基于虚实结合的 《果蔬贮运学》 实验教学模式探索

丁保淼 高梦祥 江洪波 张 燕 张 欣

（长江大学生命科学学院 湖北 荆州 434025）

《果蔬贮运学》 是农产品贮藏与加工、食品科学与工程等专业的重要专业课程，具有多学科交叉性、应用性强等特点。实验教学是该课程内容的重要组成部分，该实验课具有实验条件复杂、实验周期长等特点，受教学实际情况限制，教师不得不放弃一些有重要价值的实验[1]。鉴于该实验课开展过程中遇到的问题，迫切需要对传统的实验课授课模式进行改革。本研究将虚拟仿真技术引入该课程，可以生动形象地具体化实验原理及实验过程，便利地调整实验条件，弥补传统实验的不足等[2～3]。

1 《果蔬贮运学》 实验教学中存在的问题

1.1 实验内容单一，设置不合理。果蔬贮运学实验具有知识综合性强的特点，在贮藏和运输保藏原理上涉及采后生理与病理、贮藏方式与管理、质量评价等内容，以及生物化学、植物生理、运输流通等学科知识。

不同果蔬种类要求的贮运条件差异极大，如通常果菜类更耐贮藏，而叶菜类则更易失去水分、萎蔫等。而且果蔬的某些质量指标需要较长时间才能检测到其变化，如某些果蔬在低温、减压等条件下通常需要数天、数周甚至数月才能观察到其明显变化。但受实验课时所限，这些实际生产中遇到的问题有更强的综合性和系统性，无法在实验课作为实验内容体现出来，在设置实验时，只能安排一些比较简单的验证性实验，这些实验内容难以让学生充分理解生产中实际问题，大大降低了实验课的价值。

1.2 实验现象难以形象化和直观化体现。果蔬贮运过程中，其改变是非常直观的，也是非常有趣的，但实际实验时通常难以观察到这种直观、有趣的现象，导致学生在实验过程中只能进行枯燥的输入和输出，而原本有趣、形象、直观、动态的中间过程被舍弃了，呈一种“黑箱”状态。

1.3 学生参与不足，难以训练其探索能力。 《果蔬贮运学》 实验的核心之一是探索贮运条件对果蔬的呼吸、质构、风味、成分等方面的影响。这要求学生既要会调控贮运条件参数，也要会测定相应指标，且前者对生产实际有更重要的指导意义。但实验过程中，由于受课时、实验设备等条件所限，学生反倒更注重后者。如分析果蔬贮藏时水分含量变化的影响因素(主要是气体成分、气压、温度、光照等)，显然这不是在4 个学时内就可以完成的实验。通常试验的具体操作流程是，先设定一个条件，学生把样品放入设备，到设定时间学生取出样品，测定指标。学生只是机械的进行实验操作，但对于条件的设定、样品在设备中的动态变化、水分含量对果蔬的质构和外观的影响并没有直观认识，这就导致学生不能充分参与实验，难以深刻体会实验现象以及现象中所体现的理论本质。

2 虚拟仿真实验的优点

2.1 实验条件调控的立体化和实验过程直观化。实际生产中，影响果蔬贮运的主要因素有若干个。受设备和课时等条件所限，果蔬贮运学实验开展时不得不将实际生产中的多因素简化为单因素甚至特定条件。如果蔬贮藏期间的变化只考察样品短期的情况，而难以观察样品长期贮藏时的变化等。贮藏条件、运输环境等对果蔬的影响通常只考察点，而难以考察面，这大大降低了实验在提升学生认识方面的价值。

虚拟仿真实验可有效解决某些实验耗时长、条件多、设备利用效率低等问题。虚拟仿真实验中，学生可以在合理范围内，对实验条件任意设置参数，仿真系统可以快速反馈结果，从而使学生可以全方位、多方面地了解贮藏条件对果蔬品质的影响。如蔬菜在贮藏期间的外观变化，学生对贮藏期可设置几天到几个月不等，系统可以快速给出结果，学生直观了解样品外观的变化。

2.2 易于感受实验全过程。实际果蔬贮运学实验中，很多产品的指标是渐进式变化的，如质构、色泽，学生往往只能观察到产品的初始和终了两种状态，而对于这些指标在整个贮藏期的变化过程缺乏直观感受。此外，由于需要大量的时间成本，欲重复实验过程也难以实现。在虚拟仿真实验中，学生可以根据需要自己控制实验的进度；实验中的难点、要点部分可以降低速度、反复练习、细致观察；也可以加快速度观察某些指标在实验过程中的动态变化，以建立动态变化规律与贮运条件的关系。

2.3 强化实验要点，提高授课效率。实验过程中的某些关键点操作得当与否直接决定实验的成败，特别是果蔬货架期实验，实验失败会浪费大量的时间成本，而且难以弥补。在虚拟仿真实验中对实验中的操作要点进行提醒、强调和标注，学生操作不当和错误之处，系统给出提醒和警告，并提供详细的错误信息和补救措施，避免出现问题时学生举足无措。通过虚拟仿真实验的练习，学生不仅可以高效熟悉实验流程，而且能够深刻了解实验过程中的关键点，有利于实际实验的顺利开展。

利用虚拟仿真实验平台，学生花费较少的时间即可了解和掌握某一产品贮运条件对其品质的影响，具有省时、灵活、低花费等优点，能够有效提高学习效率。但对于需要动手操作的实验课程，虚拟仿真实验无法取代实际实验。它的局限性在于：虚拟仿真软件中往往只涉及主要影响因素，所给出的结果为便于说明问题，通常是模式化的，当贮运条件给出，结果就是唯一的；而实际实验结果存在更多的不确定性，以及实际实验中学生可以通过眼看、手触、鼻闻等全方位了解实验细节，虚拟仿真却不能给出详细的相关信息。

3 虚实结合实验教学的实现路径

虚实结合开展果蔬贮运学实验教学是以虚拟仿真技术为辅助手段，以实际实验为内核，两者有机结合的一种实验教学模式。该模式中虚拟仿真实验具有灵活、易控、高效等特点，实验开展不受时间、地点限制，与实际实验易于交互，可以有效提高实际实验效果。但果蔬贮运学实验终究是一门实践性的课程，为培养学生的动手操作能力，安排实际实验是必要且必需的。因此，基于果蔬贮运学实验课的特点，虚实结合教学模式既有利于学生对基础知识和实验原理的掌握，从微观层面给学生直观的感受，又可以充分锻炼学生的实验技能。

3.1 以虚拟仿真实验熟悉基本原理和操作流程。虚拟仿真实验平台具有易于操作和重复、过程和结果形象直观、高容错性等特点，学生先借助仿真平台开展虚拟仿真实验，经过虚拟实验，学生能够进一步明确实验目的，理解实验原理，熟悉实验步骤，以及强化实验过程中的关键点。在此基础上，用虚拟实验平台中的考核模块评估学生对实验的掌握程度，若达到标准则可进行实际实验，若未达到则在仿真平台上继续练习。

3.2 以实际实验锻炼动手能力。经过虚拟实验操作，学生基本掌握了实验目的、实验原理、实验步骤、实验中的关键点等，相当于由大脑完成了一遍实验。在此基础上，学生进行实际实验可有效提高动手操作能力。实际实验开展时，以实验小组为单位进行，根据实验的内容和复杂程度划分小组人数，小组组员自行分工协作，但实验过程中的关键点、重要的实验现象、实验结果等环节要求全组同学共同参与，增强大家的实际实验感受和团队精神。

3.3 虚实结合全方位理解和掌握实验。虚实实验均完成后，学生对实验原理、实验关键点、实验现象等进行回顾和总结，进一步强化和加深理解。如对于香蕉催熟实验，学生需要仔细观察和思考香蕉在催熟前后其外观、风味、质构等品质的改变，以及催熟条件对其影响。启发学生去探索实验原理、操作要点、实验现象，去理解实验条件对实验结果的影响、催熟剂的作用机理等。实现虚实实验的有机结合和互动，将理论知识点具体化和形象化，以及把实验现象理论化，促进学生对知识点的掌握和理解。

4 结语

果蔬贮运学实验课中所开展的实验既是将理论知识具体化，也是将其应用化。这要求学生只有扎实地掌握理论知识，才能理解实验操作要点、实验现象；相应地，学生熟悉实验现象和操作要点后，更易将理论知识消化吸收。虚拟仿真平台不仅提供了形象直观的实验过程，而且学生可以反复高效地操作和感受这一过程。虚实实验的结合可以实现两者优势互补，也是构建理论知识与生产实践有机关系的具体体现，因而它有利于提升果蔬贮运学实验课的授课效果。