金萍 邸佳妮

實驗教學作為理論教學的補充，可以有效地培養(yǎng)學生的分析與解決問題的能力，實驗教學的環(huán)境對于現(xiàn)代高等教育有著十分重要的意義[1]，是實踐教學環(huán)節(jié)中的一大重要組成部分。由此看，實驗教學勢必要進行改革。新型的實驗環(huán)境則將變?yōu)樘摂M仿真的實驗環(huán)境，虛擬仿真技術的環(huán)境將會取代原始的實驗環(huán)境。新型的虛擬網(wǎng)絡技術即將成為我國微生物實驗教學改革的一大方向。新型的虛擬仿真環(huán)境打破了傳統(tǒng)微生物實驗教學的瓶頸。巧妙的提高了微生物實驗教學的質量。食品微生物學實驗是針對食品科學與工程和食品質量與安全專業(yè)，配合理論課開展的食品微生物學實驗技術。課程主要培養(yǎng)了學生的微生物實驗操作技術水平[2-4]。食品微生物學實驗課程必不可少，因此食品微生物學的檢測技術至關重要。經(jīng)歷了理論課程對于本科生來說是很抽象難懂的。因此，食品微生物學可以在加深理論課程的理解方面發(fā)揮作用。傳統(tǒng)的基礎實驗課教學方法單調，難以調動學生的學習積極性。虛擬仿真實驗是利用虛擬仿真技術在教學網(wǎng)絡中的實驗平臺。借助虛擬仿真技術，虛擬仿真實驗教學將視覺、聽覺、觸覺等感官虛擬實驗環(huán)境融入到實驗教學中[5]，使學生有身臨其境的感覺。更重要的是，它不受實驗場地和無菌操作實驗條件的限制，適合實驗資源缺乏的情況下使用。擴大實驗教學內(nèi)容的范圍和深度，同時不受時間和空間的限制。虛擬技術可以為學習者提供一個交互的環(huán)境，學習者可以通過電腦的界面同環(huán)境進行交互，即從個人精神感受的層面“進入”環(huán)境。仿真主要是從原系統(tǒng)抽取的抽象模型，反映了系統(tǒng)的人機交互。整個虛擬仿真實驗網(wǎng)絡平臺由服務器、教師客戶端、學生客戶端和網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫組成。其中，服務器是教師與學生的客戶端中心。負責對教師和學生進行身份認證和信息傳遞，而教師和學生信息、實驗室的信息等均儲存在管理的信息庫中。另外，教師客戶端的主要任務是負責學生的信息以及實驗信息的遠程管理。

1 傳統(tǒng)食品微生物學實驗教學現(xiàn)狀及弊端

1.1 環(huán)境與場地受限

食品微生物學[6]研究對象是肉眼看不見的，需要嚴格的無菌操作。隨著高等學校擴招的同時也帶來了一定的問題。比如實驗的項目比較單一落后，已經(jīng)嚴重妨礙了食品微生物學教學的發(fā)展。

1.2 學生主動性不高

以往的微生物實驗教學方法主要先說明原則,然后再進行實驗演示，而后學生自己動手操作實驗。課后再撰寫實驗報告。這樣的實驗方法不夠生動與直觀，難以吸引學生的注意力；同時，由于課程分組時學生數(shù)量較多，不能保證每個學生都親自進行實驗。僵化的教學方法也會使學生失去興趣。這只是模仿老師的做法。這種教學模式不利于學生思維能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1.3 不能保證無菌操作規(guī)范性

由于微生物很微小，用肉眼看不見的，食品微生物實驗操作時應該確保在無菌條件下進行。如果染菌將會導致實驗結果不準確，從而導致實驗的失敗。因此，微生物實驗是一門非常實用的學科，有著獨特的操作標準和要求。傳統(tǒng)的食品微生物教學方法不容易激發(fā)學生的積極性，由于表達形式過于單一，因此學生不容易掌握與理解。此外，大多數(shù)微生物實驗室操作要求無菌操作。對于微生物學新生來說，看不見的微生物作為操作對象，往往感覺很抽象。平板劃線技術、斜面劃線技術，以及無菌接種等實驗操作手段都需要牢記操作要領并且要進行反復的訓練才能掌握。否則只通過枯燥的圖片和文字講授不能直觀的展現(xiàn)給學生。由于學生的視角和注意力集中程度不同，一次演示難以掌握所有的規(guī)范操作和動作要領。

2 虛擬仿真實驗技術在食品微生物學實驗中的應用優(yōu)勢

2.1 適應新時代辦學要求

虛擬仿真實驗教學[7]符合開放辦學的要求，提高了人才培養(yǎng)的質量，為大學生的開展創(chuàng)新實驗提供了一個合適的平臺。針對傳統(tǒng)的微生物實踐教學當中出現(xiàn)過的問題，如一些致病菌檢測等實驗項目在現(xiàn)實中開展時存在一定的人身安全，這時候就需要將虛擬仿真實驗帶入到學生課堂中并且與傳統(tǒng)實驗的融合，兩者結合后能夠很好地解決食品微生物教學存在的問題。

2.2 豐富教學表現(xiàn)形式

虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)是以三維動畫[8]的形式把實驗課本應所講授的內(nèi)容用直觀生動地動畫實驗展現(xiàn)給學生。展現(xiàn)形象生動的實驗環(huán)境，利用此種方法可以進一步激發(fā)學生的熱情。大學生們可以通過各種感覺來感知知識。學生在玩中學，傳統(tǒng)的實驗教學方法跟不上時代的腳步，并且在教學過程中存在的諸多問題也大大的限制了教學水平的提高。利用多媒體虛擬仿真技術對教學的方法和內(nèi)容進行改革，可以滿足高水平創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)的要求。同傳統(tǒng)的教學模式相比，虛擬仿真技術在教學的模式上有很大的不同。可以通過音頻、視頻、圖像等多媒體技術在課堂上具體、直觀地呈現(xiàn)教學內(nèi)容。師生互動性增強，吸收知識的難度降低，促進了師生之間的教學互動，激發(fā)了學生對自主實驗的興趣，取得了良好的效果。

2.3 降低實驗危險性

由于微生物實驗教學生物安全等因素的限制，有很多重要的實驗比較難以開展，比如某些致病菌的檢測等不適合教學環(huán)境實驗室大規(guī)模操作和培養(yǎng)[9]，如沙門氏菌、致病性大腸桿菌、炭疽桿菌、結核菌、布氏桿菌等。通過直觀的虛擬仿真實驗，可以遠離這些致病菌的威脅，對這些致病菌有更直觀的了解和更深刻的認識。同時，與傳統(tǒng)的教學方法相比，虛擬仿真技術讓實驗課堂具有非常好的可延續(xù)性，可以與生產(chǎn)實踐相結合，并且安全性高，提高了學生解決實際問題的能力。

2.4 安全性高，時間和物品消耗少

在做微生物實驗時，由于生物安全的問題有可能會遇到危險。例如在做微生物實驗時，有可能由于誤操作而導致細菌感染等，以上出現(xiàn)的這幾種情況，在虛擬仿真的實驗時這些情況在虛擬實驗環(huán)境當中，上課的學生們是在虛擬仿真的網(wǎng)絡上進行實驗操作的。所以避免了微生物感染等危險情況的發(fā)生。同時，虛擬仿真實驗也使一次性實驗品的消耗大大減少。學生在進行傳統(tǒng)的實驗操作時，一次性實驗品的消耗是必須的[10]，選擇虛擬仿真實驗平臺則沒有實驗用品的消耗。同時虛擬仿真實驗平臺還節(jié)省了大量準備實驗的時間[11]，例如微生物實驗課的培養(yǎng)基需要花長時間去配制并滅菌，而且存放培養(yǎng)基的溫度和時間都要有所控制，而如果學生做微生物學虛擬實驗的時候則不需要準備很多容易壞掉的而且量很大的培養(yǎng)基等實驗物品。既節(jié)省了時間，又節(jié)約了經(jīng)費。

3 虛擬仿真實驗教學在食品微生物學教學中應用的可行性

3.1 虛擬仿真實驗教學的原理

虛擬仿真實驗教學是基于虛擬現(xiàn)實、人機交互、多媒體、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡通信技術，構建一個高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象，通過用戶的視覺、聽覺和觸覺效果，使用戶進入實時的虛擬實驗環(huán)境，使學生實現(xiàn)實時的實驗室，而無需或難以實現(xiàn)教學功能。這種教學環(huán)境增強了實驗課堂的有趣性，更加吸引學生的興趣。虛擬仿真技術通過視頻與音頻的方法，將實踐課堂上的知識點更加生動的展示出來。各個元素直觀具體地呈現(xiàn)于課堂上，會給學生全新的體驗感，用以增強了實驗教學的效果。

3.2 應用虛擬仿真技術實現(xiàn)資源整合和共享

虛擬仿真實驗技術軟件可有效地合并教學資源。構建了多種教學資源共享平臺，形成了綠色實驗教學模式。傳統(tǒng)的實驗教學是教師講授為主體的教學方法，而學生只是被動地接受知識。而虛擬仿真技術卻是能夠變成以學生為主體實現(xiàn)知識的傳遞。有效激發(fā)了學生的興趣，提高了教學質量。近年來，面對教育國際形勢的變化，教育部也逐漸重視并鼓勵開展虛擬仿真實驗共享平臺建設，用以充分調查虛擬仿真實驗教學在食品微生物實驗教學中應用的可行性和必要性[12-14]。

3.3 虛擬仿真實驗平臺的模塊及其功能

微生物學實驗的教學效果主要通過教師、學生及系統(tǒng)自動測評3 大模塊體現(xiàn)。這些模塊相互獨立。且還是本科生學習和訓練的主要的技術環(huán)節(jié)。微生物實驗主要為微生物觀察，無菌操作和無菌分離技術，這些技術都在生物類學科中占據(jù)著重要的作用。因此，微生物學實驗的教學效果在培養(yǎng)學生微生物操作技能具有重要的作用。因為口頭講解比較枯燥，無法調動起學生的積極性，學生的學習效率低。限制了教學的效果[15]。

3.4 依托虛擬仿真技術建立創(chuàng)新式實驗教學體系

利用虛擬仿真的實驗技術教育高校學生已經(jīng)成為未來發(fā)展的方向，因為傳統(tǒng)的微生物實驗教學方法存在枯燥，安全等方面的缺點。已經(jīng)無法順應時代的發(fā)展。虛擬仿真可以利用多種技術完成操作實驗項目，這是傳統(tǒng)的微生物實驗教學中無法比擬的。從以往基于教師操作和學生模仿的實驗教學體系，逐漸演變?yōu)榛趯W生主動思維和操作的設計性、綜合性的實驗教學體系。依托虛擬仿真系統(tǒng)，學生可以積極發(fā)揮主觀能動性和思維創(chuàng)新能力，為醫(yī)學院校培養(yǎng)創(chuàng)新型人才奠定基礎。

4 結語

綜上所述，虛擬仿真實驗教學課程的研究與開發(fā)，有利于食品微生物學實驗教學的發(fā)展。除了按照實驗教學的要求精心設計課程結構外，還要注意網(wǎng)絡環(huán)境的真實性，選擇合適的多媒體材料進行編輯、組織和壓縮，充分利用聲像等載體，提高教學效果，增加學生在虛擬實驗中的體驗。現(xiàn)在信息技術越來越成熟，在教學環(huán)節(jié)中應用信息技術將會產(chǎn)生良好的效果。隨著實驗技術的發(fā)展，虛擬仿真實驗教學平臺的構建突破了傳統(tǒng)教學方法的一些弊端，滿足了學生進行微生物實驗的各種條件。虛擬仿真實驗教學平臺使學生成為教學過程中的主體，實驗教學作為理論教學的延伸具有廣闊的前景。通過對通過對食品微生物學教學的研究和創(chuàng)新，可以看到虛擬仿真軟件的重要性。通過開發(fā)一套具有可操作性的虛擬模擬軟體，實現(xiàn)教學實踐與信息技術的有機結合。伴隨著虛擬仿真教學項目的開展，大大提高了學生的分析能力，同時也減輕了教師的工作量。重要的是提高了學生的動手實踐能力，也將傳統(tǒng)的教學模式推向信息技術的轉變方向。