【摘要】食品微生物学实验是培养学生动手操作能力培训的一门非常重要的专业基础课，但是传统的食品微生物实验存在实验教学内容及教学手段单一、课时利用率不高等局限。文章分析传统食品微生物实验教学的局限，探讨现代虚拟仿真技术在食品微生物学实验教学中的意义及不足，为食品微生物学的虚拟实验仿真技术的开发提供参考。
【关键词】食品微生物学；实验教学；虚拟仿真
食品微生物学是食品类专业学科的专业基础课，具有很强的实践性，对培养学生动手操作能力、独立思考能力及综合解决问题能力有着举足轻重的作用。在目前的高校食品微生物学课程建设中，重视实验教学、实验比重大是其教学的一个特点。但如何高效运用实验教学，提升大学生创新能力和科学素质，成为了亟待解决的研究课题。虚拟仿真技术是以计算机软件和硬件技术为基础，综合三维计算机图形技术，广角立体显示技术，对观察者头、眼、手的跟踪以及信息反馈互动，形成集图像、动画、声音为一体的虚拟现实世界的技术[1-2]。近年来，随着互联网技术的发展与普及，虚拟仿真技术越来越商业和普遍化，逐渐运用到很多领域[3]。其中，将虚拟仿真技术运用到传统实验教学中，是实验教学改革的一项重要内容。利用虚拟仿真实验教学技术，可以帮助学生在开放、自主、快速的虚拟实验环境中，体验到高效、安全且经济的实验操作过程[4]。对于实验周期长、操作准备复杂或实验安全性难以满足的食品微生物实验教学项目来说，虚拟仿真实验教学可克服传统实验教学的不足，利用现代信息技术的优势，提高实验教学的效率。
1食品微生物实验教学主要存在的问题
从我校近几年食品微生物学实验课程的开设及执行情况来看，通过不断的教学总结和反思，食品微生物实验教学主要存在以下问题：
1.1实验教学内容单一。食品微生物学作为一门实践性学科，更加强调的知识的应用而非记忆。在我校，食品微生物学实验课时比例占总学时的50%（理论学时和实验学时各32学时），实验课时的设置比例非常高[5]。从目前实验课的开课内容来看，主要借鉴其他农林和工科院校的开课经验，在符合我校和我院的基本情况的基础上，选择了几个基础实验开设，如培养基的配置、革兰氏染色、菌落总数的测定、大肠菌群的测定及微生物细胞计数方法等基础操作实验内容。但是，对于食品科学专业学生而言，一些关于微生物在食品生产上的应用类的实验很难开设（如利用酵母菌发酵生产酒类；微生物在传统食品，如豆瓣酱、腐乳、醋、发酵火腿等生产中的应用；工业生产上微生物的在线控制；食品致病菌的检测）。再者，因食品微生物实验耗时较长，操作易污染，失败率较高等原因，限制了食品微生物综合性和探究性实验的开展。实践应用是食品微生物学作为一门应用学科区别于基础微生物学的最本质的特征，传统的实验教学内容的设置在注重实践能力培养方面显然存在不足。这一情况在其他院校，特别是工科基础相对薄弱的医学院校的食品微生物学实验的开课过程中非常普遍。
1.2实验教学手段单一。目前，传统的食品微生物学的实验教学的教学方式在激发学生兴趣方面，也有不足。实验内容的开设多以基础验证性为主，绝大多数学生对老师的讲解及实验指导书非常依赖，只会严格按照实验指导书的步骤一一操作，实验报告的撰写也是千篇一律，不会主动分析实验结果产生误差的原因，不能深刻理解实验的目的与意义。有的学生甚至利用实验时间，不认真做实验，悄悄完成实验报告，实验结果完全依靠理论知识来简单推理，而不是客观真实地反应实验现象[6]。这类实验课程的开设，对提高学生的实验操作能力、创新能力的培养不利，亦会造成实验资源的巨大浪费。
1.3实验课时利用率不高。食品微生物学实验和其他学科实验，如化学分析实验相比，因涉及到微生物细胞的培养，耗时非常长。而且操作繁琐，实验结果对环境和操作质量的依赖程度很高，这大大提高了食品微生物学实验的开课难度。因此在有限的实验学时内，很难安排更多的实验教学内容，如果实验失败，难以做到重复实验，这在一定程度上会降低学生对科学实验探究的热情。
2虚拟仿真技术在食品微生物实验教学中应用的意义
2.1适应当前实验条件不足的需要。由于我校是一所医学院校，工科基础薄弱，且受到实验室场地的限制，食品加工的工艺设备不足，还未建设一条完整的食品加工工艺学生产线，特别是发酵工艺设备尤其缺乏，与食品微生物学密切相关的发酵工程类实验只能选择停开。和购置昂贵的发酵工艺设备相比，虚拟仿真技术更容易实现更新，成本更低，时效性更好，能实现“一人一机”，每个学生均有上机实践操作的机会，适应了教育信息化的趋势，在当前的实验条件下能很好地解决这一问题。
2.2可帮助学生更直观地理解实验原理。在现代信息技术的支持下，虚拟仿真实验教学平台的设计，能够打破时间、空间、距离等的限制，为学生提供一个模拟、设计及分析实验的平台，模拟真实的实验环境，不仅让学生有身临其境的直观感受，在实验内容的设计上，还能帮助老师设计更加全面多层次的实验。比如在讲到微生物在食品生产中的具体应用时，对于没有接触过实际生产设备的学生，很难直观得获得知识。利用虚拟仿真技术可以将大型化、复杂化、自动化水平都较高的生产装置形象地展示在学生面前，学生能更直观地理解仪器加工的原理，在此基础上更好地理解微生物在食品加工过程中的利用原理和意义。
2.3可大大丰富实验教学内容。因传统食品工艺实验依赖实验仪器设备的程度高，且实验教学中因生物危害的原因，很多实验无法开展：如引起食物中毒或人畜共患病的致病微生物的检测等实验内容。利用虚拟仿真技术低污染、高安全且基本上不会产生“三废”的优点，可以引入更多学生感兴趣但是因操作风险高以往未开设的实验内容。
2.4可实现不同专业的特色化教学。食品微生物学在食品质量与安全和食品卫生与营养专业的学生中均有开设，以往因实验场地有限、实验教辅人员不足，两个专业的学生开设的实验没有适合专业特色的特色化差异。利用虚拟仿真技术可以比较轻松地实现“因材施教”。比如食品质量与安全属于工科专业，在实验教学中可引入更多的食品加工场景和工艺设计实验；食品卫生与营养学属于理学专业，更加注重微生物与营养健康的关系，在实验教学中可设计引入更多的实验教学，如导致食物中毒的食品微生物的控制等。
2.5可大大提高实验教学的效率。食品微生物学实验不仅会用到一些昂贵的生化试剂，耗时长也是影响实验正常开展的一大难点。虚拟仿真实验不受时间、空间的限制，学生可以通过校园网，全天候无限制访问，反复练习，随到随学，自主安排，具有更大的灵活性，提高实验教学效率。此外，学生利用虚拟仿真系统，可以轻松地完成课前自学，教师亦可利用这一教学平台，完成翻转课堂的理论教学改革。
2.6可更好地培养实践性、创新性人才。虚拟仿真实验教学系统能更好地配合老师解剖实验教学过程的知识点，老师能灵活地设计实验教学，引导学生在理解知识点的基础上，合理思考，正确操作。此外，虚拟仿真实验教学系统还通过实验参数、实验样品、实验对象等参数的随机调整，评定学生对实验知识和操作技能的掌握程度，教师可根据教学目的调整实验难度，既能满足日常教学的需要，也能作为学生实验成绩评定的一个工具。利用虚拟仿真平台，可方便教师组织各类型实验，如创新拓展实验、综合设计性实验、开放实验及实验技能大赛等，实现实践性和创新性人才的培养。同时，依托网络技术，可以最大限度地实现虚拟仿真实验教学平台的共享，对线上教学、线上线下混合式教学、远程教学的开展有非常重要的帮助。
3结语
在食品微生物学实验教学过程中，开展虚拟仿真实验教学，可通过现代的人机交互、数据库及各种网络通讯技术应用[7]，构建高度仿真的虚拟实验环境、优化实验内容、创新实验方法及实验设备，达到培养学生实际操作能力、创新性能力的要求，是现代信息技术支持下，教学方法的一种重要创新。在发达国家中，虚拟仿真实验技术的发展已经比较成熟[8]，但我国的虚拟仿真实验教学建设起步是从2013年教育部高等教育司根据《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》内容，提出开展部级虚拟仿真实验教学中心建设工作后才开始启动的，起步相对较晚。但是虚拟仿真实验教学技术因其独特的优势，发展越来越迅速，已成为现代实验教学改革探索的一个重要的方向。目前陆续有一些关于食品专业虚拟仿真技术在各个食品专业学科的应用的探究的一些文章发表，如虚拟仿真技术在食品物性中的实验实践教学[9]、在食品加工技术中的教学[10]、在食品理化检测技术中的应用研究[11]等相关的教学改革，但国内外开发的虚拟仿真实验技术平台仍存在一些问题，诸如功能单一、界面不友好，平台不稳定等，离让学生身临其境般地、高效地完成实验的教学目标还有一段距离。因此，真正能应用到实际教学中的食品类的虚拟仿真实验教学平台并不多。在当前信息化技术广泛应用到实验教学中的大潮流背景下，虚拟仿真技术应用与实验教学，可解决传统实验操作方法单一、形式固定化、实验课学时不够、设备维护、开放程度不高、设备复杂且费用高、综合性和创造性实验受到种种条件的制约而较难实施的弊端，但是如何完善实验内容的设计，操作软件的开发，实验平台的建设，让虚拟仿真技术真正应用到实际教学，为食品科学创新性人才的培养提供新路径，还需要各方面的通力合作，协同努力。
作者:蒋丽施 陈艳 王娟 康晋梅 张颖 孟晓 单位:成都中医药大学公共卫生学院
