食品工程實驗教學信息化組織管理模式探索

陳躍文， 蔣丹丹， 崇云青， 陳 杰， 周 雁， 房 升

（1.浙江工商大學a.食品與生物工程學院；b.國家級食品工程與質量安全實驗教學中心，杭州310018；2.浙江財經大學數據科學學院，杭州310018）

0 引 言

隨著信息技術不斷發展，數字資源、網絡化管理以及自媒體技術正越來越廣泛地應用于高等教育領域，促進了傳統人才培養模式的轉型升級［1］。2018 年4月，教育部發布了《教育信息化2.0 行動計劃》（教技［2018］6 號文件），強調信息化技術在教育現代化工作中的重要性，制定了具體行動計劃和保障措施，并提出要在2022 年基本實現“三全、兩高、一大”發展目標［2］。通過信息技術不斷推動優秀教學資源高度共享，著力提升教學組織和資源管理的網絡化和數字化，是推進高等教育人才培養水平提升的重要趨勢［3］。

食品工程實驗課程是食品學科的重要實踐課程，對于學生的專業素質培養和工程能力訓練發揮非常重要的作用，對于大商科背景下非專業學生科學思維培養具有積極意義，對于廣大食品消費者科學認知食品產業具有推動作用。開展實驗室全面開放是實現實驗教學創新改革的重要突破口，將實驗室、實驗教師、相關平臺和項目資源真正投入于本科教學，是提升高校辦學水平、發揮實驗室人才培養功能的有效措施［4］。依據教育信息化的特點與要求，結合新時代背景下食品學科人才需求的特點，在傳統實驗教學資源整合的基礎上，利用信息技術建立多層次、全方位的實驗實踐開放管理系統，最大程度將實驗教學資源應用于創新型人才培養具有重要意義。

1 傳統食品工程實驗教學組織管理現狀

1.1 無法實現實驗教學活動的多元化

傳統的食品工程實驗教學內容以“食品產品如何生產”為主，教學范圍以“食品工藝如何實現”為主，教學方式以“工藝技能如何掌握”為主，傳統的食品工程實驗教學組織模式無法滿足現代食品產業對于學生食品創新研發能力的需求。作為食品專業學習的核心實驗課程，食品工程實驗是食品專業理論學習到實踐操作的重要環節，既實現學生對于食品加工基本工藝和典型設備應用能力的訓練，又強調實驗項目內容的創新性和學生的自主實驗活動［5］；食品工程實驗教學實驗室既是學校開展實驗教學活動、培養學生實踐能力的重要空間，同時也是開發學生創新思維、提升學生專業技能、塑造學生科學素養的重要基地［6］。傳統的食品工程實驗教學資源管理模式以“課堂模式”為主，無法滿足實驗教學活動資源豐富化、形式多樣化、實驗自主化創新發展的新需求。

1.2 無法保障實驗教學資源的數字化

食品工程實驗涉及原料分析、產品加工、成品分析等儀器設備，其工作原理學習和設備操作訓練具有一定的復雜性，傳統的實驗教學方法無法滿足原理講解、試錯訓練、過程操作、技能考核等實驗環節的開放化運行需求［7］。傳統的實驗教學受限于設備臺套數有限、單元設備結構講解較難、重復實驗成本較高、特殊實驗較為危險等因素，很難接近真實的生產實踐場景；虛擬仿真實驗技術發展迅速，可以實現與計算機虛擬系統進行人機互動，可以幫助學生通過視覺觀察、聽覺感受和觸覺體驗等多種傳感模式實現更加安全真實的實驗試錯體驗。傳統的“課堂模式”食品工程實驗教學資源管理方法無法實現虛擬仿真等數字教學資源自主訓練、自由實踐的新需求。

1.3 無法實現實驗實訓平臺的開放化

傳統組織管理模式下，實驗教學內容基本固定，實驗原理、儀器設備以及操作流程等模塊基本固定，教學時間、實驗流程、實驗考核等方式基本固定；實驗過程缺乏學生自己的設計和創新，學生實驗積極性不高，動手操作時數較少，導致實驗訓練效果不佳［8］。傳統的實驗室開放活動大多為學生課外實驗和興趣小組等自發形式，缺乏系統性規劃和前瞻性引導；實驗室開放時間較長、次數較多，但開放項目缺乏綜合性和創新空間，實驗訓練影響不深，缺乏科學統一的規劃和系統完善的管理［9］。傳統的“課堂模式”管理方法難以滿足新工科背景下學生對實驗項目自由選擇、工藝技術自主設計、實驗研究自主進行的新需求［10］。

1.4 無法實現平臺社會服務功能的最大化

食品是社會經濟發展的支柱性產業，改革開放以來，中國的食品產業規模不斷擴大。食品作為一種商品，其消費模式已由傳統的追求溫飽轉變為追求健康、營養和享受。健康食品、功能食品、特殊膳食、休閑食品等食品類型不斷發展，轉基因食品、食品添加劑、傳統食品工業化等食品產業相關熱點備受關注。食品的生產與研究關系到千家萬戶的日常生活，但是食品加工生產相關的工程技術、科學原理和發展現狀卻不為普通消費者熟知。通過食品工程實驗資源的社會化開放，開展各種通識教學、科普實驗等社會實踐活動，將食品相關的生產技術、科學知識、產業信息和發展動態傳達給消費者，是擴大食品工程實驗資源社會服務功能的重要內容［11］。傳統的“課堂模式”管理方法無法實現高校實驗資源的社會化充分開放。

2 食品工程實驗教學信息化組織管理模式

食品產業的人才需求、食品工程實驗教學的課程模式都發生了新的轉變。食品工程實驗教學以國家級實驗教學示范中心為依托，在堅持“提升學生能力，發展學生個性”為教學理念的基礎上，采用驗證性、綜合性、設計性等不同實驗教學方法，設置“基本＋可選”實驗項目庫，結合實驗室開放、學生參與教師科研或承擔課外科技創新項目研究等實踐活動，構建“超市化”自選實驗模式，努力提升學生的技術應用能力、科學創新能力、系統思維能力和工程實踐能力，并實現學生專業能力和科學素養的個性化發展。新的課程模式、人才培養和社會服務需求，對食品工程實驗教學的信息化水平提出了更高的要求（見圖1）。

圖1 食品工程實驗教學新需求

2.1 食品工程實驗教學信息化管理系統的構建

食品工程實驗教學信息化管理系統主要包括網站管理中心、虛擬仿真系統和微信交流平臺3 個模塊，管理系統由實驗項目庫、開放設備庫、技術資料庫、企業案例庫、仿真項目庫、在線試題庫、科普實驗庫等7 個資源模塊作為支撐，可以實現專業實驗選課、專業設備開放、競賽項目開放、仿真試錯實訓、線上考試考核、通識科普開放及師生互動交流等功能。新的信息化管理系統的構建，實現了理論與實踐、課堂與開放、虛擬與現實的有機融合和互動互通（見圖2）。

圖2 食品工程實驗教學信息化管理系統

2.2 交互式網站管理中心建設與成效

中心開發建設網站管理系統（http：／ ／lcf. zjgsu.edu.cn／），利用網站資源，建立專業教學實驗與實踐信息共享平臺，形成線上與線下、課內與課外一條互相補充和交互融合的信息紐帶，在創新型人才培養中發揮了重要作用。一方面，中心網站提供實驗課程資源（包括教學課件、關鍵工藝答疑指導、教學視頻、企業案例等）、創新實踐資源及學科前沿動態等資源，構建多元化的數字實驗教學資源。項目開放模塊發布面向專業學生開放的教師科研科研項目信息，競賽開放模塊發布校級、省級、國家級大學生專業競賽信息，設備預約系統提供食品產品開發小試、中試及品質分析設備，線上選課系統為專業教學提供課前線上實驗項目自選功能，科普預約系統外中小學生、食品企業、社區居民等社會大眾提供開放預約窗口；通過網站管理系統實現了實驗資源的高效運行。通過建立中心網站開放實驗室信息共享，將開展實驗的預約系統以鏈接的模塊形式加入共享系統網絡資源中，使用者可通過網站與管理者進行預約及交流，來實現實驗室的信息化管理，而達到實驗室的完全開放［12］。中心教學實驗管理與教務管理系統實現全面的貫通，開通實驗教學選課系統，學生可通過自己的賬號登錄中心網站，完成課前預習、課后的實驗報告，下載教學資源等；教師也可以通過系統查閱學生的預習及報告的完成情況，給學生答疑，錄入實驗成績等。充分利用信息資源與手段，實現實驗教學的全方位開放和系統管理。

2.3 開放式虛擬仿真實驗平臺構建與應用

虛擬仿真是一種可以實現與計算機虛擬系統進行人機互動的新型實驗訓練輔助手段。實驗室基于多年教學素材積累和科研成果，聯合軟件開發機構，開發構建基于食品創新研究全鏈條的虛擬仿真實驗系統；如圖3 所示，實驗系統包括單元設備解析、生產線設計、新型技術認知等基礎模塊，食品新產品研發、食品安全溯源系統等工程模塊，食品智能感官、食品安全快速檢測等科研模塊在內的全產業鏈實驗實訓模塊的虛擬仿真。通過虛擬系統與顯示資源的互動互通，充分發揮了虛實結合、以虛促實的資源優勢，對于提升平臺的人才培養能力可以發揮積極作用［13］。學生可以隨時隨地自由登錄虛擬仿真系統，既有利于充分利用實驗室的有限空間和資源，又有利于學生自主進行實驗活動，自主安排實驗學習時間，滿足學生自選課題和科研課題模式，從而調動和激發學生學習的主動性和積極性，進而達到培養創新素質的目的。

圖3 虛擬仿真交互實驗訓練平臺

結合學院“工商融合”的人才培養理念，以食品全產業鏈認知、食品創新開發、科學與工程深度融合3 個維度為著力點，構建理論與實踐高度融合的“沉浸式”教學環境［14］，通過虛實結合的實驗手段破解實驗時間長、工業實踐不能試、出錯代價高、實驗考核不真實難題，拓展教學深度和廣度，豐富實驗實踐教學體系。

2.4 自媒體交流平臺建設與應用

自媒體時代的到來改變了日常生活，自媒體手段也廣泛應用于高等教育的諸多領域［15］；自媒體以其方便快捷、休閑有趣的特點，有效豐富實驗教學手段，促進實驗室開放水平的提升［16］。中心自主建設“食品微科技”“味芝坊”等微信自媒體交流平臺見圖4；“食品微科技”微信平臺定期發布食品工程領域的加工技術理論和食品科學領域的最新發展動態等前沿信息；傳統實驗課程實踐訓練內容受課時時間的限制，很難做到系統性全鏈條式的深入學習，通過“食品微科技”的課堂補充、行業動態等模塊可以發布實驗設備單元、生產技術和商品化流通過程的相關推送，構建集課堂講解、課前虛擬體驗、實驗實踐訓練、課后自主拓展為一體的多維度訓練體系，有效的補充課堂內容、拓展實驗內容；“味芝坊”微信平臺發布食品工程及食品感官實驗室的開放預約信息，進行師生問答討論。微平臺還會定期發布專業競賽、創新項目、教師課題等專業訓練開放信息，由學生自由選題、自主實驗。

圖4 微信自媒體交流平臺

3 結 語

信息化實驗室管理系統將食品工程實驗教學與實驗資源自主開放二者緊密結合起來，實現了課堂內外資源共享，極大地豐富了教學資源，提高了實驗效率。通過信息化實驗系統的建立，實現了跨學科知識交叉，促進了課堂實驗教學與課外自主實踐的貫通，使學生能夠更好地將理論學習與實驗實踐結合在一起，提升了適應食品產業真實需求的創新研究能力和工程技術能力。教師在施教過程中也能更好地、全方位地了解學生可接觸的資源信息、實驗過程中存在的問題以及開展自主創新實驗的需求。基于信息化技術的實驗教學組織模式能夠充分調動學生的學習積極性，提高其獨立思考和自主創新的能力，更有利于培養學生的崇尚科學、樂于創新、勤于實踐的專業素養。