盧春霞 王雙慧 高曉旭

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?食品分析檢測(cè)是食品科學(xué)專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的必修課，在培養(yǎng)創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才的過(guò)程中發(fā)揮了一定作用。虛擬仿真技術(shù)作為一種創(chuàng)新性教學(xué)形式，可有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的不足，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。針對(duì)目前食品分析檢測(cè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題，探討了虛擬仿真技術(shù)在該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用中的可行性和必要性。以期解決部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容因時(shí)間、空間、資源限制無(wú)法開(kāi)設(shè)等問(wèn)題，豐富教學(xué)內(nèi)容及方式，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?食品分析檢測(cè);虛擬仿真技術(shù);教學(xué)改革

[中圖分類(lèi)號(hào)] ?G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號(hào)] ?2096-0603（2020）07-0084-02

近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步發(fā)展，人們對(duì)食品營(yíng)養(yǎng)與安全問(wèn)題日益關(guān)注。因此，培養(yǎng)食品科學(xué)專(zhuān)業(yè)應(yīng)用型人才是高等院校培養(yǎng)目標(biāo)之一。食品分析檢驗(yàn)是一門(mén)實(shí)踐性、技術(shù)性很強(qiáng)的課程[1]，其教學(xué)目的主要是通過(guò)實(shí)踐培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、實(shí)驗(yàn)技能、分析和解決問(wèn)題的能力以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和創(chuàng)新精神。但由于受學(xué)時(shí)、經(jīng)費(fèi)和空間的限制，該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨諸多問(wèn)題[2-3]，如一些檢測(cè)項(xiàng)目存在實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)、藥品危害大、實(shí)驗(yàn)成本高、實(shí)驗(yàn)室條件有限等一系列現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，導(dǎo)致該課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊，與現(xiàn)有一線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)要求存在較大差距。雖然很多高校也在嘗試教學(xué)方法及模式的改革，但教學(xué)質(zhì)量和效果沒(méi)有得到明顯提升。

隨著計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬仿真教學(xué)技術(shù)以其生動(dòng)逼真、成本低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)在教學(xué)中展現(xiàn)了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。它作為一種新的教學(xué)模式，可彌補(bǔ)在實(shí)際教學(xué)中難以實(shí)現(xiàn)的教學(xué)，是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)手段的有效補(bǔ)充。目前，該技術(shù)已逐漸應(yīng)用于高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，成為提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段之一[4-5]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到2016年，教育部已評(píng)審建立了300個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，學(xué)科類(lèi)別涵蓋44個(gè)。2017年，教育部辦公廳頒布了教高廳〔2017〕4號(hào)文件，計(jì)劃截止到2020年，將分4批認(rèn)定約1000個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目[6]。由此可見(jiàn)，虛擬仿真技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合已經(jīng)成為高校教學(xué)改革的一個(gè)發(fā)展熱點(diǎn)。因此，本文針對(duì)目前食品分析檢測(cè)課程存在的一些問(wèn)題以及如何將虛擬仿真技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果提出一些教學(xué)改革建議。

一、傳統(tǒng)食品分析檢測(cè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足

（一）教學(xué)內(nèi)容陳舊，實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)落后

食品分析檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目繁多，所需大型分析儀器也較多，特別是一些有害成分的檢測(cè)，如農(nóng)藥殘留、獸藥殘留、食品添加劑、違規(guī)添加物、重金屬等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，涉及使用HPLC-MS/MS（高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜儀）、UPLC（超高效液相色譜）、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）、氣相色譜（GC）、電感耦合等離子體質(zhì)譜（IPC-MS）、原子吸收分光光度計(jì)等大型分析儀器。而這些儀器往往價(jià)格昂貴、維護(hù)成本高，受場(chǎng)地和經(jīng)費(fèi)的限制，很多高校無(wú)法采購(gòu)先進(jìn)高端的實(shí)驗(yàn)儀器，勢(shì)必影響一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開(kāi)展，導(dǎo)致一些高校的食品分析檢測(cè)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容多以常規(guī)項(xiàng)目如水分、蛋白質(zhì)、脂肪、酸度、粗灰分、粗纖維、磷、還原糖等為主，檢測(cè)方法多采用滴定、紫外/分光光度計(jì)、索氏抽提等最常規(guī)的實(shí)驗(yàn)手段。另外，由于食品分析檢測(cè)實(shí)驗(yàn)會(huì)用到一些有毒有害化學(xué)試劑和藥品，為了學(xué)生安全考慮，教師往往選擇一些安全性高、容易操作的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。因此，由于種種原因，致使食品分析檢測(cè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容落后，學(xué)生無(wú)法掌握最新的分析檢測(cè)方法，與當(dāng)今飛速發(fā)展的前沿技術(shù)和新檢測(cè)手段脫節(jié)，滿(mǎn)足不了時(shí)代發(fā)展的需要[7-8]。

（二）教學(xué)條件有限，學(xué)生參與度不高

目前很多高校在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，存在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地?fù)頂D、實(shí)驗(yàn)儀器投入不足、教學(xué)資源有限等問(wèn)題，設(shè)備數(shù)量不足以達(dá)到每人一組，大部分學(xué)生很難獨(dú)立完成全程實(shí)驗(yàn)。一般情況下，指導(dǎo)老師將學(xué)生安排成實(shí)驗(yàn)小組開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，每個(gè)小組4～5人，這就無(wú)法保證每個(gè)學(xué)生都能參與到實(shí)驗(yàn)中去。特別是對(duì)大型分析儀器，鑒于儀器昂貴，且數(shù)量限制，教師只能開(kāi)展演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生少有實(shí)際操作的機(jī)會(huì)，再加上精密儀器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，講解抽象，枯燥乏味，學(xué)生不易理解，教學(xué)效果不盡如人意。

（三）教學(xué)方法單一，學(xué)生積極性不高

目前，傳統(tǒng)的食品分析檢測(cè)授課方式多以教師為主導(dǎo)，學(xué)生被動(dòng)接受，教學(xué)方法單一，內(nèi)容枯燥乏味。大多情況下，實(shí)驗(yàn)課都是老師事先選定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，確定實(shí)驗(yàn)方法，然后由實(shí)驗(yàn)員老師配制試劑、調(diào)試儀器，指導(dǎo)教師照本宣科講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒒驹?、?shí)驗(yàn)步驟等。學(xué)生按部就班完成操作，上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告即可，很多學(xué)生就是“走過(guò)場(chǎng)”，不會(huì)主動(dòng)思考儀器使用及實(shí)驗(yàn)原理，當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有偏差時(shí)，不會(huì)分析數(shù)據(jù)異常的原因，動(dòng)手能力得不到真正提升。這種傳統(tǒng)教學(xué)方式導(dǎo)致學(xué)生積極性不高，限制了學(xué)生獨(dú)立思考及綜合創(chuàng)新能力的發(fā)展，影響教學(xué)質(zhì)量。

二、虛擬仿真技術(shù)在食品分析檢測(cè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（一）減少危害性試劑的使用，降低實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)性

在食品分析檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，避免不了使用一些具有危害性的化學(xué)試劑及有機(jī)溶劑，如果操作不當(dāng)，容易發(fā)生實(shí)驗(yàn)安全事故。例如，在農(nóng)獸藥殘留檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中對(duì)樣品進(jìn)行前處時(shí)經(jīng)常使用乙腈、丙酮、氯仿、甲苯、甲醇、異丙醇、乙酸乙酯、二氯甲烷等有機(jī)溶劑理;索氏抽提法對(duì)樣品中脂肪的測(cè)定時(shí)，大量使用乙醚、石油醚;重金屬測(cè)定時(shí)使用的硫酸、鹽酸、硝酸等;以及黃曲霉毒素檢測(cè)時(shí)使用的黃曲霉毒素標(biāo)準(zhǔn)品等。有些試劑易燃易爆，有些試劑對(duì)人體危害較大。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)授課不僅可以避免危險(xiǎn)性化學(xué)試劑的接觸和消耗，還可以通過(guò)直觀(guān)、逼真的虛擬實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的注意事項(xiàng)和操作要求，對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)試劑使用有更為準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。因此，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以降低實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性同時(shí)提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)理解能力。

（二）縮短實(shí)驗(yàn)周期，節(jié)約教學(xué)成本

傳統(tǒng)的食品分析檢測(cè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有些檢測(cè)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)周期較長(zhǎng)。例如，索氏抽提法測(cè)定食品中脂肪含量，樣品干燥0.5～1h，回流抽提需6～8h，抽提結(jié)束后，溶劑蒸發(fā)、接收瓶干燥至恒重約需2～3h，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程約需10～14h。再者，食品中微生物學(xué)檢驗(yàn)不僅需要無(wú)菌實(shí)驗(yàn)室，而且實(shí)驗(yàn)周期較長(zhǎng)，微生物培養(yǎng)過(guò)程需要2～3天。這類(lèi)項(xiàng)目學(xué)生在有限的課時(shí)內(nèi)根本無(wú)法完成，為按時(shí)完成教學(xué)任務(wù)，勢(shì)必要縮短一些實(shí)驗(yàn)時(shí)間。而實(shí)驗(yàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)則可以不受時(shí)間、空間、場(chǎng)地、設(shè)備的限制，只要有移動(dòng)終端，學(xué)生就可以隨時(shí)隨地進(jìn)入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開(kāi)始實(shí)驗(yàn)操作[9]。有效解決了部分實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)、學(xué)時(shí)不足等問(wèn)題。

另外，有些實(shí)驗(yàn)實(shí)際操作起來(lái)會(huì)涉及大型儀和價(jià)格昂貴的化學(xué)試劑。例如，農(nóng)藥、獸藥殘留測(cè)定時(shí)，不僅需要幾種甚至幾十種標(biāo)準(zhǔn)品，而且需要價(jià)格上百萬(wàn)的HPLC-MS/MS及GC-MS/MS等儀器。而虛擬仿真教學(xué)，學(xué)生操作的是虛擬設(shè)備，不需要這些價(jià)格昂貴的大型儀器，所有實(shí)驗(yàn)步驟可在電腦上完成，大大降低了試劑及耗材的消耗，節(jié)省設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，投資成本遠(yuǎn)低于實(shí)際操作。

（三）提高教學(xué)趣味性和參與度

因教學(xué)條件的限制，部分學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室存在人多機(jī)少的問(wèn)題，授課時(shí)只能通過(guò)教師的演示操作和講解來(lái)學(xué)習(xí)，學(xué)生不易理解，很難掌握實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)，學(xué)生參與度不高。仿真教學(xué)可彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和客觀(guān)條件的不足，為學(xué)生提供近似真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，使儀器結(jié)構(gòu)更直觀(guān)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程更逼真，課堂教學(xué)更豐富。例如，在使用液相色譜的一些實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可采用虛實(shí)有機(jī)結(jié)合，互動(dòng)式教學(xué)模式，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)流程完全參照實(shí)操進(jìn)行，包括樣品前處理、實(shí)驗(yàn)儀器和試劑的選擇、儀器參數(shù)設(shè)置、軟件的使用、數(shù)據(jù)分析和儀器維護(hù)等，都比照真實(shí)儀器操作訓(xùn)練。大幅度降低了實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本，提高學(xué)生了實(shí)操機(jī)會(huì)，增強(qiáng)教學(xué)的趣味性。

三、結(jié)束語(yǔ)

食品分析檢測(cè)實(shí)驗(yàn)課程是為社會(huì)培養(yǎng)應(yīng)用型人才的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課程，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。將虛擬仿真技術(shù)引入該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不但可以豐富教學(xué)內(nèi)容和方式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，而且可以降低教學(xué)中的成本投入，提高教學(xué)質(zhì)量。但在建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，應(yīng)遵從“虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實(shí)不虛”的指導(dǎo)方針，將虛擬的和真實(shí)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相互補(bǔ)充，不斷完善人才培養(yǎng)體系和先進(jìn)的教學(xué)方法，提升食品科學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，提高學(xué)生培養(yǎng)效果。

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◎編輯 張 慧