“食品工程原理”課程虛擬實驗室建設探討

張雅娜，劉麗美，劉東琦，馬麗媛，郭 麗

（綏化學院食品與制藥工程學院，黑龍江綏化 152061）

“食品工程原理”課程是食品專業的重要主干學科之一，同時也是食品科學各專業的主要專業基礎課之一，實驗課在教學中占有重要的作用。通過學習“食品工程原理”課程，本科生能夠系統地掌握食品加工過程的工程概念和各種單元操作原理及理論基礎，在開設理論教學的同時，應該重視本科生實踐的能力，使本科生能夠理論結合實際，為課程的理解和學習 提供良好的條件，提高本科生學習“食品工程原理”課程的興趣，鍛煉本科生的實際操作能力以及對工程方面有了直觀和更深入的了解，真正達到學有所用的目的。

實踐教學對于提高教學質量，培養學生的自主學習能力、動手能力和創新能力具有重要作用。實踐教學的實驗平臺，是實現實踐教學的重要保證，其優劣直接決定了實踐教學或者說教學的優劣。但目前“食品工程原理”課程實踐教學中仍存在著一定的問題，需要通過新觀念、新科技、新方法來解決。將虛擬現實技術應用于實驗室的建設中，創建虛擬實驗室，對于解決“食品工程原理”課程實踐教學中存在的問題具有重大的意義。

虛擬實驗室是一種使處于不同地點的學習者可以同時對一個實驗項目進行實驗操作的實驗環境。虛擬實驗室可以說是教育領域應用信息技術的一種創新[1]。虛擬實驗室在時間、空間、經費投入等方面表現出很大的優勢，能夠彌補真實實驗室的不足，因而在各個高校廣泛推廣。其特點是自由度大、節省投入、安全系數高，虛擬實驗室的建設還對學院乃至學校起到促進作用，能夠提高學院的教學質量，改善教學環境；有利于提高學生的學習興趣和學習效率；有利于提高教學效果，減輕實驗管理人員的工作負荷。

在科學技術及網絡信息技術高速發展的今天，在注重建設實體實驗室的同時，還要重視對虛擬實驗室的建設，采用計算機仿真、虛擬儀器技術建立虛擬實驗室越來越受到高校的重視。目前，虛擬實驗室在國內外高校教學中已有應用，國外虛擬實驗室研究起步較早，技術相對成熟，主要以教學為主，覆蓋學科面較廣，已出現較多的成熟軟件產品，德國Ruhr大學網絡虛擬實驗室、麻省理工學院Web Lab遠程實驗室、新加坡國立大學遠程示波器和壓力容器虛擬實驗室等；在國內，虛擬實驗室也逐漸受到關注和重視，出現了不少虛擬實驗室軟件和應用，如大連理工大學研制的化學虛擬實驗室、中南大學虛擬實驗室平臺、北京大學地球科學虛擬仿真實驗教學中心等[2-3]。目前，國家正在加大對教育的投入，也正是革新實驗室裝備的黃金時期，虛擬儀器的出現也使我國以較小的代價趕上國際電子實驗室的最先進水平成為可能。

1 “食品工程原理”課程實踐教學中存在的主要問題

1.1 實驗設備陳舊、數量不足

食品科學與工程實驗教學中心根據“食品工程原理”課程實踐教學內容，更新了大量的實驗項目，本科生可以通過基礎性的實驗項目，充分利用現有的食品工程原理實驗條件，完善和配置必需的教學設備、實驗儀器，提高“食品工程原理”課程實驗教學質量。因此，隨著實驗內容的改變和學校的不斷擴招，食品學院的本科生人數也不斷增多，原來相配套的實驗設備有些已不能滿足本科生的實驗需求，且有些設備已經過于陳舊，實體的實驗設備有限，本科生不能全面學習食品工程原理的實驗，只有實體實驗室的實踐教學，已經不能滿足教學實驗內容更新變化的形勢和需要，影響了正常的本科生實驗課教學。

1.2 實驗課程設置不合理

盡管近年來各高校相繼調整培養方案、教學計劃及大綱，增加實踐教學比例，加大實驗室建設投入與管理力度，實驗教學質量有所提高，但仍未改變“重理論、輕實踐，重知識、輕能力”的傳統教育觀念。實驗課內容、學時設置不合理，通常只是對課程中的幾個典型設備設置實驗課程，這只是專業課程中的冰山一角，學生缺少對課程整體知識的認識和掌握。

1.3 傳統的實驗教學方法單一、缺乏靈活性

傳統的實驗教學方法單一，實驗內容的設置通常是按照教學大綱要求機械設定，均按照統一的管理規定（固定實驗項目、設備、學時數等）做實驗，學生按照實驗指導書中所列出的操作步驟完成實驗，記錄數據并完成實驗報告，整個實驗過程模式固定，缺少靈活性；同時忽略了結合現代科學技術，忽略了實驗項目間的有機結合，影響學生的積極性和主動性，缺乏對學生獨立思考能力、獨立實踐能力和創新能力的培養[4-5]。

1.4 實驗室開放力度不足

由于食品工程原理的實驗設備較大，且運行存在著一定的危險性，因此通常只是在實驗課固定的時間內學生才可以進行實驗，且由于實驗內容、設備數量、學時數有限，學生只能分組進行，幾位學生用1臺設備，還有些設備只能演示教學，這樣有些學生缺少或沒有動手的機會，極大地打擊了學生的積極性，嚴重影響實踐教學效果。此外，學生課下沒有機會進入實驗室進行鞏固和練習，致使一些創新型、探究型、綜合型實驗無法進行，嚴重影響本科生對“食品工程原理”課程的深入認識和理解，不能及時將所學到食品工程原理知識應用到實際問題當中，對于工程方面不能全面透徹地認識[6]。

2 食品工程原理虛擬實驗室建設的關鍵性和重要性

2.1 實驗教學設備保障的需要

針對實驗教學設備陳舊、數量不足問題，在實驗室建設方面，除了加強對實體實驗室的建設，更要對虛擬實驗室進行建設，實體教學可以提高本科生動手操作能力和實際解決問題的能力，而虛擬的實驗室可以補充實體實驗室缺乏的實驗設備，讓本科生擴寬知識，在食品科學與工程實驗教學中心中具有重大意義。同時，食品工程原理虛擬實驗室的建設，可以持久為學生提供食品工程原理實驗的教學內容，具有長久性、投資成本較低、經久耐用的特點，并且虛擬實驗室建設更新方便。

2.2 教學改革的需要

針對“食品工程原理”實驗課程設置不合理問題，采用單獨設課的方式，與理論教學相互補充，可以改變“重理論、輕實踐，重知識、輕能力”的傳統觀念，強化學生對實踐的認識，加深學生對實踐教學環節的理解，充分調動學生的積極性，提高教學效果[7]。同時，通過實體實驗室和虛擬實驗室共同進行實踐教學，可以彌補只有傳統實體實驗教學的不足，開設虛擬實驗教學，學生可以自主利用課余時間進行學習，加大了實驗室的開放度和利用率，特別是現在這個技術飛速發展、信息高速更新的網絡時代，虛擬實驗室的建設將推動高等學校教育改革、科研人員創新測試等方面快速發展。因此，需要在原有的基礎上進行實體實驗室進一步建設，開發新的虛擬實驗室教學，以滿足本科生對“食品工程原理”實驗教學的全面認識和掌握。

2.3 提高教學質量的需要

“食品工程原理”課程實體和虛擬實驗的建設，可實現實踐教學與理論教學在內容和形式上的統一，使學生的知識結構更加合理、更加實用。建設后的“食品工程原理”課程實體和虛擬實驗室在設備、管理、功能、教學環境等方面達到高水平。此外，將虛擬儀器技術引入實驗教學中，不但能夠充分利用教育資源，而且具有更高的靈活性，不再受傳統的面對面的統一教學模式的限制，從而節約大量的基礎設施建設投資，有利于改善辦學條件和提高教學水平。在教學方面推行本科生自主學習、合作學習、研究式學習的實驗教學方式，建立以學生為中心的實驗教學模式，培養具有專業基礎扎實、知識面寬、實踐能力強、具有創新精神的復合型創業人才。強化實踐能力訓練，消除知識傳授與實踐能力訓練間的比例失衡，以提高本科生的綜合素質，培養本科生創新精神和創新能力，從而全面提升實踐教學質量。

2.4 人才培養的需要

開展“食品工程原理”課程實驗室建設，可以提高本科生在工程方面解決實際問題的能力，通過對“食品工程原理”課程實體實驗室和虛擬實驗室的建設，培養出一批又一批的優秀應用型人才，以解決社會就業難，缺乏工程技術方面人才的問題。根據國家統計局數據，截至2015年上半年，我國食品行業規模以上企業數量達到38 859家，這是一個十分龐大的數字，通過加強對食品工程原理實驗課程的教學，加快食品工程原理實驗室的建設，加大力度培養工程方面的技術人才，并且能夠服務于社會，將會為食品行業乃至社會創造巨大的經濟效益，解決自身發展的同時為國家可持續發展作出貢獻。

3 結語

目前，各高?！笆称饭こ淘怼闭n程實體實驗室的建設不算完善，本科生能夠學到的實驗知識有限，網絡化的虛擬實驗室是少投入、多產出、資源共享的一種全新的實驗室，虛擬實驗室的建設是教學發展的一種必然趨勢，對于高等學校培養高科技人才具有重大的促進作用，因此虛擬實驗室的建設也是必不可少的一項內容。但實踐教學的改革不僅體現在實驗室的建設方面，還要結合其他措施綜合進行改革，如教師工程素質的加強、實驗教學方法、教學內容、考核方式的改革等，同時也要加強理論教學的改革，以達到培養高素質應用型人才的目的。

參考文獻：

[1]劉澤良．發揮虛擬實驗室建設對實驗教學的促進作用[J]．實驗室技術與管理，2011，28（7）：193-194，197．

[2]劉世偉，田偉鵬，甘濤，等．虛擬實驗室的研究與應用現狀綜述 [J]．物聯網技術，2013（9）：82-83．

[3]熊治渝，趙延勝，陳力宏，等．虛擬實驗室在食品類專業實驗教學的改革探索 [J]．農產品加工，2016（19）：70-72．

[4]張春芝，金麗梅．自主合作式教學方法在“食品工程原理實驗”中的實踐 [J]．課程教育研究，2013（10）：235-236．

[5]于海燕，馬霞．應用技術人才培養中科研促進實驗教學的探索 [J]．食品安全質量檢測學報，2015，6（3）：1 051-1 054．

[6]王娟．高等院校專業實驗室建設與管理探析 [J]．中國輕工教育，2016（1）：64-66，95．

[7]錢鐳，單德臣，屈巖峰．應用型本科院?！笆称饭こ淘怼睂嶒炚n程方法改革初探 [J]．黑龍江教育：高教研究與評估版，2013（3）：35-37．◇