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摘 要：在抗疫背景下，为了解决食品微生物检验实验教学受到仪器设备等硬件设施的限制，我们采用了虚拟仿真实验教学代替传统的实验教学，并通过自行设计的调查问卷对我院 76 名在校本科生进行调查。结果表明：大部分学生认为虚拟仿真实验可以提高对实验课的兴趣和实践能力，有助于开展科创活动，但是很多学生同时表示经过虚拟仿真实验后，不能全面掌握实验步骤，导致不能完全独立完成真实实验。因此，应进一步改进虚拟仿真实验平台的不足，有机结合虚拟仿真实验和传统实验，最终达到有效提高食品微生物检验实验教学质量的目的。
关键词：食品微生物检验实验；虚拟仿真实验；问卷调查
本文引用格式：邹苑 , 郑倩望 , 叶志伟 , 等 . 食品微生物检验实验开展虚拟仿真实验教学的调查及分析 [J]. 教育现代化 ,2021,8(35):172-175.
Using Virtual Simulation in Food Microbiological Inspection ExperimentZOU Yuan, ZHENG Qianwang, YE Zhiwei, WEI tao(College of Food Science, South China Agricultural University, Guangzhou Guangdong)
Abstract: Under the novel coronavirus outbreak background, the ministry of education asked to postpone the start of school and carry out the online teaching. In order to solve the limitation of the equipment and other hardware facilities for food microbiological inspection experiment teaching, a virtual simulation experiment platform was adopted to instead of the traditional experimental teaching. Also, a self-designed questionnaire was used to investigate 76 undergraduates enrolled in the College of Food Science South China Agricultural University in 2020. The results showed that most of the students recognized the advantages of the virtual simulation experiment. They believed that the virtual simulation experiment can improve learning interest and practical ability, and help to carry out the scientific and technological innovation activities. However, students also thought that after the virtual simulation experiment, they could not completely understand the all experimental procedures, and they were not confident to finish the real experiment independently. Therefore, the deficiencies of the virtual simulation experiment platform should be further improved, and the virtual simulation experiment and traditional experiment should be combined organically, thereby effectively improving the quality of food microbiological inspection experiment teaching.
Keywords: food microbiological inspection experiment; virtual simulation experiment; questionnaire survey
一 引言
受到新型冠状病毒肺炎疫情的影响，教育部要求 2020 年春季学期延期开学，并提倡在防控疫情期间学校采取网络平台进行教学。为了实现“停课不停教，停课不停学”的任务目标，高校可以通过充分挖掘利用国家、地方、学校现有的优质网络课程资源来顺利开展线上课程。但是，实验教学的开展受到场所、仪器设备等客观因素的严重限制，成为了开展线上教学最为棘手的难题。虚拟仿真实验平台是一种基于互联网、VR 虚拟现实等多种前沿技手段开发的开放式网络化虚拟实验教学系统，可以创建各种形式的实验教学场景，供学生完成多种类型的实验，从而解决实验教学在空间限制等方面的问题 [1-2]。
近年来，我国从国家政策层面上也对虚拟仿真技术在实验教学领域的发展提供了大力的政策支持， 教育部在教高厅〔2017〕4 号文件决定于2017-2020 年在普通本科高等学校开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设工作，教高厅〔2018〕5 号文件强调要深入推进国家虚拟仿真实验教学项目的建设和服务工作 [3-4]。因此，目前已有一定的虚拟仿真实验资源可供实验教学使用 [5]。
食品微生物检验实验课是一门实践性和应用性很强的课程，主要运用微生物学理论与技术，检验食品中是否有对人体有危害的微生物及其代谢产物的污染，为生产出安全、卫生、符合标准的食品提供科学依据，确保消费者饮食安全与健康。传统的食品微生物检验实验课都是主要依赖于真实的实验室，学生在老师的指导下亲手操作实验。显然，在疫情期间，由于空间的限制，老师和学生不能像往常一样开展传统的食品微生物检验实验课。虚拟仿真实验技术可以打破时间和空间的限制，为这门实验课实现线上教学提供了有利条件 [6]。
二 研究对象与方法
（一） 研究对象
选择华南农业大学食品学院 2018 级生物工程专业学生，共 76 人为研究对象。
（二） 研究方法
选取“食品微生物检验实验”中大肠菌群计数、沙门氏菌检验和金黄色葡萄球菌检验这三个实验为例子，进行虚拟仿真实验教学。首先，老师借助虚拟仿真实验平台对实验进行讲解，包括实验目的、原理、方法及注意事项；然后，学生自行观看实验操作视频，熟悉虚拟仿真实验平台，并进行虚拟仿真实验操作，完成实验报告；最后，在实验结束后统一采用问卷调查的形式对虚拟仿真实验教学效果进行评价。
实验结束后，通过问卷星形式向学生发放自行设计的线上问卷，在规定的时间内让学生完成问卷回答。发放问卷调查前，老师先向本次参加实验的学生解释本次问卷调查的目的和意义，以保证问卷填写的可靠性。本次虚拟仿真实验教学效果评价问卷共设置 13 道题， 主要涉及虚拟仿真实验的形式、效果、感受及满意度等方面。
三 调查结果与分析
本次问卷调查共发放问卷 76 份，收回 76 份，均符合标准。根据问卷调查图 1 结果发现仅有 5.26% 的学生认为虚拟仿真实验可以完全替代真实实验操作， 大部分学生认为基本能（34.21%） 和部分能（47.37%） 替代真实实验， 还有一小部分学生（13.16%）认为完全不能替代真实实验操作。超过一半（53.95%）的学生更希望上传统的真实实验课， 可以实际操作实验，也有相当一部分学生（36.84%） 倾向于真实实验与虚拟仿真实验相结合，仅有少量（9.21%）学生希望只上虚拟仿真实验。如果是作为真实实验的补充，大部分学生认为不管是因为虚拟仿真实验本身有趣还是为了拓展专业知识和完成学习任务的情况下，都会进行虚拟仿真实验操作。可见， 超过一半的学生（56.58%）表现出自主使用意愿不强，是需要在上级部门强制性要求下才会主动使用虚拟仿真实验平台。这些调查结果与西南大学对虚拟仿真实验教学需求问卷调查结果一致 [7]。
主要是因为现使用的虚拟仿真实验平台与真实实验操作还存在比较大的差距，学生不能对实验现象进行真实观察， 缺少了真实实验操作时的科学发现和好奇心理。问卷调查图 2 结果表明大部分学生认为虚拟仿真实验可以提高对实验课的学习兴趣，其中仅有小部分学生（15.79%）认为有很大程度的提高。另外， 还有一小部分学生（18.42%）认为完全不能帮助提高实验课的学习兴趣。有关虚拟仿真实验对开展科创活动是否有帮助方面，绝大部分学生（77.63%） 认为有一定的帮助，小部分学生却持完全相反观点（9.21%）。
可见，虚拟仿真实验教学可以激发学生的学习兴趣和创新能力。这些调查结果与张连生等人在综合性预防医学虚拟仿真实验教学 [8] 和张莹等人在蛋白质测定虚拟仿真实验教学 [9] 的调查结果一致。计算机虚拟仿真技术按照学生的生理和心理特点， 配有音乐、动画、声效，并结合富有新意的操作界面， 给予学生一种寓教于乐的学习方法，具有游戏体验， 这在一定程度上提高了学生对实验课的学习兴趣。另外，利用虚拟仿真实验平台，学生可以反复地进行实验操作，不用担心实验失败或操作错误，让学生勇于动手和探索，有利于提高学生的创新能力。
根据问卷调查图 3 结果可知：绝大部分学生认为虚拟仿真实验的开展能够提高实践能力，其中9.21% 学生认为是有很大程度的提高，77.63% 学生认为是有部分提高， 仍有小部分学生（13.16%） 持完全相反的态度，认为完全不能帮助提高实践能力。完成虚拟仿真实验课学习后，只有少量学生（11.84%）认为完全可以清楚地掌握实验原理和步骤，超过一半的学生（63.16%）认为基本能掌握， 小部分（23.68%）认为部分掌握， 仅有 1.32% 的学生认为完全不能掌握。相比起实验原理和步骤的掌握，学生对于自己能够独立完成实验操作的信心有所降低。只有 10.53% 学生认为自己完全能够独立完成真实实验操作，56.58% 学生认为自己基本能够独立完成，而 28.95% 学生认为自己部分能够完成，仍有 3.95% 学生认为自己完全不能独立完成真实实验操作。
从以上调查结果发现，学生认为虚拟仿真实验虽然可以提高实践能力，但是单纯地进行虚拟仿真实验教学后，难以全面把握实验操作的细节，导致不能完全独立完成真实实验操作。这可能与现使用的虚拟仿真实验平台的操作系统不够完善有比较大的关系，只是通过简单地使用鼠标点击界面中的图标进行下一步，具体的实验细节在虚拟仿真实验中没有得到很好地体现，与传统实验操作存在较大的差异，这也与问卷调查图 4 结果是一致的。
大部分学生（75%） 认为现使用的虚拟仿真实验平台的表达方式是比较合理的，但还是不够理想。有较多学生（34.21%）认为现使用的虚拟仿真实验平台操作偏难，主要是因为操作过程中会出现卡顿， 空间移动的相关操作不够方便。经过虚拟仿真实验教学后，仅有少部分学生（15.79%）认为这种教学模式非常适用于食品微生物检验的实验教学，大部分学生（73.68%）只认为是部分适用，还有一小部分学生（10.53%）认为不适用。因此，需要进一步合理科学地完善并升级当前的虚拟仿真实验平台， 给学生提供一种更熟悉、自然和真实的感觉和体验， 尤其是对仪器设备的介绍、展示、操作和数据处理， 允许学生自行设置仪器参数、准备材料和配制试剂等操作。
根据问卷调查图 5 结果可知，大部分学生都认可虚拟仿真实验平台具有一定优势，主要表现在可以作为实际操作的预习和复习，可以节省真实实验操作的等待时间，可以避免空间和仪器设备等硬性条件的限制。利用虚拟仿真实验平台，学生可以选择自己难懂的实验部分反复地进行实验操作，以达到熟练的效果。但是，超过一半的学生认为影响现用的虚拟仿真实验平台使用效果的主要因素是同学间的相互配合不够（51.32%） 和实验操作过程不够真实（76.32%），导致学生的团队合作意识不够，同时不能深入地理解和观察实验的过程和现象。因此，实验教学中应该结合虚拟仿真实验和传统实验的优点，从而更好地提高教学效果。
四 结论
以后的传统实验教学中实行虚拟实验和传统实验的有机结合，可以有效提高食品微生物检验实验的教疫情期间我们借助于虚拟仿真实验平台完成了食品微生物检验实验教学，并对学生发放问卷调查以了解其对这种新型实验教学模式的态度，从而反馈更好的实验教学建议。根据此次的调查情况，发现大部分学生都能够认同虚拟仿真实验平台具有传统真实实验所不具有的优势，主要表现在可以不受时间、空间、仪器设备、危险因素等条件的限制， 可以让学生直观完整地完成整个实验操作流程。学生还认为虚拟仿真实验操作在一定程度上可以提高对真实实验操作的学习兴趣，有助于开展科创活动， 提高实践能力。
但是，经过虚拟仿真实验平台学习后， 学生认为自己对实验操作原理、步骤的认识不够深入，难以掌握复杂实验的关键细节，不够有自信去独立完成真实实验操作。学生更希望在实验教学中可以虚实结合，也就是虚拟仿真实验平台作为他们预习和复习的一个手段，在真实实验操作中进一步深入理解实验的原理和操作，并达到真正掌握实验操作中各个细节的目的。另外，虚拟仿真实验平台仍需要进一步地完善和升级，给学生提供一种更熟悉、自然和真实的感觉和体验。总之，虚拟仿真实验是一种有效的新型实验教学手段，可以提高学生的学习兴趣和实验技能，在学质量。
参考文献
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[3]李宏，段雪娟 . 虚拟仿真实验教学现状与改进探讨 [J]. 广东化工 , 2020, 4(47):199-200.
[4]范小露，张新毅 . 国内虚拟仿真实验教学研究趋势与热点分析[J]. 科教文汇 , 2020,489:3-4.
[5]张慰，张嘉鹭 . 虚拟仿真实验教学资源支撑平台建设与实践 [J]. 中国教育信息化 , 2020,13:57-59.
[6]梁燕秀 . 虚拟仿真实验技术在“食品微生物检验”教学中的应用探索 [J]. 福建轻纺 , 2019,9:48-50.
[7]龚成斌，曹雅仪，王强，等 . 虚拟仿真实验教学的需求现状— 基于西南大学虚拟仿真实验教学需求问卷调查分析 [J]. 西南师范大学学报，2019,44(11):155-160.
[8]张连生，吴亚楠 . 计算机虚拟仿真技术在综合性预防医学实验教学中的运用 [J]. 中国医学教育技术，2020,34(2):195-205.
[9]张莹，王卓，方响，等 . 虚拟仿真技术在蛋白质测定实验教学
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