虛擬仿真實訓教學在食品儀器分析課程中的應用

趙冠里+劉巖+蘇新國+楊昭+黃國平

【摘要】虛擬仿真實訓教學已廣泛應用于食品專業(yè)的“虛實結合”教學之中。本文通過對虛擬仿真實訓教學在食品儀器分析課程中的實際應用及效果進行了探討，結果說明該教法可以提高學生的操作能力、自學能力和對儀器的理解能力。

【關鍵詞】儀器分析 虛擬仿真實訓 食品專業(yè)

【基金項目】廣東省高職教育教學改革項目（20130201044）。

【中圖分類號】G71 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）34-0243-02

一、虛擬仿真技術簡介

虛擬仿真技術是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)，該技術在實驗教學過程中又被稱為“虛擬仿真實驗技術”，是借助圖像、仿真和虛擬現(xiàn)實操作流程等技術在計算機上營造可輔助或者部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)實驗各環(huán)節(jié)的相關軟硬件環(huán)境[1]。虛擬仿真技術可以有效還原生產、操作和管理崗位的真實場景，作為學習工具能夠有效提高技能教學質量。而虛擬仿真教學是深化教育教學思想、內容、方法、手段、模式改革，推動職業(yè)院校內涵建設的一個重要突破口。為此，教育部在《關于全面提高高等職業(yè)教育教學質量的若干意見》中明確提出“要充分利用現(xiàn)代信息技術，開發(fā)虛擬工廠、虛擬車間、虛擬工藝、虛擬實驗”[2]。根據(jù)食品從業(yè)人才的需求和社會科技發(fā)展的需要，虛擬仿真技術正被逐漸廣泛應用于高職院校食品學科的教學中[3]。

二、《食品儀器分析》高職高專教學中存在的問題及結合虛擬仿真手段的擬解決方案

《食品儀器分析》是食品營養(yǎng)與檢測專業(yè)的核心課程，“儀器分析”在食品檢測領域已經(jīng)與實驗方法與國家、行業(yè)和企業(yè)標準結合緊密，并逐漸取代理化檢測成為我國食品檢測的重要手段。但目前高職高?！妒称穬x器分析》課程的教學仍存在著諸多亟待解決的問題。主要問題及擬解決方案總結如下：

（一）高職高專教材與相關專業(yè)的匹配度不夠

“儀器分析”教材與本科教材側重點具有顯著差別：本科教學注重基礎理論的講解與推導演算，理論講解大于實際操作。而高職教學需要“輕理論重實踐”，儀器的使用方法與注意事項是高職高專“儀器分析”教學的重點。但目前多數(shù)高職高?！皟x器分析”教材的理論知識仍然是貼近本科教育的培養(yǎng)要求，內容太過深奧和繁冗，而對于實操部分的解讀又過于簡單籠統(tǒng)，對操作性很強的數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)的知識較少提及和深入講解。

積極撰寫有關高職高專匹配度較高的理論教材和實驗教材，同時通過虛擬仿真訓練彌補理論教學與實踐教學之間的銜接問題，是相對有效的解決途徑之一。

（二）理論部分復雜難懂，考核形式單調脫離實際

對于高職高專學生群體，儀器分析所涉及的基礎知識及基本原理是相對復雜和深奧的。由于其理論基礎相對薄弱，極易令學生感覺學習的內容抽象和復雜難懂，從而對課程喪失興趣和積極性。此外，該課程考核方式通常為筆試，以理論知識體系作為主要的考核內容，單一的考試方式使學生對儀器實操興趣降低，對理論知識機械記憶，最終導致教學效果不佳。

虛擬仿真教學可以有效彌補理論知識的枯燥，也解決了實操上機時間不充分和實驗條件受限的難題。而最終的考核可以隨時進行，同步打分，即時出示成績，節(jié)約了考試資源，也使得學生更加重視實操環(huán)節(jié)。

（三）相對缺乏實操教學條件

“食品儀器分析”實操教學中存在的問題：第一，儀器設備較昂貴，無法滿足所有同學的實操需求，實驗大多以演示為主；第二，實驗課時有限，學生實操時間得不到充分保障，導致實際工作中仍難以勝任相關崗位的要求；第三，只重視測定過程，不重視測定結果。教師在教學過程中，往往片面強調檢測原理和步驟的重要性，使很多學生對數(shù)據(jù)的處理方法不熟悉；第四，驗證性實驗偏多，主觀能動性調動不足。學生通常按照實驗原理和操作步驟進行機械驗證性的實驗，缺乏對實驗過程進行思考。

虛擬仿真教學可以有效地解決上述問題：第一，充分保障每一個學生的實操時間，同步糾錯，提高操作準確度，而且任何儀器（包括貴重儀器）都可以直接進行實驗操作，熟練之后再上實機繼續(xù)操作和熟悉，既節(jié)省了資源，又大大提高了效率；第二，既重過程，也重結果分析，鍛煉學生的數(shù)據(jù)處理能力，隨時糾正不正確的分析結果，提高學生的學習和分析能力；第三，實驗科目可選擇性范圍廣，可以針對專業(yè)進行專項訓練，提高實際崗位要求的匹配度。

三、虛擬仿真實訓在《食品儀器分析》教學中應用的必要性及其教法的探索

虛擬仿真實訓教學主要分為3個階段：初級階段，學生剛開始接觸虛擬仿真系統(tǒng)，需要教師對學生加以引導；模塊建立階段，當學生對虛擬仿真系統(tǒng)熟悉之后，需要根據(jù)教學計劃和學習的側重點對虛擬仿真系統(tǒng)的實驗加以調整，提升學生專業(yè)知識能力；模塊應用階段，當學生已經(jīng)掌握基本的實驗知識或儀器操作技能后，實現(xiàn)探究虛擬仿真實訓中實驗知識的運用[4]。虛擬仿真教學過程中，需要以學生為主體完成相關的虛擬軟件操作。在我校虛擬仿真實訓教學過程中，采用傳統(tǒng)先講后練的方式，容易讓部分學生因虛擬仿真軟件相對枯燥而放棄練習或者機械地完成虛擬軟件的操作，結果會讓學生在真正操作儀器時感覺無從下手。

如何讓學生對虛擬仿真軟件感興趣，真正把虛擬仿真軟件中的操作運用到真正的實驗之中，是所有該課程的教師需要面臨的挑戰(zhàn)。這需要通過優(yōu)化虛擬仿真實訓課程標準和探討新的教學方法來改變這一現(xiàn)狀。虛擬仿真教學教法的探索如下：

（一）在操作虛擬仿真軟件之前，恰當?shù)膶肭榫常ぐl(fā)學生的興趣，從而使學生投入到積極的學習狀態(tài)。有效激發(fā)起學生興趣之后，可適當引入激勵機制。例如，以團隊形式組建項目小組，優(yōu)先完成虛擬仿真軟件操作的小組，獲得分數(shù)獎勵或者其他嘉獎。

（二）明確分解虛擬仿真軟件中包含的各項操作任務，讓學生在知曉詳細的操作任務的基礎上，先以團隊形式討論和分析將會遇到哪些需要解決的問題，以此來調動學生主動求知的欲望。之后再由教師做適當引導來幫助學生有效地完成任務。倡導學生之間的討論和交流，通過不同觀點交流，加深每個學生對解決當前問題的思考。

（三）學生每完成一項任務，都會獲得一定的成就感。當學生完成虛擬仿真實訓任務時，通過對其學習成果進行展示交流，分析點評，對學生的學習情況做出客觀的評價和反饋。采用教師評價、學生自評以及學生之間互評相結合等多方位評價策略。對表現(xiàn)優(yōu)秀的團隊進行獎勵，并對學生需掌握的知識點再度進行提煉。

四、結語

通過我院師生們的共同努力，《食品儀器分析》課程的教學改革取得了階段性成果，虛擬仿真教學使學生在掌握基礎理論知識的基礎上鍛煉了實踐動手能力，同時激發(fā)了其創(chuàng)新精神。將虛擬仿真教學貫穿于《食品儀器分析》課程的全過程，有利于全方位鍛煉和提高學生的綜合能力，為食品營養(yǎng)與檢測專業(yè)“儀器分析”教學發(fā)展做出了有益的探索。虛擬仿真實訓教學可以提高學生對“儀器分析”學科的學習興趣、操作能力和團隊意識。

參考文獻：

[1]邱會東，蘇小東，原金海，等.虛擬仿真技術在《儀器分析》理論課程輔助教學中的應用[J].科技與創(chuàng)新，2017（9）：149-150.

[2]教育部.關于全面提高高等職業(yè)教育教學質量的若干意見[J].中國職業(yè)技術教育，2007，26（1）：14-15.

[3]趙鋼.虛擬仿真技術在食品加工教學中的初探[J].北京農業(yè)職業(yè)學院學報，2010，4（3）：70-73.

[4]王朋.虛擬仿真技術在運動生理學實驗中的應用研究[J].現(xiàn)代交際，2016（6）：1-2.

作者簡介：

趙冠里（1980.3-），男，漢族，博士，講師，研究方向：蛋白質化學與工程 。

蘇新國（1977.8-），男，漢族，博士，教授，研究方向：食品質量與安全。endprint