“糧食儲藏”課程虛擬仿真實驗教學模式初探

李 雪，高紅梅，郭元新，丁志剛

（安徽科技學院食品工程學院，安徽滁州 233100）

隨著我國糧食加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對糧食工程畢業(yè)生的專業(yè)能力和綜合素質(zhì)要求越來越高[1]，培養(yǎng)高層次、創(chuàng)新型人才和高技能型糧食專業(yè)人才，切實加強糧食行業(yè)人才隊伍建設(shè)成為糧食工程專業(yè)的首要任務(wù)[2]?！凹Z食儲藏”課程作為糧食工程專業(yè)一門必修課，是以微生物學、谷物加工工藝與設(shè)備、糧油品質(zhì)檢驗與分析等多門學科為基礎(chǔ)的應(yīng)用課程。“糧食儲藏”課程實驗是支撐“糧食儲藏”課程教學的重要內(nèi)容，目的在于進一步加深學生理解糧食儲藏基礎(chǔ)知識的認知能力，提高學生應(yīng)用糧食儲藏技術(shù)的實踐能力。虛擬仿真實驗平臺通過可視化的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境模擬糧食倉儲過程中的一系列過程，提高學生對糧食儲藏技術(shù)的應(yīng)用能力；虛擬仿真實驗教學在“糧食儲藏”課程實驗教學中的應(yīng)用還處于開發(fā)階段，主要論述“糧食儲藏”課程虛擬仿真實驗教學的方法，以彌補傳統(tǒng)實驗室教學模式的不足。

1 虛擬仿真實驗教學應(yīng)用現(xiàn)狀

在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)蓬勃發(fā)展的背景下，教育部于2013年做出進一步建設(shè)國家級虛擬仿真實驗教學中心的部署[3]。目前，使用VRML和Flash技術(shù)的虛擬仿真技術(shù)占大多部分[4]，其中中國農(nóng)業(yè)大學、同濟大學、中國科技大學等高校正在積極開發(fā)虛擬實驗室，已有部分軟件進入推廣實用階段。虛擬仿真實驗教學模式相比于實驗室教學而言具有較高的安全系數(shù)，同時激發(fā)學生學習自主性，提高實驗課教學的參與性，尤其是對新技術(shù)和新方法的推廣有較強的操作性。

2 “糧食儲藏”課程虛擬仿真實驗教學模式的構(gòu)建

2.1 傳統(tǒng)“糧食儲藏”課程教學模式存在的問題

“糧食儲藏”課程通過講解糧食籽粒的化學特性和糧食儲藏技術(shù)，提高學生在糧食儲藏過程中解決實際問題的能力，由于涉及的知識面較廣泛且知識點繁瑣，學生多以機械記憶的方式來學習和考試，最終導致“糧食儲藏”課程教學效果不佳。多數(shù)“糧食儲藏”實驗課程中很難通過實踐環(huán)節(jié)感知糧食儲藏過程中的品質(zhì)變化，尤其是外界環(huán)境條件變化對儲糧生態(tài)系統(tǒng)的全面影響，同時不同品種的糧食籽粒在儲藏過程中也會受到時間、地域條件等因素的影響，造成部分實驗無法在實驗室中開展。再者，涉及到儲藏技術(shù)的教學內(nèi)容一般通過課堂講授的方式進行，缺乏設(shè)備的配合，如糧堆的濕熱擴散、吸附滯后現(xiàn)象、干燥技術(shù)、通風技術(shù)等儲糧技術(shù)的應(yīng)用，即使通過參觀企業(yè)也無法全面了解，實驗環(huán)境和實驗設(shè)備的缺乏，對學生分析及解決問題的實踐能力也有所影響，難以激發(fā)學生的積極性和創(chuàng)造性。最后，在新技術(shù)和新方法方面無法及時學習更新，極大地影響了學生的學習興趣。因此，虛擬實驗教學平臺的建設(shè)也是對“糧食儲藏”課程教學改革的重要舉措。

2.2 “糧食儲藏”課程虛擬仿真實驗教學模式的構(gòu)建理念

“糧食儲藏”課程虛擬仿真實驗教學模式的構(gòu)建以“糧食儲藏”課程理論知識為基礎(chǔ)，融合虛擬仿真互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建一個具有“糧食儲藏”課程的學科特點、豐富糧食工程專業(yè)知識的虛擬平臺，應(yīng)用到理論課和實驗課的教學活動中，豐富教師的教學手段、增強課堂的趣味性、提高學生的學習效率。

2.3 虛擬仿真實驗教學模式擬構(gòu)建內(nèi)容

擬應(yīng)用“糧食儲藏”虛擬仿真實驗教學平臺，形成認知、技術(shù)和實踐3個模塊，涵蓋11個主題的實驗教學體系[5]。

“糧食儲藏”課程虛擬仿真實驗教學模式構(gòu)建方案見圖1。

圖1 “糧食儲藏”課程虛擬仿真實驗教學模式構(gòu)建方案

2.3.1 “糧食儲藏”課程虛擬仿真實驗教學的認知模塊

“糧食儲藏”課程認知模塊的虛擬仿真試驗將建立糧食籽粒、儲糧害蟲、儲糧微生物等儲糧生態(tài)系統(tǒng)中生物成分的數(shù)字切片系統(tǒng)，利用數(shù)碼顯微結(jié)合掃描軟件建立數(shù)字化儲糧生態(tài)系統(tǒng)的生物成分切片庫，為學生提供觀察糧食籽?；瘜W結(jié)構(gòu)、儲糧微生物、儲糧害蟲的結(jié)構(gòu)與形態(tài)，模擬糧食籽粒的萌發(fā)與后熟現(xiàn)象，更加系統(tǒng)全面地認識儲糧生態(tài)系統(tǒng)中生物的種類及其各自的形態(tài)特征和生活史。加深學生對基礎(chǔ)知識的掌握，為開展深入研究提供知識儲備。

2.3.2 “糧食儲藏”課程虛擬仿真實驗教學的技術(shù)模塊

“糧食儲藏”虛擬仿真實驗教學技術(shù)模塊擬進行糧食儲藏技術(shù)的虛擬仿真試驗，結(jié)合糧食儲藏管理技術(shù)、智慧糧庫、糧食加工設(shè)備等相關(guān)領(lǐng)域取得的先進技術(shù)和科研成果進行融合設(shè)計，具體包括模擬儲糧的通風與密閉試驗、糧食干燥試驗、糧食低溫儲藏試驗、糧食氣調(diào)儲藏試驗虛擬仿真操作系統(tǒng)，用計算機模擬儲糧生態(tài)系統(tǒng)在儲藏過程中的變化，學生可以真實地觀察到儲糧生態(tài)系統(tǒng)中的每個階段糧溫、倉溫、倉濕、氣體成分等非生物成分的變化，增強“糧食儲藏”課程實驗的直觀效果，包括模擬糧堆物理性質(zhì)，儲藏過程中溫度、濕度、害蟲和水分含量的檢測，如何實現(xiàn)糧食的通風和密閉操作、如何實現(xiàn)糧食的氣調(diào)儲藏、如何實現(xiàn)糧食的低溫儲藏等操作，具有較強的操作性。

2.3.3 “糧食儲藏”課程虛擬仿真實驗教學的實踐模塊

糧食儲藏技術(shù)實踐模塊主要是針對不同儲藏環(huán)境中的儲糧生態(tài)系統(tǒng)的變化，選擇糧食儲藏技術(shù)進行人工調(diào)節(jié)，具體包括糧堆發(fā)熱控制、糧食結(jié)露控制、糧堆霉變控制、糧堆生蟲控制等糧情變化控制，通過自主尋找糧情變化的原因結(jié)合糧食儲藏技術(shù)制定控制措施，學生可以設(shè)定實驗條件如溫度、氣體成分、濕度等，觀察整個儲糧生態(tài)系統(tǒng)的變化。在虛擬仿真實驗平臺下進行操作，可以突破實驗室教學因?qū)嶒灄l件、實驗設(shè)備、實驗場地等條件限制無法完成的綜合設(shè)計性實驗，能使學生更準確地完成實驗并且學有所長，推動“糧食儲藏”課程在實踐應(yīng)用方面的創(chuàng)新與改革。

虛擬實驗平臺可以模擬發(fā)生糧食安全事故的應(yīng)急處理操作，例如對糧堆進行熏蒸操作時因熏蒸劑劑量控制不當引起的中毒事故、平整糧面時發(fā)生的掩埋事故、處理掛壁糧食時發(fā)生的砸人事故等安全事故，學生可通過模擬平臺避免因粗心大意引發(fā)的不必要問題，增強學生的自我保護意識和應(yīng)急防范的能力，提高學生對突發(fā)事故的處理能力。

“糧食儲藏”課程虛擬仿真實驗教學模式的構(gòu)建預期得到的如下效果：①豐富理論課教學模式，將理論課于虛擬實驗結(jié)合，讓書本的文字生動有趣，提高課堂互動性；②創(chuàng)新實驗課教學模式，由教師講授的被動學習轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W生為主體的自主學習，突出實驗課教學的設(shè)計性和綜合性，增強“糧食儲藏”課程教學的開放性；③改進考核方式，虛擬實驗課程成績并入總評成績，使期末成績更加具有代表性[6]。

2.4 虛擬仿真實驗教學團隊建設(shè)

虛擬仿真實驗教學團隊建設(shè)是虛擬實驗教學運行的基礎(chǔ)?！凹Z食儲藏”課程虛擬仿真實驗教學團隊的組建需要具有糧食工程專業(yè)知識和互聯(lián)網(wǎng)教學基礎(chǔ)教師的參與，教學團隊包括學習能力強的青年教師作為后備力量；視野開闊、教學經(jīng)驗豐富的教師作為中堅力量，負責虛擬實驗教學平臺教學期間的操作管理、系統(tǒng)的維護升級和優(yōu)質(zhì)教學資源融合與應(yīng)用。

3 結(jié)語

隨著虛擬仿真實驗教學平臺的興起，未來這種融合高端的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、高度的交互性、學習資源的共享性和開放性為學生的學習、實驗提供良好的資源基礎(chǔ)，讓學生有充足的學習空間和實驗條件，完成理論課與實驗課的完整契合。在實踐教學中有著顯著優(yōu)勢和良好的應(yīng)用前景，也為實驗室的發(fā)展帶來了新的方向。