食品化学实验教学模式探索

摘要：虚实结合法可以解决传统食品化学实验教学过程中现存的一些问题，并将理论知识和实际操作相结合，实现食品化学实验课的有效教学。本文重点分析了虚拟仿真技术的特点，虚拟技术在食品化学课中的实现模式，并构建了虚拟实验和实际实验的结合路径，为提高实验课的教学质量奠定了基础。

关键词：食品化学实验；虚拟实验；实际实验；虚实结合

食品化学是食品相关专业一门重要的专业基础课，为其他专业课学习提供必需的基础知识。该课程从化学角度在分子层面让学生了解食品组成、理化特性、营养和安全性质及其在生产加工、储藏运输、销售消费过程中的变化，具有综合性强、涉及学科多、各部分相对独立等特点，学生在学习和理解该课内容时存在一定难度。食品化学实验是其配套教学部分，该实验课不仅有利于学生理解和掌握理论知识，而且有助于学生体验理论知识的实际应用。由于实验条件、课时等限制，教师往往难以安排那些具有重要价值的实验；实验完成后，学生通常认识到了实验的初始条件和最终结果，而实验过程中的具体变化仍然是“黑箱”状态，这降低了实验的实际价值[1]。随着虚拟仿真技术的发展，将该技术引入食品化学实验教学可能是一种有效解决传统实验教学过程中存在问题的方法[2]。本文试图分析食品化学实验教学中存在的一些问题，探讨开展该课程虚实结合教学模式，为提高该实验课教学质量提供借鉴。

1食品化学实验教学中存在的主要问题

1.1实验内容设置简单。食品化学实验中的知识有很强的综合性，它涉及到多个学科。在安排实验时，受实验室条件和课时的限制，通常只能设计一些简单易做的验证性内容。如水分活度是食品化学中一个非常重要的知识点，通常实验课会安排扩散法测定水分活度的实验，学生比较容易掌握测定方法，但对于水分活度的实际意义理解不深，而与实际结合更紧密的“滞后现象”由于所需时间长，在实验课中不予安排。通常生产实际中的问题都是高度综合的，实验课安排的内容却难以体现出来，实验过后学生仍难以解决生产中的实际问题，大大降低了实验课作为理论与生产实践之间的桥梁作用。

1.2学生对实验过程中的关键变化缺乏直观感受。食品化学实验过程中，很多变化都是非常有趣的，可以通过可视化手段给学生直观感受，但实际实验中，通常是教师讲解，学生凭借掌握的知识进行想象，结果是感受不深，实验结果只是一种数据的输出，实验过程中可视化、可形象化的有趣变化完全没有体现[3]。如淀粉的糊化实验，通常实验时只能测定糊化度、黏度等理化指标，而在微观上对于淀粉颗粒形态的变化缺乏直观感受。此外，实验过程中受实际实验条件所限，不是每个学生都能充分参与实验每一个步骤，学生难以从整体上深刻理解实验现象，难以将实验现象与理论知识相联系。

1.3轻视对学生探索能力的培养。通常生产中遇到的实际问题具有高度的综合性，食品化学实验中，学生多是按照教师的讲解和教材上的实验步骤按部就班，学生只是“看山是山，看水是水”，而对实验过程中的关键点、实验结果缺乏深入思考，不利于对学生知识综合运用能力和探索能力的培养。如蛋白质变性实验中制备鸡蛋羹，所得样品品质受水分含量、温度、加热时间、盐浓度等条件的影响，开展该实验时通常是给定一个条件，学生制备出样品，测定相关指标，但他们对于实验条件是如何系统地影响鸡蛋羹品质却仍然未知。

2虚拟仿真实验的优点

2.1实验条件易控。食品化学实验中，实验条件复杂且不易控制，而虚拟实验中，这些条件参数可由学生在虚拟实验平台手动输入，实验条件完全可控。虚拟仿真实验可有效解决某些食品化学实验耗时长、内外影响因素多、设备不足等问题，避免了只能以点带面讨论化学组成、环境条件等对食品组分理化性质的影响，且可以从整体上进行系统性考察，大大提高了实验效率。在虚拟实验中，学生可以任意设置合理范围内的实验参数，仿真系统即时就能给出反馈，基于此，学生就可以在短时间内了解实验条件对结果的系统性影响。

2.2实验过程直观化和指定化。食品化学实验中，很多检测指标是逐渐变化的，通常学生只能得到实验终了时的测定结果，而对于在实验过程中的内在变化缺乏直观感受和形象化认知，不利于对最终结果和内在机理的理解。而在虚拟实验中，实验的进度可由学生根据自己需要实现完全控制；对实验中的重难点部分学生可反复训练；对实验中低知识密度、费时的环节则可快进和缩减，提高了实验过程中的知识密度和实验课时的有效利用。

2.3突出实验要点和提高实验效率。实验过程中，由于学生对理论知识的掌握程度不同，实验操作也不相同，甚至有的学生由于操作不规范而导致实验失败。虚拟实验可给学生提醒、标注出实验要点，对学生操作不当之处作出警告，并提供解决策略，避免学生实验中手忙脚乱。同时虚拟实验有利于学生高效熟悉实验过程，掌握实验过程中的关键点和注意要点，为实际实验的顺利开展打下坚实基础。学生借助虚拟平台可以在短时间内快速了解和掌握食品化学实验的要点，具有灵活、省时、易重复、高效等特点。但实际实验是需要动手操作的，虚拟实验并不能完全代替实际实验。虚拟实验中往往是通过一些模式化程序来说明问题，一旦给定实验参数，反馈的实验结果则是唯一的；而实际实验中的条件更具开放性，学生也可以通过眼睛、鼻子、手等感觉器官多方面了解实验细节，这些详细的信息是虚拟实验无法提供的。

3实验教学的虚实结合模式

在食品化学实验虚实结合教学模式中，虚拟实验是辅助手段，而实际实验是内核，且两者有机结合。该模式中虚拟实验不受时间、地点限制，具有灵活、高效等特点。但食品化学实验终究是一门需要学生身体力行的课程，必须通过实际实验才能更全面地培养学生的动手能力，让学生知行合一。因此，虚实结合食品化学实验教学模式能够让学生更好地掌握基础知识和实验原理，学生既可以从微观层面直观感受，又可以充分习得实验操作技能。

3.1虚拟实验熟悉基本原理和实验步骤。由于虚拟实验易操作、易重复、高容错，且过程和结果形象直观，学生通过虚拟仿真实验能够更好地理解实验原理，明确实验目的，掌握实验流程。虚拟实验可以突出和强调实验过程中的关键点。利用仿真平台中的评估模块考核学生对实验整体的掌握情况，若达到实验要求则准予实际实验，不然则继续练习直到符合要求。

3.2实际实验锻炼操作能力和增加感性体验。学生通过虚拟实验了解了实验目的和实验原理，熟悉了实验步骤，也明确了实验中需要注意的关键点。在此基础上，学生进一步开展实际实验以锻炼操作能力和增加感性体验。实验设计时注重结合食品化学课程特点，实验内容上体现重要知识点，以及提高知识的综合应用性。开展实际实验时，根据实验内容和难度将2~5人分为一个小组，实验过程中组员分工协作，但全组组员需要共同参与实验中的重要环节，如重要实验现象的观察、实验结果的分析等，增强实验的实际体验和团队意识。

3.3虚实结合从点到面掌握和理解实验。在开展虚拟实验和实际实验的基础上，学生回顾和总结实验原理、重要知识点、实验现象、实验过程中的得失，进一步加深对实验的理解。如蛋白质乳化性质实验，学生不仅应理解影响蛋白质乳化性质的因素有哪些，而且还要知道蛋白质乳化性质的本质，并能进一步思考蛋白质这一性质在食品中的意义。通过虚实实验结合和互动，将课程中理论知识点具体化和形象化，并把实验现象理论化，让学生不仅能从知识点的角度去理解实验，而且能在该课程的知识体系上把握实验。

4结语

食品化学实验课是理论知识的具体化，通过实验课，不仅能够促进学生对理论知识点的掌握，从而有利于学生理解实验操作、实验过程中的现象；也能帮助学生在生产实际中应用这些知识点。虚拟平台提供了直观的实验过程，学生可以通过操作实现对实验的多次重复，习得实验要点。虚实结合可以实现两种实验的优势协同，构建理论知识与实际应用之间的关系，有效提升食品化学实验课的教学质量。

参考文献

[1]付莉，石菁菁，于茜.“四位一体”的混合式食品化学实验教学改革探索[J].中国教育信息化，2020(8)：49~51，85.

[2]郑伟南.虚实结合教学模式下的实践教学质量评价体系研究[J].通讯世界，2020，27(4)：176~177.

[3]韩珍琼，任飞，李安林.食品化学实验教学现状分析与改革思考[J].西南科技大学高教研究，2020，36(2)：57~61，65.

作者:丁保淼 高梦祥 江洪波 张燕 张欣 单位:长江大学生命科学学院