丁保淼 高夢(mèng)祥 江洪波 張 燕 張 欣

（長(zhǎng)江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 湖北 荊州 434025）

《果蔬貯運(yùn)學(xué)》 是農(nóng)產(chǎn)品貯藏與加工、食品科學(xué)與工程等專業(yè)的重要專業(yè)課程，具有多學(xué)科交叉性、應(yīng)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是該課程內(nèi)容的重要組成部分，該實(shí)驗(yàn)課具有實(shí)驗(yàn)條件復(fù)雜、實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，受教學(xué)實(shí)際情況限制，教師不得不放棄一些有重要價(jià)值的實(shí)驗(yàn)[1]。鑒于該實(shí)驗(yàn)課開(kāi)展過(guò)程中遇到的問(wèn)題，迫切需要對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課授課模式進(jìn)行改革。本研究將虛擬仿真技術(shù)引入該課程，可以生動(dòng)形象地具體化實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)過(guò)程，便利地調(diào)整實(shí)驗(yàn)條件，彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的不足等[2～3]。

1 《果蔬貯運(yùn)學(xué)》 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題

1.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，設(shè)置不合理。果蔬貯運(yùn)學(xué)實(shí)驗(yàn)具有知識(shí)綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)，在貯藏和運(yùn)輸保藏原理上涉及采后生理與病理、貯藏方式與管理、質(zhì)量評(píng)價(jià)等內(nèi)容，以及生物化學(xué)、植物生理、運(yùn)輸流通等學(xué)科知識(shí)。

不同果蔬種類要求的貯運(yùn)條件差異極大，如通常果菜類更耐貯藏，而葉菜類則更易失去水分、萎蔫等。而且果蔬的某些質(zhì)量指標(biāo)需要較長(zhǎng)時(shí)間才能檢測(cè)到其變化，如某些果蔬在低溫、減壓等條件下通常需要數(shù)天、數(shù)周甚至數(shù)月才能觀察到其明顯變化。但受實(shí)驗(yàn)課時(shí)所限，這些實(shí)際生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題有更強(qiáng)的綜合性和系統(tǒng)性，無(wú)法在實(shí)驗(yàn)課作為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體現(xiàn)出來(lái)，在設(shè)置實(shí)驗(yàn)時(shí)，只能安排一些比較簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容難以讓學(xué)生充分理解生產(chǎn)中實(shí)際問(wèn)題，大大降低了實(shí)驗(yàn)課的價(jià)值。

1.2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象難以形象化和直觀化體現(xiàn)。果蔬貯運(yùn)過(guò)程中，其改變是非常直觀的，也是非常有趣的，但實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)通常難以觀察到這種直觀、有趣的現(xiàn)象，導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中只能進(jìn)行枯燥的輸入和輸出，而原本有趣、形象、直觀、動(dòng)態(tài)的中間過(guò)程被舍棄了，呈一種“黑箱”狀態(tài)。

1.3 學(xué)生參與不足，難以訓(xùn)練其探索能力。 《果蔬貯運(yùn)學(xué)》 實(shí)驗(yàn)的核心之一是探索貯運(yùn)條件對(duì)果蔬的呼吸、質(zhì)構(gòu)、風(fēng)味、成分等方面的影響。這要求學(xué)生既要會(huì)調(diào)控貯運(yùn)條件參數(shù)，也要會(huì)測(cè)定相應(yīng)指標(biāo)，且前者對(duì)生產(chǎn)實(shí)際有更重要的指導(dǎo)意義。但實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于受課時(shí)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備等條件所限，學(xué)生反倒更注重后者。如分析果蔬貯藏時(shí)水分含量變化的影響因素(主要是氣體成分、氣壓、溫度、光照等)，顯然這不是在4 個(gè)學(xué)時(shí)內(nèi)就可以完成的實(shí)驗(yàn)。通常試驗(yàn)的具體操作流程是，先設(shè)定一個(gè)條件，學(xué)生把樣品放入設(shè)備，到設(shè)定時(shí)間學(xué)生取出樣品，測(cè)定指標(biāo)。學(xué)生只是機(jī)械的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，但對(duì)于條件的設(shè)定、樣品在設(shè)備中的動(dòng)態(tài)變化、水分含量對(duì)果蔬的質(zhì)構(gòu)和外觀的影響并沒(méi)有直觀認(rèn)識(shí)，這就導(dǎo)致學(xué)生不能充分參與實(shí)驗(yàn)，難以深刻體會(huì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及現(xiàn)象中所體現(xiàn)的理論本質(zhì)。

2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

2.1 實(shí)驗(yàn)條件調(diào)控的立體化和實(shí)驗(yàn)過(guò)程直觀化。實(shí)際生產(chǎn)中，影響果蔬貯運(yùn)的主要因素有若干個(gè)。受設(shè)備和課時(shí)等條件所限，果蔬貯運(yùn)學(xué)實(shí)驗(yàn)開(kāi)展時(shí)不得不將實(shí)際生產(chǎn)中的多因素簡(jiǎn)化為單因素甚至特定條件。如果蔬貯藏期間的變化只考察樣品短期的情況，而難以觀察樣品長(zhǎng)期貯藏時(shí)的變化等。貯藏條件、運(yùn)輸環(huán)境等對(duì)果蔬的影響通常只考察點(diǎn)，而難以考察面，這大大降低了實(shí)驗(yàn)在提升學(xué)生認(rèn)識(shí)方面的價(jià)值。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可有效解決某些實(shí)驗(yàn)耗時(shí)長(zhǎng)、條件多、設(shè)備利用效率低等問(wèn)題。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以在合理范圍內(nèi)，對(duì)實(shí)驗(yàn)條件任意設(shè)置參數(shù)，仿真系統(tǒng)可以快速反饋結(jié)果，從而使學(xué)生可以全方位、多方面地了解貯藏條件對(duì)果蔬品質(zhì)的影響。如蔬菜在貯藏期間的外觀變化，學(xué)生對(duì)貯藏期可設(shè)置幾天到幾個(gè)月不等，系統(tǒng)可以快速給出結(jié)果，學(xué)生直觀了解樣品外觀的變化。

2.2 易于感受實(shí)驗(yàn)全過(guò)程。實(shí)際果蔬貯運(yùn)學(xué)實(shí)驗(yàn)中，很多產(chǎn)品的指標(biāo)是漸進(jìn)式變化的，如質(zhì)構(gòu)、色澤，學(xué)生往往只能觀察到產(chǎn)品的初始和終了兩種狀態(tài)，而對(duì)于這些指標(biāo)在整個(gè)貯藏期的變化過(guò)程缺乏直觀感受。此外，由于需要大量的時(shí)間成本，欲重復(fù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程也難以實(shí)現(xiàn)。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以根據(jù)需要自己控制實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度；實(shí)驗(yàn)中的難點(diǎn)、要點(diǎn)部分可以降低速度、反復(fù)練習(xí)、細(xì)致觀察；也可以加快速度觀察某些指標(biāo)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)變化，以建立動(dòng)態(tài)變化規(guī)律與貯運(yùn)條件的關(guān)系。

2.3 強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)，提高授課效率。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的某些關(guān)鍵點(diǎn)操作得當(dāng)與否直接決定實(shí)驗(yàn)的成敗，特別是果蔬貨架期實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)失敗會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間成本，而且難以彌補(bǔ)。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中對(duì)實(shí)驗(yàn)中的操作要點(diǎn)進(jìn)行提醒、強(qiáng)調(diào)和標(biāo)注，學(xué)生操作不當(dāng)和錯(cuò)誤之處，系統(tǒng)給出提醒和警告，并提供詳細(xì)的錯(cuò)誤信息和補(bǔ)救措施，避免出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)學(xué)生舉足無(wú)措。通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的練習(xí)，學(xué)生不僅可以高效熟悉實(shí)驗(yàn)流程，而且能夠深刻了解實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的關(guān)鍵點(diǎn)，有利于實(shí)際實(shí)驗(yàn)的順利開(kāi)展。

利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生花費(fèi)較少的時(shí)間即可了解和掌握某一產(chǎn)品貯運(yùn)條件對(duì)其品質(zhì)的影響，具有省時(shí)、靈活、低花費(fèi)等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效提高學(xué)習(xí)效率。但對(duì)于需要?jiǎng)邮植僮鞯膶?shí)驗(yàn)課程，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)無(wú)法取代實(shí)際實(shí)驗(yàn)。它的局限性在于：虛擬仿真軟件中往往只涉及主要影響因素，所給出的結(jié)果為便于說(shuō)明問(wèn)題，通常是模式化的，當(dāng)貯運(yùn)條件給出，結(jié)果就是唯一的；而實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在更多的不確定性，以及實(shí)際實(shí)驗(yàn)中學(xué)生可以通過(guò)眼看、手觸、鼻聞等全方位了解實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，虛擬仿真卻不能給出詳細(xì)的相關(guān)信息。

3 虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)現(xiàn)路徑

虛實(shí)結(jié)合開(kāi)展果蔬貯運(yùn)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是以虛擬仿真技術(shù)為輔助手段，以實(shí)際實(shí)驗(yàn)為內(nèi)核，兩者有機(jī)結(jié)合的一種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。該模式中虛擬仿真實(shí)驗(yàn)具有靈活、易控、高效等特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)開(kāi)展不受時(shí)間、地點(diǎn)限制，與實(shí)際實(shí)驗(yàn)易于交互，可以有效提高實(shí)際實(shí)驗(yàn)效果。但果蔬貯運(yùn)學(xué)實(shí)驗(yàn)終究是一門(mén)實(shí)踐性的課程，為培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力，安排實(shí)際實(shí)驗(yàn)是必要且必需的。因此，基于果蔬貯運(yùn)學(xué)實(shí)驗(yàn)課的特點(diǎn)，虛實(shí)結(jié)合教學(xué)模式既有利于學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)原理的掌握，從微觀層面給學(xué)生直觀的感受，又可以充分鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能。

3.1 以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)熟悉基本原理和操作流程。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具有易于操作和重復(fù)、過(guò)程和結(jié)果形象直觀、高容錯(cuò)性等特點(diǎn)，學(xué)生先借助仿真平臺(tái)開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠進(jìn)一步明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，理解?shí)驗(yàn)原理，熟悉實(shí)驗(yàn)步驟，以及強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的關(guān)鍵點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的考核模塊評(píng)估學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的掌握程度，若達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)則可進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗(yàn)，若未達(dá)到則在仿真平臺(tái)上繼續(xù)練習(xí)。

3.2 以實(shí)際實(shí)驗(yàn)鍛煉動(dòng)手能力。經(jīng)過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生基本掌握了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵點(diǎn)等，相當(dāng)于由大腦完成了一遍實(shí)驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗(yàn)可有效提高動(dòng)手操作能力。實(shí)際實(shí)驗(yàn)開(kāi)展時(shí)，以實(shí)驗(yàn)小組為單位進(jìn)行，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和復(fù)雜程度劃分小組人數(shù)，小組組員自行分工協(xié)作，但實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的關(guān)鍵點(diǎn)、重要的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等環(huán)節(jié)要求全組同學(xué)共同參與，增強(qiáng)大家的實(shí)際實(shí)驗(yàn)感受和團(tuán)隊(duì)精神。

3.3 虛實(shí)結(jié)合全方位理解和掌握實(shí)驗(yàn)。虛實(shí)實(shí)驗(yàn)均完成后，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等進(jìn)行回顧和總結(jié)，進(jìn)一步強(qiáng)化和加深理解。如對(duì)于香蕉催熟實(shí)驗(yàn)，學(xué)生需要仔細(xì)觀察和思考香蕉在催熟前后其外觀、風(fēng)味、質(zhì)構(gòu)等品質(zhì)的改變，以及催熟條件對(duì)其影響。啟發(fā)學(xué)生去探索實(shí)驗(yàn)原理、操作要點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，去理解實(shí)驗(yàn)條件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響、催熟劑的作用機(jī)理等。實(shí)現(xiàn)虛實(shí)實(shí)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合和互動(dòng)，將理論知識(shí)點(diǎn)具體化和形象化，以及把實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象理論化，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握和理解。

4 結(jié)語(yǔ)

果蔬貯運(yùn)學(xué)實(shí)驗(yàn)課中所開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)既是將理論知識(shí)具體化，也是將其應(yīng)用化。這要求學(xué)生只有扎實(shí)地掌握理論知識(shí)，才能理解實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；相應(yīng)地，學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和操作要點(diǎn)后，更易將理論知識(shí)消化吸收。虛擬仿真平臺(tái)不僅提供了形象直觀的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，而且學(xué)生可以反復(fù)高效地操作和感受這一過(guò)程。虛實(shí)實(shí)驗(yàn)的結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)兩者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，也是構(gòu)建理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)踐有機(jī)關(guān)系的具體體現(xiàn)，因而它有利于提升果蔬貯運(yùn)學(xué)實(shí)驗(yàn)課的授課效果。