虚拟仿真教学技术在食品专业类实验教学的发展建设

食品专业类学科教育旨在全面培养新型创新实践能力、提高学生的综合素质与行业竞争力，侧重培养学生的学习认知与习惯，坚持以立德树人为基本，建设高质量教学体系，办好人民满意的教育。随着社会经济的不断发展，科学技术的飞速迭代，针对传统的食品专业类的实验教学环节，由于基础实验设备成本较高，体积较大，很多高校不具备完善配套的实验设施，导致学生缺乏足够的实践经验。

虚拟仿真实验教学作为近年来新兴的一种实验教学方法，是以计算机网络为核心，利用多媒体、人机交互、“互联网+”和虚拟现实等技术，通过创立计算机软件的方式给学生搭建一个高度仿真的虚拟实验平台，为学生提供一个生动、有趣的学习环境，具有高效、安全、低成本等优点。近年来，虚拟仿真实验教学作为一种新兴的实验教学模式，在食品专业类的各个方面的教学都有非常广泛的运用。通过以虚拟现实的技术搭建一个虚拟实验教学平台，创新实验教学新思路，改进实验教学方式，可以使传统较为单调、乏味的实验教学模式变得更加生动有趣，不仅能激发学生的自主学习兴趣，还可以使学生更加方便、高效地学习，大大提升食品专业类实验教学的质量。此外，虚拟仿真教学体系更加多元化、个性化，可以满足不同条件下的教学需求，为社会培养更具创新、实践能力的人才，促进人才全面发展，提高社会生产力和竞争力。

1.虚拟仿真实验教学在食品专业类实验教学中的优势

1.1 降低教学成本，提升教学质量

传统的食品专业类的实验教学由于所需要的化学试剂、仪器的种类繁多，同时线下实验教学受时间、空间等条件的限制，学生在实验学习过程中难以充分掌握相关实验的原理以及操作方法。此外，在当前阶段，随着高精设备与科学技术的不断进步和发展，运用于传统教学的实验设备往往存在价格昂贵、体积占比大、维护成本高等问题。食品专业类实验教学科目较多，所需要的实验设备种类繁多，并且由于受各种教学资源条件的限制，难以满足实验开展的全部器材。在安排实验学习时，也受各种因素制约，使学生自主开展实验的条件受限，导致传统的线下实验教学模式难以满足现代全方位的实验教学。

而虚拟仿真实验教学是通过计算机网络教学的新方式，将虚拟现实技术引入到课程实验教学中，相较于传统的线下实验教学，以虚拟仿真实验教学为辅助的教学方式使实验教学更加生动、有趣、直观、便捷，同时也避免了线下实验教学受仪器设备、时间、空间、资金等条件的限制，可以高效改进传统实验教学所面临的窘境，大大降低实验成本、节约教学时间、降低实验风险、完善教学内容。虚拟仿真技术作为一种新兴的辅助教学手段，通过虚拟现实的技术模拟完整实验，包括实验目的、原理、操作过程、数据处理、结果现象等，不仅能帮助学生在沉浸式的虚拟仿真学习环境中加深学习印象，充分学习到传统实验教学所难以满足的相关教学内容，还可以增强学生的学习兴趣，提高教学质量。

1.2 重现“真实”实验场景，增强学习互动性

大多数食品实验教学的设备较复杂，无法直观展示实验设备内部构造，教师讲解起来较为抽象，学生也难以深入学习了解实验设备的运行操作原理以及相关零件的组装方式，只是浅显地学习了该实验仪器的使用方法，而不清楚其背后的原理，难以满足高校为培养应用型、技术性、创新型人才的目的，影响实验教学的效果与质量。

基于计算机和网络的虚拟仿真实验教学平台，其主要教学内容包括：3D模型、2D操作运行、问答互动、计算仿真等，拓宽了传统实验教学的知识面，帮助学生更加充分掌握实验原理与操作步骤。同时，便于学生在课下利用空闲时间根据个人的学习节奏来把握学习进度。虚拟仿真实验教学技术，利用已经搭建好的仿真教学软件，将教学中相关实验的目的、原理、加工设备、工艺流程以及物料衡算等环节通过软件运行于网络操作平台上，方便学生对实验操作的学习理解，既贯穿于实验教学的全过程，又落实到具体的操作步骤中。此外，虚拟仿真实验还可以为学生提供形象直观、内容丰富的学习条件。通过新形式的虚拟仿真实验教学，不仅可以增强学生的自主学习兴趣，调动他们的学习积极性，还可以增强学生对于实验工序的熟悉和实验原理的理解。

1.3 实验条件易控，提高实验效率

在传统的食品专业类实验中，由于受实验室的硬件设施以及开放程度的限制，难以充分满足实验教学的需要。对于一些高端精细的实验设备，尽管教师在实验教学过程中反复讲解，也很难保证参与实验的每个同学都能充分掌握。这些设备由于精细化程度较高，在实验过程中若操作不当很容易导致设备损坏，并且维修成本较高、耗时较长，致使一些研究型、创新型实验开展受限。此外，在食品专业类实验教学过程中，很多实验开展条件较为复杂，实验操作过程较为繁琐，不易控制。而基于计算机网络的虚拟仿真实验，学生可以在仿真操作软件中根据具体实验所需条件，自由输入实验所需的参数，避免了由于各种客观条件影响导致的实验条件不稳定，提高了控制率，有效解决了某些实验因实验周期长、客观因素影响多等问题，大大提高了实验效率。此外，在虚拟仿真实验中，可避免线下实验的各种试剂、仪器、操作不当所带来的危险，可大大保障学生的实验安全，保证实验过程协调可控。另外，在虚拟仿真操作平台上，学生对于实验的重（难）点部分可以重复训练，以期达到可靠的实验结果，不仅能有效降低实验成本，提高实验安全性，而且还便于学生对于实验的学习掌握。

2.实验教学的虚实结合模式

2.1 课前准备工作

教师可根据教学计划，通过各种教学程序，如“雨课堂”“学习通”“智慧树”等APP，在课前给予学生教学相关的资料，如电子讲义、实验报告、参考文献、实验操作视频等资料。同时，可依据教学安排布置相应的学习任务，引导学生进行实验前的准备工作，帮助学生学习实验的目的、原理、操作步骤以及相关仪器的使用方法，便于开展后续的实验教学。

2.2 虚拟仿真实验教学

在新时代科学技术发展日新月异、互联网技术飞速发展的外部环境下，实施科教兴国战略、强化现代化建设人才支撑的教育大背景下，办人民满意的教育，完善科技创新体系，坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位。深化科技改革，加大多元化科技投入。以全面培养高校学生的自主创新能力，加快建设高质量教学体系为宗旨，鼓励学生自由主动探索，推动虚拟仿真技术在教学领域的深度运用。虚拟仿真实验教学是利用人机交互、多媒体、“互联网+”、传感器、虚拟现实等技术搭建的一个高度逼真的计算机网络虚拟实验平台，在高度仿真的环境中完成现有线下实验条件不能满足的实验教学，改善现阶段实验教学所面临的窘境。

目前，虚拟仿真实验教学技术因其虚拟性、便利性、直观性、趣味性、沉浸性等特点，被各高校广泛运用于各种教学实验。在开展虚拟仿真实验教学中，教师给学生分配相应的虚拟仿真操作账号，学生以独立的账号登录虚拟仿真系统，根据系统的提示进行相应学习操作，完成相应关卡的学习任务，可熟悉不同食品的生产加工工艺、仪器设备的工作原理、各生产环节的操作要点。学生可根据虚拟仿真的评分系统查看自己各步骤的操作完成情况，对于实验操作不正确的环节着重学习，反复训练，以达到对实验操作环节的查漏补缺。教师可登录软件教师端，实时监控学生的实验次数、实验时长，统计学生虚拟仿真实验的成绩，查看各学生不同模块的得分情况，针对学生实验的薄弱环节及时调整教学方法，做到因材施教。

通过虚拟仿真技术，使实验教学环节中的各种仪器、试剂、操作流程等以3D模型的方式直观的呈现在学生面前，帮助学生深刻地体验实验操作的全过程，积累实验经验。加深学生对生产工艺、实验设备、操作流程、实验现象与结果的学习印象以及改善学习体验。通过趣味化的仿真实验平台，有利于激发学生的自主学习兴趣，发挥其主观能动性，培养学生的创新精神以及动手实践能力。

2.3 线下实验教学

实验操作水平的培养离不开线下实践操作训练。在线下实践教学环节，学生通过线上虚拟仿真实验操作，熟悉了实验原理、操作步骤、各环节的关键控制点且在老师进一步的教学指导下，学生再开展实际操作实验。在操作环节中，教师可根据实际情况，将学生分成不同的小组。在老师讲解实验操作原理及步骤之后，学生根据实验的需要选择相应的实验仪器、试剂、材料。在开展实验时，及时记录实验数据、结果现象，把握实验操作要点的精准度。实验结束后，打扫实验操作台、实验室。在课后，及时处理实验数据，完成实验报告。

虚实结合的实验教学模式，不仅能加深学生对与理论知识的掌握，而且可以在实际操作过程中运用理论知识，提升学生自足学习能力和实际操作能力，培养学生的团队意识与相互协调能力，增强学生面在对复杂局面时，处理问题的能力。

3.实验教学效果评价

基于计算机网络的虚拟仿真实验教学体系，使实验教学网络化，更具交互性、趣味性的特点，有利于培养学生的自主学习能力以及实践、创新能力。同时，有趣的实验内容和良好的操作体验亦可以提高学生的参与度和学习效果。此外，基于计算机网络的虚拟仿真实验，学生可借助便利的网络资源，随时随地开展实验，大大提高了实验效率，对实验的操作流程有了更加直观、深入的了解，使学生在实践过程中理解和掌握理论知识。并且，这种虚实结合的教学模式，可以在课堂教学之外通过虚拟仿真的手段弥补课堂教学环节的不足，巩固课堂知识，提高学生自主学习效率，节约教学时间和成本。教师通过信息化管理系统，可以更加便利地了解学生的实验开展的进度、存在的问题、学生对实验的掌握情况以及学生的兴趣，针对在虚拟仿真实验操作过程中的具体问题，能及时与学生沟通解决并引导学生完成实验。

通过虚拟仿真实验教学体系，突破了传统实验教学受成本、时间、空间等条件的限制，可以有效改善教学方法，使学生的学习印象更加深刻，培养学生的自主学习能力与实践创新能力，实现信息技术与实验教学的深度融合，提高实验教学的水平和质量，促进高校人才全方面发展。

结语

虚拟仿真实验教学的应用，使得课堂教学实验与课外实践实验融汇贯通，学生能够更好地将理论知识与实际结合在一起，提升实践操作能力。此外，为了不断提高虚拟仿真实验的教学效果，需要重视学生的反馈和意见。通过调查问卷、访谈和观察等方法，了解学生对虚拟仿真实验的意见和建议。同时，还需要及时分析这些反馈和建议的可操作性和可行性，采取相应的措施加以改进和优化。虚拟仿真技术在食品专业类实验教学的运用，对于提升实验资源的使用效率具有重要作用，对于培养学生自主学习、勇于创新的科学素养具有积极意义。

基金项目

云南省科技厅基础研究专项-面上项目《基于多组学策略解析龙脑精油抗炎的物质基础和作用制》（202401CF070107）；云南省教育厅科学研究基金《云南特色芳香植物精油抑菌活性筛选与作用机制研究》（2024J0081）；云南省重点外国专家项目（202305AO350021）；昆明理工大学分析测试基金资助（2023T20220106）。

作者简介

付文强（2002.03-），男，汉族，云南曲靖人，本科；研究方向：食品功能因子研究与利用。

*通讯作者

肖珊珊（1985-），女，汉族，河北石家庄人，讲师，工学博士；研究方向：天然产物功能研究。