)用提供了參考。相信隨著混合式教學(xué)模式在食品科學(xué)與工程專業(yè)中應(yīng)用越發(fā)廣泛，對于提高學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量會有更大的促進作用。