虚拟仿真实训教学在食品仪器分析课程中的应用

赵冠里 刘岩 苏新国 杨昭 黄国平

【摘要】虚拟仿真实训教学已广泛应用于食品专业的“虚实结合”教学之中。本文通过对虚拟仿真实训教学在食品仪器分析课程中的实际应用及效果进行了探讨，结果说明该教法可以提高学生的操作能力、自学能力和对仪器的理解能力。

【关键词】仪器分析 虚拟仿真实训 食品专业

【基金项目】广东省高职教育教学改革项目（20130201044）。

【中图分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）34-0243-02

一、虚拟仿真技术简介

虚拟仿真技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，该技术在实验教学过程中又被称为“虚拟仿真实验技术”，是借助图像、仿真和虚拟现实操作流程等技术在计算机上营造可辅助或者部分代替传统实验各环节的相关软硬件环境[1]。虚拟仿真技术可以有效还原生产、操作和管理岗位的真实场景，作为学习工具能够有效提高技能教学质量。而虚拟仿真教学是深化教育教学思想、内容、方法、手段、模式改革，推动职业院校内涵建设的一个重要突破口。为此，教育部在《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》中明确提出“要充分利用现代信息技术，开发虚拟工厂、虚拟车间、虚拟工艺、虚拟实验”[2]。根据食品从业人才的需求和社会科技发展的需要，虚拟仿真技术正被逐渐广泛应用于高职院校食品学科的教学中[3]。

二、《食品仪器分析》高职高专教学中存在的问题及结合虚拟仿真手段的拟解决方案

《食品仪器分析》是食品营养与检测专业的核心课程，“仪器分析”在食品检测领域已经与实验方法与国家、行业和企业标准结合紧密，并逐渐取代理化检测成为我国食品检测的重要手段。但目前高职高专《食品仪器分析》课程的教学仍存在着诸多亟待解决的问题。主要问题及拟解决方案总结如下：

（一）高职高专教材与相关专业的匹配度不够

“仪器分析”教材与本科教材侧重点具有显著差别：本科教学注重基础理论的讲解与推导演算，理论讲解大于实际操作。而高职教学需要“轻理论重实践”，仪器的使用方法与注意事项是高职高专“仪器分析”教学的重点。但目前多数高职高专“仪器分析”教材的理论知识仍然是贴近本科教育的培养要求，内容太过深奥和繁冗，而对于实操部分的解读又过于简单笼统，对操作性很强的数据处理软件系统的知识较少提及和深入讲解。

积极撰写有关高职高专匹配度较高的理论教材和实验教材，同时通过虚拟仿真训练弥补理论教学与实践教学之间的衔接问题，是相对有效的解决途径之一。

（二）理论部分复杂难懂，考核形式单调脱离实际

对于高职高专学生群体，仪器分析所涉及的基础知识及基本原理是相对复杂和深奥的。由于其理论基础相对薄弱，极易令学生感觉学习的内容抽象和复杂难懂，从而对课程丧失兴趣和积极性。此外，该课程考核方式通常为笔试，以理论知识体系作为主要的考核内容，单一的考试方式使学生对仪器实操兴趣降低，对理论知识机械记忆，最终导致教学效果不佳。

虚拟仿真教学可以有效弥补理论知识的枯燥，也解决了实操上机时间不充分和实验条件受限的难题。而最终的考核可以随时进行，同步打分，即时出示成绩，节约了考试资源，也使得学生更加重视实操环节。

（三）相对缺乏实操教学条件

“食品仪器分析”实操教学中存在的问题：第一，仪器设备较昂贵，无法满足所有同学的实操需求，实验大多以演示为主；第二，实验课时有限，学生实操时间得不到充分保障，导致实际工作中仍难以胜任相关岗位的要求；第三，只重视测定过程，不重视测定结果。教师在教学过程中，往往片面强调检测原理和步骤的重要性，使很多学生对数据的处理方法不熟悉；第四，验证性实验偏多，主观能动性调动不足。学生通常按照实验原理和操作步骤进行机械验证性的实验，缺乏对实验过程进行思考。

虚拟仿真教学可以有效地解决上述问题：第一，充分保障每一个学生的实操时间，同步纠错，提高操作准确度，而且任何仪器（包括贵重仪器）都可以直接进行实验操作，熟练之后再上实机继续操作和熟悉，既节省了资源，又大大提高了效率；第二，既重过程，也重结果分析，锻炼学生的数据处理能力，随时纠正不正确的分析结果，提高学生的学习和分析能力；第三，实验科目可选择性范围广，可以针对专业进行专项训练，提高实际岗位要求的匹配度。

三、虚拟仿真实训在《食品仪器分析》教学中应用的必要性及其教法的探索

虚拟仿真实训教学主要分为3个阶段：初级阶段，学生刚开始接触虚拟仿真系统，需要教师对学生加以引导；模块建立阶段，当学生对虚拟仿真系统熟悉之后，需要根据教学计划和学习的侧重点对虚拟仿真系统的实验加以调整，提升学生专业知识能力；模块应用阶段，当学生已经掌握基本的实验知识或仪器操作技能后，实现探究虚拟仿真实训中实验知识的运用[4]。虚拟仿真教学过程中，需要以学生为主体完成相关的虚拟软件操作。在我校虚拟仿真实训教学过程中，采用传统先讲后练的方式，容易让部分学生因虚拟仿真软件相对枯燥而放弃练习或者机械地完成虚拟软件的操作，结果会让学生在真正操作仪器时感觉无从下手。

如何让学生对虚拟仿真软件感兴趣，真正把虚拟仿真软件中的操作运用到真正的实验之中，是所有该课程的教师需要面临的挑战。这需要通过优化虚拟仿真实训课程标准和探讨新的教学方法来改变这一现状。虚拟仿真教学教法的探索如下：

（一）在操作虚拟仿真软件之前，恰当的导入情境，激发学生的兴趣，从而使学生投入到积极的学习状态。有效激发起学生兴趣之后，可适当引入激励机制。例如，以团队形式组建项目小组，优先完成虚拟仿真软件操作的小组，获得分数奖励或者其他嘉奖。

（二）明确分解虚拟仿真软件中包含的各项操作任务，让学生在知晓详细的操作任务的基础上，先以团队形式讨论和分析将会遇到哪些需要解决的问题，以此来调动学生主动求知的欲望。之后再由教师做适当引导来帮助学生有效地完成任务。倡导学生之间的讨论和交流，通过不同观点交流，加深每个学生对解决当前问题的思考。

（三）学生每完成一项任务，都会获得一定的成就感。当学生完成虚拟仿真实训任务时，通过对其学习成果进行展示交流，分析点评，对学生的学习情况做出客观的评价和反馈。采用教师评价、学生自评以及学生之间互评相结合等多方位评价策略。对表现优秀的团队进行奖励，并对学生需掌握的知识点再度进行提炼。

四、结语

通过我院师生们的共同努力，《食品仪器分析》课程的教学改革取得了阶段性成果，虚拟仿真教学使学生在掌握基础理论知识的基础上锻炼了实践动手能力，同时激发了其创新精神。将虚拟仿真教学贯穿于《食品仪器分析》课程的全过程，有利于全方位锻炼和提高学生的综合能力，为食品营养与检测专业“仪器分析”教学发展做出了有益的探索。虚拟仿真实训教学可以提高学生对“仪器分析”学科的学习兴趣、操作能力和团队意识。

参考文献：

[1]邱会东，苏小东，原金海，等.虚拟仿真技术在《仪器分析》理论课程辅助教学中的应用[J].科技与创新，2017（9）：149-150.

[2]教育部.关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见[J].中国职业技术教育，2007，26（1）：14-15.

[3]赵钢.虚拟仿真技术在食品加工教学中的初探[J].北京农业职业学院学报，2010，4（3）：70-73.

[4]王朋.虚拟仿真技术在运动生理学实验中的应用研究[J].现代交际，2016（6）：1-2.

作者簡介：

赵冠里（1980.3-），男，汉族，博士，讲师，研究方向：蛋白质化学与工程 。

苏新国（1977.8-），男，汉族，博士，教授，研究方向：食品质量与安全。