基于虛實結合的 《果蔬貯運學》 實驗教學模式探索

丁保淼 高夢祥 江洪波 張 燕 張 欣

（長江大學生命科學學院 湖北 荊州 434025）

《果蔬貯運學》 是農產品貯藏與加工、食品科學與工程等專業的重要專業課程，具有多學科交叉性、應用性強等特點。實驗教學是該課程內容的重要組成部分，該實驗課具有實驗條件復雜、實驗周期長等特點，受教學實際情況限制，教師不得不放棄一些有重要價值的實驗[1]。鑒于該實驗課開展過程中遇到的問題，迫切需要對傳統的實驗課授課模式進行改革。本研究將虛擬仿真技術引入該課程，可以生動形象地具體化實驗原理及實驗過程，便利地調整實驗條件，彌補傳統實驗的不足等[2～3]。

1 《果蔬貯運學》 實驗教學中存在的問題

1.1 實驗內容單一，設置不合理。果蔬貯運學實驗具有知識綜合性強的特點，在貯藏和運輸保藏原理上涉及采后生理與病理、貯藏方式與管理、質量評價等內容，以及生物化學、植物生理、運輸流通等學科知識。

不同果蔬種類要求的貯運條件差異極大，如通常果菜類更耐貯藏，而葉菜類則更易失去水分、萎蔫等。而且果蔬的某些質量指標需要較長時間才能檢測到其變化，如某些果蔬在低溫、減壓等條件下通常需要數天、數周甚至數月才能觀察到其明顯變化。但受實驗課時所限，這些實際生產中遇到的問題有更強的綜合性和系統性，無法在實驗課作為實驗內容體現出來，在設置實驗時，只能安排一些比較簡單的驗證性實驗，這些實驗內容難以讓學生充分理解生產中實際問題，大大降低了實驗課的價值。

1.2 實驗現象難以形象化和直觀化體現。果蔬貯運過程中，其改變是非常直觀的，也是非常有趣的，但實際實驗時通常難以觀察到這種直觀、有趣的現象，導致學生在實驗過程中只能進行枯燥的輸入和輸出，而原本有趣、形象、直觀、動態的中間過程被舍棄了，呈一種“黑箱”狀態。

1.3 學生參與不足，難以訓練其探索能力。 《果蔬貯運學》 實驗的核心之一是探索貯運條件對果蔬的呼吸、質構、風味、成分等方面的影響。這要求學生既要會調控貯運條件參數，也要會測定相應指標，且前者對生產實際有更重要的指導意義。但實驗過程中，由于受課時、實驗設備等條件所限，學生反倒更注重后者。如分析果蔬貯藏時水分含量變化的影響因素(主要是氣體成分、氣壓、溫度、光照等)，顯然這不是在4 個學時內就可以完成的實驗。通常試驗的具體操作流程是，先設定一個條件，學生把樣品放入設備，到設定時間學生取出樣品，測定指標。學生只是機械的進行實驗操作，但對于條件的設定、樣品在設備中的動態變化、水分含量對果蔬的質構和外觀的影響并沒有直觀認識，這就導致學生不能充分參與實驗，難以深刻體會實驗現象以及現象中所體現的理論本質。

2 虛擬仿真實驗的優點

2.1 實驗條件調控的立體化和實驗過程直觀化。實際生產中，影響果蔬貯運的主要因素有若干個。受設備和課時等條件所限，果蔬貯運學實驗開展時不得不將實際生產中的多因素簡化為單因素甚至特定條件。如果蔬貯藏期間的變化只考察樣品短期的情況，而難以觀察樣品長期貯藏時的變化等。貯藏條件、運輸環境等對果蔬的影響通常只考察點，而難以考察面，這大大降低了實驗在提升學生認識方面的價值。

虛擬仿真實驗可有效解決某些實驗耗時長、條件多、設備利用效率低等問題。虛擬仿真實驗中，學生可以在合理范圍內，對實驗條件任意設置參數，仿真系統可以快速反饋結果，從而使學生可以全方位、多方面地了解貯藏條件對果蔬品質的影響。如蔬菜在貯藏期間的外觀變化，學生對貯藏期可設置幾天到幾個月不等，系統可以快速給出結果，學生直觀了解樣品外觀的變化。

2.2 易于感受實驗全過程。實際果蔬貯運學實驗中，很多產品的指標是漸進式變化的，如質構、色澤，學生往往只能觀察到產品的初始和終了兩種狀態，而對于這些指標在整個貯藏期的變化過程缺乏直觀感受。此外，由于需要大量的時間成本，欲重復實驗過程也難以實現。在虛擬仿真實驗中，學生可以根據需要自己控制實驗的進度；實驗中的難點、要點部分可以降低速度、反復練習、細致觀察；也可以加快速度觀察某些指標在實驗過程中的動態變化，以建立動態變化規律與貯運條件的關系。

2.3 強化實驗要點，提高授課效率。實驗過程中的某些關鍵點操作得當與否直接決定實驗的成敗，特別是果蔬貨架期實驗，實驗失敗會浪費大量的時間成本，而且難以彌補。在虛擬仿真實驗中對實驗中的操作要點進行提醒、強調和標注，學生操作不當和錯誤之處，系統給出提醒和警告，并提供詳細的錯誤信息和補救措施，避免出現問題時學生舉足無措。通過虛擬仿真實驗的練習，學生不僅可以高效熟悉實驗流程，而且能夠深刻了解實驗過程中的關鍵點，有利于實際實驗的順利開展。

利用虛擬仿真實驗平臺，學生花費較少的時間即可了解和掌握某一產品貯運條件對其品質的影響，具有省時、靈活、低花費等優點，能夠有效提高學習效率。但對于需要動手操作的實驗課程，虛擬仿真實驗無法取代實際實驗。它的局限性在于：虛擬仿真軟件中往往只涉及主要影響因素，所給出的結果為便于說明問題，通常是模式化的，當貯運條件給出，結果就是唯一的；而實際實驗結果存在更多的不確定性，以及實際實驗中學生可以通過眼看、手觸、鼻聞等全方位了解實驗細節，虛擬仿真卻不能給出詳細的相關信息。

3 虛實結合實驗教學的實現路徑

虛實結合開展果蔬貯運學實驗教學是以虛擬仿真技術為輔助手段，以實際實驗為內核，兩者有機結合的一種實驗教學模式。該模式中虛擬仿真實驗具有靈活、易控、高效等特點，實驗開展不受時間、地點限制，與實際實驗易于交互，可以有效提高實際實驗效果。但果蔬貯運學實驗終究是一門實踐性的課程，為培養學生的動手操作能力，安排實際實驗是必要且必需的。因此，基于果蔬貯運學實驗課的特點，虛實結合教學模式既有利于學生對基礎知識和實驗原理的掌握，從微觀層面給學生直觀的感受，又可以充分鍛煉學生的實驗技能。

3.1 以虛擬仿真實驗熟悉基本原理和操作流程。虛擬仿真實驗平臺具有易于操作和重復、過程和結果形象直觀、高容錯性等特點，學生先借助仿真平臺開展虛擬仿真實驗，經過虛擬實驗，學生能夠進一步明確實驗目的，理解實驗原理，熟悉實驗步驟，以及強化實驗過程中的關鍵點。在此基礎上，用虛擬實驗平臺中的考核模塊評估學生對實驗的掌握程度，若達到標準則可進行實際實驗，若未達到則在仿真平臺上繼續練習。

3.2 以實際實驗鍛煉動手能力。經過虛擬實驗操作，學生基本掌握了實驗目的、實驗原理、實驗步驟、實驗中的關鍵點等，相當于由大腦完成了一遍實驗。在此基礎上，學生進行實際實驗可有效提高動手操作能力。實際實驗開展時，以實驗小組為單位進行，根據實驗的內容和復雜程度劃分小組人數，小組組員自行分工協作，但實驗過程中的關鍵點、重要的實驗現象、實驗結果等環節要求全組同學共同參與，增強大家的實際實驗感受和團隊精神。

3.3 虛實結合全方位理解和掌握實驗。虛實實驗均完成后，學生對實驗原理、實驗關鍵點、實驗現象等進行回顧和總結，進一步強化和加深理解。如對于香蕉催熟實驗，學生需要仔細觀察和思考香蕉在催熟前后其外觀、風味、質構等品質的改變，以及催熟條件對其影響。啟發學生去探索實驗原理、操作要點、實驗現象，去理解實驗條件對實驗結果的影響、催熟劑的作用機理等。實現虛實實驗的有機結合和互動，將理論知識點具體化和形象化，以及把實驗現象理論化，促進學生對知識點的掌握和理解。

4 結語

果蔬貯運學實驗課中所開展的實驗既是將理論知識具體化，也是將其應用化。這要求學生只有扎實地掌握理論知識，才能理解實驗操作要點、實驗現象；相應地，學生熟悉實驗現象和操作要點后，更易將理論知識消化吸收。虛擬仿真平臺不僅提供了形象直觀的實驗過程，而且學生可以反復高效地操作和感受這一過程。虛實實驗的結合可以實現兩者優勢互補，也是構建理論知識與生產實踐有機關系的具體體現，因而它有利于提升果蔬貯運學實驗課的授課效果。