趙圣明，趙巖巖，周威，朱明明，焦凌霞，畢繼才

河南科技學(xué)院食品學(xué)院（新鄉(xiāng) 453003）

在當(dāng)前新工科教育背景下，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是工科專業(yè)人才培養(yǎng)體系中的重要組成部分，是推進(jìn)工科教育改革發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，因此，培養(yǎng)工科學(xué)生的實(shí)踐能力尤為重要[1]?！笆称肺⑸飳W(xué)”是食品科學(xué)與工程、食品質(zhì)量與安全及糧食工程等工科專業(yè)的主干專業(yè)基礎(chǔ)課程。通過(guò)學(xué)習(xí)和掌握微生物學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，進(jìn)一步應(yīng)用于食品微生物安全控制與檢測(cè)、食品發(fā)酵生產(chǎn)等實(shí)踐過(guò)程?！笆称肺⑸飳W(xué)”實(shí)踐教學(xué)是知識(shí)向能力轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)食品微生物類應(yīng)用型創(chuàng)新人才的主要途徑，實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量對(duì)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神和工程素質(zhì)培養(yǎng)具有舉足輕重的影響[2]。因此，“食品微生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)至關(guān)重要，通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高創(chuàng)新意識(shí)，有助于掌握抽象的理論知識(shí)，并將其進(jìn)一步應(yīng)用生產(chǎn)實(shí)踐中。然而，傳統(tǒng)的“食品微生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式及教學(xué)技術(shù)落后，主要依賴于真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量及項(xiàng)目設(shè)置易受實(shí)驗(yàn)設(shè)施、課程教學(xué)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)資源、實(shí)驗(yàn)成本及空間等條件的限制。大多學(xué)校由于軟硬件等條件的限制，實(shí)驗(yàn)操作學(xué)時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，不能調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的積極性，同時(shí)也不能滿足“新工科”建設(shè)及應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求。因此，加強(qiáng)現(xiàn)代信息化技術(shù)在傳統(tǒng)工科高等教育中的深度融合，是強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)、提高學(xué)生實(shí)際操作能力的重要手段。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是依托現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)，利用動(dòng)態(tài)教學(xué)模型對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)景、儀器設(shè)備、操作行為等進(jìn)行系統(tǒng)性、動(dòng)態(tài)性的模仿，實(shí)現(xiàn)與實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致的教學(xué)效果[3]。隨著5G時(shí)代的到來(lái)，虛擬仿真技術(shù)也得到快速發(fā)展，為實(shí)踐教學(xué)改革帶來(lái)巨大機(jī)遇。早在2017年我國(guó)教育部就印發(fā)《關(guān)于2017—2020年開(kāi)展示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)的通知》[2]，進(jìn)一步深化和拓展虛擬仿真教學(xué)項(xiàng)目的建設(shè)工作，推動(dòng)虛擬仿真技術(shù)在高校教學(xué)中的改革探索。采用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行“食品微生物學(xué)”實(shí)踐教學(xué)改革，可促使實(shí)踐教學(xué)從傳統(tǒng)的知識(shí)型教學(xué)向技術(shù)應(yīng)用型教學(xué)轉(zhuǎn)變，不僅可以節(jié)約實(shí)驗(yàn)資源、實(shí)驗(yàn)成本、拓展實(shí)踐教學(xué)時(shí)間與空間，有效突破時(shí)間、空間和儀器資源等的約束，克服實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)實(shí)際客觀條件的依賴性，而且還可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，滿足自主學(xué)習(xí)的需求，深化對(duì)實(shí)踐知識(shí)點(diǎn)的理解，提高學(xué)生創(chuàng)新思維能力、動(dòng)手能力和綜合實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)，具有重要的理論意義和實(shí)際意義。通過(guò)運(yùn)用SWOT分析法，分析開(kāi)展“食品微生物學(xué)”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)、機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn)，以期拓展“食品微生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，提升“食品微生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，為進(jìn)一步促進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中的應(yīng)用提供借鑒。

1 “食品微生物學(xué)”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要性

以河南科技學(xué)院為例，傳統(tǒng)“食品微生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)人數(shù)每學(xué)期人數(shù)約200人，但“食品微生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)室空間只能供60人左右同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。尤其是一些綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，如大腸菌群測(cè)定，需要進(jìn)行培養(yǎng)基配制與滅菌、平板制作、樣品無(wú)菌操作、菌落培養(yǎng)、菌落計(jì)數(shù)等操作項(xiàng)目，整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程需要1周左右，多個(gè)班級(jí)只能輪流進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，影響實(shí)驗(yàn)的連續(xù)性。由于實(shí)驗(yàn)室條件限制，為滿足所有學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求，因此學(xué)生需要在規(guī)定的時(shí)間完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這也明顯限制了學(xué)生的創(chuàng)新性思維訓(xùn)練，影響學(xué)生科學(xué)探索精神的培養(yǎng)。還有一些實(shí)驗(yàn)如病原微生物的檢測(cè)，可能會(huì)危害學(xué)生的身體健康。此外，一些新型實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器成本較高，由于經(jīng)費(fèi)有限，學(xué)校更新較慢，導(dǎo)致一些學(xué)科前沿的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目無(wú)法順利開(kāi)展。同時(shí)，大型設(shè)備需要專業(yè)人員定期維護(hù)和保養(yǎng)，以及某些學(xué)生的粗心操做也可能損壞實(shí)驗(yàn)設(shè)備，這些因素都增加了實(shí)驗(yàn)成本[4]。因此，傳統(tǒng)的“食品微生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式已不能滿足當(dāng)代大學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段單一、學(xué)生參與度不高，往往是參照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)和教師的講解按部就班地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生缺乏深入的實(shí)驗(yàn)思考。手機(jī)、電腦已成為當(dāng)代大學(xué)生學(xué)習(xí)和生活的必需品。將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與信息化手段相結(jié)合，將有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮其主觀能動(dòng)性[5]。雖然基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的信息化教學(xué)模式，如學(xué)習(xí)通、雨課堂等教學(xué)平臺(tái)在一定程度上加強(qiáng)了師生的互動(dòng)交流，提高了“食品微生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和學(xué)習(xí)效率，但基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的信息化教學(xué)模式依舊偏重于實(shí)驗(yàn)理論教學(xué)。而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)和以Unity3D平臺(tái)為基礎(chǔ)的3D仿真技術(shù)開(kāi)發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行“食品微生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將實(shí)際實(shí)驗(yàn)室操作和虛擬實(shí)驗(yàn)課堂有機(jī)結(jié)合，不僅可以讓理論教學(xué)更加生動(dòng)有趣，還可使學(xué)生身臨其境地感受實(shí)驗(yàn)操作。同時(shí)虛擬仿真技術(shù)的高逼真性、交互性、沉浸性和虛幻性等特點(diǎn)，有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生的實(shí)踐綜合應(yīng)用能力和促進(jìn)實(shí)時(shí)交互式教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展。虛擬仿真技術(shù)使實(shí)驗(yàn)教學(xué)可視化、形象化、立體化，提高課程實(shí)踐教學(xué)效率，對(duì)新工科背景下的人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新具有深遠(yuǎn)的影響。

2 “食品微生物學(xué)”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的SWOT分析

2.1 優(yōu)勢(shì)（strength）

2.1.1 虛擬仿真技術(shù)優(yōu)勢(shì)

以Unity3D平臺(tái)為基礎(chǔ)的3D仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為依托，以“食品微生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)操作為載體，采用面向服務(wù)的軟件架構(gòu)開(kāi)發(fā)，集實(shí)物仿真、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、智能指導(dǎo)、虛擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果自動(dòng)批改和教學(xué)管理于一體。整體構(gòu)架分為數(shù)據(jù)層、支撐層、通用服務(wù)層、仿真層和應(yīng)用層等。在數(shù)據(jù)層里，分別設(shè)置虛擬實(shí)驗(yàn)的用戶信息、基礎(chǔ)原件庫(kù)、規(guī)則庫(kù)、答案庫(kù)、實(shí)驗(yàn)教程等。支撐層是“食品微生物學(xué)”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)與開(kāi)放共享平臺(tái)的核心框架，是實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目正常開(kāi)放運(yùn)行的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)整個(gè)基礎(chǔ)系統(tǒng)的運(yùn)行、維護(hù)和管理。通用服務(wù)層是為“食品微生物學(xué)”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)提供虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境的一些通用支持組件，有助于快速在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)搭建。仿真層主要針對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行相應(yīng)的器材建模、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景構(gòu)建、虛擬儀器開(kāi)發(fā)、提供通用的仿真器，并為應(yīng)用層提供實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的格式化輸出。應(yīng)用層針對(duì)學(xué)生提供具體應(yīng)用服務(wù)[6]。同時(shí)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中使用大場(chǎng)景三維掃描和手持式掃描等方式對(duì)實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景和常用設(shè)備、材料進(jìn)行采集測(cè)量，構(gòu)建測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù)，并以此為基礎(chǔ)對(duì)實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景和相關(guān)設(shè)備進(jìn)行1︰1建模，構(gòu)建高真實(shí)感的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)硬件設(shè)備要求低、交互性強(qiáng)，通過(guò)虛擬仿真技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，有效解決實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、成本等因素制約問(wèn)題，提高學(xué)生的理論和實(shí)踐操作能力。

2.1.2 學(xué)校教學(xué)平臺(tái)優(yōu)勢(shì)

河南科技學(xué)院食品科學(xué)與工程專業(yè)為國(guó)家一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)，專業(yè)實(shí)力強(qiáng)大，利用國(guó)家一流專業(yè)的優(yōu)勢(shì)支撐一流課程的建設(shè)。面對(duì)教育信息化的快速發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)開(kāi)展課堂教學(xué)的信息化改革尤為重視。學(xué)校設(shè)立專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)，保證信息化技術(shù)在高等教育教學(xué)中的推廣應(yīng)用，推動(dòng)虛擬仿真技術(shù)在高校教學(xué)改革中的應(yīng)用創(chuàng)新。鼓勵(lì)教師積極申報(bào)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)方向的相關(guān)課題，配套購(gòu)買相關(guān)的教學(xué)平臺(tái)和資源?！笆称肺⑸飳W(xué)”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開(kāi)發(fā)，可有力促進(jìn)食品專業(yè)教學(xué)模式的多樣化，也有助于學(xué)校精品數(shù)字化課程的開(kāi)發(fā)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)。同時(shí)食品科學(xué)與工程專業(yè)師資力量雄厚，博士學(xué)歷占比達(dá)80%以上，能夠快速學(xué)習(xí)和接受新的信息化教學(xué)模式。

2.1.3 教學(xué)效果優(yōu)勢(shì)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景和操作動(dòng)畫更具有趣味性，可以在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景內(nèi)設(shè)置互動(dòng)性問(wèn)答習(xí)題，并將問(wèn)答習(xí)題設(shè)置成游戲闖關(guān)模式，只有答對(duì)了問(wèn)題，才能進(jìn)行下一步的實(shí)驗(yàn)操作。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可通過(guò)啟發(fā)式學(xué)習(xí)、分步驟演示等方式呈現(xiàn)，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[7]。正常的實(shí)驗(yàn)操作在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，由于人數(shù)較多，教師僅憑肉眼觀察，很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)所有學(xué)生錯(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)操作，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)學(xué)生的一對(duì)一指導(dǎo)。但是，教師可以在虛擬仿真軟件中根據(jù)系統(tǒng)的錯(cuò)誤操作提示，及時(shí)糾正學(xué)生的錯(cuò)誤實(shí)驗(yàn)操作，更好把握教學(xué)節(jié)奏，提高教學(xué)效果。同時(shí)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)突破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)由教師為中心的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生為中心，學(xué)生愿意主動(dòng)參與學(xué)習(xí)，積極與教師互動(dòng)交流，活躍課堂學(xué)習(xí)氛圍，有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并促進(jìn)學(xué)生獨(dú)立思考、主動(dòng)進(jìn)行科學(xué)探索的學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

2.2 劣勢(shì)（weakness）

2.2.1 成本劣勢(shì)

虛擬仿真技術(shù)國(guó)內(nèi)起步較晚，尚還處于高速發(fā)展階段，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)費(fèi)用較高，一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)加上版權(quán)使用費(fèi)用需十余萬(wàn)元，而“食品微生物學(xué)”可開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目20～30個(gè)，導(dǎo)致將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目整體都開(kāi)設(shè)成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的成本較高，僅適合一些需要昂貴實(shí)驗(yàn)儀器或者有健康風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目推廣和應(yīng)用。同時(shí)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程制作需要既掌握“食品微生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)知識(shí)又精通軟件開(kāi)發(fā)的專業(yè)技術(shù)人員，對(duì)技術(shù)人員的綜合要求較高，同時(shí)還需要花費(fèi)大量精力和時(shí)間開(kāi)發(fā)。此外，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目各個(gè)環(huán)節(jié)中設(shè)置的交互性問(wèn)題，客觀題可由計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)批閱，而主觀題無(wú)法進(jìn)行自動(dòng)批閱，仍需要教師根據(jù)具體的回答情況進(jìn)行手動(dòng)批閱，并對(duì)學(xué)生的操作失誤進(jìn)行及時(shí)的反饋和糾正，因此工作量也較大。

2.2.2 模擬現(xiàn)實(shí)劣勢(shì)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)雖能較為真實(shí)地模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，具有沉浸性和不受時(shí)空限制等特點(diǎn)，但仍存在一些劣勢(shì)，主要是模擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景無(wú)法與現(xiàn)實(shí)環(huán)境完全對(duì)應(yīng)。如：無(wú)法還原雙手接觸實(shí)驗(yàn)儀器、樣品的手感和操縱感；微生物接種、倒平板、平板劃線等實(shí)驗(yàn)操作需要真實(shí)感受器具和樣品間接觸的面積和摩擦力的變化，因此需要通過(guò)平衡感受并調(diào)整接種和平板劃線的力度，以免劃破培養(yǎng)基表面。尤其是一些“食品微生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)需要精確的實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)，而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)只能在軟件中模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程。雖然虛擬仿真實(shí)驗(yàn)一定程度上可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，但是實(shí)驗(yàn)只能從視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等方面進(jìn)行簡(jiǎn)單的模擬，無(wú)法帶來(lái)實(shí)際觸覺(jué)和操作的體驗(yàn)，因此不能使學(xué)生學(xué)習(xí)到真正的實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)和鍛煉學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，無(wú)法保證課堂的教學(xué)質(zhì)量。

2.3 機(jī)會(huì)（opportunity）

2.3.1 國(guó)家政策帶來(lái)的契機(jī)

近年來(lái)，為加快信息技術(shù)在高等教育中的快速發(fā)展，國(guó)家教育部相繼發(fā)布《關(guān)于開(kāi)展2014年國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》《2017年教育信息化工作要點(diǎn)》《關(guān)于2017—2020年開(kāi)展示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)的通知》《職業(yè)教育示范性虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)指南》等相關(guān)文件，鼓勵(lì)高校開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和和實(shí)驗(yàn)中心的建設(shè)，表明國(guó)家層面對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的高度重視。國(guó)家的政策支持和經(jīng)費(fèi)投入，使虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的應(yīng)用廣泛開(kāi)展起來(lái)。因此，抓住信息技術(shù)變革帶來(lái)的歷史性機(jī)遇，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)高等教育質(zhì)量的“變軌超車”成為高校關(guān)注的重點(diǎn)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在“食品微生物學(xué)”中的應(yīng)用目前還處于初步發(fā)展階段，具有廣闊的開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景。將現(xiàn)代虛擬仿真技術(shù)與傳統(tǒng)“食品微生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，將有利于助推食品類專業(yè)的新工科建設(shè)，探索傳統(tǒng)工科實(shí)驗(yàn)教育的智能改造升級(jí)。隨著信息化技術(shù)的高速發(fā)展，智能手機(jī)和平板電腦等移動(dòng)終端的逐步普及，以及虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在高等教育教學(xué)中的快速推廣和應(yīng)用，教師和學(xué)生對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的接受度越來(lái)越高，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域和使用頻率也將越來(lái)越廣。

2.3.2 專業(yè)發(fā)展提供的機(jī)會(huì)

近年來(lái)，隨著社會(huì)對(duì)食品安全以及消費(fèi)者飲食營(yíng)養(yǎng)與健康的日益重視，各高校食品類專業(yè)的報(bào)考人數(shù)和錄取分?jǐn)?shù)逐漸提升，說(shuō)明社會(huì)對(duì)食品類專業(yè)的認(rèn)知度較高。同時(shí)，工科教育主導(dǎo)的成果導(dǎo)向教育理念也為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展提供新契機(jī)。因此，高校應(yīng)該緊跟專業(yè)發(fā)展的快車道，將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與虛擬仿真技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)新教學(xué)模式，提升教學(xué)質(zhì)量。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的答題環(huán)節(jié)，教師和學(xué)生可以通過(guò)平臺(tái)共同討論、分析和解決問(wèn)題，有效培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新意識(shí)和工程實(shí)踐能力[8]，實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐相結(jié)合的食品類創(chuàng)新應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。此外，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)已在較多高校中開(kāi)展應(yīng)用探索，已完成的或者在建的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為“食品微生物學(xué)”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)提供一定建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。

2.3.3 虛擬仿真技術(shù)的快速發(fā)展帶來(lái)的機(jī)遇

近幾十年，信息技術(shù)飛速發(fā)展，虛擬仿真開(kāi)發(fā)技術(shù)也越來(lái)越成熟。因此，實(shí)驗(yàn)軟件和平臺(tái)的開(kāi)發(fā)的成本也會(huì)越來(lái)越低，這為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)的廣泛應(yīng)用提供良好契機(jī)。在國(guó)家政策支持和社會(huì)的需求下，虛擬仿真技術(shù)在高等教育的廣泛應(yīng)用是大勢(shì)所趨。雖然虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式應(yīng)用的時(shí)間不長(zhǎng)，但是快速的技術(shù)更新，使其功能越來(lái)越強(qiáng)大，可以根據(jù)教師和學(xué)生的意見(jiàn)反饋，定向開(kāi)發(fā)新功能，為師生提供更好的體驗(yàn)。隨著虛擬技術(shù)成本的降低，智能化、個(gè)性化和泛在化的“食品微生物學(xué)”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教室將會(huì)逐步呈現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)更加真實(shí)，科技感更強(qiáng)，創(chuàng)新“食品微生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足。

2.4 威脅（threat）

2.4.1 課程開(kāi)發(fā)質(zhì)量要求高

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)雖然具有不限空間、時(shí)間、設(shè)備等客觀條件的優(yōu)勢(shì)[9]，但是一些實(shí)驗(yàn)精度要求高、操作性強(qiáng)、需要熟能生巧、鍛煉實(shí)驗(yàn)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)類項(xiàng)目，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)難度高。這類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目還是更適合于傳統(tǒng)課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)操作為主。如光學(xué)顯微鏡的使用，需要通過(guò)肉眼觀察目鏡，協(xié)同手動(dòng)調(diào)節(jié)載物臺(tái)和調(diào)焦螺旋觀察細(xì)菌的形態(tài)，實(shí)驗(yàn)需要反復(fù)的操作才能熟悉顯微鏡的使用并觀察到細(xì)菌的微小形態(tài)結(jié)構(gòu)。此外，一些涉及分子生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)操作，如質(zhì)粒的提取，基因的轉(zhuǎn)化等，需要精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，這些實(shí)驗(yàn)如果都應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生將無(wú)法得到基本實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練機(jī)會(huì)。因此，為進(jìn)一步促進(jìn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在傳統(tǒng)“食品微生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，可將智能頭盔、智能穿戴等設(shè)備與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相結(jié)合，提高數(shù)據(jù)傳輸速度、屏幕刷新技術(shù)、交互設(shè)備精確度，使實(shí)驗(yàn)顯示內(nèi)容和感官同步，提高實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的體驗(yàn)性，真正實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的虛擬操作。教育領(lǐng)域?qū)μ摂M仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，導(dǎo)致開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與使用的虛擬仿真軟件應(yīng)用平臺(tái)不兼容，如系統(tǒng)架構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)支持、功能模塊、運(yùn)轉(zhuǎn)流程等都存在差異，影響虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的廣泛推廣和應(yīng)用。

2.4.2 師資力量薄弱和學(xué)生管理難度大

教師習(xí)慣于傳統(tǒng)的課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)，開(kāi)設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程，需要重新進(jìn)一步掌握信息化知識(shí)，需要與軟件開(kāi)發(fā)公司對(duì)接，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，還缺乏系統(tǒng)、成熟的信息技術(shù)操作和管理的培訓(xùn)體系。此外，因?yàn)檐浖_(kāi)發(fā)公司無(wú)法提供實(shí)時(shí)的技術(shù)服務(wù)，后續(xù)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件和運(yùn)行平臺(tái)也需要教師進(jìn)行管理和維護(hù)。因此，長(zhǎng)期順利開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)也存在一定困難。

學(xué)生剛接觸虛擬仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于是新鮮事物，普遍興趣較高，可以自主、有效完成學(xué)習(xí)。一旦學(xué)習(xí)時(shí)間長(zhǎng)久，也會(huì)逐漸產(chǎn)生厭倦心理，便可能通過(guò)技術(shù)手段或者尋找他人替代自己刷課，完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程雖然突破時(shí)間和空間的束縛，但如果教師不在現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，僅通過(guò)網(wǎng)絡(luò)則無(wú)法有效實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的監(jiān)督作用。因此，結(jié)合視頻直播或者其他有效的考核監(jiān)督方式是未來(lái)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)需要考慮的一個(gè)重要問(wèn)題。

3 結(jié)語(yǔ)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的交互性、沉浸性和趣味性等特點(diǎn)，有力推動(dòng)了信息技術(shù)與“食品微生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的結(jié)合和發(fā)展。利用SWOT方法分析“食品微生物學(xué)”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的應(yīng)用應(yīng)該考慮具體實(shí)驗(yàn)的類型和內(nèi)容發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，并不是完全通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)替代傳統(tǒng)的課堂實(shí)驗(yàn)操作教學(xué)[10]，而是建議采用“虛”實(shí)結(jié)合的方式，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的應(yīng)用，提高課堂的實(shí)驗(yàn)技能教學(xué)效果，充分激發(fā)學(xué)生的求知欲和發(fā)揮其主觀能動(dòng)性，提高學(xué)習(xí)效率。因此，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式為不斷提高“食品微生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果以及培養(yǎng)食品領(lǐng)域的復(fù)合型應(yīng)用人才發(fā)揮重要作用。