啤酒發(fā)酵虛擬仿真項目在發(fā)酵工程系列課程的應(yīng)用與實踐

楊文婷，楊 立，黃 靜，龔乃超

(武漢工商學(xué)院 環(huán)境與生物工程學(xué)院，湖北 武漢 430065)

啤酒生產(chǎn)工藝相對比較復(fù)雜，生產(chǎn)設(shè)備也較為龐大，而且釀造周期長、原料價格不菲。在學(xué)校里建一套相對完整的生產(chǎn)工藝作為實習(xí)實訓(xùn)裝置，要占據(jù)較大的空間。我?；跂|方仿真公司的啤酒發(fā)酵仿真工藝實習(xí)軟件，精心設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生在若干課程的不同學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)融入軟件的應(yīng)用，既可掌握啤酒發(fā)酵的主要參數(shù)和調(diào)整操作，也可獨立完成整個工藝流程的全面操作，最終掌握典型產(chǎn)品發(fā)酵的完整生產(chǎn)過程。

1 教學(xué)改革理念

通過本項目的建設(shè)和使用，主要實現(xiàn)了以下三個方面的改革和突破：第一，為學(xué)生營造“自主學(xué)習(xí)”的環(huán)境和平臺，學(xué)生通過自身基礎(chǔ)知識與信息環(huán)境的互通互動來得到新知識、新技能，實現(xiàn)“以教師為中心”向“以學(xué)習(xí)為中心”的轉(zhuǎn)變。第二，有效解決實踐課程開設(shè)中試劑、儀器不足的矛盾，提高學(xué)生參與實踐的能動性。第三，有效地解決學(xué)生工程實習(xí)教育的企業(yè)選擇問題，通過互動性強的動態(tài)展示擺脫工程實踐教育的枯燥乏味感，激發(fā)學(xué)生對于工程實踐的參與熱情。

通過虛擬仿真資源的應(yīng)用，虛實結(jié)合、以虛補實，并輔助《發(fā)酵工程實驗》《發(fā)酵工程課程設(shè)計》《生物工程設(shè)備》、生產(chǎn)實習(xí)等教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)工作。以綜合性仿真項目為依托，將不同課程環(huán)節(jié)串聯(lián)整合，以虛實結(jié)合、相互輔助的實踐教學(xué)形式激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提升實踐教學(xué)質(zhì)量，促進學(xué)生專業(yè)發(fā)展的全局意識。

2 教學(xué)方式方法

2.1 混合式教學(xué)

綜合應(yīng)用項目驅(qū)動式教學(xué)法、體驗式教學(xué)法、小組合作學(xué)習(xí)、思維導(dǎo)圖繪制、微視頻制作等教學(xué)手段，根據(jù)具體課程環(huán)節(jié)選擇不同的方式和知識側(cè)重點。課前預(yù)習(xí)和課后的復(fù)習(xí)總結(jié)通過思維導(dǎo)圖和微視頻完成，并組織學(xué)生以小組合作學(xué)習(xí)的方式，課外任務(wù)包括制作PPT、自制課程相關(guān)小視頻、完成和展示實訓(xùn)項目、制作知識卡片、工作場景模擬與實踐報告撰寫等。

2.2 問題引導(dǎo)

不強調(diào)軟件按部就班的操作，得出一個提前預(yù)設(shè)的結(jié)論。每個操作單元設(shè)置3～5個操作不當導(dǎo)致的問題案例，引導(dǎo)學(xué)生主動思考，分析和查找問題來源，將國家標準融入標準操作流程的學(xué)習(xí)。

2.3 全局思考意識

啤酒發(fā)酵過程中，各個操作單元不是完全獨立的簡單串聯(lián)，在不同環(huán)節(jié)之間有交叉操作，甚至在罐體的使用中亦有綜合調(diào)配的情況，因此要求學(xué)生在完成單元操作后，強化整體設(shè)計的理念，分析流程中的設(shè)計優(yōu)化策略，掌握整體工藝設(shè)計的思路。

3 教學(xué)活動組織策略

3.1 課前環(huán)節(jié)

理論課前學(xué)生預(yù)習(xí)《操作手冊》，基于互聯(lián)網(wǎng)在線運行仿真軟件，了解軟件內(nèi)容，記錄工藝難點，后臺的教師賬號可以看到學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。理論課環(huán)節(jié)的預(yù)習(xí)主要結(jié)合《發(fā)酵過程控制》章節(jié)，學(xué)生結(jié)合上機實訓(xùn)分析溫度、pH值、溶解氧、二氧化碳濃度等關(guān)鍵因素對發(fā)酵過程的影響，并將預(yù)習(xí)內(nèi)容以思維導(dǎo)圖形式繪制整理，標記個人學(xué)習(xí)的重難點。

實驗課課前預(yù)習(xí)，學(xué)生基于本項目，重點學(xué)習(xí)啤酒發(fā)酵的生產(chǎn)工藝流程，結(jié)合實驗操作，以虛實結(jié)合的方式讓學(xué)生全面理解啤酒發(fā)酵工藝，突破實驗環(huán)節(jié)的場地限制，理解生產(chǎn)實際中糊化鍋和糖化鍋可互用的原因。

在《發(fā)酵工程課程設(shè)計》中，學(xué)生通過課前上機重點理解啤酒發(fā)酵工廠的工藝流程設(shè)計、車間設(shè)備布置和設(shè)備選型計算要點；在學(xué)生去啤酒廠進行課程實習(xí)前后，結(jié)合本項目實訓(xùn)的開展激發(fā)學(xué)生實習(xí)熱情、鞏固學(xué)生的實習(xí)效果，引導(dǎo)學(xué)生從生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)虛擬和現(xiàn)實的差異和可改進空間。

3.2 課堂教學(xué)環(huán)節(jié)

采用混合式教學(xué)法，融合翻轉(zhuǎn)課堂模式、體驗式教學(xué)法、工作場景問詢與實踐等教學(xué)手段。通過一系列以學(xué)生為中心的教學(xué)活動，讓課堂內(nèi)的寶貴時間，學(xué)生能夠更專注于主動的學(xué)習(xí)，共同研究解決問題，從而獲得更深層次的理解。老師進行部分核心內(nèi)容的講解，學(xué)生可將學(xué)習(xí)過程中發(fā)現(xiàn)的問題向老師提問，或進行小組討論。學(xué)生自主計劃研習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)節(jié)奏，教師采用討論法和協(xié)作法滿足學(xué)生的需要，促成其個性化學(xué)習(xí)，學(xué)生也可獲得更真實的學(xué)習(xí)體驗。課堂上利用微助教軟件實時測評學(xué)生核心知識掌握情況，一方面吸引學(xué)生關(guān)注和復(fù)習(xí)重點知識，另一方面，教師可快速獲得學(xué)生知識掌握情況的反饋，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。

3.3 課后自主學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)

為了讓學(xué)生能夠更加深入的理解和運用所學(xué)知識，課后要求結(jié)合教師課堂所講內(nèi)容再次進行軟件操作，將知識要點掌握牢固，教師通過在線學(xué)習(xí)情況了解學(xué)生復(fù)習(xí)情況。以項目為驅(qū)動，學(xué)生課后分組學(xué)習(xí)，建立學(xué)習(xí)共同體，以小組合作學(xué)習(xí)的方式，圍繞啤酒發(fā)酵項目，通過制作PPT、自制小視頻、完成和展示實訓(xùn)項目，小組和個人學(xué)習(xí)活動過程具體記錄，輔助教師考核學(xué)生課外學(xué)習(xí)情況。

4 考核方式及評價體系

總體實施課程考核方式的改革，通過課程任務(wù)多元化，加強了學(xué)生的過程學(xué)習(xí)和教師的過程考核，促進學(xué)生學(xué)習(xí)在平時，另結(jié)合微助教，學(xué)生手機操作即可全覆蓋地快速實時考察學(xué)生知識掌握情況。具體軟件操作過程中有操作評分系統(tǒng)，可對學(xué)生操作分步記錄評分，為學(xué)生的反思學(xué)習(xí)和教師考核提供基礎(chǔ)。

學(xué)生遠程登錄，開展網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗，并完成數(shù)據(jù)分析和討論。教師通過網(wǎng)絡(luò)對運行中的仿真培訓(xùn)學(xué)生站進行管理，控制實訓(xùn)項目的選擇、開始，授權(quán)設(shè)置學(xué)生的操作內(nèi)容，全程記錄、統(tǒng)計學(xué)生成績等。要求學(xué)生在真實實驗課開設(shè)之前，完成虛擬項目的預(yù)習(xí)和知識準備，結(jié)合思維導(dǎo)圖繪制梳理預(yù)習(xí)內(nèi)容，實驗課開設(shè)過程中，教師以問題為導(dǎo)向，考察學(xué)生知識掌握及思考深度等情況，結(jié)合微助教全覆蓋考察學(xué)生預(yù)習(xí)效果。另結(jié)合課后小組合作學(xué)習(xí)和討論的環(huán)節(jié)，促進學(xué)習(xí)的主動思考、討論學(xué)習(xí)、團隊合作學(xué)習(xí)和專業(yè)交流能力。培訓(xùn)模塊包括啤酒生產(chǎn)工藝的實訓(xùn)，操作過程中，通過不同閥門和泵的開閉，可控制水、汽、物料的進出；大麥的含量參數(shù)、進料量、泵的開閉大小等參數(shù)均可進行設(shè)置；進料后攪拌、鈕控制耕刀的旋轉(zhuǎn)和上下、酒花的添加等可控制操作；發(fā)酵過程中不同階段需要進行的采樣檢測指標亦可檢測。通過啤酒發(fā)酵仿真實訓(xùn)項目的應(yīng)用，本校發(fā)酵工程系列課程的教學(xué)項目內(nèi)容、實踐教學(xué)方法逐步科學(xué)化、特色化，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情，充分調(diào)動了學(xué)生參與實踐的積極性、主動性，學(xué)生的知識應(yīng)用能力、實踐動手能力、工程應(yīng)用能力顯著提高。