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(diǎn)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(kāi)展“食品微生物學(xué)”教學(xué)中存在的問(wèn)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(shí)驗(yàn)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(dāng)前階段，部分高校在開(kāi)展“食品微生物學(xué)”教學(xué)時(shí)仍采取傳統(tǒng)的教學(xué)模式，在實(shí)驗(yàn)課程上內(nèi)容設(shè)置方面存在一定的問(wèn)題，使課堂教學(xué)質(zhì)量受到消極影響。而通過(guò)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(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)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(kāi)展“食品微生物學(xué)”教學(xué)中存在的問(wèn)題

（一）教學(xué)內(nèi)容相對(duì)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(qiáng)的實(shí)踐性，有利于鍛煉學(xué)生的動(dòng)手操作能力，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思維。當(dāng)前階段，我國(guó)各個(gè)高校開(kāi)展的食品微生物學(xué)教學(xué)中，更傾向于實(shí)驗(yàn)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(shí)踐性學(xué)科，更注重學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用能力，而不僅僅是簡(jiǎn)單地機(jī)械記憶。大部分的高校在食品微生物學(xué)教學(xué)工作中會(huì)設(shè)置同等的理論學(xué)時(shí)和實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，這意味著實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體情況來(lái)看，教學(xué)內(nèi)容較為單一，大多數(shù)開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程都是基礎(chǔ)性的，例如配置培養(yǎng)基、測(cè)定大腸桿菌數(shù)量以及學(xué)習(xí)微生物細(xì)胞計(jì)數(shù)方法等。這些基礎(chǔ)性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容無(wú)法完全滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，但高校很難開(kāi)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(shí)驗(yàn)或是食品致病菌的檢測(cè)等與食品生產(chǎn)過(guò)程相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。

此外，“食品微生物學(xué)”教學(xué)中所做的實(shí)驗(yàn)通常需要耗費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間，若操作不當(dāng)還極易造成食品污染問(wèn)題，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，這也限制了綜合性實(shí)驗(yàn)與探究性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)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(shí)踐應(yīng)用性。各個(gè)高校在設(shè)置“食品微生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)時(shí)，需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，尤其是對(duì)于那些工科基礎(chǔ)相對(duì)來(lái)說(shuō)較為薄弱的院校。

（二）教學(xué)手段不夠多元化

在開(kāi)展食品微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)時(shí)，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(wú)法從根本上引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也無(wú)法發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性?！笆称肺⑸飳W(xué)”在設(shè)置實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容上，大多為基礎(chǔ)性驗(yàn)證，教師在帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作以及講解的過(guò)程中，學(xué)生對(duì)于教師具有很強(qiáng)的依賴性，當(dāng)學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，完全依附于實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上規(guī)定的實(shí)驗(yàn)步驟來(lái)進(jìn)行操作，而沒(méi)有自主思考，呈現(xiàn)出較為僵化的特點(diǎn)。這種情況會(huì)導(dǎo)致學(xué)生所撰寫的實(shí)驗(yàn)報(bào)告整體結(jié)構(gòu)和內(nèi)容有著高度的雷同性，完缺乏對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的心得體會(huì)和講解，對(duì)于實(shí)驗(yàn)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(méi)有真正地動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，或者實(shí)驗(yàn)過(guò)程不夠認(rèn)真，實(shí)驗(yàn)報(bào)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(duì)實(shí)驗(yàn)的真實(shí)反應(yīng)現(xiàn)象的觀察。這種情況與高校食品微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的初衷相違背，沒(méi)有從根本上增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，?duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)造成了一定的消極影響，同時(shí)還造成了實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的極大浪費(fèi)。

（三）實(shí)驗(yàn)教學(xué)的利用率較低

食品微生物學(xué)所需要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作與其他學(xué)科的實(shí)驗(yàn)不同，它需要對(duì)微生物細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，整個(gè)培養(yǎng)工作要耗費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)操作的步驟較為瑣碎復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)環(huán)境和操作質(zhì)量都會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)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(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)課時(shí)有一定的難度。除此之外，高校開(kāi)設(shè)食品微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課時(shí)是有限的，因此在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容中，實(shí)驗(yàn)的數(shù)量安排也會(huì)受到影響，當(dāng)教師與學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課堂上的實(shí)驗(yàn)失敗時(shí)，并沒(méi)有充足的時(shí)間可以進(jìn)行二次實(shí)驗(yàn)和重復(fù)實(shí)驗(yàn)，從某種程度上來(lái)說(shuō)，這可能會(huì)打擊學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)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(bǔ)實(shí)驗(yàn)條件不充沛的現(xiàn)實(shí)需要

虛擬仿真技術(shù)是通過(guò)利用計(jì)算機(jī)軟件和硬件技術(shù)，將三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和廣角立體顯示技術(shù)有機(jī)融合，實(shí)時(shí)跟蹤被觀察者的變化，并與其進(jìn)行信息反饋互動(dòng)，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了聲音、圖像以及動(dòng)畫為一體的虛擬現(xiàn)實(shí)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(cuò)的成效。在“食品微生物學(xué)”教學(xué)當(dāng)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)可以彌補(bǔ)“食品微生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)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(kāi)設(shè)了食品微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程，但實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)地不夠完備，缺少必需的食品加工工藝設(shè)備，還沒(méi)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(shí)驗(yàn)課程無(wú)法開(kāi)設(shè)發(fā)酵工程類實(shí)驗(yàn)。然而，應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)可以有效地解決這些問(wèn)題，高校無(wú)需購(gòu)買昂貴的食品發(fā)酵工藝設(shè)備，通過(guò)虛擬仿真技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備所具有的功能作用，并且成本更加低廉，時(shí)效性也有所保證，每位學(xué)生都可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行實(shí)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(shí)驗(yàn)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(guò)設(shè)計(jì)“食品微生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，可以擺脫時(shí)空和距離的限制，讓學(xué)生能夠在虛擬環(huán)境中完成實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、模擬和分析等活動(dòng)，模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，使其體驗(yàn)更加直觀。從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)層面上來(lái)看，虛擬仿真技術(shù)可以輔助教師設(shè)計(jì)更全面和多層次的《食品微生物學(xué)》實(shí)驗(yàn)。在日常生活中，食品專業(yè)的學(xué)生很少有機(jī)會(huì)接觸真實(shí)的食品生產(chǎn)設(shè)備，對(duì)于它們的了解主要來(lái)自課本教材，缺乏直觀性[3]。而通過(guò)應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，可以向?qū)W生展示實(shí)際食品生產(chǎn)所需的大型化和自動(dòng)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(shí)，掌握食品加工過(guò)程中微生物的應(yīng)用原理和起到的作用，這樣學(xué)生在進(jìn)行動(dòng)手實(shí)驗(yàn)操作時(shí)也會(huì)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(kāi)展的食品工藝實(shí)驗(yàn)離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的輔助作用，同時(shí)“食品微生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)會(huì)涉及一定的生物危害，對(duì)學(xué)生的身體安全造成威脅，所以很多實(shí)驗(yàn)都不能進(jìn)行。而虛擬仿真技術(shù)具有污染低下、安全系數(shù)高、不會(huì)產(chǎn)生廢水廢氣固體廢棄物的優(yōu)點(diǎn)，能有效避免這類問(wèn)題。在安排“食品微生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程時(shí)，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(xiǎn)較高而無(wú)法進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，這不僅可以提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的興趣，還能提高課堂實(shí)驗(yàn)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(yíng)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(shí)驗(yàn)場(chǎng)地不足且缺乏實(shí)驗(yàn)教輔人員，導(dǎo)致這兩個(gè)專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程時(shí)并沒(méi)有明顯的專業(yè)化區(qū)別。通過(guò)應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，可以根據(jù)學(xué)生個(gè)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(diǎn)，同時(shí)引入食品加工的具體場(chǎng)景，進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。對(duì)于食品衛(wèi)生與營(yíng)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(yíng)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(dāng)導(dǎo)致的食品中毒問(wèn)題等相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)有機(jī)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(shí)，要與網(wǎng)絡(luò)視頻實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建翻轉(zhuǎn)課堂。在帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)之前，教師應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提前向?qū)W生發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)的示范視頻，讓學(xué)生對(duì)“食品微生物學(xué)”的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)有著初步地了解。同時(shí)，教師還應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生合理利用虛擬仿真軟件和實(shí)驗(yàn)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(guò)采取虛擬仿真技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)視頻有機(jī)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(zhǔn)備工作，以此有效地節(jié)約在課堂上講解的時(shí)間，這樣教師帶領(lǐng)學(xué)生開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的時(shí)間就會(huì)更加充沛，更有利于學(xué)生進(jìn)行動(dòng)手實(shí)驗(yàn)操作，從而增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力，并將“食品微生物學(xué)”課本內(nèi)容中的抽象知識(shí)轉(zhuǎn)化為具象的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)一方面解決了高校“食品微生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)不足的問(wèn)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(shí)，虛擬仿真技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的緊密結(jié)合實(shí)現(xiàn)了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的最大化共享。

（二）拓展補(bǔ)充食品微生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

教師應(yīng)當(dāng)首先明確“食品微生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的確定標(biāo)準(zhǔn)，以食品安全的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，來(lái)合理規(guī)劃出食品微生物實(shí)驗(yàn)所需的實(shí)踐知識(shí)，為學(xué)生構(gòu)建科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件，并充分考慮到食品微生物學(xué)教學(xué)的課時(shí)限制，盡可能帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)實(shí)條件無(wú)法滿足的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容來(lái)，進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容[4]。例如，教師可以利用虛擬仿真技術(shù)來(lái)帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行食品中真菌與細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。在傳統(tǒng)的食品微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中，真菌和細(xì)菌仍是很重要的組成部分，但所開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)往往局限于形態(tài)和生理生化兩部分，無(wú)法進(jìn)行致病菌的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。而通過(guò)應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)食源性致病菌的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，學(xué)生在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，能夠更好地掌握增菌與細(xì)菌真菌分離培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)操作方法，學(xué)生的食品微生物實(shí)踐操作技能得到進(jìn)一步強(qiáng)化。

（三）構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)

在“食品微生物學(xué)”教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)利用虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，以此為教師講解實(shí)驗(yàn)操作的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)起到良好的輔助作用，并提供更靈活、可行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)。利用該系統(tǒng)，學(xué)生能夠扎實(shí)地掌握“食品微生物學(xué)”知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)也能進(jìn)行一定的自我思考，正確地完成實(shí)驗(yàn)操作流程。此外，該系統(tǒng)還能夠?qū)崟r(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)參數(shù)和實(shí)驗(yàn)對(duì)象，教師可以更加清晰地評(píng)估學(xué)生對(duì)于“食品微生物學(xué)”基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)知識(shí)的熟悉程度，并根據(jù)教學(xué)目標(biāo)來(lái)調(diào)整實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，可以保證“食品微生物學(xué)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)也可以評(píng)估學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)，具有良好的雙重作用。在虛擬仿真平臺(tái)上，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行多樣化的食品微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，不再局限于課本教材中對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的限制，從而培養(yǎng)出更具創(chuàng)造性與實(shí)踐能力的高質(zhì)量食品專業(yè)人才，為我國(guó)的食品安全行業(yè)提供更好地服務(wù)。

五、結(jié)束語(yǔ)

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(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂相較于傳統(tǒng)的教學(xué)模式更具趣味性，同時(shí)還能極大地拓展和補(bǔ)充食品微生物學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，尤其是實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)而增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)食品微生物學(xué)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)操作的興趣和實(shí)驗(yàn)技能，推動(dòng)了高校的實(shí)驗(yàn)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(xiàn)

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

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課題來(lái)源：教師教學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)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(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目。

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