虚拟仿真实验技术在《食品微生物检验》教学中的应用探索

梁燕秀

摘要：针对《食品微生物检验》课程教学过程中需开展相关试验操作演练的问题，改变传统教学模式课堂与实验室明显界限的现状，本文以《食品微生物检验》实验教学为主要研究对象，论述虚拟仿真实验软件在本课程教学应用中的可行性，并对软件的基本教学模式及主要技术优势进行介绍分析，为《食品微生物检验》实验教学提供一种行之有效的技术方法。

关键词：实验微生物检验虚拟仿真

科技进步已经成为推动社会不断变革的巨大源动力，大数据、信息化等技术逐渐渗透到各行各业，虚拟仿真技术在重大工程、危险行业、精密测试等领域广泛应用，呈现出其强大的预测、直观、可视、高效等优势特点。随着虚拟仿真技术的不断发展，近年来已有部分专家学者关注虚拟仿真技术在教学中的开发与应用，如刘俐等开展了虚拟仿真技术在医学微生物教学中的应用研究；孙巍开展了虚拟仿真软件在分析专业教学中的应用研究；童爱均则进行了多媒体技术提高食品微生物检验学实验教学质量的初探，可以看出，虚拟仿真技术在教学中的应用也有了部分研究成果。《食品微生物检验》作为食品产品质量监督检验专业的一门主干课程，需要开展相关微生物实验，以达到提升学生实操能力的目的。然而，传统的试验课程主要依赖于真实的实验室，大多学校由于软硬件等条件的限制，实验操作远远不够，成效不足，无法满足教育要求。因此，开展《食品微生物检验》虚拟仿真软件的应用探索，提高实验教学质量和水平，培养具有专业实践基础，富有创新能力的微生物检验人才，已成为课程教学改革的重点。

一、虚拟仿真实验教学的可行性

虚拟仿真实验教学是依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，能提供实时、三维的虚拟试验环境，通过视、听、触觉等作用于使用者，使用者则可进入该虚拟环境，学生在虚拟环境中开展实验，实现真实实验不具备或难以完成的教学功能。

1.应用多媒体互动、虚拟仿真技术增强课堂趣味性，提高实验教学效果。虚拟仿真技术应用于教学实践中，与传统授课模式迥异，将会给学生耳目一新的体验感。虚拟仿真技术通过将音频、视频、图像等多媒体技术具体跟、直观地呈现于课堂上，化抽象为形象，能够有限降低学生对知识的吸纳难度，提高师生教学互动、最大限度地激发学生的自主实验兴趣以及解开知识奥妙的冲动,从而提高实验教学效果。

2.应用虚拟仿真技术实现资源整合和共享。随着互联网和相关技术的飞速发展，远程虚拟实验技术随之兴起，拓展了远程教育的领域。虚拟仿真实验软件通过整合信息化实验教学资源，建设多元教学资源共享平台，实现校内外、本地区及更广范围内教学资源共享，丰富教学内容，降低风险和成本，形成一种绿色实验教学模式。

3.实现教学模式的多元化，促进教学实践与信息技术的融合。传统教学模式中，多以课堂为主，实验室为辅，虚拟仿真软件能够将实验室搬进课堂，实现理论知识与实验操作的统一与同步，刺激学生的积极性。另一方面，信息技术始终是未来发展的重要方向，教学实践也需要加入信息元素，紧跟时代发展步伐，利用信息技术促进教学质量。因此通过虚拟仿真实验软件开发，能够实现教学模式的多元化，促进教学实践与信息技术的融合。

二、虚拟仿真实验软件在《食品微生物检验》教学中的应用

根据目前的研究成果，已有学者在不同的专业领域开发了相关虚拟仿真教学软件，并在教学课堂中开展应用。针对《食品微生物检验》这门课程，在借鉴现有成功虚拟仿真教学软件的基础上，更重要的是根据课程的内容特点和功能需求进行优化与创新，提高虚拟仿真实验教学软件的适用性。

本研究采用Photoshop、Flash、ProtoPie等软件制作了《食品微生物检验》网络虚拟仿真实验软件，主要包含三种仿真教学应用模式：

1.浏览模式。允许学生以沉浸式的方式在高仿三维虚拟场景中进行自由移动、自由浏览、自由选择需要学习的内容，允许采用浏览、特写、视觉跟踪等特殊视角来对特定内容进行学习。

2.指导模式。让学生在三维虚拟场景中按步骤学习教学实验课程的完整内容，按各自学习重点自由调整观看视角和步骤，并结合图片、声音、视频等媒体信息，充分理解设备工作原理、结构以及各种操作任务。针对食品微生物检验这一门课程，可将实验过程中的关键步骤，如培养基得配置、无菌操作、接种分离等，通过虚拟仿真动画短篇呈现，在授课过程中，教师可进行暂停，倒退，重复播放等功能操作，加深学生对操作流程细节的记忆和理解，有效提高了课堂教学效率。

3.考核模式。通过模拟流程操练、故障设置、突发情况等再现不同类型的新型考核方式对学生的实操能力、故障排除能力、突发应急能力等传统考核方式无法考察的内容进行数字化准确评估。虚拟仿真试验平台可以自动收集学生实验前辅助学习、实验过程指导、答疑、实验成绩的相关数据；通过在线测试收集学生对实验系统、实验设计、学习效果等方面的评价与反馈信息，进行统计与分析，以便于对学生进行全方面的考核。

三、虚拟仿真实验软件在《食品微生物检验》教学中的优势分析

相对于传统的实验室实操，虚拟仿真实验软件在解决微生物检验实验教学难题上，主要有以下方面的优势：

一是降低实验的危险系数。通过虚拟仿真技术，避免了学生与人体有害的菌种、化学药剂及危险实验仪器和器皿直接接触，可有效防止因实验操作失误带来的人身伤害。

二是可以节约教学资金和资源。学校建设无菌实验室所需场地和造价高昂，涉及各类设备与装置需要专门的实验室管理人员并具备相关技术，日常维护成本较高，同时未经充分学习和训练的学生过早进行实操训练，难免会因操作失误造成设备的故障或损坏以及实验耗材的浪费，增加实验成本。

三是可以打破时间和空间的限制。微生物检验实验中，培养基的配置、灭菌、细菌培养等项目耗时较长，整个实验结束需要24、48小时甚至更长的时间，利用虚拟仿真实验，学生不受实验时间、场地、设备、耗材的限制，可以在相对安全的环境中进行反复大量的模拟实训操练，使得试验的学习实践过程更流程、更高效。

四、总结

本文通过对《食品微生物检验》课程教学模式的研究与创新，阐明了虚拟仿真软件在教学中的重要性与必要性，开发了一套具备可操作性的虚拟仿真软件，并提供了三种仿真教学应用模式，从而实现了促进教学实践与信息技术的融合。随着虚拟仿真实验教学项目建设工作的深化和拓展，构建虚拟仿真实验教学平台可以有效提升学生的分析和实践能力，同时智能化技术大大减轻了教师的工作量，也必将推动传统教学模式向信息化技术方向的变革。

参考文献

[1]童爱均赵超曾峰刘斌应用多媒体技术提高食品微生物检验学实验教学质量的初探[J].福建轻纺，2018，（12）：40-42。

[2]杨中兴虚拟仿真实训系统在实训教学中的应用研究[J].辽宁高职学报，2018，20，（02）：40-43。

[3]高丽丽宋鸿马晓春王小敏徐运娥秦欢王微微虚拟仿真技术在医学微生物学实验教学中的应用[J].广东化工，2017，44，（18）：221+213。

[4]刘俐刘平安李玲刘璐向琴胡立娟虚拟仿真实验技术在医学微生物学实验教学中的应用研究[J].中国中医药现代远程教育，2017，15，（06）：1-2。

[5]孙巍虚拟仿真软件在分析专业教学中的应用研究[J].成才之路，2016，（13）：55。

[6]陈容容孙益顶魏东盛牛淑敏张金红刘方多媒体虚拟仿真教学法在微生物学实验中应用[J].实验室研究与探索，2015，34，（11）：194-196+200。