食品科學(xué)與工程三位一體實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建
——基于青藏高原特色食品資源和虛擬仿真技術(shù)研究

王樹(shù)林，韓麗娟，王進(jìn)英，曹效海，劉薈萃，秦艷婷，葉 英，陳 霞，李彩嬌

（青海大學(xué) 農(nóng)牧學(xué)院，青海 西寧 81001 6）

食品產(chǎn)業(yè)是全球的第一大產(chǎn)業(yè)，也是我國(guó)三大支柱產(chǎn)業(yè)之一，食品工業(yè)是“為耕者謀利、為食者造福”的民生產(chǎn)業(yè)，近 20 年來(lái)是我國(guó)國(guó)民生產(chǎn)總值第一位的產(chǎn)業(yè)，在實(shí)施強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略和推進(jìn)健康中國(guó)建設(shè)中具有重要地位[1]。目前，食品產(chǎn)業(yè)仍有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ称樊a(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)高素質(zhì)的人才。食品科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)人才需要較高的實(shí)踐技能，才能適應(yīng)食品產(chǎn)業(yè)對(duì)專(zhuān)業(yè)人才的需求，同時(shí)該專(zhuān)業(yè)具有較強(qiáng)的工科背景，而大多是農(nóng)業(yè)院校工程教育環(huán)節(jié) 薄 弱 ， 存 在 “ 重 科 學(xué) 理 論 ， 輕 工 程 設(shè) 計(jì) ” 的 情況[2]，是該專(zhuān)業(yè)建設(shè)及發(fā)展中存在的突出問(wèn)題。教育部首輪“新工科”專(zhuān)業(yè)改革建設(shè)中，食品農(nóng)林類(lèi)被列為 19 個(gè)項(xiàng)目群之一，表明食品類(lèi)專(zhuān)業(yè)要以高質(zhì)量的工程教育服務(wù)國(guó)家新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革[3]。食品科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的建設(shè)具有明顯的地域性、應(yīng)用性和特色化。在新工科建設(shè)的大背景下，食品科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)應(yīng)立足地方資源特色[4]，聚力培養(yǎng)食品新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、食品工程設(shè)計(jì)、食品安全控制與管理等領(lǐng)域的高質(zhì)量應(yīng)用型工程技術(shù)人才，培養(yǎng)具有較強(qiáng)實(shí)踐技能的高素質(zhì)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才是該專(zhuān)業(yè)發(fā)展的目標(biāo)和人才培養(yǎng)的主要任務(wù)[5]。

青海大學(xué)食品科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力為核心目標(biāo)開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)，讓學(xué)生在掌握食品科學(xué)基本理論基礎(chǔ)上，熟悉典型食品加工單元操作，以及食品工廠的生產(chǎn)、規(guī)劃及管理，培養(yǎng)學(xué)生解決食品工業(yè)生產(chǎn)及發(fā)展實(shí)際問(wèn)題的能力。該專(zhuān)業(yè)在建設(shè)過(guò)程中堅(jiān)持特色優(yōu)先，強(qiáng)化實(shí)踐技能培訓(xùn)，不斷探索基于青藏高原特色食品資源的實(shí)踐教學(xué)體系[4]。但受到實(shí)踐教學(xué)資源、教學(xué)計(jì)劃安排、實(shí)踐教學(xué)經(jīng)費(fèi)等因素的限制，實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量的提升處于瓶頸階段，需要突破限制，充分借助新興教學(xué)工具，如互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、虛擬仿真技術(shù)、人工智能等技術(shù)，將視、聽(tīng)、觸等多種感知的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量。

自 2018 年以來(lái)，努力探索虛擬仿真教育技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)體系中應(yīng)用，將虛擬仿真教學(xué)充分應(yīng)用于“食品工程原理”“食品機(jī)械與設(shè)備”“食品工藝學(xué)”等課程的實(shí)踐教學(xué)中；同時(shí)，建立了基于青海特色食品資源青稞、牦牛全產(chǎn)業(yè)鏈的虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，將理論知識(shí)和實(shí)踐技能操作有效結(jié)合，充分發(fā)揮校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室、校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)基地及校外實(shí)踐教學(xué)基地的實(shí)踐教學(xué)功能，構(gòu)建了基于虛擬仿真技術(shù)為紐帶的三維一體的實(shí)踐教學(xué)體系，為青海大學(xué)食品科學(xué)與工程本科教學(xué)質(zhì)量提升奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，為新的教學(xué)方法探索與改革創(chuàng)造了條件。

1 提高食品科學(xué)與 工 程人 才培 養(yǎng)質(zhì) 量實(shí) 踐 教 學(xué) 存 在的主要問(wèn)題

1.1 有限的實(shí)踐教學(xué)資源是限制實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量提升的瓶頸問(wèn)題

食品科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生人數(shù)較多，但大型儀器及加工設(shè)備臺(tái)套數(shù)較少，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)分組學(xué)生人數(shù)較多，學(xué)生參與具體儀器及設(shè)備操作的機(jī)會(huì)受限，學(xué) 生獨(dú)立操作的機(jī)會(huì)少，影響學(xué)生動(dòng)手能力 的 培養(yǎng)， 限制了學(xué)生對(duì)儀 器設(shè)備性能及操 作技術(shù)的 掌握，影響實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量的提升。對(duì)于一些綜合性大實(shí)驗(yàn)，多個(gè)班級(jí)輪流使用實(shí)驗(yàn)室也給實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)的諸多不便。此外，受實(shí)驗(yàn)室安全管理和人員配備等方面的限制，學(xué)生一般只能在實(shí)驗(yàn)課規(guī)定的時(shí)間內(nèi)做實(shí)驗(yàn)，限制了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的掌握及實(shí)踐技能的培養(yǎng)。

食品科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目繁多，所需要原料、儀器種類(lèi)較多。實(shí)驗(yàn)室配置的大型精密儀器及加工設(shè)備，普遍具有體積大、投資多、操作不當(dāng)易引起損壞、設(shè)備維護(hù)復(fù)雜且費(fèi)用高等特點(diǎn)。例如，食品分析實(shí)驗(yàn)中關(guān)于氣相、液相操作等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，一般以教師講解與操作演示為主， 學(xué)生在一旁觀看，學(xué)生幾乎沒(méi)有自主操作的機(jī)會(huì)，影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。此外，加工設(shè)備、精密儀器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，即使教師在現(xiàn)場(chǎng)做情景化、實(shí)時(shí)化的演示實(shí)驗(yàn)，但無(wú)法拆解設(shè)備及儀器，學(xué)生也難對(duì)該儀器設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)造對(duì)進(jìn)行深入和全面的了解。

1.2 安全性風(fēng)險(xiǎn)限制了部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開(kāi)設(shè)的問(wèn)題

食品理化檢驗(yàn)中用到的部分化 學(xué) 試 劑多易燃、易揮發(fā)，并具有一定的腐蝕性和毒性，如凱氏定氮法測(cè)定粗蛋白和索氏抽提法測(cè)定粗脂肪中用到的濃硫酸和乙醚，該類(lèi)實(shí)驗(yàn)操作中存在一定風(fēng)險(xiǎn)，學(xué)生在實(shí)際操作前最好對(duì)儀器設(shè)備及實(shí)驗(yàn)過(guò)程有一定的了解和掌握，才能保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。此外，食品加工單元中多涉及高溫、高壓等條件，且一些精密儀器的長(zhǎng)時(shí)間使用存在輻射危害。實(shí)驗(yàn)中存在的安全風(fēng)險(xiǎn)限制了實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開(kāi)設(shè)和學(xué)生獨(dú)立操作實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。

現(xiàn)代食品加工企業(yè)具有嚴(yán)格的食品質(zhì)量及安全管理制度，學(xué)生進(jìn)入車(chē)間實(shí)習(xí)需要進(jìn)行體檢、辦理健康證等一系列程序，因此學(xué)生無(wú)法結(jié)合課程理論學(xué)習(xí)，及時(shí)進(jìn)行生產(chǎn)技能訓(xùn)練為主的生產(chǎn)實(shí)習(xí)；受風(fēng)險(xiǎn)管控及安全規(guī)定限制，學(xué)生進(jìn)入車(chē)間實(shí)習(xí)也無(wú)法接觸設(shè)備操作、設(shè)備控制等實(shí)踐技能訓(xùn)練，大多時(shí)候只能是參觀式的實(shí)習(xí)，學(xué)生集中生產(chǎn)實(shí)習(xí)期間，大多時(shí)間只能在包裝車(chē)間、倉(cāng)儲(chǔ)等環(huán)節(jié)實(shí)習(xí)，極大地限制了學(xué)生生產(chǎn)實(shí)習(xí)的效果。

1.3 校內(nèi)生產(chǎn)基地?zé)o法建設(shè)生產(chǎn)線，限制學(xué)生實(shí)踐教學(xué)機(jī)會(huì)的問(wèn)題

現(xiàn)代食品加工廠基本是電腦中央化控制的自動(dòng)化流水生產(chǎn)線，生產(chǎn)線自動(dòng)化程度高，不再是單元設(shè)備的簡(jiǎn)單連接?，F(xiàn)階段，校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)基地加工設(shè)備多為單元操作設(shè)備，無(wú)法訓(xùn)練學(xué)生專(zhuān)業(yè)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，也無(wú)法讓學(xué)生了解現(xiàn)代食品工業(yè)化生產(chǎn)的場(chǎng)景及現(xiàn)代化加工生產(chǎn)設(shè)備的使用、管理等知識(shí)。

1.4 食品專(zhuān)業(yè) 理 論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技術(shù) 片 段化 嚴(yán) 重 ，沒(méi)有形成整體體系的問(wèn)題

目前，我國(guó)高校大多數(shù)食品科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的課程體系由通識(shí)課程、學(xué)科基礎(chǔ)課程、專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程和專(zhuān)業(yè)課程 4 個(gè)部分組成，被分割成多個(gè)課程進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)生學(xué)習(xí)完各個(gè)課程后往往沒(méi)有將食品學(xué)科整個(gè)知識(shí)點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)整合起來(lái)，知識(shí)的片段化問(wèn)題極為嚴(yán)重。知識(shí)點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的片段化使得學(xué)生無(wú)法提高綜合技能水平，無(wú)法將所學(xué)知識(shí)和技能靈活應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中。例如，“食品化學(xué)”主要介紹了食品中主要營(yíng)養(yǎng)素的化學(xué)特性，“食品工藝學(xué)”主要介紹了食品加工中用到的各種工藝，學(xué)生只能片段化地學(xué)習(xí)，無(wú)法將兩者綜合起來(lái)。

1.5 現(xiàn)有專(zhuān)業(yè) 培 養(yǎng)模式無(wú)法形成以 食 品加 工 為中心的全產(chǎn)業(yè)鏈知識(shí)體系的問(wèn)題

隨著我國(guó)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實(shí)施，以食品加工為中心的農(nóng)產(chǎn)品加工產(chǎn)業(yè)已成為廣大農(nóng)村精準(zhǔn)扶貧、實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興的主要產(chǎn)業(yè)，在我國(guó)新農(nóng)村建設(shè)及鄉(xiāng)村振興的大背景下，對(duì)食品科技人才專(zhuān)業(yè)技能的要求 涉 及 產(chǎn) 前 （種 植 、養(yǎng) 殖）、 產(chǎn) 中 （加 工）、 產(chǎn) 后（消費(fèi)），而目前食品科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)主要集中于加工的理論和知識(shí)，而忽略了產(chǎn)前和產(chǎn)后知識(shí)的學(xué)習(xí)，無(wú)法適應(yīng)新時(shí)代農(nóng)業(yè)、農(nóng)村發(fā)展對(duì)食品專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才專(zhuān)業(yè)技能的要求。

2 構(gòu)建三位一體實(shí)踐教學(xué)體系的目的

2.1 凝練專(zhuān)業(yè)特色，開(kāi)展虛實(shí)結(jié)合、多元一體的混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)

以青海省特色食品資源為依托 ， 將原料種植、品質(zhì)評(píng)價(jià)、產(chǎn)品加工、企業(yè)管理、成本核算等專(zhuān)業(yè)知識(shí)點(diǎn)結(jié)合，充分發(fā)揮虛擬仿真教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建整體的、有特色的食品科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的理論及實(shí)踐知識(shí)體系，有助于學(xué)生系統(tǒng)性地學(xué)習(xí)及技能培訓(xùn)。

2.2 建立理實(shí)＋實(shí)踐一體化教學(xué)體系

充分結(jié)合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室及 校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)基地實(shí)驗(yàn)、校外企業(yè)認(rèn)知及生產(chǎn)實(shí)習(xí)，將理論知識(shí)與實(shí)踐技能訓(xùn)練結(jié)合，將線上與線下教學(xué)資源結(jié)合，將校內(nèi)與校外實(shí)踐教學(xué)資源整合，建立“三位一體”的實(shí)踐教學(xué)體系。以實(shí)踐教學(xué)促進(jìn)理論學(xué)習(xí)，以虛擬仿真教學(xué)促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)，完善學(xué)生專(zhuān)業(yè)知識(shí)體系，強(qiáng)化實(shí)踐技能培訓(xùn)，形成特色實(shí)踐教學(xué)體系，為食品科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)服務(wù)。

2.3 構(gòu)建完善的專(zhuān)業(yè)課程群知識(shí)體系

“三位一體”實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容不僅貫穿專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程和專(zhuān)業(yè)課程的知識(shí)體系，同時(shí)也建立涵蓋農(nóng)產(chǎn)品加工產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后的知識(shí)，有利于學(xué)生掌握完備的知識(shí)。實(shí)行“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)”的教學(xué)方針，給予學(xué)生個(gè)性化發(fā)展的空間，打破以課程為單位的實(shí)驗(yàn)體系，增加綜合性、研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，提高實(shí)踐教學(xué)水平，加強(qiáng)學(xué)生綜合基礎(chǔ)知識(shí)、基本實(shí)踐技能和科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[6]。

2.4 破解實(shí)踐教學(xué)空間及教學(xué)資源的限制，提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量

充分利用信息化、網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)資源，發(fā)揮虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，線上為學(xué)生提供工程原理、加工工藝、大型儀器及加工設(shè)備，食品加工生 產(chǎn)線，食品廠生產(chǎn)環(huán)境的學(xué)習(xí)及實(shí)踐機(jī)會(huì)，增加學(xué)生自主學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐技能，提高學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量。

3 基于虛擬仿真技術(shù)的“三位一體”的實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建

食品科學(xué)與工程“三位一體”實(shí)踐教學(xué)體系見(jiàn)圖 1。

圖1 食品科學(xué)與工程“三位一體”實(shí)踐教學(xué)體系

以提高本科教學(xué)質(zhì)量、強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)、突出實(shí)踐技能培養(yǎng)、提高本科人才培養(yǎng)質(zhì)量為目的，依托現(xiàn)代信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化教學(xué)資源，建設(shè)青藏高原特色食品生產(chǎn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真平臺(tái)、校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室及實(shí)踐教學(xué)基地，校外實(shí)踐教學(xué)基地相結(jié)合的“三位一體”實(shí)踐教學(xué)體系，強(qiáng)化食品科學(xué)與工程工程類(lèi)課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，強(qiáng)化工程教育環(huán)節(jié)。

4 基于虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)資源的混合式實(shí)踐教學(xué)模式

遵從“能實(shí)不虛、虛為實(shí)用、虛實(shí)結(jié)合”的原則，基于虛擬仿真平臺(tái)，將實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)為“預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn) （線上，線下） + 虛擬仿真實(shí)驗(yàn) （線上） + 實(shí)踐教學(xué) （線下）”3 個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，將實(shí)踐教學(xué)模式設(shè)計(jì)為“實(shí)驗(yàn)信息發(fā)布及討論 + 虛擬仿真教學(xué) + 線下實(shí)驗(yàn)教學(xué) + 綜合考核 + 實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量鞏固”5 個(gè)步驟教學(xué)活動(dòng)即“三環(huán)五步”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)模式。

基于虛擬仿真教學(xué)資源的混合式實(shí)踐教學(xué)模式見(jiàn)圖 2。

圖2 基于虛擬仿真教學(xué)資源的混合式實(shí)踐教學(xué)模式

以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為紐帶，充分應(yīng)用校內(nèi)外2 個(gè)實(shí)踐教學(xué)資源，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量。學(xué)生可以充分利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及生產(chǎn)實(shí)踐內(nèi)容的預(yù)習(xí)，通過(guò)虛擬仿真平臺(tái)對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)行反復(fù)練習(xí)及操作，達(dá)到對(duì)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的熟練掌握，鞏固實(shí)踐教學(xué)成果，利用校外實(shí)踐教學(xué)基地，提高學(xué)生生產(chǎn)實(shí)踐技能及綜合素質(zhì)，全方位、多渠道培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐技能及工程能力。利用信息化教學(xué)資源，強(qiáng)化師生信息交流溝通，達(dá)到教學(xué)相長(zhǎng)，鼓勵(lì)學(xué)生自學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力。

在實(shí)踐教學(xué)中，利用 3D 虛擬技術(shù)模擬食品工程原理實(shí)驗(yàn)、食品加工關(guān)鍵工藝，農(nóng)產(chǎn)品及畜產(chǎn)品加工技術(shù)、工藝流程、加工設(shè)備、食品理化分析、食品車(chē)間布局，食品廠空間布局，食品廠管理等知識(shí)點(diǎn)，通過(guò)線上學(xué)習(xí)及討論，使學(xué)生對(duì)工程原理、加工工藝、加工技術(shù)有初步的了解和熟悉，在實(shí)踐教學(xué)中充分利用實(shí)驗(yàn)室教學(xué)資源及校外實(shí)踐基地，進(jìn)一步強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)操作、產(chǎn)品加工、食品廠生產(chǎn)實(shí)習(xí)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，將虛擬教學(xué)資源與實(shí)驗(yàn)室、實(shí)踐教學(xué)資源充分整合，最大程度地優(yōu)化整合資源，達(dá)到更好的實(shí)踐教學(xué)效果。

5 青藏高原虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建

虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)是連接理論與實(shí)踐教學(xué)，校內(nèi)外實(shí)踐教學(xué)資源的紐帶，是實(shí)現(xiàn)“三位一體”實(shí)踐教學(xué)體系的關(guān)鍵。青海大學(xué)高度重視虛擬仿真教學(xué)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用，2019 年青海大學(xué)建成虛擬仿真智慧教室，為虛擬仿真教學(xué)技術(shù)在本科教學(xué)中的應(yīng)用推廣奠定了基礎(chǔ)。

自 2018 年開(kāi)始，青海大學(xué)食品科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)探索虛擬仿真教學(xué)資源在食品科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用，為解決虛擬仿真教學(xué)資源短缺的問(wèn)題，依托國(guó)家虛擬仿真項(xiàng)目的教學(xué)資源，按照教育部協(xié)同育人方針，聯(lián)系國(guó)內(nèi)具有食品科學(xué)與工程虛擬仿真教學(xué)資源的企業(yè)為食品科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)提供虛擬仿真教學(xué)資源，開(kāi)展虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)。同時(shí)，進(jìn)行師資培訓(xùn)，參加國(guó)內(nèi)相關(guān)的虛擬仿真教學(xué)技術(shù)交流。在“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中采用虛擬仿真與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)改革與實(shí)踐，分析虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)技能的影響，并評(píng)價(jià)對(duì)課程學(xué)習(xí)的影響，結(jié)果表明在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)引入虛擬仿真教學(xué)資源，可極大地提高學(xué)生對(duì)“食品工程原理”理論及實(shí)驗(yàn)操作的掌握程度，提高教學(xué)質(zhì)量。2019 年參加全國(guó)大學(xué)生工程原理虛擬仿真競(jìng)賽，獲得地區(qū)特等獎(jiǎng)、一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)的優(yōu)異成績(jī)，參加全國(guó)大賽取得二等獎(jiǎng)的優(yōu)異成績(jī)。

為探索虛擬仿真教學(xué)技術(shù)手段在工程領(lǐng)域教學(xué)的應(yīng)用，提高本科實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，2019 年青海大學(xué)投資 250 萬(wàn)元，立項(xiàng)建設(shè)青藏高原食品生產(chǎn)虛擬仿真平臺(tái)，為實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及方法的改革，新的實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建奠定了基礎(chǔ)。

青海大學(xué)青藏高原特色食品生產(chǎn)虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)由青藏高原特色食品虛擬仿真網(wǎng)絡(luò)管理運(yùn)行平臺(tái)、食品工程原理實(shí)驗(yàn)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)、食品工藝實(shí)驗(yàn)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)，牦牛養(yǎng)殖及加工實(shí)踐教學(xué)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)及青稞種植及加工實(shí)踐教學(xué)虛擬仿真平臺(tái) 5 個(gè)部分組成。其中，青藏高原特色食品虛擬仿真網(wǎng)絡(luò)管理運(yùn)行平臺(tái)主要完成軟件、教學(xué)、學(xué)習(xí)、考核及開(kāi)放管理。

青藏高原特色食品虛擬仿真網(wǎng)絡(luò)管理運(yùn)行平臺(tái)的功能包括系統(tǒng)管理、用戶管理、通知公告、仿真資源管理、仿真資源在線學(xué)習(xí)、仿真考試管理、仿真答疑、理論試題管理、題庫(kù)練習(xí)、理論考試管理、仿真學(xué)習(xí)統(tǒng)計(jì)、理論考試中心、自我檢測(cè)、知識(shí)點(diǎn)管理、知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)、機(jī)構(gòu)管理、班級(jí)通知公告、知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)系統(tǒng)、理論考核系統(tǒng)、課程管理及課程學(xué)習(xí)。管理員可以對(duì)網(wǎng)站系統(tǒng)基本信息進(jìn)行編輯管理；對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行備份、恢復(fù)等操作管理；查看用戶登錄日志和系統(tǒng)操作日志。

“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及教學(xué)軟件包括雷諾演示 3D 虛擬仿真軟件、洞道干燥3D 虛擬仿真軟件、膜分離 3D 虛擬仿真軟件、精餾綜合拓展 3D 虛擬仿真軟件、管式反應(yīng)器流動(dòng)特性測(cè)定 3D 虛擬仿真軟件、固定流化床 3D 虛擬仿真軟件、傳 熱 3D 虛 擬 仿 真 軟 件 、蒸 發(fā) 3D 虛 擬 仿 真 實(shí) 驗(yàn) ?！笆称饭に噷?shí)驗(yàn)”教學(xué)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)軟件主要包括超臨界流體萃取 3D 虛擬仿真軟件、濃縮與結(jié)晶3D 虛擬仿真軟件、發(fā)酵罐 3D 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件、恒壓過(guò)濾 3D 虛擬仿真軟件、液液萃取塔 3D 虛擬仿真軟件、流化床干燥 3D 虛擬仿真軟件、二氧化碳吸收與解析 3D 虛擬仿真軟件。

牦牛養(yǎng)殖加工實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)包括牦牛養(yǎng)殖、牦牛屠宰、牦牛肉產(chǎn)品加工虛擬仿真軟件。牦牛養(yǎng)殖教學(xué)內(nèi)容使學(xué)生了解天然放牧不同季節(jié)牦牛的養(yǎng)殖方式 （特點(diǎn)），生態(tài)畜牧業(yè)養(yǎng)殖模式、掌握養(yǎng)殖場(chǎng)集中養(yǎng)殖方式、對(duì)比集中飼養(yǎng)和天然放牧的區(qū)別，掌握牦牛肉的品質(zhì)及風(fēng)味檢測(cè)技術(shù)手段等，可以進(jìn)行養(yǎng)殖場(chǎng)成本及經(jīng)濟(jì)效益分析，設(shè)置養(yǎng)殖場(chǎng)規(guī)模、肉及副產(chǎn)物價(jià)格、分析養(yǎng)殖成本及效益。牦牛屠宰教學(xué)內(nèi)容包括牦牛屠宰、牦牛分割分級(jí)模塊。牦牛肉產(chǎn)品加工教學(xué)內(nèi)容涉及牦牛肉產(chǎn)品加工模塊、牦牛肉產(chǎn)品品質(zhì)及風(fēng)味分析模塊、加工廠經(jīng)濟(jì)效益分析模塊 3 個(gè)部分。

青稞種植及加工實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)包括青稞種植及收割仿真軟件及青稞加工工藝生產(chǎn)實(shí)習(xí)仿真軟件。青稞種植及收割仿真軟件教學(xué)內(nèi)容包括青稞種植收割管理模塊，青稞加工工藝生產(chǎn)實(shí)習(xí)仿真軟件涉及教學(xué)內(nèi)容包括青稞品質(zhì)及風(fēng)味分析模塊；谷物 （青稞） 制粉工藝及典型設(shè)備運(yùn)行模塊、青稞粉 （γ - 氨基丁酸粉） 的制備工藝及應(yīng)用模塊、γ - 氨基丁酸粉酸奶生產(chǎn)加工模塊及青稞酒的生產(chǎn)加工模塊。

虛擬仿真平臺(tái)通過(guò)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的結(jié)合，學(xué)習(xí)過(guò)程的有效管理，學(xué)習(xí)與考核的有效管理，在仿真軟件開(kāi)發(fā)中根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容將理論知識(shí)有效的嵌入實(shí)驗(yàn)及各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐知識(shí)的有效結(jié)合。以全產(chǎn)業(yè)鏈的生產(chǎn)環(huán)節(jié)制作虛擬仿真軟件，使教學(xué)內(nèi)容涵蓋農(nóng)產(chǎn)品的農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品加工、企業(yè)管理、產(chǎn)品評(píng)價(jià)的全產(chǎn)業(yè)鏈，極大地豐富了學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)的渠道，拓展了食品專(zhuān)業(yè)學(xué)生的知識(shí)面，優(yōu)化了學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，彌補(bǔ)了大多數(shù)食品專(zhuān)業(yè)課只涉及產(chǎn)品加工工藝的教學(xué)內(nèi)容短板，使學(xué)生知識(shí)及能力培養(yǎng)培養(yǎng)更加符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求和新農(nóng)村建設(shè)的需求。

6 食品科學(xué)與工程三維一體虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)效果的評(píng)價(jià)

三維一體實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建，充分發(fā)揮“虛實(shí)結(jié)合、以虛補(bǔ)實(shí)”的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，解決部分實(shí)體教學(xué)實(shí)驗(yàn)難以開(kāi)展的問(wèn)題。在“三位一體”的實(shí)踐教學(xué)體系中，充分發(fā)揮虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，解決了食品科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)設(shè)備及工程設(shè)備短缺，特別是大型生產(chǎn)設(shè)備短缺，限制了學(xué)生在學(xué)校無(wú)法進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)踐技能訓(xùn)練的問(wèn)題，以及由于工程實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺(tái)套數(shù)少，無(wú)法在實(shí)驗(yàn)室充分開(kāi)展工程實(shí)驗(yàn)的教學(xué)困難；克服了學(xué)生生產(chǎn)實(shí)習(xí)等實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)受生產(chǎn)單位食品質(zhì)量與安全相關(guān)管理規(guī)定制約，無(wú)法配合課程學(xué)習(xí)隨時(shí)進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的問(wèn)題；還解決了食品科學(xué)與工程本科專(zhuān)業(yè)部分實(shí)驗(yàn)成本較高，存在安全風(fēng)險(xiǎn)的問(wèn)題。

7 結(jié)語(yǔ)

三位一體實(shí)踐教學(xué)中的虛擬仿真軟件教學(xué)采用寓教于樂(lè)、角色化實(shí)踐操作等實(shí)驗(yàn)教學(xué)新手段，將理論知識(shí)融合到實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，極大地增強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)積極性，激發(fā)學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)興趣。把虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，增加交互場(chǎng)景設(shè)置，創(chuàng)設(shè)基于問(wèn)題導(dǎo)向和角色化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，構(gòu)建基于真實(shí)情境、綜合實(shí)踐的教學(xué)環(huán)境；教育方式由教師主導(dǎo)向?qū)W生自主轉(zhuǎn)變，灌輸式教學(xué)向啟發(fā)、互動(dòng)轉(zhuǎn)變，機(jī)械式教學(xué)向研究、探索和合作轉(zhuǎn)變。該教學(xué)體系實(shí)現(xiàn)“深度交互、理實(shí)融合”學(xué)習(xí)效果；培養(yǎng)學(xué)生自主完成綜合調(diào)查、分析測(cè)試、方案設(shè)計(jì)、編寫(xiě)報(bào)告的能力，激勵(lì)觀察思考和發(fā)散創(chuàng)新。通過(guò)學(xué)生評(píng)教、專(zhuān)家考評(píng)、教師教學(xué)自我評(píng)價(jià)等方式對(duì)食品科學(xué)與工程三位一體實(shí)踐教學(xué)體系的應(yīng)用及效果進(jìn)行多元考核及評(píng)價(jià)。綜合考評(píng)結(jié)果表明，“三位一體”的實(shí)踐教學(xué)模式有助于形成互動(dòng)交流學(xué)習(xí)和多層次的實(shí)踐教學(xué)模式，使學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中能夠獲得更多的自主權(quán)，最大限度地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及學(xué)習(xí)能力，極大地提高了食品科學(xué)與工程實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，強(qiáng)化了學(xué)生的工程訓(xùn)練環(huán)節(jié)，有利于按“新工科”建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)食品科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)。