虛擬仿真實驗技術在“食品微生物檢驗”教學中的應用探索

梁燕秀

（廣西質量技術工程學校，廣西 南寧 530000）

科技進步已經成為推動社會不斷變革的巨大源動力，大數據、信息化等技術逐漸滲透到各行各業，虛擬仿真技術在重大工程、危險行業、精密測試等領域廣泛應用，呈現出其強大的預測、直觀、可視、高效等優勢特點。隨著虛擬仿真技術的不斷發展，近年來已有部分專家學者關注虛擬仿真技術在教學中的開發與應用，如劉俐等開展了虛擬仿真技術在醫學微生物教學中的應用研究，孫巍開展了虛擬仿真軟件在分析專業教學中的應用研究，童愛均則進行了多媒體技術提高食品微生物檢驗學實驗教學質量的初探。可以看出，虛擬仿真技術在教學中的應用也有了部分研究成果。

“食品微生物檢驗”作為食品產品質量監督檢驗專業的一門主干課程，需要開展相關微生物實驗，以達到提升學生實操能力的目的。然而，傳統的實驗課程主要依賴于真實的實驗室，大多學校由于軟硬件等條件的限制，實驗操作遠遠不夠，成效不足，無法滿足教育要求。因此，開展“食品微生物檢驗”虛擬仿真軟件的應用探索，提高實驗教學質量和水平，培養具有專業實踐基礎，富有創新能力的微生物檢驗人才，已成為課程教學改革的重點。

1 虛擬仿真實驗教學的可行性

虛擬仿真實驗教學是依托虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫和網絡通訊等技術，構建高度仿真的虛擬實驗環境和實驗對象，能提供實時、三維的虛擬實驗環境，通過視、聽、觸覺等作用于使用者，使用者則可進入該虛擬環境，學生在虛擬環境中開展實驗，實現真實實驗不具備或難以完成的教學功能。

1.1 應用多媒體互動、虛擬仿真技術增強課堂趣味性，提高實驗教學效果

虛擬仿真技術應用于教學實踐中，與傳統授課模式迥異，會給學生耳目一新的體驗感。虛擬仿真技術通過將音頻、視頻、圖像等多媒體技術將教學內容具體、直觀地呈現于課堂上，化抽象為形象，有效降低學生對知識的吸納難度，提高師生教學互動、最大限度地激發學生的自主實驗興趣以及解開知識奧妙的沖動，提高實驗教學效果。

1.2 應用虛擬仿真技術實現資源整合和共享

隨著互聯網和相關技術的飛速發展，遠程虛擬實驗技術隨之興起，拓展了遠程教育的領域。虛擬仿真實驗軟件通過整合信息化實驗教學資源，建設多元教學資源共享平臺，實現校內外、本地區及更廣范圍內教學資源共享，豐富教學內容，降低風險和成本，形成一種綠色實驗教學模式。

1.3 實現教學模式的多元化，促進教學實踐與信息技術的融合

傳統教學模式中，多以課堂為主，實驗室為輔。虛擬仿真軟件能夠將實驗室搬進課堂，實現理論知識與實驗操作的統一與同步，刺激學生的積極性。另一方面，信息技術始終是未來發展的重要方向，教學實踐也需要加入信息元素，緊跟時代發展步伐，利用信息技術促進教學質量。因此通過虛擬仿真實驗軟件開發，能夠實現教學模式的多元化，促進教學實踐與信息技術的融合。

2 虛擬仿真實驗軟件在“食品微生物檢驗”教學中的應用

根據目前的研究成果，已有學者在不同的專業領域開發了相關虛擬仿真教學軟件，并在教學課堂中開展應用。針對“食品微生物檢驗”這門課程，在借鑒現有成功虛擬仿真教學軟件的基礎上，更重要的是根據課程的內容特點和功能需求進行優化與創新，提高虛擬仿真實驗教學軟件的適用性。

本研究采用Photoshop、Flash、ProtoPie等軟件制作“食品微生物檢驗”網絡虛擬仿真實驗軟件，主要包含3種仿真教學應用模式。

2.1 瀏覽模式

允許學生以沉浸式的方式在高仿三維虛擬場景中進行自由移動，自由瀏覽，自由選擇需要學習的內容，允許采用瀏覽、特寫、視覺跟蹤等特殊視角來對特定內容進行學習。

2.2 指導模式

讓學生在三維虛擬場景中按步驟學習教學實驗課程的完整內容，按各自學習重點自由調整觀看視角和步驟，并結合圖片、聲音、視頻等媒體信息，充分理解設備工作原理、結構以及各種操作任務。針對食品微生物檢驗這一門課程，可將實驗過程中的關鍵步驟，如培養基的配置、無菌操作、接種分離等，通過虛擬仿真動畫短片呈現。在授課過程中，教師可進行暫停，倒退，重復播放等功能操作，加深學生對操作流程細節的記憶和理解，有效提高了課堂教學效果。

2.3 考核模式

通過模擬流程操練、故障設置、突發情況等再現不同類型的新型考核方式對學生的實操能力、故障排除能力、突發應急能力等傳統考核方式無法考察的內容進行數字化準確評估。虛擬仿真實驗平臺可以自動收集學生實驗前輔助學習、實驗過程指導、答疑、實驗成績的相關數據，通過在線測試收集學生對實驗系統、實驗設計、學習效果等方面的評價與反饋信息，進行統計與分析，以便于對學生進行全方面的考核。

3 虛擬仿真實驗軟件在“食品微生物檢驗”教學中的優勢分析

相對于傳統實驗室實操，虛擬仿真實驗軟件在解決微生物檢驗實驗教學難題上，主要有以下方面的優勢：

一是降低實驗的危險系數，通過虛擬仿真技術，避免了學生與人體有害的菌種、化學藥劑及危險實驗儀器和器皿直接接觸，可有效防止因實驗操作失誤帶來的人身傷害；

二是可以節約教學資金和資源，學校建設無菌實驗室所需場地和造價高昂，涉及各類設備與裝置需要專門的實驗室管理人員并具備相關技術，日常維護成本較高，同時未經充分學習和訓練的學生過早進行實操訓練，難免會因操作失誤，造成設備的故障或損壞以及實驗耗材的浪費，增加實驗成本；

三是可以打破時間和空間的限制，微生物檢驗實驗中，培養基的配置、滅菌、細菌培養等項目耗時較長，整個實驗結束需要24、48小時甚至更長的時間，利用虛擬仿真實驗，學生不受實驗時間、場地、設備、耗材的限制，可以在相對安全的環境中進行反復大量的模擬實訓操練，使得實驗的學習實踐過程更流程、更高效。

4 總結

經過對“食品微生物檢驗”課程教學模式的研究與創新，可以看到虛擬仿真軟件在教學中的重要性與必要性，通過開發一套具備可操作性的虛擬仿真軟件，并提供了三種仿真教學應用模式，從而實現了促進教學實踐與信息技術的融合。隨著虛擬仿真實驗教學項目建設工作的深化和拓展，構建虛擬仿真實驗教學平臺可以有效提升學生的分析和實踐能力，同時，智能化技術大大減輕了教師的工作量，也必將推動傳統教學模式向信息化技術方向的變革。