丁保淼 高夢祥 江洪波 張 燕 張 欣

（長江大學生命科學學院 湖北 荊州 434025）

《果蔬貯運學》 是農(nóng)產(chǎn)品貯藏與加工、食品科學與工程等專業(yè)的重要專業(yè)課程，具有多學科交叉性、應用性強等特點。實驗教學是該課程內(nèi)容的重要組成部分，該實驗課具有實驗條件復雜、實驗周期長等特點，受教學實際情況限制，教師不得不放棄一些有重要價值的實驗[1]。鑒于該實驗課開展過程中遇到的問題，迫切需要對傳統(tǒng)的實驗課授課模式進行改革。本研究將虛擬仿真技術(shù)引入該課程，可以生動形象地具體化實驗原理及實驗過程，便利地調(diào)整實驗條件，彌補傳統(tǒng)實驗的不足等[2～3]。

1 《果蔬貯運學》 實驗教學中存在的問題

1.1 實驗內(nèi)容單一，設置不合理。果蔬貯運學實驗具有知識綜合性強的特點，在貯藏和運輸保藏原理上涉及采后生理與病理、貯藏方式與管理、質(zhì)量評價等內(nèi)容，以及生物化學、植物生理、運輸流通等學科知識。

不同果蔬種類要求的貯運條件差異極大，如通常果菜類更耐貯藏，而葉菜類則更易失去水分、萎蔫等。而且果蔬的某些質(zhì)量指標需要較長時間才能檢測到其變化，如某些果蔬在低溫、減壓等條件下通常需要數(shù)天、數(shù)周甚至數(shù)月才能觀察到其明顯變化。但受實驗課時所限，這些實際生產(chǎn)中遇到的問題有更強的綜合性和系統(tǒng)性，無法在實驗課作為實驗內(nèi)容體現(xiàn)出來，在設置實驗時，只能安排一些比較簡單的驗證性實驗，這些實驗內(nèi)容難以讓學生充分理解生產(chǎn)中實際問題，大大降低了實驗課的價值。

1.2 實驗現(xiàn)象難以形象化和直觀化體現(xiàn)。果蔬貯運過程中，其改變是非常直觀的，也是非常有趣的，但實際實驗時通常難以觀察到這種直觀、有趣的現(xiàn)象，導致學生在實驗過程中只能進行枯燥的輸入和輸出，而原本有趣、形象、直觀、動態(tài)的中間過程被舍棄了，呈一種“黑箱”狀態(tài)。

1.3 學生參與不足，難以訓練其探索能力。 《果蔬貯運學》 實驗的核心之一是探索貯運條件對果蔬的呼吸、質(zhì)構(gòu)、風味、成分等方面的影響。這要求學生既要會調(diào)控貯運條件參數(shù)，也要會測定相應指標，且前者對生產(chǎn)實際有更重要的指導意義。但實驗過程中，由于受課時、實驗設備等條件所限，學生反倒更注重后者。如分析果蔬貯藏時水分含量變化的影響因素(主要是氣體成分、氣壓、溫度、光照等)，顯然這不是在4 個學時內(nèi)就可以完成的實驗。通常試驗的具體操作流程是，先設定一個條件，學生把樣品放入設備，到設定時間學生取出樣品，測定指標。學生只是機械的進行實驗操作，但對于條件的設定、樣品在設備中的動態(tài)變化、水分含量對果蔬的質(zhì)構(gòu)和外觀的影響并沒有直觀認識，這就導致學生不能充分參與實驗，難以深刻體會實驗現(xiàn)象以及現(xiàn)象中所體現(xiàn)的理論本質(zhì)。

2 虛擬仿真實驗的優(yōu)點

2.1 實驗條件調(diào)控的立體化和實驗過程直觀化。實際生產(chǎn)中，影響果蔬貯運的主要因素有若干個。受設備和課時等條件所限，果蔬貯運學實驗開展時不得不將實際生產(chǎn)中的多因素簡化為單因素甚至特定條件。如果蔬貯藏期間的變化只考察樣品短期的情況，而難以觀察樣品長期貯藏時的變化等。貯藏條件、運輸環(huán)境等對果蔬的影響通常只考察點，而難以考察面，這大大降低了實驗在提升學生認識方面的價值。

虛擬仿真實驗可有效解決某些實驗耗時長、條件多、設備利用效率低等問題。虛擬仿真實驗中，學生可以在合理范圍內(nèi)，對實驗條件任意設置參數(shù)，仿真系統(tǒng)可以快速反饋結(jié)果，從而使學生可以全方位、多方面地了解貯藏條件對果蔬品質(zhì)的影響。如蔬菜在貯藏期間的外觀變化，學生對貯藏期可設置幾天到幾個月不等，系統(tǒng)可以快速給出結(jié)果，學生直觀了解樣品外觀的變化。

2.2 易于感受實驗全過程。實際果蔬貯運學實驗中，很多產(chǎn)品的指標是漸進式變化的，如質(zhì)構(gòu)、色澤，學生往往只能觀察到產(chǎn)品的初始和終了兩種狀態(tài)，而對于這些指標在整個貯藏期的變化過程缺乏直觀感受。此外，由于需要大量的時間成本，欲重復實驗過程也難以實現(xiàn)。在虛擬仿真實驗中，學生可以根據(jù)需要自己控制實驗的進度；實驗中的難點、要點部分可以降低速度、反復練習、細致觀察；也可以加快速度觀察某些指標在實驗過程中的動態(tài)變化，以建立動態(tài)變化規(guī)律與貯運條件的關系。

2.3 強化實驗要點，提高授課效率。實驗過程中的某些關鍵點操作得當與否直接決定實驗的成敗，特別是果蔬貨架期實驗，實驗失敗會浪費大量的時間成本，而且難以彌補。在虛擬仿真實驗中對實驗中的操作要點進行提醒、強調(diào)和標注，學生操作不當和錯誤之處，系統(tǒng)給出提醒和警告，并提供詳細的錯誤信息和補救措施，避免出現(xiàn)問題時學生舉足無措。通過虛擬仿真實驗的練習，學生不僅可以高效熟悉實驗流程，而且能夠深刻了解實驗過程中的關鍵點，有利于實際實驗的順利開展。

利用虛擬仿真實驗平臺，學生花費較少的時間即可了解和掌握某一產(chǎn)品貯運條件對其品質(zhì)的影響，具有省時、靈活、低花費等優(yōu)點，能夠有效提高學習效率。但對于需要動手操作的實驗課程，虛擬仿真實驗無法取代實際實驗。它的局限性在于：虛擬仿真軟件中往往只涉及主要影響因素，所給出的結(jié)果為便于說明問題，通常是模式化的，當貯運條件給出，結(jié)果就是唯一的；而實際實驗結(jié)果存在更多的不確定性，以及實際實驗中學生可以通過眼看、手觸、鼻聞等全方位了解實驗細節(jié)，虛擬仿真卻不能給出詳細的相關信息。

3 虛實結(jié)合實驗教學的實現(xiàn)路徑

虛實結(jié)合開展果蔬貯運學實驗教學是以虛擬仿真技術(shù)為輔助手段，以實際實驗為內(nèi)核，兩者有機結(jié)合的一種實驗教學模式。該模式中虛擬仿真實驗具有靈活、易控、高效等特點，實驗開展不受時間、地點限制，與實際實驗易于交互，可以有效提高實際實驗效果。但果蔬貯運學實驗終究是一門實踐性的課程，為培養(yǎng)學生的動手操作能力，安排實際實驗是必要且必需的。因此，基于果蔬貯運學實驗課的特點，虛實結(jié)合教學模式既有利于學生對基礎知識和實驗原理的掌握，從微觀層面給學生直觀的感受，又可以充分鍛煉學生的實驗技能。

3.1 以虛擬仿真實驗熟悉基本原理和操作流程。虛擬仿真實驗平臺具有易于操作和重復、過程和結(jié)果形象直觀、高容錯性等特點，學生先借助仿真平臺開展虛擬仿真實驗，經(jīng)過虛擬實驗，學生能夠進一步明確實驗目的，理解實驗原理，熟悉實驗步驟，以及強化實驗過程中的關鍵點。在此基礎上，用虛擬實驗平臺中的考核模塊評估學生對實驗的掌握程度，若達到標準則可進行實際實驗，若未達到則在仿真平臺上繼續(xù)練習。

3.2 以實際實驗鍛煉動手能力。經(jīng)過虛擬實驗操作，學生基本掌握了實驗目的、實驗原理、實驗步驟、實驗中的關鍵點等，相當于由大腦完成了一遍實驗。在此基礎上，學生進行實際實驗可有效提高動手操作能力。實際實驗開展時，以實驗小組為單位進行，根據(jù)實驗的內(nèi)容和復雜程度劃分小組人數(shù)，小組組員自行分工協(xié)作，但實驗過程中的關鍵點、重要的實驗現(xiàn)象、實驗結(jié)果等環(huán)節(jié)要求全組同學共同參與，增強大家的實際實驗感受和團隊精神。

3.3 虛實結(jié)合全方位理解和掌握實驗。虛實實驗均完成后，學生對實驗原理、實驗關鍵點、實驗現(xiàn)象等進行回顧和總結(jié)，進一步強化和加深理解。如對于香蕉催熟實驗，學生需要仔細觀察和思考香蕉在催熟前后其外觀、風味、質(zhì)構(gòu)等品質(zhì)的改變，以及催熟條件對其影響。啟發(fā)學生去探索實驗原理、操作要點、實驗現(xiàn)象，去理解實驗條件對實驗結(jié)果的影響、催熟劑的作用機理等。實現(xiàn)虛實實驗的有機結(jié)合和互動，將理論知識點具體化和形象化，以及把實驗現(xiàn)象理論化，促進學生對知識點的掌握和理解。

4 結(jié)語

果蔬貯運學實驗課中所開展的實驗既是將理論知識具體化，也是將其應用化。這要求學生只有扎實地掌握理論知識，才能理解實驗操作要點、實驗現(xiàn)象；相應地，學生熟悉實驗現(xiàn)象和操作要點后，更易將理論知識消化吸收。虛擬仿真平臺不僅提供了形象直觀的實驗過程，而且學生可以反復高效地操作和感受這一過程。虛實實驗的結(jié)合可以實現(xiàn)兩者優(yōu)勢互補，也是構(gòu)建理論知識與生產(chǎn)實踐有機關系的具體體現(xiàn)，因而它有利于提升果蔬貯運學實驗課的授課效果。