虛擬仿真技術(shù)對食品專業(yè)改革發(fā)展的影響

李靜+陳諾+鄧澤元+阮征

摘要：虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，是提高教育教學(xué)水平的手段之一。本文闡述了虛擬仿真技術(shù)的概念、食品專業(yè)發(fā)展中遇到的問題，以及虛擬仿真技術(shù)解決食品專業(yè)發(fā)展問題的可行性。本文結(jié)合了食品專業(yè)的課程深入論述了虛擬仿真技術(shù)在食品專業(yè)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù)；食品專業(yè)；改革；發(fā)展

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）23-0120-02

一、虛擬仿真技術(shù)

虛擬仿真技術(shù)（virtual reality，VR）又稱虛擬現(xiàn)實技術(shù)、靈境技術(shù)或模擬技術(shù)，是利用計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、人工智能技術(shù)、自動化控制技術(shù)儀器儀表與測量技術(shù)等交叉產(chǎn)生的一種現(xiàn)代信息技術(shù)，是虛擬的系統(tǒng)模仿另一個真實系統(tǒng)的技術(shù)，能夠創(chuàng)造一種高端的人機接口，包括通過視覺、聽覺、觸覺、嗅覺和味覺等多種感覺同等的實時模擬和交互，可以獲得多維交互體驗的虛擬環(huán)境。虛擬仿真技術(shù)有三個突出的特征：沉浸感、交互感和構(gòu)想性。隨著空間信息科學(xué)、計算機圖形、多媒體技術(shù)、數(shù)字圖像處理、人機接口技術(shù)、人工智能技術(shù)、傳感器技術(shù)等的快速發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于建筑、醫(yī)療、教育、軍事、航天、服裝、生產(chǎn)制造等領(lǐng)域。目前，也有一些文獻(xiàn)論述了虛擬仿真技術(shù)在食品加工、食品檢測、食品機械制造中的應(yīng)用。

二、食品專業(yè)改革發(fā)展遇到的問題

1.傳統(tǒng)教育方式無法激發(fā)學(xué)生對食品專業(yè)理論課的興趣。興趣是學(xué)習(xí)最好的老師。食品專業(yè)的理論課程中含有大量的基本概念、原理、公式推導(dǎo)，這些基礎(chǔ)知識點比較抽象。即使教師結(jié)合實例講解也很難激發(fā)學(xué)生對理論課的興趣。例如：《食品工程原理》的基礎(chǔ)知識比較廣，理論公式比較多，主要教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生利用數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)及物理化學(xué)等學(xué)科知識去解決食品工業(yè)中所遇到的實際問題，該課程具有較強的設(shè)計、選型、安裝和操作等工程特點。學(xué)生對課程中的理論、公式感覺很抽象，學(xué)習(xí)起來掌握不住要領(lǐng)，往往只能學(xué)習(xí)到一些簡單的片段，在分析和解決具體問題時感到無從下手。

2.現(xiàn)有食品實驗課程無法提高學(xué)生的食品專業(yè)實驗技能。食品實驗教學(xué)主要是教師講解演示，學(xué)生模仿驗證。這種“填鴨式”、完成任務(wù)式的實驗教學(xué)，不能對學(xué)生針對性地進(jìn)行創(chuàng)新和能力的培養(yǎng)。例如：食品化學(xué)實驗課的教學(xué)通常是指定幾個實驗項目，如粉絲的制備與質(zhì)量感官評價、蛋白質(zhì)的鹽析及透析、果蔬褐變機理等實驗內(nèi)容，老師將所需的試劑配置好，學(xué)生按四人一組分成若干小組，教師詳細(xì)講解實驗原理、操作步驟，學(xué)生按部就班地模仿老師的操作步驟完成實驗，最后撰寫實驗報告。這種教學(xué)方式使得學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性不高，而且該教學(xué)方法在一定程度上限制了學(xué)生主觀能動性的發(fā)揮和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

3.食品工廠實習(xí)無法達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。食品專業(yè)本科教學(xué)體系中有一個重要的環(huán)節(jié)就是工廠實習(xí)。但是，隨著市場競爭日益激烈，工廠以不斷提高企業(yè)效益為主要目標(biāo)，而接收大學(xué)生實習(xí)已不再是必須履行的義務(wù)；其次，現(xiàn)代食品工廠趨向自動化、連續(xù)化，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量與安全，廠房絕對不允許學(xué)生動手操作；再次，學(xué)生在實習(xí)現(xiàn)場基本就是看和聽，沒有參與和動手的機會，學(xué)生也逐漸失去新鮮感，結(jié)果導(dǎo)致工廠實習(xí)形式化，無法達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。

4.食品專業(yè)知識和實驗技術(shù)片段化，沒有形成一個整體的結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在食品學(xué)科被分割成多個課程進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)生學(xué)習(xí)完各個課程后往往沒有將食品學(xué)科整個知識點和實驗技術(shù)整合起來。知識點和實驗技術(shù)的片段化使得學(xué)生無法提高自身的綜合水平，無法將所學(xué)知識和技能靈活應(yīng)用于生產(chǎn)實踐。例如：《食品加工》主要介紹了各個食品的加工方式和原理，《食品營養(yǎng)學(xué)》主要介紹了各個營養(yǎng)素的功能，這兩個課程的內(nèi)容似乎沒有關(guān)聯(lián)性，學(xué)生只能片段化地學(xué)習(xí)，無法將兩者綜合起來。

三、基于虛擬仿真技術(shù)促進(jìn)食品專業(yè)改革，推動食品專業(yè)的發(fā)展

1.通過虛擬仿真技術(shù)激發(fā)學(xué)生對食品專業(yè)理論課程的興趣。研究表明：在理論課程上應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，可以將抽象的概念形象化，靜態(tài)的知識點動態(tài)化，可以形象地展示結(jié)構(gòu)功能，提高食品理論課的授課效果。例如：《食品工程原理》這門課結(jié)合虛擬仿真技術(shù)，讓學(xué)生可以看到食品工業(yè)生產(chǎn)過程中各個單元操作的基本原理及典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理、操作性能，使學(xué)生將食品工程原理的知識與虛擬仿真平臺上看到的生產(chǎn)設(shè)備和工藝過程聯(lián)系起來，使學(xué)生深切體會到食品工程原理課程中所講述的每個單元操作都與食品專業(yè)學(xué)習(xí)密切相關(guān)。生動形象的學(xué)習(xí)便于學(xué)生理解，提高教學(xué)質(zhì)量。

2.將虛擬仿真技術(shù)與食品實驗教學(xué)相結(jié)合，提高食品實驗教學(xué)的效果，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性。隨著虛擬仿真技術(shù)引入實驗教學(xué)中，許多研究表明：虛擬實驗可完善食品真實實驗不具備或難以完成的教學(xué)功能，如一些成本較高、需要用高檔儀器操作的實驗等。食品實驗教學(xué)中大部分是分組實驗、分工合作，學(xué)生個人沒有機會操作完整的實驗。通過虛擬仿真技術(shù)平臺，學(xué)生可完整地操作一遍實驗技能，掌握每個實驗細(xì)節(jié)。例如：食品化學(xué)實驗通過虛擬仿真平臺可以讓學(xué)生自己思考做什么實驗，用哪些試劑，設(shè)計實驗方案。學(xué)生通過在虛擬仿真平臺上操作，驗證自己實驗設(shè)計的合理性，激發(fā)了學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力；同時，通過失敗經(jīng)驗獲取知識和要點，思考失敗的原因，鞏固了所學(xué)的知識，提高了動手能力。

3.構(gòu)建實景虛擬仿真門戶，增強食品工廠實習(xí)類課程的果效。實景虛擬仿真門戶，可在食品工廠原地取景，從廠房布置、車間設(shè)備擺設(shè)等方面按照實習(xí)基地實際比例進(jìn)行排布。結(jié)合實習(xí)基地的真實情形，提煉實習(xí)教學(xué)素材，配建廠房設(shè)計講解、工廠設(shè)備操作講解、實習(xí)提示等內(nèi)容，讓學(xué)生在進(jìn)入工廠實習(xí)前，先通過實景虛擬仿真門戶了解實習(xí)基地的完整情況，并提出專業(yè)問題。教師在后臺收集這些問題，在實習(xí)基地現(xiàn)場進(jìn)行講解。以果蔬飲料生產(chǎn)實習(xí)為例，學(xué)生先通過虛擬仿真平臺了解果蔬飲料生產(chǎn)的基本原理、工業(yè)化生產(chǎn)流程及各工序的主要參數(shù)，通過虛擬仿真平臺向老師提出自己的疑問，在參觀果蔬飲料工廠的時候，教師邀請企業(yè)技術(shù)人員通過現(xiàn)場講解和專題講座為學(xué)生答疑解惑，讓學(xué)生了解到工廠的生產(chǎn)、企業(yè)的經(jīng)營和管理。

4.利用虛擬仿真技術(shù)，綜合食品專業(yè)課程，完善食品課程資源的建設(shè)。自從虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中廣泛應(yīng)用之后，大量研究表明利用虛擬仿真技術(shù)可優(yōu)化教學(xué)資源的建設(shè)和積累，提高教學(xué)質(zhì)量。食品專業(yè)課程可基于虛擬仿真技術(shù)，優(yōu)化教學(xué)流程。例如：讓學(xué)生在課前通過虛擬仿真平臺自學(xué)課程內(nèi)容，在課堂上與老師探討自學(xué)過程中的疑點和難點，使得學(xué)生從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為主動學(xué)習(xí)，教師從“填鴨式”授課轉(zhuǎn)化為探討式授課。其次，食品專業(yè)課程可基于虛擬仿真技術(shù)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。例如：食品專業(yè)的課程內(nèi)容有一些是重復(fù)的，那么重復(fù)的內(nèi)容可以讓學(xué)生在虛擬仿真平臺上自己鞏固，而新的知識點可以作為課堂教學(xué)的主要內(nèi)容。再次，通過虛擬仿真技術(shù)平臺，片段化的食品專業(yè)課程可以被綜合起來。例如：在平臺上要求學(xué)生設(shè)計一款具備一定功能的產(chǎn)品，學(xué)生需要市場調(diào)研獲得市場缺乏哪方面的產(chǎn)品，根據(jù)產(chǎn)品功能，再依據(jù)所學(xué)的食品原料學(xué)、食品營養(yǎng)學(xué)和食品化學(xué)等知識提出產(chǎn)品配方，依據(jù)食品工藝學(xué)、食品工程原理、食品加工學(xué)等知識提出產(chǎn)品工藝，依據(jù)食品毒理學(xué)和食品衛(wèi)生學(xué)控制產(chǎn)品的安全性；最后，基于虛擬仿真技術(shù)，教師可跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，收集學(xué)生的學(xué)習(xí)難點，這樣可以使課堂教學(xué)內(nèi)容有針對性，提高教學(xué)效率和效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]王寧.淺談虛擬仿真技術(shù)[J].大觀周刊，2011，（38）：18-19.

[2]胡曉輝，萬嵩.計算機虛擬仿真技術(shù)在高教中的應(yīng)用研究[J].高教學(xué)刊，2015：81-82.

[3]王波.虛擬制造技術(shù)及其在食品機械設(shè)計制造中的應(yīng)用[J].食品科技，2009，34（11）：108-111.

[4]趙剛.虛擬仿真技術(shù)在食品加工教學(xué)中的初探[J].北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院學(xué)報，2010，24（3）：70-73.

[5]楊世鳳，趙繼民，王秀清，等.基于虛擬儀器技術(shù)的食品物性檢測系統(tǒng)的研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2007，23（8）：176-180.

[6]謝慧明，余順火，孫漢巨.食品工廠生產(chǎn)實習(xí)教學(xué)改革初步實踐[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2009，23（2）：11-14.

[7]安建強.基于虛擬仿真技術(shù)的創(chuàng)新訓(xùn)練研究與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2015，32（12）：179-182.

[8]劉為滸，郝佩佩，黃驥.虛擬仿真技術(shù)在本科教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].中國農(nóng)業(yè)教育，2016，（3）：91-95.

The Influence of Virtual Reality Technology on the Reform and Development of Food Specialty

LI Jing，CHEN Nuo，DEND Ze-yuan，RUAN Zheng

（Nanchang University，Nanchang，Jiangxi 330047，China）

Abstract：Virtual reality technology has been widely applied in various fields，is one of the means to improve education and teaching.This paper expounds the concept of virtual reality technology，the problems encountered in the development of food specialty，and the feasibility of virtual simulation technology to solve the problem of food professional development and discusses the application of virtual reality technology in food specialty.

Key words：virtual reality technology；food specialty；reform；development