《食品分析》在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程建設(shè)

曹雪玲 連麗麗 陳萍

摘? 要：該文充分利用虛擬仿真資源和線上資源，補(bǔ)充和完善真實(shí)實(shí)驗(yàn)無法解決或無法真實(shí)操作的弊端，突破了傳統(tǒng)課堂的限制，針對(duì)食品分析實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，研究開發(fā)的虛擬仿真在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)的初步方案。此方案為食品分析實(shí)驗(yàn)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的建立提供了理論支持，可以隨時(shí)隨地、反復(fù)進(jìn)行個(gè)性化操作學(xué)習(xí)，加深印象，提高教學(xué)效果。此方案為虛擬仿真的線上實(shí)驗(yàn)的開展提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：食品分析? 線上教學(xué)? 實(shí)驗(yàn)課程? 虛擬仿真

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）07（b）-0041-03

Research on the Construction of Online Experimental Teaching Course of《Food Analysis》

CAO Xueling? LIAN Lili? CHEN Ping

（Jilin institute of Chemical Technology， Jilin， Jilin Province， 132022 China）

Absrtact： This paper makes full use of virtual simulation resources and online resources to build online course of food analysis experiment. It breaks through the limitation of the traditional classroom to supplement and perfect the real experiment， which can't be solved or operated. This scheme provides theoretical support for the establishment of virtual simulation experiment of food analysis experiment. It can carry out personalized operation learning anytime， anywhere and repeatedly， deepen the impression and improve the teaching effect. This scheme provides a theoretical basis for the online experiment of virtual simulation.

Key Words： Food Analysis; Online teaching; Experimental course; Virtual simulation

20世紀(jì)末，有人提出“網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)”（Web-based Virtual Experiment），即虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的概念，但是當(dāng)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和條件水平的限制，直到2010年虛擬仿真試驗(yàn)才開始進(jìn)入快速發(fā)展階段。2016年，300個(gè)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心由教育部組織成立起來，到了2017年，教育部則開始著手開展示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)，預(yù)計(jì)到2020年建設(shè)1000余項(xiàng)示范性仿真模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。建設(shè)仿真虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，需考慮到學(xué)校本科學(xué)科專業(yè)培養(yǎng)的目的和方案，結(jié)合各學(xué)校的技術(shù)發(fā)展水平及實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化發(fā)展水平，適當(dāng)?shù)?、逐步地建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。建設(shè)虛擬仿真的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是以網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)為基礎(chǔ)，操作的客戶端需穩(wěn)定，且可操作性強(qiáng)[1]。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程可進(jìn)行靈活開放、安全環(huán)保的實(shí)驗(yàn)操作[2，3]。結(jié)合現(xiàn)有線上教學(xué)資源，教師科研協(xié)助學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，及時(shí)反饋實(shí)驗(yàn)結(jié)果，便于實(shí)現(xiàn)師生間的交流[4，5]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)突破了時(shí)間和空間的限制，使學(xué)生可以時(shí)間靈活且反復(fù)多次的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，大膽嘗試，提高學(xué)習(xí)的能動(dòng)性，提高教學(xué)質(zhì)量[6]。

在網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)，技術(shù)先進(jìn)的大潮流下，學(xué)校需結(jié)合學(xué)科和專業(yè)特點(diǎn)，充分發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)，與在線課程結(jié)合，有利于提高課程的信息化水平和教學(xué)質(zhì)量，為創(chuàng)新人才培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)?！妒称贩治觥氛n程是食品科學(xué)與工程專業(yè)的一門重要的本科專業(yè)課。它是為培養(yǎng)滿足化工高等人才的需要而設(shè)置的。食品分析實(shí)驗(yàn)是研究各類食品中化學(xué)組成成分的檢測(cè)原理和方法的工程問題的實(shí)踐課程。如何讓學(xué)生以高等學(xué)校的科研為跳板，順利躍進(jìn)生產(chǎn)領(lǐng)域，如何更直觀地學(xué)習(xí)食品分析的分析方法，了解并掌握專業(yè)的檢測(cè)技術(shù)，如何使學(xué)生產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，完成學(xué)校到企業(yè)單位的銜接，通過虛擬仿真試驗(yàn)，這一系列的問題就有了解決的途徑?；趯I(yè)的檢測(cè)體系，加以專業(yè)軟件設(shè)計(jì)，以食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)繩，全方位設(shè)計(jì)虛擬仿真試驗(yàn)全過程，保證實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的知識(shí)點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)過程的正確、高效、科學(xué)，使之成為適合現(xiàn)代大學(xué)生學(xué)習(xí)的平臺(tái)，完成食品分析類人才的培養(yǎng)。

1? 主要研究?jī)?nèi)容

教學(xué)內(nèi)容此次主要針對(duì)《食品分析》（實(shí)驗(yàn)）中的研究對(duì)象日常食品樣品，主要參考現(xiàn)有國(guó)標(biāo)方法，利用所學(xué)分析檢測(cè)方法，建立對(duì)食品成分的檢測(cè)，促進(jìn)高校教學(xué)改革，推廣優(yōu)秀課程建設(shè)，加快學(xué)科建設(shè)，提升本科生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

該項(xiàng)目結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，構(gòu)建高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對(duì)象，實(shí)現(xiàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)不具備或難以完成的教學(xué)功能，學(xué)生在虛擬環(huán)境中開展實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行課程設(shè)計(jì)和相關(guān)實(shí)習(xí)教學(xué)，達(dá)到所要求的認(rèn)知與實(shí)踐教學(xué)效果。項(xiàng)目對(duì)于以下內(nèi)容進(jìn)行了重點(diǎn)建設(shè)。

（1）教學(xué)設(shè)計(jì)。根據(jù)該校整體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境及技術(shù)水平，結(jié)合學(xué)科教學(xué)目標(biāo)及專業(yè)培養(yǎng)方案，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)整體方案。

（2）實(shí)驗(yàn)實(shí)際操作的設(shè)計(jì)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求及實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)置實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)，包括實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)試劑、操作步驟、易錯(cuò)環(huán)節(jié)、成績(jī)匯總等。

（3）易出現(xiàn)的問題。根據(jù)學(xué)生實(shí)際操作，總結(jié)實(shí)驗(yàn)過程易錯(cuò)環(huán)節(jié)，及時(shí)反饋給學(xué)生，并設(shè)立易錯(cuò)點(diǎn)，在這些實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)提示學(xué)生，加深學(xué)生印象，防止錯(cuò)誤的發(fā)生。

（4）制作實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件。結(jié)合利用可視化的工具軟件，將實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理及實(shí)驗(yàn)要求，制作成線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件，方便學(xué)生查看。

（5）電子課件。確定電子課件的教學(xué)內(nèi)容、利用實(shí)驗(yàn)?zāi)_本、組織內(nèi)容撰寫、錄制等。

2? 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

（1）課前預(yù)習(xí)。為了使學(xué)生能夠更好地學(xué)習(xí)知識(shí)，能夠更加高效率地理解所學(xué)知識(shí)，在課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，學(xué)生可基于線上學(xué)習(xí)系統(tǒng)查找相關(guān)信息，了解食品分析特定成分相關(guān)知識(shí)、檢測(cè)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)的常見方法等。

（2）課堂教學(xué)。課堂教學(xué)采用翻轉(zhuǎn)課堂模式。在在線課堂上，共同研究解決問題，從而獲得更深層次的理解。老師進(jìn)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，或是同學(xué)之間討論;教師也能有更多的時(shí)間與每個(gè)人交流。學(xué)生可以自主規(guī)劃實(shí)驗(yàn)方案，教師則采用講授法和協(xié)作法最終確定實(shí)驗(yàn)方案。

（3）虛擬實(shí)驗(yàn)。軟件操作過程中要注重過程控制、檢測(cè)控制、操作規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)分析過程和關(guān)鍵環(huán)節(jié)設(shè)置若干個(gè)控制點(diǎn)，啟發(fā)學(xué)生分析和明確設(shè)置該控制點(diǎn)的原因與標(biāo)準(zhǔn)來源，并在課堂上按照國(guó)家規(guī)范，講述分析檢測(cè)的流程。

（4）課后復(fù)習(xí)。借助于虛擬平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，學(xué)生課后也可以反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，鞏固所學(xué)知識(shí)，通過教師反饋，加深易錯(cuò)環(huán)節(jié)的認(rèn)識(shí)，達(dá)到高效學(xué)習(xí)的目的。

（5）評(píng)價(jià)體系。根據(jù)學(xué)生課前預(yù)習(xí)情況及課堂表現(xiàn)，老師給出主觀分?jǐn)?shù)，按照實(shí)驗(yàn)的操作規(guī)范在線進(jìn)行客觀打分，即由計(jì)算機(jī)自動(dòng)給出客觀分?jǐn)?shù)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)成績(jī)由主觀分?jǐn)?shù)和客觀分?jǐn)?shù)組成，按照學(xué)習(xí)計(jì)劃進(jìn)度，對(duì)學(xué)生進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)級(jí)。

3? 課程優(yōu)勢(shì)

3.1 靈活開發(fā)，效率提升

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)操作都是在實(shí)驗(yàn)室或特定的試驗(yàn)場(chǎng)所中進(jìn)行，而實(shí)驗(yàn)步驟都是固定不變的，實(shí)驗(yàn)用品也有限，如果學(xué)生在操作中發(fā)生錯(cuò)誤，就會(huì)無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。而虛擬仿真線上實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生不受時(shí)間和操作環(huán)境的限制，在安裝有虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件的計(jì)算機(jī)上，就可以隨時(shí)隨地完成實(shí)驗(yàn)?zāi)M，發(fā)生錯(cuò)誤操作也可重新開始。學(xué)生還可以探究不同實(shí)驗(yàn)條件，并獲得不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。開放的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以更靈活地彌補(bǔ)線下教學(xué)條件上的不足，學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況和領(lǐng)悟能力，進(jìn)行及時(shí)的復(fù)習(xí)、預(yù)習(xí)和訓(xùn)練，加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的掌握，更好地利用實(shí)驗(yàn)室資源。靈活開發(fā)的操作模式，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)習(xí)效率。

3.2 節(jié)約成本，避免浪費(fèi)

線下的實(shí)驗(yàn)課程都需借助于實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)試劑才可以順利進(jìn)行，而實(shí)驗(yàn)儀器需要維護(hù)和保養(yǎng)，如果操作不當(dāng)還會(huì)損害實(shí)驗(yàn)儀器。而實(shí)驗(yàn)試劑很多都是化學(xué)試劑，特別有一些有毒有害的試劑，在實(shí)驗(yàn)過程容易產(chǎn)生廢液廢氣，極易造成環(huán)境的污染。學(xué)生使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，不僅可以見到日常不常用到的昂貴儀器，也不會(huì)造成化學(xué)試劑的污染，降低實(shí)際實(shí)驗(yàn)中的損耗，節(jié)約實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行成本。

3.3 安全環(huán)保，大膽嘗試

實(shí)驗(yàn)過程常會(huì)使用易燃易爆、有毒強(qiáng)腐蝕性藥品，而且有的實(shí)驗(yàn)還會(huì)具有一定的危險(xiǎn)性，難免導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生恐懼心理。這些危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)也不適合在線下開展，使學(xué)生減少了學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)則可以完成有毒或危險(xiǎn)性大的實(shí)驗(yàn)，不僅安全環(huán)保，而且還可以利用學(xué)習(xí)的理論知識(shí)學(xué)生進(jìn)行大膽嘗試，開拓視野，增長(zhǎng)見識(shí)。

3.4 及時(shí)反饋，科學(xué)管理

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上可以記錄學(xué)生實(shí)驗(yàn)的過程，統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤操作，及時(shí)反饋給學(xué)生和老師，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到易錯(cuò)步驟，可以打開系統(tǒng)幫助，來規(guī)范自己的操作步驟，這樣既可以讓學(xué)生掌握正確的實(shí)驗(yàn)操作流程，又可以讓學(xué)生深刻記憶實(shí)驗(yàn)失誤部分。老師也可以特定指導(dǎo)，提示學(xué)生，科學(xué)管理實(shí)驗(yàn)過程。實(shí)驗(yàn)最終的成績(jī)可以輕松地由平臺(tái)獲取，減少老師的工作量，提高工作效率。

4? 結(jié)語(yǔ)

《食品分析》是一門理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，學(xué)生通過理論學(xué)習(xí)掌握基礎(chǔ)的分析食品成分和組成的方法，通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法，通過在線虛擬實(shí)驗(yàn)課堂進(jìn)行實(shí)際操作，克服線下不能完成的操作過程，進(jìn)一步加深對(duì)理論知識(shí)的理解。教育最終的目標(biāo)都是針對(duì)人，所以線上課程的建設(shè)，以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)，規(guī)避線下課程的弊端，發(fā)揮線上課程的優(yōu)勢(shì)，為學(xué)生提供優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源，使學(xué)生發(fā)揮更大的學(xué)習(xí)自主性。

參考文獻(xiàn)

[1] 高祿，袁志丹，宋漢全，等.工科大學(xué)物理在線開放課程探索與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2019（50）：161-162.

[2] 解玉鵬，李鑫海，蓋嘯塵.基于超星學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)在線課程建設(shè)及教學(xué)探索[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2019，32（5）：123-125.

[3] 李俊波，白慧云，張?chǎng)析?，?基于混合式教學(xué)和形成性評(píng)價(jià)的儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].化學(xué)教育：中英文，2019，40（12）：44-49.

[4] 顏延寧，趙其波，周鑫鑫.《基礎(chǔ)化學(xué)》在線開放課程平臺(tái)的應(yīng)用研究[J].科技視界，2019（35）：192-193.

[5] 游善紅，曹洪龍，胡劍凌.基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的通信原理教學(xué)改革探索與實(shí)踐[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2019，16（31）：203-206.

[6] 蘇苓.高職院校在線開放課程建設(shè)和應(yīng)用的意義與策略研究[J].科學(xué)咨詢：科技·管理，2019（12）：9-10.

[7] 韓旭.三維實(shí)驗(yàn)中的虛擬手仿真與受限交互研究[D].大連理工大學(xué)，2019.