食品工程实验教学信息化组织管理模式探索

陈跃文， 蒋丹丹， 崇云青， 陈 杰， 周 雁， 房 升

（1.浙江工商大学a.食品与生物工程学院；b.国家级食品工程与质量安全实验教学中心，杭州310018；2.浙江财经大学数据科学学院，杭州310018）

0 引 言

随着信息技术不断发展，数字资源、网络化管理以及自媒体技术正越来越广泛地应用于高等教育领域，促进了传统人才培养模式的转型升级［1］。2018 年4月，教育部发布了《教育信息化2.0 行动计划》（教技［2018］6 号文件），强调信息化技术在教育现代化工作中的重要性，制定了具体行动计划和保障措施，并提出要在2022 年基本实现“三全、两高、一大”发展目标［2］。通过信息技术不断推动优秀教学资源高度共享，着力提升教学组织和资源管理的网络化和数字化，是推进高等教育人才培养水平提升的重要趋势［3］。

食品工程实验课程是食品学科的重要实践课程，对于学生的专业素质培养和工程能力训练发挥非常重要的作用，对于大商科背景下非专业学生科学思维培养具有积极意义，对于广大食品消费者科学认知食品产业具有推动作用。开展实验室全面开放是实现实验教学创新改革的重要突破口，将实验室、实验教师、相关平台和项目资源真正投入于本科教学，是提升高校办学水平、发挥实验室人才培养功能的有效措施［4］。依据教育信息化的特点与要求，结合新时代背景下食品学科人才需求的特点，在传统实验教学资源整合的基础上，利用信息技术建立多层次、全方位的实验实践开放管理系统，最大程度将实验教学资源应用于创新型人才培养具有重要意义。

1 传统食品工程实验教学组织管理现状

1.1 无法实现实验教学活动的多元化

传统的食品工程实验教学内容以“食品产品如何生产”为主，教学范围以“食品工艺如何实现”为主，教学方式以“工艺技能如何掌握”为主，传统的食品工程实验教学组织模式无法满足现代食品产业对于学生食品创新研发能力的需求。作为食品专业学习的核心实验课程，食品工程实验是食品专业理论学习到实践操作的重要环节，既实现学生对于食品加工基本工艺和典型设备应用能力的训练，又强调实验项目内容的创新性和学生的自主实验活动［5］；食品工程实验教学实验室既是学校开展实验教学活动、培养学生实践能力的重要空间，同时也是开发学生创新思维、提升学生专业技能、塑造学生科学素养的重要基地［6］。传统的食品工程实验教学资源管理模式以“课堂模式”为主，无法满足实验教学活动资源丰富化、形式多样化、实验自主化创新发展的新需求。

1.2 无法保障实验教学资源的数字化

食品工程实验涉及原料分析、产品加工、成品分析等仪器设备，其工作原理学习和设备操作训练具有一定的复杂性，传统的实验教学方法无法满足原理讲解、试错训练、过程操作、技能考核等实验环节的开放化运行需求［7］。传统的实验教学受限于设备台套数有限、单元设备结构讲解较难、重复实验成本较高、特殊实验较为危险等因素，很难接近真实的生产实践场景；虚拟仿真实验技术发展迅速，可以实现与计算机虚拟系统进行人机互动，可以帮助学生通过视觉观察、听觉感受和触觉体验等多种传感模式实现更加安全真实的实验试错体验。传统的“课堂模式”食品工程实验教学资源管理方法无法实现虚拟仿真等数字教学资源自主训练、自由实践的新需求。

1.3 无法实现实验实训平台的开放化

传统组织管理模式下，实验教学内容基本固定，实验原理、仪器设备以及操作流程等模块基本固定，教学时间、实验流程、实验考核等方式基本固定；实验过程缺乏学生自己的设计和创新，学生实验积极性不高，动手操作时数较少，导致实验训练效果不佳［8］。传统的实验室开放活动大多为学生课外实验和兴趣小组等自发形式，缺乏系统性规划和前瞻性引导；实验室开放时间较长、次数较多，但开放项目缺乏综合性和创新空间，实验训练影响不深，缺乏科学统一的规划和系统完善的管理［9］。传统的“课堂模式”管理方法难以满足新工科背景下学生对实验项目自由选择、工艺技术自主设计、实验研究自主进行的新需求［10］。

1.4 无法实现平台社会服务功能的最大化

食品是社会经济发展的支柱性产业，改革开放以来，中国的食品产业规模不断扩大。食品作为一种商品，其消费模式已由传统的追求温饱转变为追求健康、营养和享受。健康食品、功能食品、特殊膳食、休闲食品等食品类型不断发展，转基因食品、食品添加剂、传统食品工业化等食品产业相关热点备受关注。食品的生产与研究关系到千家万户的日常生活，但是食品加工生产相关的工程技术、科学原理和发展现状却不为普通消费者熟知。通过食品工程实验资源的社会化开放，开展各种通识教学、科普实验等社会实践活动，将食品相关的生产技术、科学知识、产业信息和发展动态传达给消费者，是扩大食品工程实验资源社会服务功能的重要内容［11］。传统的“课堂模式”管理方法无法实现高校实验资源的社会化充分开放。

2 食品工程实验教学信息化组织管理模式

食品产业的人才需求、食品工程实验教学的课程模式都发生了新的转变。食品工程实验教学以国家级实验教学示范中心为依托，在坚持“提升学生能力，发展学生个性”为教学理念的基础上，采用验证性、综合性、设计性等不同实验教学方法，设置“基本＋可选”实验项目库，结合实验室开放、学生参与教师科研或承担课外科技创新项目研究等实践活动，构建“超市化”自选实验模式，努力提升学生的技术应用能力、科学创新能力、系统思维能力和工程实践能力，并实现学生专业能力和科学素养的个性化发展。新的课程模式、人才培养和社会服务需求，对食品工程实验教学的信息化水平提出了更高的要求（见图1）。

图1 食品工程实验教学新需求

2.1 食品工程实验教学信息化管理系统的构建

食品工程实验教学信息化管理系统主要包括网站管理中心、虚拟仿真系统和微信交流平台3 个模块，管理系统由实验项目库、开放设备库、技术资料库、企业案例库、仿真项目库、在线试题库、科普实验库等7 个资源模块作为支撑，可以实现专业实验选课、专业设备开放、竞赛项目开放、仿真试错实训、线上考试考核、通识科普开放及师生互动交流等功能。新的信息化管理系统的构建，实现了理论与实践、课堂与开放、虚拟与现实的有机融合和互动互通（见图2）。

图2 食品工程实验教学信息化管理系统

2.2 交互式网站管理中心建设与成效

中心开发建设网站管理系统（http：／ ／lcf. zjgsu.edu.cn／），利用网站资源，建立专业教学实验与实践信息共享平台，形成线上与线下、课内与课外一条互相补充和交互融合的信息纽带，在创新型人才培养中发挥了重要作用。一方面，中心网站提供实验课程资源（包括教学课件、关键工艺答疑指导、教学视频、企业案例等）、创新实践资源及学科前沿动态等资源，构建多元化的数字实验教学资源。项目开放模块发布面向专业学生开放的教师科研科研项目信息，竞赛开放模块发布校级、省级、国家级大学生专业竞赛信息，设备预约系统提供食品产品开发小试、中试及品质分析设备，线上选课系统为专业教学提供课前线上实验项目自选功能，科普预约系统外中小学生、食品企业、社区居民等社会大众提供开放预约窗口；通过网站管理系统实现了实验资源的高效运行。通过建立中心网站开放实验室信息共享，将开展实验的预约系统以链接的模块形式加入共享系统网络资源中，使用者可通过网站与管理者进行预约及交流，来实现实验室的信息化管理，而达到实验室的完全开放［12］。中心教学实验管理与教务管理系统实现全面的贯通，开通实验教学选课系统，学生可通过自己的账号登录中心网站，完成课前预习、课后的实验报告，下载教学资源等；教师也可以通过系统查阅学生的预习及报告的完成情况，给学生答疑，录入实验成绩等。充分利用信息资源与手段，实现实验教学的全方位开放和系统管理。

2.3 开放式虚拟仿真实验平台构建与应用

虚拟仿真是一种可以实现与计算机虚拟系统进行人机互动的新型实验训练辅助手段。实验室基于多年教学素材积累和科研成果，联合软件开发机构，开发构建基于食品创新研究全链条的虚拟仿真实验系统；如图3 所示，实验系统包括单元设备解析、生产线设计、新型技术认知等基础模块，食品新产品研发、食品安全溯源系统等工程模块，食品智能感官、食品安全快速检测等科研模块在内的全产业链实验实训模块的虚拟仿真。通过虚拟系统与显示资源的互动互通，充分发挥了虚实结合、以虚促实的资源优势，对于提升平台的人才培养能力可以发挥积极作用［13］。学生可以随时随地自由登录虚拟仿真系统，既有利于充分利用实验室的有限空间和资源，又有利于学生自主进行实验活动，自主安排实验学习时间，满足学生自选课题和科研课题模式，从而调动和激发学生学习的主动性和积极性，进而达到培养创新素质的目的。

图3 虚拟仿真交互实验训练平台

结合学院“工商融合”的人才培养理念，以食品全产业链认知、食品创新开发、科学与工程深度融合3 个维度为着力点，构建理论与实践高度融合的“沉浸式”教学环境［14］，通过虚实结合的实验手段破解实验时间长、工业实践不能试、出错代价高、实验考核不真实难题，拓展教学深度和广度，丰富实验实践教学体系。

2.4 自媒体交流平台建设与应用

自媒体时代的到来改变了日常生活，自媒体手段也广泛应用于高等教育的诸多领域［15］；自媒体以其方便快捷、休闲有趣的特点，有效丰富实验教学手段，促进实验室开放水平的提升［16］。中心自主建设“食品微科技”“味芝坊”等微信自媒体交流平台见图4；“食品微科技”微信平台定期发布食品工程领域的加工技术理论和食品科学领域的最新发展动态等前沿信息；传统实验课程实践训练内容受课时时间的限制，很难做到系统性全链条式的深入学习，通过“食品微科技”的课堂补充、行业动态等模块可以发布实验设备单元、生产技术和商品化流通过程的相关推送，构建集课堂讲解、课前虚拟体验、实验实践训练、课后自主拓展为一体的多维度训练体系，有效的补充课堂内容、拓展实验内容；“味芝坊”微信平台发布食品工程及食品感官实验室的开放预约信息，进行师生问答讨论。微平台还会定期发布专业竞赛、创新项目、教师课题等专业训练开放信息，由学生自由选题、自主实验。

图4 微信自媒体交流平台

3 结 语

信息化实验室管理系统将食品工程实验教学与实验资源自主开放二者紧密结合起来，实现了课堂内外资源共享，极大地丰富了教学资源，提高了实验效率。通过信息化实验系统的建立，实现了跨学科知识交叉，促进了课堂实验教学与课外自主实践的贯通，使学生能够更好地将理论学习与实验实践结合在一起，提升了适应食品产业真实需求的创新研究能力和工程技术能力。教师在施教过程中也能更好地、全方位地了解学生可接触的资源信息、实验过程中存在的问题以及开展自主创新实验的需求。基于信息化技术的实验教学组织模式能够充分调动学生的学习积极性，提高其独立思考和自主创新的能力，更有利于培养学生的崇尚科学、乐于创新、勤于实践的专业素养。