基于虛擬仿真的食品工藝學實驗教學改革與實踐

王斌　呂兵　姜啟興　夏文水

摘要：食品工藝學實驗是高等學校食品科學與工程專業的一門重要專業必修課程。文章通過對傳統食品工藝學實驗課程現狀的分析，探討了基于虛擬仿真實驗平臺的食品工藝學實驗課程改革與實踐。這種虛實結合的實驗教學模式，使學生能夠更扎實地掌握食品加工與保藏的基本原理，鍛煉與食品加工工藝相關的實踐能力，從而真正實現理論聯系工廠實際。

關鍵詞：虛擬仿真;食品工藝學實驗;改革;實踐

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2020）16-0376-02

一、概述

江南大學食品工藝學課程是食品科學與工程專業的學位課程與專業核心課程。該課程的任務是教會學生食品加工與保藏的技術理論與專業知識，培養學生分析食品加工和保藏過程中的復雜問題，并能提供解決食品工藝問題與產品開發方案的素質與能力[1]。作為一門重要的專業基礎實驗課，食品工藝學實驗既有和食品工藝學課程的關聯性，又有其獨立性和系統性。該課程介紹肉制品、水產制品、乳制品、果蔬、飲料、焙烤制品等典型制品的加工，要求學生理解和全面掌握多種食品保藏原理和各大類食品加工技術;熟悉常用食品加工設備的性能及操作方法;掌握從事產品開發的基本方法和思路，并能獨立完成同系列產品試制[2，3]。

二、食品工藝學實驗教學中存在的問題

我院食品工藝學實驗課程教學內容涵蓋了主要食品門類的典型制品加工，使學生加深對食品工藝學理論課內容的理解。然而食品工藝學實驗教學中還是存在一些問題，具體表現為以下幾個方面。

1.學生生源的擴大以及實踐基礎設施的相對不足，導致配套實驗教學單組規模過大，學生參與程度有待提高，教學效果差，迫切需要改革實踐教學方式，提高學生的動手參與程度。

2.目前，對于接觸食品工廠實際生產環節較少的學生而言，教師僅僅采用半理論、作坊式的實驗教學，還是相對抽象的，學生獲得的知識也是片面的。譬如，有一些是實驗不具備或難以完成的教學內容，如噴霧干燥塔、均質機、冰激凌凝凍機的內部結構不易觀察，且學生實際參與程度較低。

在食品工藝學實驗綜合創新技能培養中，“虛擬仿真實驗”平臺是對傳統教學方式的改革嘗試。虛擬仿真實驗教學可以彌補實驗設施不足、單組人數過多造成的學生實際參與程度較低的問題，還可以實現食品工程類專業真實實驗中不具備和難以完成的教學功能。

三、食品工藝學實驗虛擬仿真實踐教學的策略

將虛擬仿真平臺和現有實驗教學資源相結合，構建綜合性虛擬仿真實驗教學模式，對于充分發揮信息化教學的優勢，解決傳統實驗教學中面臨的諸多現實問題，促進創新人才的培養，具有重要意義[4]。在虛擬仿真實驗平臺搭建形成的基礎上，如何協調好虛擬仿真實驗與實際實驗之間的關系，更好地利用虛擬仿真實驗平臺為食品工藝學實驗教學服務，做到“線上線下互補、虛實結合”，對于切實提高食品工藝學實驗教學效果具有重要意義[5]。本課程圍繞食品科學與工程、食品質量與安全本科生培養目標，針對基于虛擬仿真實驗平臺的食品工藝學實驗課程改革與建設的內容和方法主要包括以下幾點。

1.加強完善“虛擬仿真實驗教學平臺”系統在工藝學實驗中的應用。將“虛擬仿真實驗教學平臺”作為實驗的預習平臺納入工藝學實驗的教學。學生首先完成虛擬仿真實驗的在線預習和在線模擬實驗操作，然后再進行現場實驗操作。學生需要完成的虛擬仿真實驗主要包括以下幾個方面：①實驗前理論學習：實驗前，教師要求學生通過平臺在線學習相關實驗的實驗內容、原理、目的、步驟等。②提示版實驗操作：在掌握相關實驗原理等理論知識的基礎上，教師要求學生首先學習相關的實驗視頻，然后按照平臺提示的實驗操作，在平臺材料庫和設備庫中挑選實驗需要的相關實驗原材料和實驗儀器等，按照實驗步驟開展實驗。③無提示版的實驗操作：學生在通過提示版實驗操作后，在線完成無提示版的線上實驗操作，同時完成相關數據記錄、實驗報告的提交。④實驗過程智能指導：學生在實驗過程中遇到問題可以請求指導，教師給出指導信息和意見。⑤實驗結果自動批改：學生提交實驗結果后，教師進行評判，給出分數和評分點。⑥師生互動交流：教師通過實時答疑和在線留言功能，方便地解決學生在平臺在線實驗操作中遇到的問題。學生完成在線虛擬仿真實驗教學的預習，并通過考核后，方可進入實驗室開展實際實驗操作。通過“虛擬仿真實驗教學平臺”系統的應用，強化學生實際實驗操作前的預習工作，提高實驗教學工作成果。

2.依托“虛擬仿真實驗教學平臺”構建食品工藝學實驗小班化教學模式。針對生源擴大以及實踐基礎設施相對不足，導致配套實驗教學單組規模過大，教學效果差的現狀，試點開展食品工藝學實驗的小班化教學。學生在通過虛擬仿真實驗教學的考核后，可以利用該實驗教務管理系統中的選課功能在線預約實際實驗操作。按照全國工程教育專業認證標準及食品科學與工程專業標準，減少食品工藝學實驗每組學生數至4—6人，實行小班化教學，讓每位同學都能夠動手參與實驗操作，提高學生的參與度。

3.基于“虛擬仿真實驗教學平臺”對實驗教學方式進行了三點改革。①作為食品工藝學配套的實驗課程，食品工藝學實驗是該課程中相關原理的具體應用實例。因此，將每個實驗的實驗原理和理論基礎制作成PPT，在每個實際實驗操作前進行講解，可以加深學生對該實驗操作原理的認識，同時也是對該實驗在線預習內容的回顧。②同時，利用虛擬仿真實驗教學平臺系統管理中的日志和實時監控功能，對每位學生在線操作中遇到的問題進行記錄，經過數據匯總整理出該實驗常見的問題，并在實際實驗操作前的PPT中進行講解，可以讓學生更好地理解該實驗的關鍵點。③通過虛擬仿真實驗教學的預習，學生對該實驗的基本原理和基本操作步驟有一定的了解。為了培養學生的創新思維和學習興趣，避免在實際實驗操作過程中的重復性實驗操作，在原有實驗的基礎上增加設計性實驗，讓學生根據食品工藝學課程中的基本原理，自行設計關鍵步驟的參數，進而對相關實驗原理進行驗證，例如在煙熏香腸實驗中，可以設置對照實驗，研究不同的發色劑/防腐劑（亞硝酸鈉等）對香腸色澤的影響;在糖水梨罐頭實驗中，設置抽真空組和不抽真空處理組，研究其對罐頭產品品質的影響。通過設計性實驗將理論知識融合到實驗教學中，讓學生在實踐過程中學習，培養學生的創新思維和學習興趣，充分發揮學生的主體作用。

四、結束語

通過改革和實踐，本課程形成了基于虛擬仿真實驗教學平臺的線上預習、線下創新實驗的全新教學模式。學生課前在線預習虛擬仿真實驗內容，在實際實驗操作過程中增加設計性實驗，此種學習方式實現了以“課堂翻轉”為特征的全新實驗教學方式，從而將學習的決定權從教師轉移到學生。虛擬仿真實驗教學平臺的推廣應用也解決了實際實驗過程中單組學生人數過多、學習效率低的問題，既強化了學生對工藝學課程基礎知識和基本實驗操作的掌握，同時有助于學生更高效率地體驗真實儀器設備，有助于學生自學并加深對食品工藝學理論知識的理解，鍛煉與食品加工工藝相關的實踐能力，從而真正實現理論聯系工廠實際。

參考文獻：

[1]夏文水.食品工藝學[M].北京：中國輕工業出版社，2007.

[2]江南大學食品學院.食品工藝學實驗指導書[M].江南大學，2018.

[3]李昀，苗穎，任小青，等.體驗式教學法在《食品工藝學實驗》教學方案設計中的應用[J].教育教學論壇，2018，（28）：204-205.

[4]李婷婷，代健民，潘洪志.虛擬仿真實驗教學的探究與創新人才的培養[J].中國繼續醫學教育，2019，11（08）：53-55.

[5]王慧，白紅英，馬麗.高校虛擬仿真實驗室的建設與改革研究[J].中國管理信息化，2019，22（07）：216-218.

Reform and Practice of Food Processing Technology Experiment Based on Virtual Simulation Experiment Platform

WANG Bin，LV Bing，JIANG Qi-xing，XIA Wen-shui

（School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi，Jiangsu 214122，China）

Abstract：Food processing technology experiment is an important professional compulsory course for food science and engineering majors in colleges and universities.Through the analysis of the current situation of traditional food processing technology experiment，this paper discusses the reform and practice of food processing technology experiment based on virtual simulation experiment platform.The combination of virtual and practical experimental teaching mode enables students to grasp the basic principles of food processing and preservation in a more solid way，exercise the practical skills associated with food processing techniques to truly achieve theoretical linkage to the actual plant.

Key words：virtual simulation;food processing technology experiment;reform;practice

收稿日期：2019-06-02

基金項目：江南大學教改項目（JG2017046）;江蘇高校品牌專業建設工程資助項目（PPZY2015A052）;面向新工科的食品專業工程實踐教育體系和平臺建設（2017JSJG003）

作者簡介：王斌（1984-），女（漢族），山東煙臺人，博士，副教授，研究方向：食品加工與綜合利用。