蘭晶 余承焰 肖帆

摘要：為了能夠從根本上保證高校食品專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量，應(yīng)以食品類專業(yè)中的“食品微生物學(xué)”課程的特點為基礎(chǔ)，合理應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)。本文闡述了高校在開展“食品微生物學(xué)”教學(xué)中存在的問題，探討了虛擬仿真技術(shù)在“食品微生物學(xué)”教學(xué)中應(yīng)用的根本意義， 并分析了虛擬仿真技術(shù)在“食品微生物學(xué)”教學(xué)中的具體應(yīng)用和表現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù)；食品微生物學(xué)；實驗教學(xué)

一、引言

“食品微生物學(xué)”作為一門基礎(chǔ)課程，是食品相關(guān)專業(yè)的必修科目，但當前階段，部分高校在開展“食品微生物學(xué)”教學(xué)時仍采取傳統(tǒng)的教學(xué)模式，在實驗課程上內(nèi)容設(shè)置方面存在一定的問題，使課堂教學(xué)質(zhì)量受到消極影響。而通過虛擬仿真技術(shù)在“食品微生物學(xué)”教學(xué)中的應(yīng)用，有助于進一步培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力和創(chuàng)新能力，并有效提升教學(xué)質(zhì)量。

二、高校在開展“食品微生物學(xué)”教學(xué)中存在的問題

（一）教學(xué)內(nèi)容相對單一

食品微生物學(xué)是一門專業(yè)的基礎(chǔ)課程，也是高校的食品類專業(yè)學(xué)生的必學(xué)課程，具有較強的實踐性，有利于鍛煉學(xué)生的動手操作能力，培養(yǎng)學(xué)生的獨立思維。當前階段，我國各個高校開展的食品微生物學(xué)教學(xué)中，更傾向于實驗教學(xué)，并占據(jù)整體教學(xué)工作中的很大比重。食品微生物學(xué)作為一門實踐性學(xué)科，更注重學(xué)生對所學(xué)知識的應(yīng)用能力，而不僅僅是簡單地機械記憶。大部分的高校在食品微生物學(xué)教學(xué)工作中會設(shè)置同等的理論學(xué)時和實驗學(xué)時，這意味著實驗教學(xué)在食品微生物學(xué)教學(xué)中占據(jù)著重要的地位[1]。然而，從食品微生物學(xué)實驗教學(xué)的具體情況來看，教學(xué)內(nèi)容較為單一，大多數(shù)開設(shè)的實驗課程都是基礎(chǔ)性的，例如配置培養(yǎng)基、測定大腸桿菌數(shù)量以及學(xué)習(xí)微生物細胞計數(shù)方法等。這些基礎(chǔ)性的實驗教學(xué)內(nèi)容無法完全滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，但高校很難開設(shè)像微生物在腐乳、發(fā)酵火腿等傳統(tǒng)食品的應(yīng)用類實驗或是食品致病菌的檢測等與食品生產(chǎn)過程相關(guān)的實驗。

此外，“食品微生物學(xué)”教學(xué)中所做的實驗通常需要耗費較長的時間，若操作不當還極易造成食品污染問題，導(dǎo)致實驗失敗，這也限制了綜合性實驗與探究性實驗的開展。與其他的基礎(chǔ)微生物學(xué)相比，“食品微生物學(xué)”更注重實踐應(yīng)用性。各個高校在設(shè)置“食品微生物學(xué)”實驗教學(xué)活動時，需要進一步加強對學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)，尤其是對于那些工科基礎(chǔ)相對來說較為薄弱的院校。

（二）教學(xué)手段不夠多元化

在開展食品微生物學(xué)實驗教學(xué)活動時，大部分高校仍采取傳統(tǒng)的教學(xué)模式和教學(xué)手段，導(dǎo)致教學(xué)不夠多元化，無法從根本上引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也無法發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動性。“食品微生物學(xué)”在設(shè)置實驗教學(xué)內(nèi)容上，大多為基礎(chǔ)性驗證，教師在帶領(lǐng)學(xué)生進行實驗操作以及講解的過程中，學(xué)生對于教師具有很強的依賴性，當學(xué)生獨立進行實驗時，完全依附于實驗指導(dǎo)書上規(guī)定的實驗步驟來進行操作，而沒有自主思考，呈現(xiàn)出較為僵化的特點。這種情況會導(dǎo)致學(xué)生所撰寫的實驗報告整體結(jié)構(gòu)和內(nèi)容有著高度的雷同性，完缺乏對實驗過程的心得體會和講解，對于實驗的根本目的與意義并不清晰。甚至還有一部分的學(xué)生并沒有真正地動手進行實驗操作，或者實驗過程不夠認真，實驗報告的撰寫更多依賴于食品微生物學(xué)的書本內(nèi)容，缺乏對實驗的真實反應(yīng)現(xiàn)象的觀察。這種情況與高校食品微生物學(xué)實驗課程的初衷相違背，沒有從根本上增強學(xué)生的動手實驗?zāi)芰?，對學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)造成了一定的消極影響，同時還造成了實驗教學(xué)資源的極大浪費。

（三）實驗教學(xué)的利用率較低

食品微生物學(xué)所需要進行的實驗操作與其他學(xué)科的實驗不同，它需要對微生物細胞進行培養(yǎng)，整個培養(yǎng)工作要耗費很長的時間。同時，實驗操作的步驟較為瑣碎復(fù)雜，實驗環(huán)境和操作質(zhì)量都會對實驗結(jié)果產(chǎn)生直接影響。受限于這一原因，食品微生物學(xué)開設(shè)實驗課時有一定的難度。除此之外，高校開設(shè)食品微生物學(xué)實驗教學(xué)的課時是有限的，因此在實驗教學(xué)內(nèi)容中，實驗的數(shù)量安排也會受到影響，當教師與學(xué)生在實驗課堂上的實驗失敗時，并沒有充足的時間可以進行二次實驗和重復(fù)實驗，從某種程度上來說，這可能會打擊學(xué)生對實驗探究的積極性[2]。

三、虛擬仿真技術(shù)在“食品微生物學(xué)”教學(xué)中應(yīng)用的根本意義

（一）彌補實驗條件不充沛的現(xiàn)實需要

虛擬仿真技術(shù)是通過利用計算機軟件和硬件技術(shù)，將三維計算機圖形技術(shù)和廣角立體顯示技術(shù)有機融合，實時跟蹤被觀察者的變化，并與其進行信息反饋互動，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了聲音、圖像以及動畫為一體的虛擬現(xiàn)實世界的技術(shù)。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展和推廣普及，虛擬仿真技術(shù)也得到了有效發(fā)展，在眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并取得了不錯的成效。在“食品微生物學(xué)”教學(xué)當中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)可以彌補“食品微生物學(xué)”實驗教學(xué)條件不足的情況。部分高校的工科基礎(chǔ)較為薄弱，雖然開設(shè)了食品微生物學(xué)實驗教學(xué)課程，但實驗室場地不夠完備，缺少必需的食品加工工藝設(shè)備，還沒有形成系統(tǒng)化的食品加工工藝生產(chǎn)線，食品發(fā)酵工藝設(shè)備也不足。因此，食品微生物學(xué)中的實驗課程無法開設(shè)發(fā)酵工程類實驗。然而，應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)可以有效地解決這些問題，高校無需購買昂貴的食品發(fā)酵工藝設(shè)備，通過虛擬仿真技術(shù)就可以實現(xiàn)設(shè)備所具有的功能作用，并且成本更加低廉，時效性也有所保證，每位學(xué)生都可以在計算機上進行實踐操作，這也與現(xiàn)代信息化教育的本質(zhì)要求相契合。

（二）有利于幫助學(xué)生更好地掌握實驗原理

虛擬仿真技術(shù)在食品微生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，充分體現(xiàn)出了現(xiàn)代信息技術(shù)的支持輔助作用。利用虛擬仿真技術(shù)通過設(shè)計“食品微生物學(xué)”實驗教學(xué)平臺，可以擺脫時空和距離的限制，讓學(xué)生能夠在虛擬環(huán)境中完成實驗的設(shè)計、模擬和分析等活動，模擬真實的實驗環(huán)境，使其體驗更加直觀。從實驗內(nèi)容的設(shè)計層面上來看，虛擬仿真技術(shù)可以輔助教師設(shè)計更全面和多層次的《食品微生物學(xué)》實驗。在日常生活中，食品專業(yè)的學(xué)生很少有機會接觸真實的食品生產(chǎn)設(shè)備，對于它們的了解主要來自課本教材，缺乏直觀性[3]。而通過應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，可以向?qū)W生展示實際食品生產(chǎn)所需的大型化和自動化設(shè)備，使學(xué)生更為直觀地了解食品加工儀器的基本原理，從而幫助學(xué)生更好地吸收食品微生物學(xué)知識，掌握食品加工過程中微生物的應(yīng)用原理和起到的作用，這樣學(xué)生在進行動手實驗操作時也會更加熟練和自信。

（三）教學(xué)內(nèi)容更加豐富多元化，更具特色

“食品微生物學(xué)”所開展的食品工藝實驗離不開實驗儀器設(shè)備的輔助作用，同時“食品微生物學(xué)”實驗教學(xué)會涉及一定的生物危害，對學(xué)生的身體安全造成威脅，所以很多實驗都不能進行。而虛擬仿真技術(shù)具有污染低下、安全系數(shù)高、不會產(chǎn)生廢水廢氣固體廢棄物的優(yōu)點，能有效避免這類問題。在安排“食品微生物學(xué)”實驗教學(xué)課程時，教師可以在虛擬仿真技術(shù)的輔助作用下，大范圍地引入之前因操作風(fēng)險較高而無法進行的實驗內(nèi)容，這不僅可以提高學(xué)生對實驗操作的興趣，還能提高課堂實驗教學(xué)的效果。食品質(zhì)量與安全專業(yè)和食品衛(wèi)生與營養(yǎng)專業(yè)都需要學(xué)習(xí)“食品微生物學(xué)”課程，但由于高校的實驗場地不足且缺乏實驗教輔人員，導(dǎo)致這兩個專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程時并沒有明顯的專業(yè)化區(qū)別。通過應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，可以根據(jù)學(xué)生個體差異的原則，更好地體現(xiàn)食品質(zhì)量與安全專業(yè)的工科特點，同時引入食品加工的具體場景，進行工藝設(shè)計實驗。對于食品衛(wèi)生與營養(yǎng)專業(yè)，要明確該專業(yè)的特征，可以更加注重微生物與營養(yǎng)健康關(guān)系的教學(xué)內(nèi)容，并引入食品微生物控制不當導(dǎo)致的食品中毒問題等相關(guān)內(nèi)容進行實驗教學(xué)。

四、虛擬仿真技術(shù)在“食品微生物學(xué)”教學(xué)中的具體應(yīng)用表現(xiàn)

（一）與網(wǎng)絡(luò)視頻實現(xiàn)有機結(jié)合

高校教師利用虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在“食品微生物學(xué)”教學(xué)時，要與網(wǎng)絡(luò)視頻實現(xiàn)有機結(jié)合，構(gòu)建翻轉(zhuǎn)課堂。在帶領(lǐng)學(xué)生進行虛擬仿真實驗之前，教師應(yīng)當根據(jù)實驗內(nèi)容，提前向?qū)W生發(fā)送標準的示范視頻，讓學(xué)生對“食品微生物學(xué)”的虛擬仿真實驗有著初步地了解。同時，教師還應(yīng)當鼓勵學(xué)生合理利用虛擬仿真軟件和實驗操作指南，讓學(xué)生全方位地掌握虛擬仿真軟件內(nèi)容，了解軟件的具體操作流程。通過采取虛擬仿真技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)視頻有機結(jié)合的教學(xué)手段，教師讓學(xué)生做好充足的預(yù)習(xí)準備工作，以此有效地節(jié)約在課堂上講解的時間，這樣教師帶領(lǐng)學(xué)生開展虛擬仿真實驗的時間就會更加充沛，更有利于學(xué)生進行動手實驗操作，從而增強學(xué)生的實踐能力，并將“食品微生物學(xué)”課本內(nèi)容中的抽象知識轉(zhuǎn)化為具象的實驗結(jié)果。應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)一方面解決了高?！笆称肺⑸飳W(xué)”實驗教學(xué)課時不足的問題，另一方面也從根本上保證了課堂教學(xué)效果，構(gòu)建了翻轉(zhuǎn)課堂。同時，虛擬仿真技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的緊密結(jié)合實現(xiàn)了虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的最大化共享。

（二）拓展補充食品微生物學(xué)的實驗教學(xué)內(nèi)容

教師應(yīng)當首先明確“食品微生物學(xué)”實驗教學(xué)內(nèi)容的確定標準，以食品安全的國家標準為依據(jù)，來合理規(guī)劃出食品微生物實驗所需的實踐知識，為學(xué)生構(gòu)建科學(xué)合理的實驗環(huán)境條件，并充分考慮到食品微生物學(xué)教學(xué)的課時限制，盡可能帶領(lǐng)學(xué)生進行現(xiàn)實條件無法滿足的實驗教學(xué)內(nèi)容來，進行虛擬仿真實驗設(shè)計，以拓展實驗教學(xué)內(nèi)容[4]。例如，教師可以利用虛擬仿真技術(shù)來帶領(lǐng)學(xué)生進行食品中真菌與細菌的實驗檢驗。在傳統(tǒng)的食品微生物學(xué)實驗教學(xué)模式中，真菌和細菌仍是很重要的組成部分，但所開展的實驗活動往往局限于形態(tài)和生理生化兩部分，無法進行致病菌的實驗檢驗。而通過應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，可以實現(xiàn)食源性致病菌的實驗檢驗，學(xué)生在虛擬仿真實驗的過程中，能夠更好地掌握增菌與細菌真菌分離培養(yǎng)的實驗操作方法，學(xué)生的食品微生物實踐操作技能得到進一步強化。

（三）構(gòu)建虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)

在“食品微生物學(xué)”教學(xué)中，教師應(yīng)當利用虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)，以此為教師講解實驗操作的相關(guān)知識點起到良好的輔助作用，并提供更靈活、可行的實驗教學(xué)設(shè)計。利用該系統(tǒng)，學(xué)生能夠扎實地掌握“食品微生物學(xué)”知識點，同時也能進行一定的自我思考，正確地完成實驗操作流程。此外，該系統(tǒng)還能夠?qū)崟r調(diào)整實驗參數(shù)和實驗對象，教師可以更加清晰地評估學(xué)生對于“食品微生物學(xué)”基礎(chǔ)知識和實驗知識的熟悉程度，并根據(jù)教學(xué)目標來調(diào)整實驗難度。由此可以看出，利用虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)，可以保證“食品微生物學(xué)”的實驗教學(xué)質(zhì)量，同時也可以評估學(xué)生的實驗成績，具有良好的雙重作用。在虛擬仿真平臺上，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生進行多樣化的食品微生物學(xué)實驗，不再局限于課本教材中對實驗內(nèi)容的限制，從而培養(yǎng)出更具創(chuàng)造性與實踐能力的高質(zhì)量食品專業(yè)人才，為我國的食品安全行業(yè)提供更好地服務(wù)。

五、結(jié)束語

綜上所述，利用虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建的“食品微生物學(xué)”實驗教學(xué)課堂相較于傳統(tǒng)的教學(xué)模式更具趣味性，同時還能極大地拓展和補充食品微生物學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，尤其是實驗教學(xué)內(nèi)容，進而增強了學(xué)生對食品微生物學(xué)動手實驗操作的興趣和實驗技能，推動了高校的實驗教學(xué)改革深化，創(chuàng)新了教學(xué)模式。

作者單位：蘭晶 余承焰（通訊作者） 肖帆 武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院

參? 考? 文? 獻

[1]徐艷陽，李薇茹，王雪松.虛擬仿真技術(shù)輔助“食品微生物學(xué)”實驗教學(xué)研究[J].教育教學(xué)論壇，2021（46）：125-128.

[2]蔣麗施，陳艷，康晉梅，等.現(xiàn)代信息技術(shù)支持下虛擬仿真技術(shù)在食品微生物學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].輕工科技，2021，37（01）：159-160，171.

[3]儀淑敏，李秋瑩，趙顯一，等.基于虛擬仿真技術(shù)的食品微生物學(xué)實驗課教學(xué)探索[J].教育現(xiàn)代化，2019，6（86）：179-180.

[4]梁燕秀.虛擬仿真實驗技術(shù)在“食品微生物檢驗”教學(xué)中的應(yīng)用探索[J].福建輕紡，2019（09）：48-50.

課題來源：教師教學(xué)創(chuàng)新團隊建設(shè)項目；課題名稱：生物與化工虛擬仿真課程群教師教學(xué)創(chuàng)新團隊建設(shè)項目。

蘭晶（1989.08-），男，漢族，湖北省孝感，本科，高級工程師，研究方向：計算機科學(xué)與技術(shù)、虛擬仿真應(yīng)用。