啤酒发酵虚拟仿真项目在发酵工程系列课程的应用与实践

杨文婷，杨 立，黄 静，龚乃超

(武汉工商学院 环境与生物工程学院，湖北 武汉 430065)

啤酒生产工艺相对比较复杂，生产设备也较为庞大，而且酿造周期长、原料价格不菲。在学校里建一套相对完整的生产工艺作为实习实训装置，要占据较大的空间。我校基于东方仿真公司的啤酒发酵仿真工艺实习软件，精心设计教学环节，学生在若干课程的不同学习环节融入软件的应用，既可掌握啤酒发酵的主要参数和调整操作，也可独立完成整个工艺流程的全面操作，最终掌握典型产品发酵的完整生产过程。

1 教学改革理念

通过本项目的建设和使用，主要实现了以下三个方面的改革和突破：第一，为学生营造“自主学习”的环境和平台，学生通过自身基础知识与信息环境的互通互动来得到新知识、新技能，实现“以教师为中心”向“以学习为中心”的转变。第二，有效解决实践课程开设中试剂、仪器不足的矛盾，提高学生参与实践的能动性。第三，有效地解决学生工程实习教育的企业选择问题，通过互动性强的动态展示摆脱工程实践教育的枯燥乏味感，激发学生对于工程实践的参与热情。

通过虚拟仿真资源的应用，虚实结合、以虚补实，并辅助《发酵工程实验》《发酵工程课程设计》《生物工程设备》、生产实习等教学环节的教学工作。以综合性仿真项目为依托，将不同课程环节串联整合，以虚实结合、相互辅助的实践教学形式激发学习兴趣，提升实践教学质量，促进学生专业发展的全局意识。

2 教学方式方法

2.1 混合式教学

综合应用项目驱动式教学法、体验式教学法、小组合作学习、思维导图绘制、微视频制作等教学手段，根据具体课程环节选择不同的方式和知识侧重点。课前预习和课后的复习总结通过思维导图和微视频完成，并组织学生以小组合作学习的方式，课外任务包括制作PPT、自制课程相关小视频、完成和展示实训项目、制作知识卡片、工作场景模拟与实践报告撰写等。

2.2 问题引导

不强调软件按部就班的操作，得出一个提前预设的结论。每个操作单元设置3～5个操作不当导致的问题案例，引导学生主动思考，分析和查找问题来源，将国家标准融入标准操作流程的学习。

2.3 全局思考意识

啤酒发酵过程中，各个操作单元不是完全独立的简单串联，在不同环节之间有交叉操作，甚至在罐体的使用中亦有综合调配的情况，因此要求学生在完成单元操作后，强化整体设计的理念，分析流程中的设计优化策略，掌握整体工艺设计的思路。

3 教学活动组织策略

3.1 课前环节

理论课前学生预习《操作手册》，基于互联网在线运行仿真软件，了解软件内容，记录工艺难点，后台的教师账号可以看到学生的学习情况。理论课环节的预习主要结合《发酵过程控制》章节，学生结合上机实训分析温度、pH值、溶解氧、二氧化碳浓度等关键因素对发酵过程的影响，并将预习内容以思维导图形式绘制整理，标记个人学习的重难点。

实验课课前预习，学生基于本项目，重点学习啤酒发酵的生产工艺流程，结合实验操作，以虚实结合的方式让学生全面理解啤酒发酵工艺，突破实验环节的场地限制，理解生产实际中糊化锅和糖化锅可互用的原因。

在《发酵工程课程设计》中，学生通过课前上机重点理解啤酒发酵工厂的工艺流程设计、车间设备布置和设备选型计算要点；在学生去啤酒厂进行课程实习前后，结合本项目实训的开展激发学生实习热情、巩固学生的实习效果，引导学生从生产实践中发现虚拟和现实的差异和可改进空间。

3.2 课堂教学环节

采用混合式教学法，融合翻转课堂模式、体验式教学法、工作场景问询与实践等教学手段。通过一系列以学生为中心的教学活动，让课堂内的宝贵时间，学生能够更专注于主动的学习，共同研究解决问题，从而获得更深层次的理解。老师进行部分核心内容的讲解，学生可将学习过程中发现的问题向老师提问，或进行小组讨论。学生自主计划研习内容和学习节奏，教师采用讨论法和协作法满足学生的需要，促成其个性化学习，学生也可获得更真实的学习体验。课堂上利用微助教软件实时测评学生核心知识掌握情况，一方面吸引学生关注和复习重点知识，另一方面，教师可快速获得学生知识掌握情况的反馈，调整教学内容。

3.3 课后自主学习环节

为了让学生能够更加深入的理解和运用所学知识，课后要求结合教师课堂所讲内容再次进行软件操作，将知识要点掌握牢固，教师通过在线学习情况了解学生复习情况。以项目为驱动，学生课后分组学习，建立学习共同体，以小组合作学习的方式，围绕啤酒发酵项目，通过制作PPT、自制小视频、完成和展示实训项目，小组和个人学习活动过程具体记录，辅助教师考核学生课外学习情况。

4 考核方式及评价体系

总体实施课程考核方式的改革，通过课程任务多元化，加强了学生的过程学习和教师的过程考核，促进学生学习在平时，另结合微助教，学生手机操作即可全覆盖地快速实时考察学生知识掌握情况。具体软件操作过程中有操作评分系统，可对学生操作分步记录评分，为学生的反思学习和教师考核提供基础。

学生远程登录，开展网络虚拟实验，并完成数据分析和讨论。教师通过网络对运行中的仿真培训学生站进行管理，控制实训项目的选择、开始，授权设置学生的操作内容，全程记录、统计学生成绩等。要求学生在真实实验课开设之前，完成虚拟项目的预习和知识准备，结合思维导图绘制梳理预习内容，实验课开设过程中，教师以问题为导向，考察学生知识掌握及思考深度等情况，结合微助教全覆盖考察学生预习效果。另结合课后小组合作学习和讨论的环节，促进学习的主动思考、讨论学习、团队合作学习和专业交流能力。培训模块包括啤酒生产工艺的实训，操作过程中，通过不同阀门和泵的开闭，可控制水、汽、物料的进出；大麦的含量参数、进料量、泵的开闭大小等参数均可进行设置；进料后搅拌、钮控制耕刀的旋转和上下、酒花的添加等可控制操作；发酵过程中不同阶段需要进行的采样检测指标亦可检测。通过啤酒发酵仿真实训项目的应用，本校发酵工程系列课程的教学项目内容、实践教学方法逐步科学化、特色化，极大地激发了学生的学习兴趣和学习热情，充分调动了学生参与实践的积极性、主动性，学生的知识应用能力、实践动手能力、工程应用能力显著提高。