王新偉，田雙起，趙仁勇，蔣洪新，婁海偉，牛永武，王香玉

（河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001）

面包烘焙品質(zhì)試驗是河南工業(yè)大學(xué)糧食工程專業(yè)和食品科學(xué)與工程專業(yè)本科生必修實踐課程“食品工藝綜合實驗”中的一個實驗項目，共6 個學(xué)時。教學(xué)大綱中要求學(xué)生采用直接發(fā)酵法、快速烘焙法和中種發(fā)酵法3 種方法制備面包，進行品質(zhì)評價。但是因為課時和條件的局限，指導(dǎo)教師不得不在課前把很多工作都代替學(xué)生做了，學(xué)生上課時只能做部分工序，顯然不符合教學(xué)大綱要求，也沒有達到實驗?zāi)康摹Ｒ虼?，有必要通過虛擬仿真技術(shù)，模擬面包生產(chǎn)過程的實景環(huán)境和生產(chǎn)狀態(tài)，使學(xué)生通過面包制備虛擬仿真實驗達到實地開展實驗的效果。

1 開展面包烘焙品質(zhì)虛擬仿真實驗的必要性

1.1 當(dāng)前實驗方法所用學(xué)時的限制

根據(jù)GB/T 14611—2008[1]，直接發(fā)酵法是將面粉和其他配料混合制成面團后，經(jīng)90 min 發(fā)酵后成型，醒發(fā)45 min 后入烤箱烘烤，出爐后進行品質(zhì)評價。除去和面及中間的操作，只計發(fā)酵和醒發(fā)就需135 min，即3 學(xué)時。

根據(jù)GB/T 35869—2018[2]，快速烘焙法是將面粉粉和其他配料混合制成面團后，經(jīng)20 min 發(fā)酵后成型，醒發(fā)40 min 后入烤箱烘烤，出爐后進行品質(zhì)評價。除去和面及中間的操作，只計發(fā)酵和醒發(fā)需要60 min。

根據(jù)GB/T 14612—2008[3]，中種發(fā)酵法是先將部分面粉及全部酵母揉混調(diào)制成中種面團，經(jīng)過較長時間發(fā)酵，然后再與剩余的面粉、水及其他配料揉混調(diào)制成主面團，經(jīng)短時間延續(xù)發(fā)酵，進行分割揉圓，中間醒發(fā)和成型，再經(jīng)過最后醒發(fā)，入爐烘烤。出爐后進行品質(zhì)評價。其中，中種面團發(fā)酵4 h，主面團延續(xù)發(fā)酵30 min，中間醒發(fā)12~15 min，最后醒發(fā)65 min。除去和面及中間的操作，只計發(fā)酵和醒發(fā)需要350 min，將近8 學(xué)時。

在實驗教學(xué)大綱要求的6 個學(xué)時內(nèi)，要求學(xué)生完成8 個學(xué)時的實驗內(nèi)容，采用3 種方法制備面包，并進行品質(zhì)評價顯然是不可能的。

1.2 教育信息化時代的要求

為貫徹教育部2018 年發(fā)布《教育信息化2.0 行動計劃》 通知，結(jié)合學(xué)校特色與教育信息化規(guī)劃，糧油食品學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)與“食品工藝綜合實驗”課程教學(xué)團隊積極開展課程信息化教改。經(jīng)過多輪研討和論證，形成了“食品工藝綜合實驗”課程教學(xué)信息化的共識，并通過虛擬仿真技術(shù)手段對小麥粉面包烘焙品質(zhì)實驗項目進行改革，提出了模擬直接發(fā)酵法、快速烘焙法和中種發(fā)酵法3 種方法制備面包、圍繞實驗室網(wǎng)絡(luò)環(huán)境基礎(chǔ)、多媒體可視交流系統(tǒng)、虛擬仿真實驗教學(xué)項目等建設(shè)內(nèi)容，設(shè)定了課時信息化比例整體達100%。使學(xué)生通過虛擬仿真實驗達到實地開展3 種方法制備面包實驗的效果。

2 面包烘焙品質(zhì)虛擬仿真實驗的實用性

2.1 破解實驗難以全部開展的困局

面包是主食品加工的重要品類之一，面包生產(chǎn)行業(yè)是我國重要的食品加工產(chǎn)業(yè)之一。同時，面包加工過程需要“食品化學(xué)”“食品微生物學(xué)”“食品工藝學(xué)”等多領(lǐng)域知識，掌握面包加工技能可擴展至發(fā)酵面制品加工等其他行業(yè)領(lǐng)域，對學(xué)生的食品工程能力培養(yǎng)發(fā)揮著不可替代的作用。針對面包生產(chǎn)實驗實訓(xùn)時，“面包制備實驗學(xué)時不夠”“面包生產(chǎn)實驗勞動強度大”和學(xué)生數(shù)量大不易安排的老大難問題，教研團隊一直在探索更科學(xué)合理的實驗開展方式，但并未在實體環(huán)境下找到切實可行的方案。借助虛擬仿真技術(shù)，建設(shè)面包加工虛擬仿真項目可以破解學(xué)生無法在既定的6 個學(xué)時內(nèi)開展3 種方法制備面包的困局，提升實驗質(zhì)量。

2.2 貫徹“兩性一度”，融合“課程思政”

根據(jù)教育部對課程“兩性一度”的要求，在面包烘焙品質(zhì)虛擬仿真實驗項目中構(gòu)建接近實驗室狀態(tài)的虛擬環(huán)境，使學(xué)生有身臨其境的感受，并在此環(huán)境下，對學(xué)生開展的實驗提出3 種方法制備面包、品質(zhì)評價、優(yōu)化工藝參數(shù)等高階要求；并通過生產(chǎn)不同類型面包，使學(xué)生在產(chǎn)品類型和生產(chǎn)工藝創(chuàng)新等多方面提出要求，提升學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)；使學(xué)生感受到實驗實操過程的挑戰(zhàn)度提高，激發(fā)學(xué)生實驗過程的興趣，從而積極完成虛擬仿真條件下的實驗實操學(xué)習(xí)。

在模擬仿真實驗實操過程中，將“生產(chǎn)安全”“食品安全”“工匠精神”等思政元素融入實驗過程。

3 面包烘焙品質(zhì)虛擬仿真實驗的先進性

3.1 實驗資源具有鮮明的專業(yè)特色

虛擬仿真實驗項目依托學(xué)校特色——糧油食品加工，結(jié)合學(xué)校面包產(chǎn)品研發(fā)、工藝設(shè)計、品質(zhì)評價的超強實力和突出能力，而且學(xué)校與面包加工的龍頭企業(yè)的良好合作關(guān)系，通過面包生產(chǎn)龍頭企業(yè)桃李、盼盼，小麥粉加工龍頭企業(yè)益海嘉里和五得利，面包發(fā)酵劑生產(chǎn)龍頭企業(yè)安琪酵母等一系列面包加工領(lǐng)域的企業(yè)，提供本項目建模所需的生產(chǎn)實景及實用、先進生產(chǎn)技術(shù)支持，為構(gòu)建面包加工虛擬仿真實驗項目模型和數(shù)字影像庫提供了優(yōu)質(zhì)實體實驗材料資源。

3.2 根據(jù)“新工科”建設(shè)要求進行系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)根據(jù)“新工科”建設(shè)和工程教育專業(yè)認證的要求，圍繞OBE 理念開展[4]。以學(xué)生為中心，包含有課前了解、實驗訓(xùn)練、實驗考核、實驗報告、融合與拓展、學(xué)情分析、學(xué)習(xí)資料、研發(fā)團隊等模塊。滿足學(xué)生實操實驗需求，突出“兩性一度”和“課程思政融合”的要求，使學(xué)生進行創(chuàng)新性、探索性的實驗，并感受到思政元素傳遞的正能量。

3.3 研發(fā)具有知識產(chǎn)權(quán)的實驗教學(xué)系統(tǒng)

課程教學(xué)團隊依據(jù)教育部的《教育信息化2.0 行動計劃》，根據(jù)軟件系統(tǒng)知識產(chǎn)權(quán)法律法規(guī)的規(guī)定，在實驗教學(xué)系統(tǒng)中融入多種教學(xué)手段，利用“元認知策略”“虛擬現(xiàn)實技術(shù)”和“游戲化教學(xué)”等近幾年教育教學(xué)的新興理念與技術(shù)，在虛擬仿真實驗系統(tǒng)研發(fā)過程將沉浸性、交互性、虛幻性和逼真性等貫穿系統(tǒng)中。課程團隊教師與虛擬仿真系統(tǒng)開發(fā)公司的工程師協(xié)同合作，使用增強現(xiàn)實（AR）、3D仿真、虛擬現(xiàn)實（VR） 等開發(fā)技術(shù)，研發(fā)完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的面包生產(chǎn)及品質(zhì)評價虛擬仿真系統(tǒng)。

3.4 根據(jù)“元宇宙”新形態(tài)發(fā)展持續(xù)改進

根據(jù)“元宇宙”理念，依托VR 和Internet 發(fā)展與迭代更新，圍繞信息教育發(fā)展趨勢和糧油食品專業(yè)領(lǐng)域科研最新動態(tài)，在當(dāng)前增強現(xiàn)實和虛擬仿真技術(shù)滿足實驗課程教學(xué)需求基礎(chǔ)上，在本項目的虛擬仿真系統(tǒng)中預(yù)留后期多次開發(fā)功能和模塊，為滿足持續(xù)改進提供升級空間，未來能與“元宇宙”體系有效對接，拓展本虛擬仿真系統(tǒng)的應(yīng)用。

4 預(yù)期實施效果

面包生產(chǎn)及品質(zhì)評價虛擬仿真實驗教學(xué)軟件開發(fā)后，不但能夠滿足本校師生的使用，還能滿足其他開設(shè)本實驗項目的大中院校使用；不僅可以成為傳統(tǒng)實驗操作的有力補充，還可以成為特殊條件下，如新冠疫情下學(xué)生進行實驗操作知識學(xué)習(xí)的重要手段。

4.1 實驗效率將大幅提高

目前，受實驗室面積和設(shè)備數(shù)量限制，一個實驗室只能容納30 名學(xué)生，并分為4~6 人一組同時實驗，而在實際操作中，多數(shù)的工藝環(huán)節(jié)只能有1 人進行實踐操作，其他學(xué)生只能觀看，采用虛擬仿真平臺可支持1 000 人并發(fā)訪問服務(wù)器。

4.2 實驗效果將實質(zhì)增強

目前，實驗中很多工序都是指導(dǎo)教師在課前完成的，學(xué)生在課上只做部分工序。對學(xué)生來說，每個工序都是需要掌握的，無法全方位認知面包加工方法、工藝與品質(zhì)之間的密切聯(lián)系，采用虛擬仿真實驗，則可實現(xiàn)全程參與，提高學(xué)生的實驗操作水平，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

5 結(jié)語

針對面包生產(chǎn)實驗實訓(xùn)時，“面包制備實驗學(xué)時不夠”“面包生產(chǎn)實驗勞動強度大”和學(xué)生數(shù)量大不易安排的問題，借助虛擬仿真技術(shù)，建設(shè)和設(shè)計面包加工虛擬仿真實驗，從而破解學(xué)生無法在既定的6 個學(xué)時內(nèi)開展3 種方法制備面包并進行品質(zhì)評價的困局，提升實驗授課質(zhì)量。