劉雨果+戴娟秀+翟璐+楊慧

（廣東醫(yī)科大學 公共衛(wèi)生學院，廣東 東莞 523808）

摘要：本文以提高食品理化檢驗實驗教學質(zhì)量為目標，闡述了構(gòu)建虛擬實驗室的必要性和可行性，旨在利用虛擬實驗室對食品理化檢驗教學進行改革創(chuàng)新。虛擬實驗室的建立有助于將抽象的實驗原理具體化、形象化，并可以擴展實驗教學的實驗條件，增強學生的實驗興趣和操作技能。

關(guān)鍵詞：虛擬實驗室；食品理化檢驗；預防醫(yī)學

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）13-0275-02

食品理化檢驗是研究各類食品組成成分的檢測方法及其理論，進而評定食品品質(zhì)的一門實踐性和應用性都很強的技術(shù)性學科，是食品質(zhì)量與安全專業(yè)和衛(wèi)生檢驗檢疫專業(yè)中的主要課程[1]。食品理化檢驗涉及的交叉學科多，實驗教學使用的儀器種類多，考慮到大型儀器操作復雜，更需要學生多動手操作的因素，因此實驗教學是理論聯(lián)系實踐的必要環(huán)節(jié)。近年來高校持續(xù)擴招，資源投入與人才培養(yǎng)的問題是制約高校實驗教學發(fā)展的瓶頸問題[2]。例如，與之配套的實驗教學硬件如師資隊伍、實驗室和實驗儀器的數(shù)量無法滿足學生數(shù)量激增的需求；并且由于高校教師數(shù)量的不足，在儀器設(shè)備維護和更新方面也不能完全做到早發(fā)現(xiàn)、早解決。基于計算機平臺建立的虛擬實驗室因具有自由度大、安全性高、靈活性強和節(jié)省資源等特點，因此受到高校越來越多的重視。學生可以不受實驗場地和時間限制，既可以在虛擬實驗臺上動手操作進行課前預習；又可以作為開展正式實驗前的情境模擬，這能有效提高實驗教學的效率，延長儀器的使用率，減低實驗室消防安全等問題的發(fā)生風險。因此，我們探究將虛擬實驗室引入到食品理化檢驗的實驗教學中，旨在進一步提高教學質(zhì)量和學生的學習效果。

一、虛擬實驗室的內(nèi)涵和特點

虛擬實驗室（virtual laboratory）是基于虛擬原型技術(shù)而建立的網(wǎng)絡仿真模型，在校園網(wǎng)平臺上營造出模擬的實驗環(huán)境、儀器設(shè)備、實驗對象以及實驗資源等內(nèi)容[3]。其目的在于力求用計算機合成的人工環(huán)境代替現(xiàn)實世界的真實環(huán)境，為開設(shè)各種虛擬實驗課程提供全新的教學環(huán)境。

虛擬實驗室的建立需要軟硬件結(jié)合，最終實現(xiàn)整個真實實驗的所有功能。軟件平臺是整個虛擬實驗室的基礎(chǔ)，它是基于B/S的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，由網(wǎng)絡技術(shù)、計算機技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等軟件生成[4]。由于是建立在網(wǎng)絡基礎(chǔ)上，故學生可以不受實驗場地和時間的限制，并根據(jù)自己的時間自主登錄虛擬實驗室網(wǎng)站，模擬實驗流程和自主設(shè)計實驗，完成實驗前的預習和準備工作。

在虛擬實驗室中有三種人員角色：實驗指導老師、學生和實驗室管理員，他們分別具有不同的權(quán)限。實驗指導老師可以在線對學生進行實驗指導，包括布置實驗內(nèi)容、對學生自主實驗設(shè)計的修改、實驗心得的交流，以及實驗后作業(yè)的批改。學生既可以在虛擬實驗室平臺上自主設(shè)計實驗程序和步驟，也可以模擬大型儀器的操作，對儀器進行配置、連接和調(diào)節(jié)，進而熟悉實驗流程。實驗管理人員準備實驗設(shè)備、安排實驗時間和內(nèi)容、發(fā)布實驗內(nèi)容和報告等[5]。

二、食品理化檢驗傳統(tǒng)實驗室教學模式的特點

食品理化檢驗課程是以食品為樣品，采用諸多相關(guān)課程知識與技術(shù)進行分析的一門應用性課程。傳統(tǒng)的實驗教學是以教師的講授為主，學生在進入實驗室之前是無法進行實驗流程和實驗儀器的操作。因此在實驗課有限的時間里，學生既要熟悉并完成實驗流程，又要熟練安全地操作新儀器，其教學效果往往不佳，會造成學生對過程的一知半解；并且由于儀器數(shù)量有限，很多學生都無法親自動手操作，長此以往會降低學生學習的主動性，不利于提高學生的實驗技能。

三、虛擬實驗室的教學優(yōu)勢

1.實驗內(nèi)容更生動易懂。食品理化檢驗這門課程主要是以分析化學、儀器分析、食品化學為基礎(chǔ)，采用限度地分離、濃縮、萃取等分析技術(shù)，講授食品營養(yǎng)成分和食品中有害物質(zhì)的檢驗檢測原理和技術(shù)[6]。其特點是內(nèi)容多、涉及學科廣、技術(shù)性強且原理復雜，并且由于食品來源多樣且組成復雜，造成相關(guān)的檢驗項目繁多。而虛擬實驗室能把教學中抽象的概念、原理和過程等進行直觀生動地演示，給學生營造“真實”的學習環(huán)境，并且學生會對通過互聯(lián)網(wǎng)的新型方式獲取知識更有興趣，這有利于學生更扎實地掌握實驗原理和概念。另一方面，學生可以自由支配時間，在實踐中發(fā)揮自主創(chuàng)造性，發(fā)現(xiàn)問題能夠及時查閱資料或者在線與教師和同學交流，并修改設(shè)計方案。

2.彌補實驗教學條件的不足，避免各種風險。近年來，高校招生的規(guī)模不斷擴大，造成實驗室超負荷運轉(zhuǎn)以及實驗教師工作量的增大。因此，很多實驗項目雖然具有較好的理論意義，但因條件有限而不能開設(shè)實施[7]。如何在有限的實驗室資源條件下提高教學質(zhì)量是高校關(guān)注的重點。如果將虛擬實驗室引入到實驗教學中，學生通過虛擬實驗室已經(jīng)熟練了儀器操作，親自上機操作時可以有效利用儀器，減少儀器的維護費用，極大地節(jié)約實驗費用。另外，對于有毒、有放射性、易燃易爆的試劑，由于學生在虛擬操作時候已經(jīng)知曉如何規(guī)避，因此會減少實驗中的隱患。

3.不受時間和空間的限制。鑒于食品理化檢驗實驗的特殊性，要完整地完成某些實驗一般需要1天時間。例如脂肪的測定，對樣品進行處理比較耗時。如果通過虛擬實驗的方式來開展，學生就不會受時間的限制，在上課前就可以獨立完成整個實驗，進而提高實驗課的上課效率。

四、虛擬實驗教學在食品理化檢驗實驗教學中應用的建議

虛擬實驗室有著傳統(tǒng)實驗室無法比擬的優(yōu)越性，如可重復操作、不受環(huán)境和時間限制、節(jié)約資源、安全性高等。在對我校2013級食品安全專業(yè)學生的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，學生對虛擬實驗教學的認同度達到87%以上。另外，對相關(guān)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析發(fā)現(xiàn)，虛擬實驗教學在促進學生掌握知識、加強對實驗興趣、增強動手操作、增強分析和解決問題能力方面優(yōu)于傳統(tǒng)教學法。但是，虛擬實驗室不能完全代替實際的動手實驗操作，有些故障和突發(fā)情況只有在真實的實驗場景中才能發(fā)現(xiàn)。此外，學生對于虛擬實驗的實驗操作只是感性認識，必須通過親身實踐才能增強實驗技能。因此作者認為應該在食品理化檢驗實驗的教學過程中，將虛擬實驗與傳統(tǒng)實驗教學模式有機融合，使二者發(fā)揮各自的優(yōu)點，故提出以下建議：

1.提倡學科交叉。結(jié)合虛擬實驗室依賴網(wǎng)絡技術(shù)的特點，加強《食品理化檢驗》與信息技術(shù)等學科之間的交流，使虛擬實驗室更廣泛地應用到各個學科領(lǐng)域。

2.合理安排虛擬實驗室與實際實驗兩者的教學比例。在《食品理化檢驗》的實驗教學過程中，對涉及到的大型儀器操作或耗時較長的實驗，可側(cè)重虛擬實驗教學，這樣能夠節(jié)省傳統(tǒng)示教教學法的時間，提高效率。對較簡單的基礎(chǔ)性實驗，在課堂上以傳統(tǒng)教學法為主，可依托虛擬實驗室的課后交流功能，讓學生多加強實驗交流和完成實驗作業(yè)。總之應根據(jù)教學大綱的實驗要求，按照教學進度進行優(yōu)化組合，以達到更好的實驗教學效果。

3.有助于教師對學生實驗課的多元化評價。以往教師主要根據(jù)學生在實驗操作過程中的表現(xiàn)和實驗報告的得分來完成實驗評價，考慮到實際操作中學生人數(shù)多且時間有限，因此很難對學生的實驗進行全方位、客觀的評價。引進虛擬實驗教學平臺，教師可以跟蹤學生完成實驗的預習情況，以及實驗作業(yè)的完成情況和實驗心得交流，多方位、全面、客觀地對學生進行實驗評價。學生也可以登錄虛擬實驗室的交流模塊，進行實驗前的交流，還可以在實驗完成后分享對實驗的心得體會。

參考文獻：

[1]黎源倩，孫長顥，葉蔚云，等.食品理化檢驗[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，2006：1.

[2]劉澤良.發(fā)揮虛擬實驗室建設(shè)對實驗教學的促進作用[J].實驗技術(shù)與管理，2011，28（7）：193-194.

[3]唐九飛，歐陽星明，于俊清.虛擬實驗系統(tǒng)中操作重現(xiàn)的研究[J].計算機工程與設(shè)計，2010（10）：2323-2326.

[4]李笑，董云耀.基于WEB的虛擬實驗室的研究與設(shè)計[J].計算機與數(shù)字工程，2006，34（2）：132.

[5]韓琴，冷言冰，賈皓，等. 3R原則與虛擬實驗室在預防醫(yī)學實驗教學中的應用[J].實驗技術(shù)與管理，2013，8（30）：152-154.

[6]李芳，王蘇華，邢光偉，等.衛(wèi)生檢驗與檢疫專業(yè)的食品理化檢驗教學改革探索[J].中國衛(wèi)生檢驗雜志，2014，24（11）：67-69.

[7]陳國元，楊克敵，劉烈剛，等.國家級預防醫(yī)學實驗教學示范中心的建設(shè)與展望[J].實驗室研究與探索，2011，30（9）：248-251.

基金項目：廣東省高等教育教學改革項目，項目名稱：基于網(wǎng)絡的虛擬實驗室在預防醫(yī)學實驗教學中的應用初探，項目編號（2015315）

作者簡介：劉雨果（1983-），女（漢族），河南開封人，實驗師，碩士研究生，研究方向：預防醫(yī)學相關(guān)教學及科研。