虛擬仿真基地糧食工程專業(yè)課程教學(xué)的建設(shè)分析

摘要：糧食安全直接關(guān)乎國家安全和社會(huì)穩(wěn)定，是經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展、群眾安居樂業(yè)的基石。糧食領(lǐng)域高質(zhì)量發(fā)展亟需復(fù)合創(chuàng)新型應(yīng)用人才培養(yǎng)輸出，新工科背景下糧食工程專業(yè)課程教學(xué)與實(shí)踐創(chuàng)新勢(shì)在必行。文章深度分析高校糧食工程專業(yè)實(shí)踐現(xiàn)有模式存在的問題，以期在建立虛擬仿真基地方面創(chuàng)新。結(jié)合新工科理念下工程教育要求，探索應(yīng)用型糧食工程專業(yè)虛擬仿真的創(chuàng)新模式，分析虛擬仿真基地構(gòu)建的必要性，為地方高校糧食工程專業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展與人才實(shí)踐提供思路。

關(guān)鍵詞：糧食工程；虛擬仿真基地；創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：G420 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20240214

基金項(xiàng)目：教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目（220603132305924）；南京財(cái)經(jīng)大學(xué)學(xué)位與研究生教育課題（Y21026）；南京財(cái)經(jīng)大學(xué)校級(jí)教改課題（JGY2001056）；食品科學(xué)與工程國家一流專業(yè)建設(shè)點(diǎn)項(xiàng)目；糧食工程江蘇省特色專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目。

Analysis on the construction of virtual simulation base in the teaching of grain engineering courses

Liu Qiang， Hou Shuai， Wang Kangxu， Zhao Siqi， Tang Pei’an， Ding Chao

（ College of Food Science and Engineering， Nanjing University of Finance and Economics， Nanjing， Jiangsu 210023 ）

Abstract： Food security is directly related to national security and social stability and is the cornerstone of rapid economic development and the well-being of the people. The high-quality development of the grain industry urgently requires the cultivation and output of composite and innovative applied talents. Under the background of new engineering， it is imperative to innovate the teaching and practice of grain engineering courses. This article deeply analyzed the problems in the existing practice models of grain engineering majors in universities， to innovate in establishing virtual simulation bases. Based on the requirements of engineering education under the new engineering concept， it explored innovative models for virtual simulation of applied grain engineering majors， analyzed the necessity of constructing virtual simulation bases， and provided ideas for the innovative development and talent practice of grain engineering majors in local universities.

Key words： grain engineering； virtual simulation base； innovation

新工科建設(shè)是我國在新經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展、新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革下提出的工程教育改革新方向[1]，這給我國工科人才培養(yǎng)帶來新的發(fā)展機(jī)遇，也帶來更大的挑戰(zhàn)。糧食安全是關(guān)系我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)穩(wěn)定、國家安全的重大戰(zhàn)略問題[2]，我國對(duì)高綜合素質(zhì)的復(fù)合型糧食人才有著巨大需求。目前因?yàn)樾袠I(yè)技術(shù)需求和實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)實(shí)困難，學(xué)生的實(shí)踐與管理素養(yǎng)薄弱，普遍缺乏“自主思考探究環(huán)境”。如何實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)思維活躍、創(chuàng)新能力強(qiáng)的育人目標(biāo)，是推進(jìn)“十四五”國家糧食領(lǐng)域科技和人才規(guī)劃的關(guān)鍵之一。糧食工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案是以培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型綜合人才為目標(biāo)[3]，建立虛擬仿真基地，一方面使學(xué)生熟悉糧食相關(guān)工作崗位及實(shí)際工作內(nèi)容，提高學(xué)生的實(shí)踐能力，進(jìn)而提高教學(xué)效果；另一方面，也不斷要求提升教師的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從而加強(qiáng)教師的理論知識(shí)與實(shí)踐能力，同時(shí)也是新工科背景下糧食專業(yè)教育的要求。

1 糧食工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)現(xiàn)存問題分析

1.1 學(xué)生對(duì)于實(shí)踐認(rèn)識(shí)不足

糧食工程專業(yè)學(xué)生對(duì)實(shí)踐重要性認(rèn)識(shí)不足。一方面，糧食工程專業(yè)學(xué)生對(duì)實(shí)踐教學(xué)主要以參觀糧庫、繪制工廠設(shè)計(jì)圖為主，滿足課程教學(xué)要求、拿到課時(shí)學(xué)分即可，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)踐態(tài)度的懈怠和敷衍，以完成期末考試的心態(tài)來應(yīng)對(duì)實(shí)踐活動(dòng)和第二課堂[4]。另一方面，就業(yè)和考研的雙重壓力是導(dǎo)致學(xué)生實(shí)踐實(shí)習(xí)質(zhì)量下滑的一個(gè)重要因素。目前我國高校普遍實(shí)行的是學(xué)年學(xué)分制，實(shí)習(xí)一般都安排在大四上學(xué)期，而這一學(xué)期正是大部分學(xué)生忙于找工作、準(zhǔn)備考研的關(guān)鍵時(shí)期，多數(shù)學(xué)生忙于參加各種招聘會(huì)、去各地參加公務(wù)員和事業(yè)編考試或者準(zhǔn)備考研，對(duì)實(shí)習(xí)投入的精力嚴(yán)重不足。這就導(dǎo)致了學(xué)生無法專心面對(duì)實(shí)習(xí)，最基本的投入時(shí)間都無法保證，嚴(yán)重影響最終的實(shí)習(xí)質(zhì)量。

1.2 實(shí)踐教學(xué)單元較少

實(shí)習(xí)要求學(xué)生具備適應(yīng)糧食相關(guān)領(lǐng)域工作的能力，需要學(xué)生聯(lián)系糧食工程專業(yè)領(lǐng)域的理論知識(shí)，將與實(shí)習(xí)相關(guān)的信息融入或應(yīng)用到自己的實(shí)踐當(dāng)中，但就南京財(cái)經(jīng)大學(xué)糧食工程專業(yè)來說，在目前的實(shí)踐中，許多學(xué)生不能充分利用自己的所學(xué)理論知識(shí)，學(xué)校也無法提供實(shí)習(xí)相關(guān)的整套流程，導(dǎo)致學(xué)生自己盲目實(shí)習(xí)，三天打魚兩天曬網(wǎng)，抱著一種完成任務(wù)的心態(tài)混過實(shí)踐甚至不去實(shí)踐，從而不能較好地完成實(shí)習(xí)這一必修課[4]。糧食工程專業(yè)的實(shí)踐課應(yīng)該可以幫助學(xué)生充分將所學(xué)知識(shí)聯(lián)系實(shí)際，加深對(duì)糧食行業(yè)具體工作的理解和認(rèn)識(shí)，從而能夠綜合運(yùn)用糧食工程相關(guān)的基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)分析和解決問題。然而，糧食工程專業(yè)不論是本科生還是研究生，在全日制學(xué)期期間極少有實(shí)習(xí)鍛煉學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，學(xué)院內(nèi)部的實(shí)踐活動(dòng)教學(xué)單元略微單一，特別是考慮到安全問題，多數(shù)學(xué)生只能每學(xué)期安排幾節(jié)實(shí)驗(yàn)課，學(xué)生無法充分理解和體會(huì)未來的工作環(huán)境以及內(nèi)容，導(dǎo)致畢業(yè)后踏入工作崗位對(duì)于發(fā)展方向充滿了迷茫。

1.3 實(shí)踐教學(xué)水平較低

大部分院校在實(shí)踐課開展方面主要是帶領(lǐng)學(xué)生做一些小型實(shí)驗(yàn)，或者講解大型設(shè)備的工作原理，但對(duì)糧食領(lǐng)域工作中最重要的實(shí)踐卻沒有達(dá)到要求，比如糧食干燥、糧食儲(chǔ)藏等操作過程，學(xué)校實(shí)驗(yàn)室條件很難達(dá)到，實(shí)驗(yàn)安全性、實(shí)操性較差，無法滿足讓學(xué)生隨時(shí)動(dòng)手操作，從而影響學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力培養(yǎng)。同時(shí)學(xué)生僅通過課本學(xué)習(xí)食品工程原理、糧油儲(chǔ)藏學(xué)等知識(shí)，缺乏對(duì)當(dāng)前行業(yè)相關(guān)設(shè)備、技術(shù)流程等的直觀了解，無法真正將理論基礎(chǔ)深度消化吸收，進(jìn)而完成理解實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)操作過程中的注意點(diǎn)，導(dǎo)致了實(shí)踐與理論不能很好地融合貫通。久而久之，學(xué)生沒有良好的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作技能，實(shí)踐能力差從而與糧食行業(yè)關(guān)于應(yīng)用型人才需求產(chǎn)生脫節(jié)。

2 糧食工程專業(yè)虛擬仿真基地的建立必要性

2.1 糧食工程專業(yè)實(shí)踐指導(dǎo)新形式

樹立糧食工程實(shí)踐指導(dǎo)新理念，依托產(chǎn)學(xué)研校企聯(lián)動(dòng)，引領(lǐng)新工科工程教育達(dá)到新高度。要貫徹以學(xué)生為中心的理念，改變講解性實(shí)踐的思維定式，建立虛擬仿真平臺(tái)，做到內(nèi)容、操作難度、系統(tǒng)流程等銜接上學(xué)生理論學(xué)習(xí)的具體情況[5]。同時(shí)，良好的虛擬仿真基地可以提供學(xué)生校內(nèi)預(yù)實(shí)踐場(chǎng)所，把教學(xué)內(nèi)容融入糧食加工、糧食儲(chǔ)藏企業(yè)的技術(shù)工藝，使學(xué)生在沒去實(shí)習(xí)地點(diǎn)實(shí)習(xí)的情況下預(yù)先了解糧食企業(yè)生產(chǎn)作業(yè)流程，指導(dǎo)教師可以指導(dǎo)學(xué)生每個(gè)步驟的作用及意義，幫助學(xué)生更直觀地了解糧食相關(guān)領(lǐng)域的內(nèi)容，也能增強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)踐重要性的認(rèn)識(shí)以及今后的實(shí)踐能力。

2.2 糧食工程專業(yè)虛擬仿真平臺(tái)建立的意義

糧食工程專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)融合虛擬現(xiàn)實(shí)、人機(jī)交互、多媒體、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)通信等多種先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備、環(huán)境、材料和過程，使學(xué)生能不受地點(diǎn)和環(huán)境限制在虛擬環(huán)境中開展實(shí)驗(yàn)，降低真實(shí)實(shí)驗(yàn)的成本消耗及規(guī)避不可抗性因素帶來的風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到教學(xué)大綱所要求的教學(xué)目的。因此，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源開發(fā)與建設(shè)是目前突破高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)瓶頸的重要途徑。虛擬仿真教學(xué)已經(jīng)得到教育主管部門和教育機(jī)構(gòu)的關(guān)注——教育部于2017—2020年在普通本科高等學(xué)校開展示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)工作，并在一定程度上得到了推廣和應(yīng)用[6]。在“新工科”建設(shè)背景下，應(yīng)樹立創(chuàng)新、綜合的工程教育新理念，減少大型設(shè)備實(shí)踐對(duì)學(xué)生和老師還有實(shí)習(xí)企業(yè)方面的壓力。

2.3 教學(xué)模式的豐富化

建立虛擬仿真基地，通過網(wǎng)絡(luò)、虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、多媒體和實(shí)踐的虛實(shí)融合，把虛擬仿真技術(shù)與糧食工程專業(yè)進(jìn)行“虛實(shí)結(jié)合，情景教學(xué)”+“翻轉(zhuǎn)課堂，案例分析”的綜合性教學(xué)，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)踐、創(chuàng)新思維的鍛煉，針對(duì)性地培養(yǎng)糧食工程專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新思維模式，對(duì)于深化人才培養(yǎng)模式改革與創(chuàng)新，保障高水平人才培養(yǎng)具有重要意義。虛擬仿真教學(xué)

時(shí)，以真實(shí)糧倉場(chǎng)景為原型，使用WebLab虛擬仿真網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)開發(fā)，采用先進(jìn)的Unity3D作為3D引擎，融合VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，以3D形式模擬倉儲(chǔ)環(huán)境和操作過程[7]，實(shí)現(xiàn)了糧食加工、儲(chǔ)藏等多種實(shí)驗(yàn)操作。具備視覺效果顯著，糧食領(lǐng)域的知識(shí)點(diǎn)資源豐富，實(shí)驗(yàn)操作指向性明確，操作簡單易學(xué)等一系列優(yōu)點(diǎn)。教學(xué)時(shí)，融合了資源瀏覽、仿真操作、在線學(xué)習(xí)和討論等功能于一體，具備完善的實(shí)時(shí)操作評(píng)價(jià)模型，可實(shí)現(xiàn)PC端、移動(dòng)端等多平臺(tái)操作，豐富了教學(xué)應(yīng)用模式、應(yīng)用場(chǎng)景，解決了教學(xué)過程中因時(shí)間、空間、教學(xué)資源等限制而造成的困擾和問題，豐富了教學(xué)模式，提高了學(xué)生對(duì)實(shí)踐的興趣。

3 虛擬仿真基地建立的優(yōu)勢(shì)

目前，受本科生教學(xué)實(shí)驗(yàn)硬件條件限制，通常單個(gè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室只能容納學(xué)生30人左右。受限于實(shí)驗(yàn)材料和配套設(shè)備，一般會(huì)分成4～8人小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。當(dāng)面向糧食工程專業(yè)相關(guān)的大型糧食儲(chǔ)藏、低溫通風(fēng)、綠色防護(hù)以及糧油加工等產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)時(shí)，往往只能通過參觀訪問進(jìn)行了解。目前基于虛擬仿真的實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)提供的仿真平臺(tái)，如國家級(jí)一流課程糧食倉儲(chǔ)磷化氫環(huán)流熏蒸虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，能滿足1 000人以上同時(shí)訪問與操作。虛擬仿真課程群與基地建設(shè)也有效緩解了當(dāng)前糧食工程行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)不可逆、安全性差、實(shí)踐周期性長等問題，有利于提高學(xué)生的工程實(shí)踐操作能力和創(chuàng)新能力。

虛擬仿真基地建設(shè)與糧食工程專業(yè)課程和實(shí)踐的融合建設(shè)簡圖見圖1，將基于校企合作的虛擬仿真基地應(yīng)用到會(huì)計(jì)實(shí)踐教學(xué)中，能極大地提高實(shí)踐效率，強(qiáng)化教學(xué)效果[8]。糧食企業(yè)的工作模式仿真地呈現(xiàn)在基地內(nèi)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)感受逼真的糧庫日常工作，課程模擬教學(xué)，將糧庫操作規(guī)范理論教學(xué)和虛擬仿真平臺(tái)教學(xué)有機(jī)結(jié)合。利用虛擬仿真平臺(tái)整合各門技術(shù)資源，構(gòu)建一套多層次、多功能模塊的綜合性糧食教學(xué)課程體系，從而加強(qiáng)糧食實(shí)踐教學(xué)的開展，實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)與實(shí)踐能力的有機(jī)整合，能引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，強(qiáng)化學(xué)生綜合實(shí)踐能力。通過虛擬仿真平臺(tái)，可以將多個(gè)單項(xiàng)項(xiàng)目進(jìn)行整合，有利于專業(yè)多課程綜合性實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目的開展，使得學(xué)生對(duì)糧食工程專業(yè)的知識(shí)體系更加完整，實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和綜合能力得到進(jìn)一步的提升[9]。通過虛擬仿真平臺(tái)，改革創(chuàng)新糧食工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)模式和方法。橫向關(guān)聯(lián)糧食工程專業(yè)多課程實(shí)踐，開展跨課程的復(fù)合性、綜合性實(shí)踐教學(xué)，為在校生貼近實(shí)踐工作創(chuàng)造充足的過渡條件[10]。

4 結(jié) 語

虛擬仿真基地的構(gòu)建引入糧食工程專業(yè)時(shí)間還比較短，現(xiàn)階段的教學(xué)管理工作仍然存在著很多的問題待探索和解決。但虛擬仿真教學(xué)在培養(yǎng)具有實(shí)踐能力的高級(jí)人才過程中起到了明顯的輔助作用，并將企業(yè)實(shí)際和虛擬仿真完美結(jié)合，使學(xué)生能夠通過虛擬平臺(tái)體驗(yàn)糧食行業(yè)相關(guān)崗位，從而培養(yǎng)出一批具有專業(yè)理論知識(shí)、強(qiáng)實(shí)踐能力，符合新工科發(fā)展要求的綜合型糧食人才。同時(shí)還有很多不足需要學(xué)校和企業(yè)合作加以完善，需要虛擬仿真基地和軟件不斷升級(jí)，需要專業(yè)教師主動(dòng)適應(yīng)新工科背景下糧食工程專業(yè)實(shí)踐的變革和創(chuàng)新，才能更穩(wěn)健地向前挺進(jìn)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 蘭明明，王亮，李慧琴，等.“新工科”背景下農(nóng)業(yè)工程專業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)改革實(shí)踐[J].河南農(nóng)業(yè)，2020（18）：8-9.

[2] 王立彬.保障糧食安全 端牢中國飯碗：國家糧食和物資儲(chǔ)備局介紹國家糧食安全保障情況[N].新華每日電訊，2023-05-12（7）.

[3] 周娟.“人才興糧”視角下糧食工程專業(yè)課程思政建設(shè)路徑[J].糧食科技與經(jīng)濟(jì)，2022，47（4）：61-64.

[4] 李萌萌，溫紀(jì)平，卞科，等.糧食工程專業(yè)“小麥加工工藝與設(shè)備”課程建設(shè)與改革[J].農(nóng)產(chǎn)品加工，2022（3）：84-85+88.

[5] 張改平.扎根沃土厚生豐民 協(xié)同培養(yǎng)卓越農(nóng)林人才[J].中國高等教育，2014（5）：24-26.

[6] 趙小敏，胡永升，曾志將，等.農(nóng)業(yè)高校在國家糧食安全中的責(zé)任擔(dān)當(dāng)：以江西農(nóng)業(yè)大學(xué)為例[J].中國農(nóng)業(yè)教育，2021， 22（2）：28-33+88.

[7] 丁超，胡秋輝，劉琴.糧食工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索與實(shí)踐[J].教育現(xiàn)代化，2020，7（38）：1-5.

[8] 邢常瑞，汪靜，郝怡寧，等.“食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)”虛擬仿真教學(xué)模式的改革與實(shí)踐[J].糧食科技與經(jīng)濟(jì)，2018，43（2）：116-118.

[9] 丁儉，楊家琦，徐潼，等.智能化導(dǎo)向的糧食工程專業(yè)科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式[J].糧食科技與經(jīng)濟(jì)，2021，46（4）：49-51+85.

[10] 岳峰，李堯，張宏鋒，等.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)踐行“兩創(chuàng)”的路徑探索[J].中國高等教育，2023（11）：51-54.