虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺助力白酒釀造工藝實(shí)踐教學(xué)

楊旭，胡曉龍，宋麗麗，栗俊廣，望運(yùn)滔，白艷紅,3 *

1(鄭州輕工業(yè)大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，河南 鄭州，450002)2(河南省冷鏈?zhǔn)称焚|(zhì)量安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州，450002)3(鄭州市代謝工程和系統(tǒng)生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州，450002)

白酒作為我國優(yōu)勢固態(tài)發(fā)酵食品，其獨(dú)特的釀造工藝作為典型固態(tài)發(fā)酵方式的代表被列入全國多所高校生物類專業(yè)的理論或?qū)嵺`教學(xué)環(huán)節(jié)中，在生物工程專業(yè)課程體系中占有十分重要的地位。目前我國白酒釀造工藝實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)存在不足，影響了專業(yè)人才的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，主要原因包括：

(1)傳統(tǒng)教學(xué)課程目標(biāo)不夠清晰合理，導(dǎo)致學(xué)生不清楚應(yīng)該具體掌握哪些知識和能力；

(2)傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)施中，教師處于教學(xué)主體地位，學(xué)生積極性差，接受度低，教學(xué)效果欠佳；

(3)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)課時(shí)制約及工廠實(shí)習(xí)安全等問題，導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室及實(shí)習(xí)基地均很難完成白酒釀造工藝的系統(tǒng)學(xué)習(xí)和動(dòng)手操作等；

(4)考核方式較為單一傳統(tǒng)，欠缺對知識理解、分析和應(yīng)用等深層次能力考核。

在這種教學(xué)模式下，學(xué)生不僅很難掌握一個(gè)完整的白酒釀造工藝操作過程，而且對核心環(huán)節(jié)的發(fā)酵過程控制也缺乏有效的實(shí)踐，進(jìn)而缺乏對發(fā)酵工程應(yīng)用探究的主動(dòng)性[1]。以新工科建設(shè)為契機(jī)，在推進(jìn)工程教育“以學(xué)生為中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”核心理念全面改革過程中[2]，課程是人才培養(yǎng)的核心要素，課程質(zhì)量直接決定人才培養(yǎng)質(zhì)量[3-4]。

針對上述問題，本課題組集中了學(xué)科內(nèi)多位具有豐富工程實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)的教師與企業(yè)導(dǎo)師，借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的可視化、直觀性等特點(diǎn)，開發(fā)出了白酒釀造工藝虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(virtual simulation experiment teaching platform-liquor brewing process,VSETP-LBP)。白酒釀造本科教學(xué)特別是實(shí)驗(yàn)課程注重培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力，其線上授課難度遠(yuǎn)大于理論課程。2020年疫情期間，“停課不停學(xué)”加速了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)從過去的新嘗試走到現(xiàn)在的新常態(tài)，破解了當(dāng)下實(shí)驗(yàn)教學(xué)“做不到”、“做不了”、“做不上”等難題。師生在不受時(shí)間、空間以及設(shè)備臺套數(shù)限制的情況下，通過三維可視化效果及實(shí)操、評分等環(huán)節(jié)，提升教學(xué)效果和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ瑸閷?shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量保障提供了新的技術(shù)手段和強(qiáng)力支撐。這一教學(xué)改革實(shí)踐不僅大大提升了實(shí)踐場所的安全系數(shù)，培養(yǎng)了學(xué)生的操作規(guī)范性，消除了他們對操控中大型設(shè)備的陌生感；而且使其對發(fā)酵過程控制有了更為直觀的認(rèn)識，取得了良好的教學(xué)效果。為此，我們總結(jié)了教學(xué)改革中的經(jīng)驗(yàn)供同行參考，以期形成有推廣意義的實(shí)踐教學(xué)平臺，為強(qiáng)化學(xué)生的工程能力探索一條可行之路。

1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺特點(diǎn)與目標(biāo)

為適應(yīng)知識獲取和教學(xué)方法發(fā)生重大變化，加強(qiáng)信息技術(shù)與教育深度融合的要求，中國教育部贊助開發(fā)國家VSETP[5]。國家VSETP項(xiàng)目堅(jiān)持“以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)”的原則，突出實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用驅(qū)動(dòng)、資源共享和信息化，以優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)促進(jìn)高等教育建設(shè)[6-7]。目前，該項(xiàng)目還在持續(xù)建設(shè)中。VSETP主要有以下特點(diǎn)：突出以學(xué)生為中心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，準(zhǔn)確恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新多樣的教學(xué)方法，先進(jìn)可靠的實(shí)驗(yàn)研發(fā)技術(shù)，穩(wěn)定安全的開放式操作模式和不斷完善的實(shí)驗(yàn)評價(jià)體系。

國家VSETP的主要目標(biāo)是“培養(yǎng)基礎(chǔ)廣泛、靈活的畢業(yè)生，能夠互動(dòng)思考，解決問題，并成為終身學(xué)習(xí)者”[8]。建立虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境和仿真實(shí)驗(yàn)對象，構(gòu)建網(wǎng)上共享虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源,通過“虛實(shí)結(jié)合”的教學(xué)方法，有效地改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生直觀地體驗(yàn)整個(gè)工作流程，增強(qiáng)對理論知識的理解。

2 白酒固態(tài)釀造工藝虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺

2.1 建設(shè)目標(biāo)

虛擬仿真教學(xué)模式通過“虛擬數(shù)據(jù)采集、虛擬現(xiàn)實(shí)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)交叉整合”的方法，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)與傳統(tǒng)的實(shí)踐性實(shí)驗(yàn)和課堂理論相結(jié)合，有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

VSETP-LBP平臺建設(shè)目標(biāo)如下：

(1) 理論知識構(gòu)建：熟悉和掌握固態(tài)發(fā)酵的生物學(xué)本質(zhì)和了解其代謝物形成機(jī)理；

(2) 模擬仿真操作：了解和掌握固態(tài)白酒實(shí)際釀造過程、原理、生產(chǎn)操作要點(diǎn)；

(3) 綜合能力培養(yǎng)：提高學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識和操作技能解決工程問題的能力；

(4) 分析技能提升：綜合分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果,有條理、有邏輯的表達(dá)和完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

對于教師來說，VSETP-LBP有具體的目標(biāo)并可實(shí)時(shí)評估，而教師只需要提供明確的教學(xué)目標(biāo)。從學(xué)生的角度來看，VSETP-LBP可激發(fā)學(xué)生相互協(xié)作與合作學(xué)習(xí)的能力(如解決問題能力)。同時(shí)，在不斷的教學(xué)過程中，根據(jù)教學(xué)應(yīng)用反饋可深入對其各種功能進(jìn)行改進(jìn)和完善。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)與功能

VSETP-LBP平臺軟件的總體系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，顯示了各個(gè)模塊(學(xué)生實(shí)驗(yàn)、教師教學(xué))與數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的內(nèi)容之間的關(guān)系。為保證VSETP的運(yùn)行，VSETP-LBP采用云數(shù)據(jù)計(jì)算管理技術(shù)，依托高性能服務(wù)器和強(qiáng)大的校園網(wǎng)，可滿足數(shù)千個(gè)并發(fā)訪問(即學(xué)生在線學(xué)習(xí))。

圖1 VSETP-LBP平臺系統(tǒng)架構(gòu)和功能框架Fig.1 VSETP-LBP structure and functional framework

教師通過仿真程序教師端(CS架構(gòu))管理學(xué)員和試題，對仿真系統(tǒng)進(jìn)行部署和維護(hù)。教師端通過網(wǎng)絡(luò)通訊程序與運(yùn)行在學(xué)生電腦的仿真程序?qū)W員端進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)學(xué)員端仿真程序的啟動(dòng)和控制。教師和學(xué)生可以訪問管理平臺(BS架構(gòu))，進(jìn)行基礎(chǔ)信息(應(yīng)用統(tǒng)計(jì)、訪問統(tǒng)計(jì)、考試成績等)的數(shù)據(jù)訪問。管理平臺也具備仿真程序教師端的功能，通過網(wǎng)絡(luò)通訊層與運(yùn)行在學(xué)生電腦的仿真程序?qū)W員端進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)學(xué)員端仿真程序的啟動(dòng)和控制。仿真程序?qū)W員端部署在學(xué)生所在電腦，學(xué)員端的應(yīng)用管理程序負(fù)責(zé)提供智能評分、工況管理、仿真程序生命周期管理等服務(wù)，并提供這些服務(wù)對仿真運(yùn)行平臺的訪問功能。仿真運(yùn)行平臺創(chuàng)建仿真數(shù)據(jù)和計(jì)算單元，實(shí)現(xiàn)和維護(hù)仿真算法邏輯的運(yùn)行。運(yùn)行平臺向應(yīng)用管理程序提供仿真運(yùn)算的實(shí)時(shí)結(jié)果。開發(fā)者通過仿真開發(fā)端提供的工具集進(jìn)行建模，實(shí)現(xiàn)算法、圖元和工藝的組態(tài)，對仿真程序中的工況和評分進(jìn)行配置。所有建模數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中，并可以獨(dú)立導(dǎo)出文件。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)通過VSTEP-LBP校內(nèi)、校外門戶網(wǎng)站，通過教師和學(xué)生賬號進(jìn)行統(tǒng)一。教師和學(xué)生需要使用自己的個(gè)人賬戶，通過點(diǎn)擊“登錄”按鈕進(jìn)入教學(xué)管理課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)和管理這2個(gè)功能在不同的模塊中進(jìn)行教學(xué)：

(1)VSETP-LBP實(shí)驗(yàn)?zāi)K

VSETP-LBP實(shí)驗(yàn)?zāi)K涵蓋了白酒釀造工藝實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的全過程。整個(gè)教學(xué)活動(dòng)通過在線實(shí)驗(yàn)和實(shí)時(shí)評價(jià)相結(jié)合的方式完成。實(shí)驗(yàn)過程中用戶的信息可以通過服務(wù)器實(shí)時(shí)記錄到數(shù)據(jù)庫中。該平臺涵蓋了“開窖起糟”、“上甑蒸餾”、“攤晾下曲”和“入窖管理”等白酒釀造工藝流程的各個(gè)方面，使學(xué)生能夠理解和掌握表1所述的每個(gè)操作步驟中的知識點(diǎn)(“n”表示VSETP-LBP平臺的知識點(diǎn)數(shù)量)。

表1 VSETP-LBP平臺知識點(diǎn)Table 1 Knowledge point of VSETP-LBP platform

(2)VSETP-LBP管理模塊

VSETP-LBP為不同的用戶提供仿真實(shí)驗(yàn)的web界面和信息管理功能。每個(gè)學(xué)生或老師都有一個(gè)單獨(dú)的賬戶。用戶登錄后，在服務(wù)器的引導(dǎo)下進(jìn)入實(shí)驗(yàn)功能模塊。其次，VSETP-LBP系統(tǒng)將實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)的信息記錄到數(shù)據(jù)庫(MySQL)中并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。通過數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)記錄功能，將VSETP-LBP平臺上的所有(行為)數(shù)據(jù)和一些統(tǒng)計(jì)分析(如學(xué)生學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)效果和教學(xué)效果分析)存儲(chǔ)在服務(wù)器上。最后，將這些統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果反饋給學(xué)生和教師，幫助他們調(diào)整學(xué)習(xí)重心，改進(jìn)教學(xué)方法。表2列出了VSETP-LBP平臺設(shè)備和軟件要求。

表2 VSETP-LBP平臺設(shè)備和軟件要求Table 2 Equipment and software requirements for VSETP-LBP platform

2.3 實(shí)踐教學(xué)模式

教學(xué)方法、形式和資源是向?qū)W生傳遞教學(xué)內(nèi)容的有效載體[9]。教學(xué)實(shí)施是達(dá)成課程目標(biāo)的執(zhí)行環(huán)節(jié)。針對白酒釀造工藝教學(xué)內(nèi)容中理論知識和工程實(shí)踐難點(diǎn)，需要合理選擇和設(shè)計(jì)教學(xué)模式，才能達(dá)成相應(yīng)課程目標(biāo)。VSETP-LBP平臺采用“理、虛、實(shí)”一體化的實(shí)踐教學(xué)模式(圖2)。

圖2 “理、虛、實(shí)”一體化的實(shí)踐教學(xué)模式Fig.2 Practical teaching mode of integration of reason,virtual and reality

理：在學(xué)生進(jìn)行虛擬仿真實(shí)訓(xùn)及進(jìn)入白酒企業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)前，指導(dǎo)教師將實(shí)訓(xùn)講義、文獻(xiàn)、相關(guān)視頻等數(shù)字化教學(xué)資料提前下發(fā)至學(xué)生。學(xué)生課前預(yù)習(xí)，教師采用多媒體教學(xué)方式講授白酒固態(tài)發(fā)酵理論知識、企業(yè)生產(chǎn)要求規(guī)范、釀造工藝及操作要點(diǎn)等。

虛：學(xué)生通過登錄軟件系統(tǒng)進(jìn)入白酒固態(tài)發(fā)酵實(shí)訓(xùn)。虛擬仿真軟件能夠提供真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)流程及實(shí)驗(yàn)任務(wù)等。該虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺涵蓋白酒釀造工藝的4個(gè)環(huán)節(jié)、60步操作和考核相關(guān)參數(shù)設(shè)置。學(xué)生以第一視角體驗(yàn)與交互模式模擬白酒真實(shí)生產(chǎn)過程，依靠引出線、工藝提示等掌握白酒的生產(chǎn)過程。學(xué)生通過虛擬仿真軟件完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)并在線生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告及實(shí)驗(yàn)成績，基于步驟規(guī)范、行為規(guī)范、安全評價(jià)等項(xiàng)目內(nèi)容對學(xué)生操作進(jìn)行考核。

實(shí)：在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，學(xué)生帶著問題去白酒企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習(xí)。在工廠實(shí)習(xí)階段，針對企業(yè)的生產(chǎn)與管理、釀造工藝與原理、白酒勾調(diào)與品評等方面，尤其是釀造工藝方面，設(shè)計(jì)了10余項(xiàng)綜合性問題。學(xué)生根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行輪崗實(shí)習(xí)，全面了解白酒固態(tài)發(fā)酵工藝。

通過“理、虛、實(shí)”一體化教學(xué)方式，大幅度提高理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，提高學(xué)生對白酒生產(chǎn)工藝?yán)碚撜J(rèn)知及相關(guān)操作水平，在理論教學(xué)和實(shí)物實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)之間搭建“橋梁”，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐和理論教學(xué)的融合。通過線上線下混合教學(xué)，即線上設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練題目及工藝參數(shù)模擬操作，線下對釀造工藝各環(huán)節(jié)實(shí)際操作，學(xué)生能牢記白酒固態(tài)發(fā)酵的復(fù)雜步驟，保證操作正確、規(guī)范，大幅度提高實(shí)驗(yàn)正確性與效率，彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)在教學(xué)資源、設(shè)備、流程方面的不足，同時(shí)克服了學(xué)生對實(shí)際釀造環(huán)境陌生造成的迷茫及對現(xiàn)場操作無從下手的畏懼感。

2.4 實(shí)驗(yàn)步驟

VSETP-LBP是相對開放的自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)平臺，涵蓋白酒釀造工藝完整過程。學(xué)生通過場景再現(xiàn)虛擬操作白酒固態(tài)發(fā)酵步驟，熟悉掌握白酒釀造工藝流程。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，學(xué)生需要進(jìn)入VSETP-LBP平臺網(wǎng)頁，使用學(xué)號和注冊密碼登錄實(shí)驗(yàn)平臺，根據(jù)需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。學(xué)生用鼠標(biāo)控制VSETP-LBP平臺，在工作區(qū)域進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，完成平臺登錄、新手上路環(huán)節(jié)、在線模擬生產(chǎn)環(huán)節(jié)和考核復(fù)習(xí)環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(圖3)。學(xué)生操作步驟如下：

A.網(wǎng)絡(luò)平臺登錄：學(xué)生進(jìn)入系統(tǒng)顯示實(shí)驗(yàn)選擇界面，自主選擇“培訓(xùn)模式”或“考核模式”，顯示實(shí)驗(yàn)界面，進(jìn)入界面彈框顯示實(shí)驗(yàn)的工藝順序。

B.新手上路環(huán)節(jié)：學(xué)生選擇“培訓(xùn)模式”，通過3D場景內(nèi)角色扮演，根據(jù)“操作指引”中的內(nèi)容自主選擇要學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，涵蓋完整釀造工藝中開窖起糟、上甑蒸餾、攤晾下曲、入窖管理4個(gè)環(huán)節(jié)，不設(shè)時(shí)間限制，學(xué)生可針對自己的情況反復(fù)學(xué)習(xí)，達(dá)到熟練掌握的目的。

C.在線模擬生產(chǎn)環(huán)節(jié)：學(xué)生選擇“考核模式”，在無操作指引的前提下對上述釀造工藝中的4個(gè)環(huán)節(jié)、60個(gè)步驟進(jìn)行操作，根據(jù)各環(huán)節(jié)相應(yīng)知識點(diǎn)及操作要點(diǎn)，設(shè)計(jì)相應(yīng)工藝參數(shù)設(shè)置考核。

D.考核復(fù)習(xí)環(huán)節(jié)：虛擬仿真系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生的操作動(dòng)態(tài)反應(yīng)過程參數(shù)，參照工藝標(biāo)準(zhǔn)對各環(huán)節(jié)操作步驟自動(dòng)評分，最終生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告及實(shí)驗(yàn)成績。教師綜合學(xué)生的理論學(xué)習(xí)程度、仿真實(shí)驗(yàn)成績、現(xiàn)場實(shí)習(xí)表現(xiàn)等，找出學(xué)生知識的薄弱點(diǎn)并反饋于學(xué)生，進(jìn)行因材施教，形成教學(xué)閉環(huán)，提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量。

圖3 VSETP-LBP平臺登錄操作步驟示例Fig.3 Examples of VSETP-LBP platform logon operations

綜上所述，VSETP-LBP平臺實(shí)現(xiàn)了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)與傳統(tǒng)實(shí)踐性實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課堂理論教學(xué)的深度融合，引導(dǎo)學(xué)生在數(shù)字化環(huán)境下自主學(xué)習(xí)、自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，全面培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。VSETP-LBP平臺在教學(xué)的時(shí)間和空間限制方面進(jìn)行了創(chuàng)新。VSETP-LBP構(gòu)建了在線協(xié)同教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)了教與學(xué)的雙向互動(dòng)。豐富了學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)風(fēng)格的選擇，增強(qiáng)了學(xué)生的個(gè)性化和自主學(xué)習(xí)能力。最后，通過VSETP-LBP平臺中實(shí)驗(yàn)信息的跟蹤、統(tǒng)計(jì)、分析等智能管理功能，可以對學(xué)生進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤、統(tǒng)計(jì)和提示，掌握每個(gè)學(xué)生的知識點(diǎn)，并對學(xué)生學(xué)習(xí)過程和結(jié)果進(jìn)行分析和評價(jià)。從整體上分析了實(shí)驗(yàn)的總體情況，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)教學(xué)過程中無法實(shí)現(xiàn)的精細(xì)化教學(xué)質(zhì)量控制。VSETP-LBP拓展了傳統(tǒng)課程實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐內(nèi)容和訓(xùn)練方法，開創(chuàng)了教學(xué)科研、生產(chǎn)訓(xùn)練一體化的高水平結(jié)合，為新興工程教育培養(yǎng)具有國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型人才提供了平臺。

2.5 實(shí)踐成果

VSETP-LBP平臺已應(yīng)用于課堂教學(xué)、學(xué)生自學(xué)交流、評估和技能競賽。目前，該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺已應(yīng)用于“釀酒工藝學(xué)”、“發(fā)酵工藝原理”和“生產(chǎn)實(shí)習(xí)”等課程教學(xué)過程中。課程和考試的數(shù)量約為1 300人，自學(xué)學(xué)生的數(shù)量超過2 200人。廣泛應(yīng)用于二年級學(xué)生開放式獨(dú)立實(shí)驗(yàn)、技能競賽培訓(xùn)和創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目。針對線上教學(xué)的特點(diǎn)，課題組建立了學(xué)習(xí)交流QQ群，邀請軟件開發(fā)人員加入和指導(dǎo)教師一起為學(xué)生全天24 h進(jìn)行答疑。學(xué)生如遇到實(shí)驗(yàn)過程操作或網(wǎng)絡(luò)技術(shù)問題都可以得到及時(shí)的解答。在學(xué)生剛開始使用虛擬仿真平臺進(jìn)行實(shí)踐時(shí)，可能由于對整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行過程不熟悉，會(huì)出現(xiàn)不知道如何進(jìn)行下一步操作的主要問題，基于此系統(tǒng)中設(shè)置了專業(yè)老師“周師傅”，按照語音提示，可以完成整個(gè)操作過程。學(xué)生在系統(tǒng)中通過預(yù)設(shè)的工藝過程進(jìn)行實(shí)操學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，這種相對開放的方式豐富了課程的內(nèi)容，也提升了學(xué)生參與實(shí)訓(xùn)的主動(dòng)性和積極性，并激發(fā)了學(xué)生鉆研的興趣，每個(gè)學(xué)生分配一臺電腦進(jìn)行相關(guān)操作，可以有效改善學(xué)生實(shí)驗(yàn)課“打醬油”的情況。目前，項(xiàng)目運(yùn)行穩(wěn)定，師生之間的交流互動(dòng)比較熱烈，提前完成實(shí)驗(yàn)過程操作的學(xué)生還可主動(dòng)為其他同學(xué)提供幫助，進(jìn)行交流探討，學(xué)習(xí)氛圍濃厚。

課程教學(xué)是否實(shí)現(xiàn)了既定的課程目標(biāo)、完成了課程承擔(dān)的產(chǎn)出任務(wù)，需要通過課程目標(biāo)效果達(dá)成情況予以判定[10]。VSETP-LBP平臺主要實(shí)踐效果體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：虛擬課程教學(xué)效果，學(xué)生對課程的評價(jià)，學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

首先，教學(xué)效果表明虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ娇蓱?yīng)用于實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)。從教師和學(xué)生的角度來看，實(shí)驗(yàn)教學(xué)推廣的效果和質(zhì)量更為顯著，特別是學(xué)生實(shí)踐技能的培養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)細(xì)致程度的提高最為明顯。除了教學(xué)過程的改進(jìn)外，我們還在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力方面取得了良好的成果。在虛擬仿真課程建設(shè)過程中，教師指導(dǎo)學(xué)生做大量的設(shè)計(jì)和測試工作，并進(jìn)行獨(dú)立實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。這些結(jié)果反映了VSETP-LBP平臺應(yīng)用對學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)和提升。

其次，參加虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)踐后，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)方法和課程形式評價(jià)的總體滿意度較高，大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為課程效果超出了預(yù)期。學(xué)生指出：(1)VSETP-LBP實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)全面、詳細(xì)，思維清晰；(2)更加生動(dòng)，非常有趣，同時(shí)運(yùn)用個(gè)人思維能力和動(dòng)手能力；(3)相對于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)來說，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)更具有可操作性和便利性。

此外，VSETP-LBP平臺還為本科生和研究生提供學(xué)習(xí)資源，幫助學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)技能培訓(xùn)，有助于學(xué)生參加各種科技競賽。例如：在2018首屆全國大學(xué)生食品工程虛擬仿真大賽中，本專業(yè)學(xué)生獲得了特等獎(jiǎng)(證書編號：NDC18A110004312)；在2017年全國大學(xué)生生命科學(xué)競賽中，本專業(yè)學(xué)生參賽項(xiàng)目“濃香型白酒窖泥中增己降乳原核微生物群落多樣性解析”獲得一等獎(jiǎng)(證書編號：CULSC201701045)。

3 結(jié)論

VSETP-LBP教學(xué)平臺基于“虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合”的原則。通過建立開窖起糟、上甑蒸餾、攤晾下曲和入窖管理等4個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)白酒釀造工藝虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，適用于生物工程及相關(guān)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)習(xí)。該項(xiàng)目突破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)空限制，這使得實(shí)驗(yàn)者可以沉浸在白酒釀造全過程中，有利于準(zhǔn)確理解和充分掌握相關(guān)知識點(diǎn)。平臺實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中無法進(jìn)行的精細(xì)化教學(xué)，有效地提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

VSETP-LBP平臺涵蓋了白酒釀造工藝實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的全過程,在現(xiàn)代生物工程及相關(guān)專業(yè)高等教育中發(fā)揮了重要作用。教學(xué)活動(dòng)通過在線實(shí)驗(yàn)和實(shí)時(shí)評價(jià)相結(jié)合的方式完成，拓展了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐內(nèi)容和訓(xùn)練方法，形成了教、學(xué)、練、考、管、評等教學(xué)過程的閉環(huán)控制和教學(xué)效果的形成性評價(jià)。實(shí)驗(yàn)中用戶的信息可以通過服務(wù)器實(shí)時(shí)記錄到數(shù)據(jù)庫中，實(shí)施效果主要體現(xiàn)在虛擬課程教學(xué)、學(xué)生對課程的評價(jià)、學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的獲得等方面，說明VSETP-LBP平臺有助于培養(yǎng)生物工程及相關(guān)領(lǐng)域高素質(zhì)、國際化、創(chuàng)新型的優(yōu)秀工程師，特別是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力強(qiáng)、一絲不茍的實(shí)踐技能。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺是一種新型的教學(xué)媒體，與實(shí)驗(yàn)環(huán)境和基于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)上共享相結(jié)合，為現(xiàn)代本科教育提供了一種新的教學(xué)手段。與傳統(tǒng)的教學(xué)方法相比，VSETP-LBP平臺更有利于促進(jìn)人才培養(yǎng)質(zhì)量的不斷提高，對培養(yǎng)“高素質(zhì)、國際化、創(chuàng)新型”生物工程及相關(guān)專業(yè)人才具有很大的價(jià)值。我們還將根據(jù)項(xiàng)目教學(xué)應(yīng)用反饋，在數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析方面不斷提高實(shí)驗(yàn)互動(dòng)體驗(yàn)。