張雅娜，劉麗美，劉東琦，馬麗媛，郭 麗

（綏化學(xué)院食品與制藥工程學(xué)院，黑龍江綏化 152061）

“食品工程原理”課程是食品專業(yè)的重要主干學(xué)科之一，同時(shí)也是食品科學(xué)各專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課之一，實(shí)驗(yàn)課在教學(xué)中占有重要的作用。通過(guò)學(xué)習(xí)“食品工程原理”課程，本科生能夠系統(tǒng)地掌握食品加工過(guò)程的工程概念和各種單元操作原理及理論基礎(chǔ)，在開設(shè)理論教學(xué)的同時(shí)，應(yīng)該重視本科生實(shí)踐的能力，使本科生能夠理論結(jié)合實(shí)際，為課程的理解和學(xué)習(xí) 提供良好的條件，提高本科生學(xué)習(xí)“食品工程原理”課程的興趣，鍛煉本科生的實(shí)際操作能力以及對(duì)工程方面有了直觀和更深入的了解，真正達(dá)到學(xué)有所用的目的。

實(shí)踐教學(xué)對(duì)于提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力具有重要作用。實(shí)踐教學(xué)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，是實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)的重要保證，其優(yōu)劣直接決定了實(shí)踐教學(xué)或者說(shuō)教學(xué)的優(yōu)劣。但目前“食品工程原理”課程實(shí)踐教學(xué)中仍存在著一定的問(wèn)題，需要通過(guò)新觀念、新科技、新方法來(lái)解決。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)中，創(chuàng)建虛擬實(shí)驗(yàn)室，對(duì)于解決“食品工程原理”課程實(shí)踐教學(xué)中存在的問(wèn)題具有重大的意義。

虛擬實(shí)驗(yàn)室是一種使處于不同地點(diǎn)的學(xué)習(xí)者可以同時(shí)對(duì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。虛擬實(shí)驗(yàn)室可以說(shuō)是教育領(lǐng)域應(yīng)用信息技術(shù)的一種創(chuàng)新[1]。虛擬實(shí)驗(yàn)室在時(shí)間、空間、經(jīng)費(fèi)投入等方面表現(xiàn)出很大的優(yōu)勢(shì)，能夠彌補(bǔ)真實(shí)實(shí)驗(yàn)室的不足，因而在各個(gè)高校廣泛推廣。其特點(diǎn)是自由度大、節(jié)省投入、安全系數(shù)高，虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)還對(duì)學(xué)院乃至學(xué)校起到促進(jìn)作用，能夠提高學(xué)院的教學(xué)質(zhì)量，改善教學(xué)環(huán)境；有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率；有利于提高教學(xué)效果，減輕實(shí)驗(yàn)管理人員的工作負(fù)荷。

在科學(xué)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，在注重建設(shè)實(shí)體實(shí)驗(yàn)室的同時(shí)，還要重視對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，采用計(jì)算機(jī)仿真、虛擬儀器技術(shù)建立虛擬實(shí)驗(yàn)室越來(lái)越受到高校的重視。目前，虛擬實(shí)驗(yàn)室在國(guó)內(nèi)外高校教學(xué)中已有應(yīng)用，國(guó)外虛擬實(shí)驗(yàn)室研究起步較早，技術(shù)相對(duì)成熟，主要以教學(xué)為主，覆蓋學(xué)科面較廣，已出現(xiàn)較多的成熟軟件產(chǎn)品，德國(guó)Ruhr大學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室、麻省理工學(xué)院Web Lab遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室、新加坡國(guó)立大學(xué)遠(yuǎn)程示波器和壓力容器虛擬實(shí)驗(yàn)室等；在國(guó)內(nèi)，虛擬實(shí)驗(yàn)室也逐漸受到關(guān)注和重視，出現(xiàn)了不少虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件和應(yīng)用，如大連理工大學(xué)研制的化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室、中南大學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)、北京大學(xué)地球科學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心等[2-3]。目前，國(guó)家正在加大對(duì)教育的投入，也正是革新實(shí)驗(yàn)室裝備的黃金時(shí)期，虛擬儀器的出現(xiàn)也使我國(guó)以較小的代價(jià)趕上國(guó)際電子實(shí)驗(yàn)室的最先進(jìn)水平成為可能。

1 “食品工程原理”課程實(shí)踐教學(xué)中存在的主要問(wèn)題

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊、數(shù)量不足

食品科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心根據(jù)“食品工程原理”課程實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，更新了大量的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，本科生可以通過(guò)基礎(chǔ)性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，充分利用現(xiàn)有的食品工程原理實(shí)驗(yàn)條件，完善和配置必需的教學(xué)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)儀器，提高“食品工程原理”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。因此，隨著實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改變和學(xué)校的不斷擴(kuò)招，食品學(xué)院的本科生人數(shù)也不斷增多，原來(lái)相配套的實(shí)驗(yàn)設(shè)備有些已不能滿足本科生的實(shí)驗(yàn)需求，且有些設(shè)備已經(jīng)過(guò)于陳舊，實(shí)體的實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限，本科生不能全面學(xué)習(xí)食品工程原理的實(shí)驗(yàn)，只有實(shí)體實(shí)驗(yàn)室的實(shí)踐教學(xué)，已經(jīng)不能滿足教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更新變化的形勢(shì)和需要，影響了正常的本科生實(shí)驗(yàn)課教學(xué)。

1.2 實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置不合理

盡管近年來(lái)各高校相繼調(diào)整培養(yǎng)方案、教學(xué)計(jì)劃及大綱，增加實(shí)踐教學(xué)比例，加大實(shí)驗(yàn)室建設(shè)投入與管理力度，實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量有所提高，但仍未改變“重理論、輕實(shí)踐，重知識(shí)、輕能力”的傳統(tǒng)教育觀念。實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容、學(xué)時(shí)設(shè)置不合理，通常只是對(duì)課程中的幾個(gè)典型設(shè)備設(shè)置實(shí)驗(yàn)課程，這只是專業(yè)課程中的冰山一角，學(xué)生缺少對(duì)課程整體知識(shí)的認(rèn)識(shí)和掌握。

1.3 傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法單一、缺乏靈活性

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法單一，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置通常是按照教學(xué)大綱要求機(jī)械設(shè)定，均按照統(tǒng)一的管理規(guī)定（固定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、設(shè)備、學(xué)時(shí)數(shù)等）做實(shí)驗(yàn)，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中所列出的操作步驟完成實(shí)驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程模式固定，缺少靈活性；同時(shí)忽略了結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，忽略了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目間的有機(jī)結(jié)合，影響學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，缺乏對(duì)學(xué)生獨(dú)立思考能力、獨(dú)立實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[4-5]。

1.4 實(shí)驗(yàn)室開放力度不足

由于食品工程原理的實(shí)驗(yàn)設(shè)備較大，且運(yùn)行存在著一定的危險(xiǎn)性，因此通常只是在實(shí)驗(yàn)課固定的時(shí)間內(nèi)學(xué)生才可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，且由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、設(shè)備數(shù)量、學(xué)時(shí)數(shù)有限，學(xué)生只能分組進(jìn)行，幾位學(xué)生用1臺(tái)設(shè)備，還有些設(shè)備只能演示教學(xué)，這樣有些學(xué)生缺少或沒有動(dòng)手的機(jī)會(huì)，極大地打擊了學(xué)生的積極性，嚴(yán)重影響實(shí)踐教學(xué)效果。此外，學(xué)生課下沒有機(jī)會(huì)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行鞏固和練習(xí)，致使一些創(chuàng)新型、探究型、綜合型實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行，嚴(yán)重影響本科生對(duì)“食品工程原理”課程的深入認(rèn)識(shí)和理解，不能及時(shí)將所學(xué)到食品工程原理知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際問(wèn)題當(dāng)中，對(duì)于工程方面不能全面透徹地認(rèn)識(shí)[6]。

2 食品工程原理虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的關(guān)鍵性和重要性

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備保障的需要

針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備陳舊、數(shù)量不足問(wèn)題，在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面，除了加強(qiáng)對(duì)實(shí)體實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，更要對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行建設(shè)，實(shí)體教學(xué)可以提高本科生動(dòng)手操作能力和實(shí)際解決問(wèn)題的能力，而虛擬的實(shí)驗(yàn)室可以補(bǔ)充實(shí)體實(shí)驗(yàn)室缺乏的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，讓本科生擴(kuò)寬知識(shí)，在食品科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心中具有重大意義。同時(shí)，食品工程原理虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，可以持久為學(xué)生提供食品工程原理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容，具有長(zhǎng)久性、投資成本較低、經(jīng)久耐用的特點(diǎn)，并且虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)更新方便。

2.2 教學(xué)改革的需要

針對(duì)“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置不合理問(wèn)題，采用單獨(dú)設(shè)課的方式，與理論教學(xué)相互補(bǔ)充，可以改變“重理論、輕實(shí)踐，重知識(shí)、輕能力”的傳統(tǒng)觀念，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)實(shí)踐的認(rèn)識(shí)，加深學(xué)生對(duì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的理解，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，提高教學(xué)效果[7]。同時(shí)，通過(guò)實(shí)體實(shí)驗(yàn)室和虛擬實(shí)驗(yàn)室共同進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，可以彌補(bǔ)只有傳統(tǒng)實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，開設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生可以自主利用課余時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)，加大了實(shí)驗(yàn)室的開放度和利用率，特別是現(xiàn)在這個(gè)技術(shù)飛速發(fā)展、信息高速更新的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)將推動(dòng)高等學(xué)校教育改革、科研人員創(chuàng)新測(cè)試等方面快速發(fā)展。因此，需要在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)體實(shí)驗(yàn)室進(jìn)一步建設(shè)，開發(fā)新的虛擬實(shí)驗(yàn)室教學(xué)，以滿足本科生對(duì)“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全面認(rèn)識(shí)和掌握。

2.3 提高教學(xué)質(zhì)量的需要

“食品工程原理”課程實(shí)體和虛擬實(shí)驗(yàn)的建設(shè)，可實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)在內(nèi)容和形式上的統(tǒng)一，使學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)更加合理、更加實(shí)用。建設(shè)后的“食品工程原理”課程實(shí)體和虛擬實(shí)驗(yàn)室在設(shè)備、管理、功能、教學(xué)環(huán)境等方面達(dá)到高水平。此外，將虛擬儀器技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不但能夠充分利用教育資源，而且具有更高的靈活性，不再受傳統(tǒng)的面對(duì)面的統(tǒng)一教學(xué)模式的限制，從而節(jié)約大量的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資，有利于改善辦學(xué)條件和提高教學(xué)水平。在教學(xué)方面推行本科生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、研究式學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，建立以學(xué)生為中心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，培養(yǎng)具有專業(yè)基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)面寬、實(shí)踐能力強(qiáng)、具有創(chuàng)新精神的復(fù)合型創(chuàng)業(yè)人才。強(qiáng)化實(shí)踐能力訓(xùn)練，消除知識(shí)傳授與實(shí)踐能力訓(xùn)練間的比例失衡，以提高本科生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)本科生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，從而全面提升實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量。

2.4 人才培養(yǎng)的需要

開展“食品工程原理”課程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，可以提高本科生在工程方面解決實(shí)際問(wèn)題的能力，通過(guò)對(duì)“食品工程原理”課程實(shí)體實(shí)驗(yàn)室和虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，培養(yǎng)出一批又一批的優(yōu)秀應(yīng)用型人才，以解決社會(huì)就業(yè)難，缺乏工程技術(shù)方面人才的問(wèn)題。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，截至2015年上半年，我國(guó)食品行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)數(shù)量達(dá)到38 859家，這是一個(gè)十分龐大的數(shù)字，通過(guò)加強(qiáng)對(duì)食品工程原理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)，加快食品工程原理實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，加大力度培養(yǎng)工程方面的技術(shù)人才，并且能夠服務(wù)于社會(huì)，將會(huì)為食品行業(yè)乃至社會(huì)創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益，解決自身發(fā)展的同時(shí)為國(guó)家可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

目前，各高?！笆称饭こ淘怼闭n程實(shí)體實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)不算完善，本科生能夠?qū)W到的實(shí)驗(yàn)知識(shí)有限，網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實(shí)驗(yàn)室是少投入、多產(chǎn)出、資源共享的一種全新的實(shí)驗(yàn)室，虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)是教學(xué)發(fā)展的一種必然趨勢(shì)，對(duì)于高等學(xué)校培養(yǎng)高科技人才具有重大的促進(jìn)作用，因此虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)也是必不可少的一項(xiàng)內(nèi)容。但實(shí)踐教學(xué)的改革不僅體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)方面，還要結(jié)合其他措施綜合進(jìn)行改革，如教師工程素質(zhì)的加強(qiáng)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、考核方式的改革等，同時(shí)也要加強(qiáng)理論教學(xué)的改革，以達(dá)到培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的目的。

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