朱丹實，劉雪飛，呂艷芳，趙麗紅，薛 鵬，曹雪慧，劉 賀

（1.渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 錦州 121013；2.北京歐倍爾軟件技術(shù)開發(fā)有限公司，北京 100192）

成果導(dǎo)向教育（Outcome-based education，OBE）是指教育教學(xué)過程中一切教學(xué)活動都圍繞學(xué)生實現(xiàn)預(yù)期學(xué)習(xí)成果開展的教學(xué)過程[1]。自1981年由Spad首次提出后，OBE如今已成為歐美很多國家工程教育改革的主流理念[2-3]。OBE理念強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體作用，將工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)作為指導(dǎo)性綱領(lǐng)，以社會需求為導(dǎo)向，注重培養(yǎng)學(xué)生將學(xué)術(shù)知識轉(zhuǎn)化為解決實際問題的能力，對創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才培養(yǎng)具有重要意義。

虛擬仿真實驗是以計算機(jī)為基礎(chǔ)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，利用動態(tài)教學(xué)模型實時模擬實體實驗的場景、儀器設(shè)備、操作流程，達(dá)到與實體實驗基本一致的實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)果。在虛擬仿真實驗的開發(fā)過程中，要求構(gòu)筑出綜合多種技術(shù)和工具的信息化、網(wǎng)絡(luò)化的集成環(huán)境[4-5]。虛擬仿真技術(shù)能夠克服實體實驗周期長、危險性大、參與度低、靈活性小等諸多缺點，實現(xiàn)低成本、全天候的實驗教學(xué)和即時的實驗反饋。

“食品微生物檢驗”是高等院校食品學(xué)科的一門重要課程。該課程的實驗課學(xué)時較多，應(yīng)用性和實踐性很強(qiáng)。目前，傳統(tǒng)的“食品微生物檢驗”課程實驗多是為了加強(qiáng)學(xué)生對有關(guān)理論知識的驗證和鞏固，很難激發(fā)學(xué)生對食品專業(yè)知識的學(xué)習(xí)興趣。而且，在實際教學(xué)中一般以演示性、驗證性的實驗內(nèi)容為主，而綜合性、設(shè)計性、研究性的實驗內(nèi)容較少。學(xué)生學(xué)習(xí)缺乏主動性和積極性，實踐動手能力、綜合運用知識能力和創(chuàng)新思維的鍛煉也較少[6]，難以滿足培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型人才的需求。

OBE模式強(qiáng)調(diào)對實踐教學(xué)的要求，虛擬仿真平臺增強(qiáng)了實踐教學(xué)的即時性、靈活性。在OBE模式的教學(xué)過程中引入虛擬仿真技術(shù)，能夠較好地解決食品專業(yè)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中的共性及個性問題，更好地培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和工程實踐能力，提升學(xué)生的創(chuàng)新意識。若要最大程度地貫徹OBE教育模式，最充分地利用虛擬仿真實驗資源，就需要增強(qiáng)實驗教學(xué)的開放性與自主性[7]。根據(jù)“食品微生物檢驗”課程實踐性和應(yīng)用性強(qiáng)的特點，基于OBE理念的“食品微生物檢驗”課程虛擬仿真實驗建設(shè)改革方案，利用虛擬仿真技術(shù)為“食品微生物檢驗”實驗教學(xué)提供新穎的教學(xué)模式，符合當(dāng)前信息化的趨勢，使學(xué)生能獲得更便利的學(xué)習(xí)機(jī)會，提高學(xué)生創(chuàng)新意識和實踐技能，對培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型專業(yè)人才的轉(zhuǎn)型發(fā)展十分必要。

1 “食品微生物檢驗”O(jiān)BE模式虛擬仿真教學(xué)思路

渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院的“食品微生物檢驗”課程是食品質(zhì)量與安全專業(yè)的必修課程，其中“食品中菌落總數(shù)測定”和“大腸菌群計數(shù)”也是食品科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生的必修學(xué)習(xí)內(nèi)容?！笆称肺⑸餀z驗”課程的實踐性非常強(qiáng)，實驗操作要點很多、規(guī)范性要求強(qiáng)，僅靠傳統(tǒng)課堂和有限的實踐教學(xué)時間，學(xué)生往往不能完全掌握所有的操作技能。而且，致病菌的檢測項目還帶有一定的危險性，具有安全隱患。因此，圍繞OBE模式，根據(jù)應(yīng)用型人才創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)需要，將虛擬仿真技術(shù)引入食品專業(yè)實踐教學(xué)過程中，開發(fā)和豐富“食品微生物檢驗”虛擬仿真教學(xué)和實驗資源，可以實現(xiàn)理論教學(xué)、實體實驗教學(xué)、虛擬實驗教學(xué)和創(chuàng)新型實驗教學(xué)的有機(jī)結(jié)合[8]。

“食品微生物檢驗”O(jiān)BE模式虛擬仿真教學(xué)改革建設(shè)原則為“虛實結(jié)合、虛創(chuàng)結(jié)合、實創(chuàng)結(jié)合”，即理論教學(xué)與虛擬實驗及實體基礎(chǔ)性實驗、驗證型實驗和綜合性實驗操作結(jié)合；虛擬實驗與大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練、各類大學(xué)生競賽項目、畢業(yè)設(shè)計、畢業(yè)論文實驗、課程設(shè)計、科研創(chuàng)新、校企合作等創(chuàng)新型實驗結(jié)合；實體基礎(chǔ)性實驗、驗證型實驗和綜合性實驗與各類創(chuàng)新型實驗結(jié)合。通過“食品微生物檢驗”O(jiān)BE模式虛擬仿真教學(xué)改革，可以進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生實踐能力，培養(yǎng)和鍛煉創(chuàng)新思維，構(gòu)建綜合性強(qiáng)、開放度高、互動豐富的實踐教學(xué)體系。

開展“食品微生物檢驗”O(jiān)BE模式虛擬仿真教學(xué)改革時，要注意3個方面問題：一是要以學(xué)生為主體，以社會對食品專業(yè)人才的需求為導(dǎo)向，重點培養(yǎng)學(xué)生工程執(zhí)業(yè)能力，突出培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用意識。激發(fā)學(xué)生主觀能動性為前提，培養(yǎng)學(xué)生將理論知識轉(zhuǎn)化為實踐應(yīng)用的能力為目的，提高學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)為目標(biāo)。構(gòu)建高度仿真、虛實結(jié)合、開放共享的虛擬仿真實驗系統(tǒng)，探索理論知識學(xué)習(xí)與實踐能力培養(yǎng)的最優(yōu)結(jié)合方式，創(chuàng)新實踐教學(xué)體系。二是要以實驗項目驅(qū)動為主導(dǎo)，將實驗項目“模塊化”設(shè)置，并著重培養(yǎng)學(xué)生的科研思維和創(chuàng)新意識。重視科研成果向?qū)嶒烅椖坑行мD(zhuǎn)化，實現(xiàn)教學(xué)與科研的有機(jī)結(jié)合和有效反饋，強(qiáng)化創(chuàng)新、科研意識，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)研究能力培養(yǎng)。三是要大力推動校企合作，將“食品微生物檢驗”課程實驗與企業(yè)需求結(jié)合，并與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練、各類大學(xué)生競賽項目、畢業(yè)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計等實踐教學(xué)內(nèi)容有機(jī)融合，開發(fā)面向食品專業(yè)的“多層次、立體化”的虛實結(jié)合教學(xué)資源體系。不斷健全虛擬仿真實驗教學(xué)資源管理，建立共享機(jī)制與兼容平臺，維護(hù)保障虛擬仿真實驗教學(xué)的安全高效運行。

2 “食品微生物檢驗”O(jiān)BE模式虛擬仿真教學(xué)設(shè)計

“食品微生物檢驗”課程專業(yè)性強(qiáng)，涉及學(xué)科廣泛、內(nèi)容多，要達(dá)成課程教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計十分重要。根據(jù)學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)和食品行業(yè)生產(chǎn)廠家需求相結(jié)合的原則，基于OBE教學(xué)理念，將微生物檢驗實踐教學(xué)構(gòu)建為“菌落總數(shù)測定”“大腸菌群計數(shù)”“沙門氏菌檢驗”“金黃色葡萄球菌檢驗”四大實驗?zāi)K，并增加“食品微生物檢驗基礎(chǔ)理論”和“食品微生物檢驗考核”1個軟件模塊。食品微生物檢驗四大檢測項目方法，緊緊圍繞中華人民共和國國家“食品微生物學(xué)檢驗”標(biāo)準(zhǔn)GB 4789.2—2016“菌落總數(shù)檢測”，GB 4789.3—2016“大腸菌群計數(shù)”，GB4789.4—2016“沙門氏菌檢驗”和GB 4789.10—2016“金黃色葡萄球菌檢驗”中相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化檢測的流程和方法，將規(guī)范化微生物檢驗操作以計算機(jī)虛擬技術(shù)呈現(xiàn)。

虛擬仿真軟件中包含理論知識、實驗演示、虛擬練習(xí)、易錯點考核、擴(kuò)展應(yīng)用知識等內(nèi)容，力爭實現(xiàn)理論學(xué)習(xí)、虛擬練習(xí)、實體實踐、擴(kuò)展研究相結(jié)合的原則。理論教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置由淺入深、循序漸進(jìn)，既強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)性和系統(tǒng)性，又突出重點，緊密聯(lián)系實際。在虛擬仿真教學(xué)時，一方面要思考如何在該體系中應(yīng)用學(xué)科知識，如何將虛擬和實踐銜接，在實踐中操作怎樣應(yīng)用理論解決具體實際問題；另一方面要給學(xué)生補(bǔ)充學(xué)科外的知識。在理論知識模塊中還要加大練習(xí)和擴(kuò)展環(huán)節(jié)。通過練習(xí)環(huán)節(jié)，使學(xué)生具備相應(yīng)的理論知識和檢測能力，并有助于培養(yǎng)獨立思考能力。擴(kuò)展環(huán)節(jié)，一方面可沿橫向進(jìn)行跨學(xué)科擴(kuò)展；另一方面也可沿縱向從表層認(rèn)知向深層次學(xué)科問題探究擴(kuò)展。在虛擬仿真練習(xí)環(huán)節(jié)可以設(shè)置一些共性任務(wù)，擴(kuò)展環(huán)節(jié)可以針對部分感興趣的學(xué)生深入學(xué)習(xí)，體現(xiàn)因材施教的原則。

實踐教學(xué)過程中，對每一個檢測模塊都進(jìn)行梳理和調(diào)整，結(jié)合虛擬仿真3D可視化軟件感知設(shè)計的優(yōu)勢，將“菌落總數(shù)檢測”“大腸菌群計數(shù)”“沙門氏菌檢驗”和“金黃色葡萄球菌檢驗”這4個實驗?zāi)K的實驗?zāi)康摹嶒炘?、實驗方法、實驗結(jié)果報告原則、實驗的注意事項要求等制作成三維微課件。根據(jù)實驗內(nèi)容準(zhǔn)備實驗材料和儀器，確定操作步驟，重點分析實驗操作過程中容易出現(xiàn)的問題、分析問題產(chǎn)生的可能原因、提出問題的解決方案。模擬實體實驗轉(zhuǎn)換虛擬操作關(guān)鍵環(huán)節(jié)，展示不同實驗結(jié)果。力爭在每個實驗?zāi)K中實現(xiàn)理論、虛擬、實踐、創(chuàng)新一體化教學(xué)模式，融理論、虛擬實踐、實體實踐于一體，融技能和創(chuàng)新意識培養(yǎng)于一體。此外，要注意充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，增強(qiáng)學(xué)生自主探究的興趣，在理論知識充分掌握的前提下提高學(xué)生實踐動手能力，培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實、本領(lǐng)過硬、素質(zhì)全面、創(chuàng)新能力強(qiáng)的專業(yè)型人才。

借助微生物虛擬仿真軟件實現(xiàn)互動畫面，使學(xué)生對微生物檢驗實驗操作的每個環(huán)節(jié)進(jìn)行虛擬仿真控制，自由掌握實驗進(jìn)度，反復(fù)修正和重復(fù)標(biāo)準(zhǔn)化操作。解決因設(shè)備、實驗場地不足和原料安全性帶來的實踐教學(xué)缺陷。學(xué)生結(jié)合理論教學(xué)和真實實驗過程，將虛擬仿真實驗作為輔助和擴(kuò)展，實現(xiàn)虛實結(jié)合、互為補(bǔ)充。通過虛擬仿真訓(xùn)練，強(qiáng)化實際操作能力，開拓學(xué)生眼界和思路，充分體現(xiàn)以學(xué)生為主導(dǎo)的實踐教學(xué)模式，充分調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣，提高實踐教學(xué)效果。虛擬實驗場所與學(xué)?，F(xiàn)有微生物檢驗實驗室結(jié)合，學(xué)生在虛擬仿真實驗過程中，可以進(jìn)行軟硬結(jié)合、虛實結(jié)合的綜合性實驗，利用虛擬實驗補(bǔ)充實體實驗的缺點，使實驗內(nèi)容更加豐富，實驗的趣味性增強(qiáng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和實驗熱情，從而獲得更好的實踐教學(xué)效果。學(xué)生在實驗過程中可以單獨完成實驗，也可以以小組形式協(xié)作完成實驗，從而適應(yīng)不同的實驗?zāi)Ｊ?，便于實現(xiàn)學(xué)生之間和師生之間的交流。學(xué)生進(jìn)行虛擬實驗操作過程中，教師也要進(jìn)行適當(dāng)指導(dǎo)和講解，學(xué)生可以根據(jù)自身掌握的程度反復(fù)演練，熟悉操作要點和操作規(guī)范性。當(dāng)學(xué)生進(jìn)行實驗室實體操作時可以避免虛擬操作中的問題，提高學(xué)生的檢驗操作的準(zhǔn)確性，提升實踐動手能力。

3 基于OBE理念的虛擬仿真教學(xué)評價體系

OBE理念模式強(qiáng)調(diào)學(xué)生本人完成相應(yīng)成果的能力，因此“食品微生物檢驗”虛擬仿真教學(xué)考核應(yīng)注重學(xué)生的真才實學(xué)，教學(xué)評價體系還要體現(xiàn)過程性、隨機(jī)性、個性化的特點。

過程性考核可以依托實驗報告展開。每次實驗均設(shè)有獨立的實驗報告，在實驗報告中設(shè)有任務(wù)成果說明欄、教師問詢欄、評語欄、簽章欄、評分欄等。實驗報告同樣按照遞進(jìn)式設(shè)計，學(xué)生首先完成實驗內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上接受關(guān)于實驗內(nèi)容的問詢，由于提問的內(nèi)容是隨機(jī)的，學(xué)生必須對自己的實驗內(nèi)容充分了解，要注重問詢前的理論和實踐過程的學(xué)習(xí)及相應(yīng)能力的獲得。學(xué)生必需能夠完成相應(yīng)虛擬和實踐教學(xué)任務(wù)，并通過了教師的問詢和檢驗，才可以獲得實驗簽章進(jìn)入到下一實驗的學(xué)習(xí)，并獲得該實驗的成績。過程性考核過程中，教師對學(xué)生的問詢和評價是客觀、透明的，學(xué)生可看到自己的不足，并可在后續(xù)環(huán)節(jié)中予以關(guān)注和改進(jìn)。各項實驗是按照遞進(jìn)式設(shè)計，學(xué)生按照先后順序獲得相應(yīng)實驗的簽章才能進(jìn)入下一環(huán)節(jié)，從源頭上保證了每個學(xué)生能夠掌握相應(yīng)的知識。為了便于學(xué)生課堂外自學(xué)和討論，所有教學(xué)過程中講解的理論教學(xué)資料、實驗操作要求和相關(guān)拓展資料都面向?qū)W生開放，教師在授課過程中主要講重點、講難點、答疑、檢驗成果和評定成績等。過程性考核模式與遞進(jìn)式教學(xué)設(shè)計相匹配，可以最大限度地保障學(xué)生獲得相應(yīng)能力。

隨機(jī)性考核模式中，學(xué)生隨機(jī)抽取題目并在指定時間完成相應(yīng)任務(wù)。該環(huán)節(jié)不允許學(xué)生討論，重點考查學(xué)生對所學(xué)知識的掌握程度、綜合運用的能力和獨立完成實驗任務(wù)的能力。由于隨機(jī)性考核環(huán)節(jié)的任務(wù)是隨機(jī)抽取的，允許學(xué)生在制定時間內(nèi)多次完成該項任務(wù)，可以在課下對任務(wù)庫中的多個任務(wù)進(jìn)行反復(fù)練習(xí)。任務(wù)庫包含基礎(chǔ)理論內(nèi)容、對課堂內(nèi)容的擴(kuò)展、實踐操作要點及近年來食品領(lǐng)域的一些真實案例。通過綜合性的隨機(jī)考核，可以在課程的學(xué)習(xí)過程中，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，滿足OBE理念的培養(yǎng)要求。

個性化考核模式是針對每個學(xué)生的獨創(chuàng)性成果，開展個性化考核，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)過程的持續(xù)改進(jìn)。個性化考核可以結(jié)合實驗操作和易出錯情況及小結(jié)開展。通過虛擬仿真軟件進(jìn)行在線評估，根據(jù)實驗配套操作指導(dǎo)評價系統(tǒng)，按照實驗?zāi)康耐瓿蓪嶒炘淼恼J(rèn)知、實驗操作的規(guī)范進(jìn)行客觀打分，學(xué)生培訓(xùn)后由計算機(jī)自動給出客觀分?jǐn)?shù)，軟件系統(tǒng)按照學(xué)習(xí)計劃進(jìn)度，對學(xué)生進(jìn)行評級。在此評級說明，學(xué)生可以有針對性地練習(xí)和改進(jìn)，并重新申請考核評級，從而達(dá)到OBE持續(xù)改進(jìn)、不斷進(jìn)步的理念，進(jìn)一步提高培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型專業(yè)人才的質(zhì)量。

4 結(jié)語

面對工程認(rèn)證的要求，基于OBE教育模式引入虛擬仿真教學(xué)手段，對“食品微生物檢驗”課程教學(xué)內(nèi)容與體系進(jìn)行改革，可以實現(xiàn)以學(xué)生為主體，虛實結(jié)合、虛創(chuàng)結(jié)合、實創(chuàng)結(jié)合的三位一體的教學(xué)體系。通過虛擬仿真教學(xué)改革的開展可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、增加師生互動、沖破空間時間限制、提高教學(xué)資源整合和分享、降低微生物實驗危險性、完善考核體系等，切實提高“食品微生物檢驗”教學(xué)質(zhì)量。通過改革，進(jìn)一步實現(xiàn)以成果為導(dǎo)向、結(jié)合社會需求、強(qiáng)化學(xué)生專業(yè)實踐能力、鍛煉綜合素質(zhì)與科研創(chuàng)新素養(yǎng)，達(dá)到培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型應(yīng)用人才的目的。教學(xué)改革不可能一步到位，要建立長效機(jī)制，從主觀和客觀上持續(xù)改進(jìn)，才能不斷推動教學(xué)質(zhì)量的持續(xù)提高。