梁燕秀

（廣西質(zhì)量技術(shù)工程學(xué)校，廣西 南寧 530000）

科技進(jìn)步已經(jīng)成為推動(dòng)社會(huì)不斷變革的巨大源動(dòng)力，大數(shù)據(jù)、信息化等技術(shù)逐漸滲透到各行各業(yè)，虛擬仿真技術(shù)在重大工程、危險(xiǎn)行業(yè)、精密測(cè)試等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，呈現(xiàn)出其強(qiáng)大的預(yù)測(cè)、直觀、可視、高效等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。隨著虛擬仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來(lái)已有部分專家學(xué)者關(guān)注虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的開發(fā)與應(yīng)用，如劉俐等開展了虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)微生物教學(xué)中的應(yīng)用研究，孫巍開展了虛擬仿真軟件在分析專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用研究，童愛均則進(jìn)行了多媒體技術(shù)提高食品微生物檢驗(yàn)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的初探?？梢钥闯?，虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用也有了部分研究成果。

“食品微生物檢驗(yàn)”作為食品產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)專業(yè)的一門主干課程，需要開展相關(guān)微生物實(shí)驗(yàn)，以達(dá)到提升學(xué)生實(shí)操能力的目的。然而，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程主要依賴于真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室，大多學(xué)校由于軟硬件等條件的限制，實(shí)驗(yàn)操作遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，成效不足，無(wú)法滿足教育要求。因此，開展“食品微生物檢驗(yàn)”虛擬仿真軟件的應(yīng)用探索，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和水平，培養(yǎng)具有專業(yè)實(shí)踐基礎(chǔ)，富有創(chuàng)新能力的微生物檢驗(yàn)人才，已成為課程教學(xué)改革的重點(diǎn)。

1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的可行性

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是依托虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，構(gòu)建高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對(duì)象，能提供實(shí)時(shí)、三維的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，通過(guò)視、聽、觸覺等作用于使用者，使用者則可進(jìn)入該虛擬環(huán)境，學(xué)生在虛擬環(huán)境中開展實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)不具備或難以完成的教學(xué)功能。

1.1 應(yīng)用多媒體互動(dòng)、虛擬仿真技術(shù)增強(qiáng)課堂趣味性，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐中，與傳統(tǒng)授課模式迥異，會(huì)給學(xué)生耳目一新的體驗(yàn)感。虛擬仿真技術(shù)通過(guò)將音頻、視頻、圖像等多媒體技術(shù)將教學(xué)內(nèi)容具體、直觀地呈現(xiàn)于課堂上，化抽象為形象，有效降低學(xué)生對(duì)知識(shí)的吸納難度，提高師生教學(xué)互動(dòng)、最大限度地激發(fā)學(xué)生的自主實(shí)驗(yàn)興趣以及解開知識(shí)奧妙的沖動(dòng)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

1.2 應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)資源整合和共享

隨著互聯(lián)網(wǎng)和相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展，遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)隨之興起，拓展了遠(yuǎn)程教育的領(lǐng)域。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件通過(guò)整合信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，建設(shè)多元教學(xué)資源共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)校內(nèi)外、本地區(qū)及更廣范圍內(nèi)教學(xué)資源共享，豐富教學(xué)內(nèi)容，降低風(fēng)險(xiǎn)和成本，形成一種綠色實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

1.3 實(shí)現(xiàn)教學(xué)模式的多元化，促進(jìn)教學(xué)實(shí)踐與信息技術(shù)的融合

傳統(tǒng)教學(xué)模式中，多以課堂為主，實(shí)驗(yàn)室為輔。虛擬仿真軟件能夠?qū)?shí)驗(yàn)室搬進(jìn)課堂，實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)操作的統(tǒng)一與同步，刺激學(xué)生的積極性。另一方面，信息技術(shù)始終是未來(lái)發(fā)展的重要方向，教學(xué)實(shí)踐也需要加入信息元素，緊跟時(shí)代發(fā)展步伐，利用信息技術(shù)促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量。因此通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件開發(fā)，能夠?qū)崿F(xiàn)教學(xué)模式的多元化，促進(jìn)教學(xué)實(shí)踐與信息技術(shù)的融合。

2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件在“食品微生物檢驗(yàn)”教學(xué)中的應(yīng)用

根據(jù)目前的研究成果，已有學(xué)者在不同的專業(yè)領(lǐng)域開發(fā)了相關(guān)虛擬仿真教學(xué)軟件，并在教學(xué)課堂中開展應(yīng)用。針對(duì)“食品微生物檢驗(yàn)”這門課程，在借鑒現(xiàn)有成功虛擬仿真教學(xué)軟件的基礎(chǔ)上，更重要的是根據(jù)課程的內(nèi)容特點(diǎn)和功能需求進(jìn)行優(yōu)化與創(chuàng)新，提高虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件的適用性。

本研究采用Photoshop、Flash、ProtoPie等軟件制作“食品微生物檢驗(yàn)”網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件，主要包含3種仿真教學(xué)應(yīng)用模式。

2.1 瀏覽模式

允許學(xué)生以沉浸式的方式在高仿三維虛擬場(chǎng)景中進(jìn)行自由移動(dòng)，自由瀏覽，自由選擇需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，允許采用瀏覽、特寫、視覺跟蹤等特殊視角來(lái)對(duì)特定內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)。

2.2 指導(dǎo)模式

讓學(xué)生在三維虛擬場(chǎng)景中按步驟學(xué)習(xí)教學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的完整內(nèi)容，按各自學(xué)習(xí)重點(diǎn)自由調(diào)整觀看視角和步驟，并結(jié)合圖片、聲音、視頻等媒體信息，充分理解設(shè)備工作原理、結(jié)構(gòu)以及各種操作任務(wù)。針對(duì)食品微生物檢驗(yàn)這一門課程，可將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的關(guān)鍵步驟，如培養(yǎng)基的配置、無(wú)菌操作、接種分離等，通過(guò)虛擬仿真動(dòng)畫短片呈現(xiàn)。在授課過(guò)程中，教師可進(jìn)行暫停，倒退，重復(fù)播放等功能操作，加深學(xué)生對(duì)操作流程細(xì)節(jié)的記憶和理解，有效提高了課堂教學(xué)效果。

2.3 考核模式

通過(guò)模擬流程操練、故障設(shè)置、突發(fā)情況等再現(xiàn)不同類型的新型考核方式對(duì)學(xué)生的實(shí)操能力、故障排除能力、突發(fā)應(yīng)急能力等傳統(tǒng)考核方式無(wú)法考察的內(nèi)容進(jìn)行數(shù)字化準(zhǔn)確評(píng)估。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以自動(dòng)收集學(xué)生實(shí)驗(yàn)前輔助學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程指導(dǎo)、答疑、實(shí)驗(yàn)成績(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)在線測(cè)試收集學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)效果等方面的評(píng)價(jià)與反饋信息，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，以便于對(duì)學(xué)生進(jìn)行全方面的考核。

3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件在“食品微生物檢驗(yàn)”教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)分析

相對(duì)于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室實(shí)操，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件在解決微生物檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)難題上，主要有以下方面的優(yōu)勢(shì)：

一是降低實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)系數(shù)，通過(guò)虛擬仿真技術(shù)，避免了學(xué)生與人體有害的菌種、化學(xué)藥劑及危險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)儀器和器皿直接接觸，可有效防止因?qū)嶒?yàn)操作失誤帶來(lái)的人身傷害；

二是可以節(jié)約教學(xué)資金和資源，學(xué)校建設(shè)無(wú)菌實(shí)驗(yàn)室所需場(chǎng)地和造價(jià)高昂，涉及各類設(shè)備與裝置需要專門的實(shí)驗(yàn)室管理人員并具備相關(guān)技術(shù)，日常維護(hù)成本較高，同時(shí)未經(jīng)充分學(xué)習(xí)和訓(xùn)練的學(xué)生過(guò)早進(jìn)行實(shí)操訓(xùn)練，難免會(huì)因操作失誤，造成設(shè)備的故障或損壞以及實(shí)驗(yàn)耗材的浪費(fèi)，增加實(shí)驗(yàn)成本；

三是可以打破時(shí)間和空間的限制，微生物檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中，培養(yǎng)基的配置、滅菌、細(xì)菌培養(yǎng)等項(xiàng)目耗時(shí)較長(zhǎng)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)束需要24、48小時(shí)甚至更長(zhǎng)的時(shí)間，利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不受實(shí)驗(yàn)時(shí)間、場(chǎng)地、設(shè)備、耗材的限制，可以在相對(duì)安全的環(huán)境中進(jìn)行反復(fù)大量的模擬實(shí)訓(xùn)操練，使得實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)實(shí)踐過(guò)程更流程、更高效。

4 總結(jié)

經(jīng)過(guò)對(duì)“食品微生物檢驗(yàn)”課程教學(xué)模式的研究與創(chuàng)新，可以看到虛擬仿真軟件在教學(xué)中的重要性與必要性，通過(guò)開發(fā)一套具備可操作性的虛擬仿真軟件，并提供了三種仿真教學(xué)應(yīng)用模式，從而實(shí)現(xiàn)了促進(jìn)教學(xué)實(shí)踐與信息技術(shù)的融合。隨著虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)工作的深化和拓展，構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)可以有效提升學(xué)生的分析和實(shí)踐能力，同時(shí)，智能化技術(shù)大大減輕了教師的工作量，也必將推動(dòng)傳統(tǒng)教學(xué)模式向信息化技術(shù)方向的變革。