動物科學本科人才培養中實驗實踐平臺建設與思考

汪薇 毛勝勇

摘要：實踐教學是鞏固理論知識和深化理論與實際相結合的有效途徑，目的在于培養學生研究能力、實踐能力和創新能力。為深化南京農業大學動物科學專業本科生實踐教學改革與創新，優化現有資源配置，動物科技學院擬將國家級動物科學類實驗教學中心、虛擬仿真實驗平臺和實習基地多層次“三位一體”有機結合，形成新型動物科學實踐教學平臺。

關鍵詞：實踐教學；改革創新；本科生人才培養

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）26-0151-03

在高等教育大眾化的背景下，隨著社會的進步，科學技術推陳出新，全面培養具有創新意識和實踐能力的高素質人才，是新世紀經濟社會發展對高等教育的迫切要求。在教學中，實踐教學作為提高學生的綜合素質的重要手段，對加深理論教學的理解運用和增強學生的實踐和創新能力有特殊的作用。本文根據普通高校實踐教學中普遍存在的問題及動物科學專業的實踐教學現狀，結合當前的物聯網技術、虛擬仿真平臺及我院大學生實驗教學基地情況，對動物科學本科生實驗實踐教學平臺的建設做了新的思考。

一、普通高等院校實踐教學中存在的問題

中國傳統教育一直重理論而輕實踐，隨著全球化進程的深化，對高校人才培養提出了新的要求，要求我們在理論的基礎上更加重視實踐。目前，我國農科類人才培養模式還不完善，實踐教學中存在的共性問題如下：（1）實踐教學基本從屬于各門理論課，實踐教學重視不夠[1]；（2）實踐教學環節與實際應用脫節，流于形式；（3）實踐教學質量監控和考核評價體系不完善；（4）實踐教學教材建設落后，內容缺乏系統性、教學形式簡單[2]；（5）實踐教學投入少，條件差，設施及基地不健全，教學質量得不到有效保證[3]；（6）實踐教學基地與實驗教學脫節，內容上無科學銜接。

二、物聯網技術及其在教學中心管理上的應用

1999年，MIT Auto ID Center給出較早的物聯網定義：在計算機互聯網的基礎上，利用RFID、無線數據通信等技術，構造一個覆蓋世界上萬事萬物的網絡（Internet of Things），以實現物品的自動識別和信息的互聯共享[4，5]。此概念的提出，立即受到了各國各界的高度重視，迅速成為熱點話題。2009年，我國國務院已將物聯網上升為國家五大戰略性新興產業中第二位[6]。

物聯網技術利用局部網絡或互聯網等通信技術把紅外感應器、激光掃描器等信息傳感設備按約定的協議通過新的方式聯在一起，進行信息交換和通訊，實現信息化、遠程管理控制和智能化的網絡[7，8]。物聯網平臺具備三個特性：（1）全面感知，客戶可以通過客戶端實時地將設備的運行狀態和相關數據傳送至應用程序處理層的服務器，即利用各種可用的感知手段，實現隨時即時采集物體動態；（2）可靠傳遞，通過與互聯網的融合，將感知的信息實時準確可靠地傳遞出去，負責數據庫操作、接受處理客戶端的請求，以及系統的業務邏輯處理以及提供各類應用服務；（3）智能處理，這是本平臺的核心特性，利用云計算等智能計算技術對系統數據和信息進行存儲與管理，對儀器設備實施智能化控制[9，10]。

目前，在高校及一些農業企業的管理上普遍使用物聯網技術。其中我校動物科學類國家級實驗教學中心采用物聯網技術，對“中心”下設的動物遺傳育種學實驗室、動物疾病診斷實驗室、動物繁殖學實驗室、動物營養與飼料學實驗室、水產學實驗室等16個功能實驗室，2000多萬元的儀器設備等進行了管理，構建包含設備信息、網絡預約、數據統計、動態監控等管理要素的現代大型儀器設備共享平臺管理系統[11]（圖1）。實踐證明，該技術對于儀器平臺和中心的日常管理發揮了重大作用。

三、虛擬仿真實驗平臺建設

在本科生教學中，由于教學條件及實踐操作時間的限制，學生專業學習多停留于書本層面，實踐創新能力不強，生產實習與社會實際脫節，傳統教學模式和教學手段已經很難滿足教學的需要。例如，很多動物科學專業的同學在畢業之后會進入畜牧養殖行業工作，其中有相當一部分學生不懂養殖技術，理論聯系不上實際，這是很多高校目前面臨的主要問題之一。為了解決理論與實踐之間的矛盾，我院實驗教學中心提出運用虛擬仿真技術引入到動物科學本科生產實踐課程的思路，探索如何將虛擬仿真技術引入到動物科學專業本科生理論課教學、實驗課教學、綜合性實習等三個重要教學環節之中。

1.虛擬仿真。虛擬仿真又稱虛擬現實，是隨著電子技術的迅猛發展新興的一種技術，已在軍事、航天、設計、生產制造、醫療等領域得到應用，是一項極具前景的多學科綜合技術。學者J.Laniar最早提出虛擬現實的說法，并稱其為假想現實。虛擬仿真技術就是用計算機再現一個現實三維世界，或者創造一個構想出的三維世界，使用者可以用觸覺、視覺、聽覺等多種感官途徑與虛擬世界進行互動，如同身臨其境一般，在三維空間內觀察操作[12]。因此，虛擬仿真實驗平臺可以為學生提供一個類似于實際生產的虛擬環境，學習者通過對實驗儀器的實時交互操作來完成實驗。

2.虛擬仿真實驗平臺建設概況。為深化實驗教學改革，本著以人為本，知識、能力、素質協調發展的實驗教學理念，南京農業大學動物科技學院在虛擬仿真實驗平臺的建設方面進行了探索和實踐，自主研發了動物科學類虛擬仿真實驗教學平臺。平臺中設有豬場（圖2）、雞場、牛場、羊場以及魚塘地等場景（可根據需要增加）。以豬場為例，我們設計了兩條養豬的生產工藝流程：“空懷—配種—產仔”和“哺乳仔豬—保育仔豬—生產豬肥育—上市”，其中包含豬場選址、豬場布局與設計、品種選擇、各階段豬飼料營養與飼養管理、發情與配種、分娩與接產、種豬選種保育、商品豬出欄8個部分，涵蓋了動物生產管理、動物營養與飼料科學、動物繁殖和動物遺傳改良以及動物疾病防治和動物產品經營管理五大方面的內容。

目前虛擬仿真實驗豬場已初具規模，并繼續籌劃虛擬仿真雞場等后續畜牧場的建設，最終將建成包含飼料學、飼料配方與檢驗、動物遺傳育種與繁殖、水產養殖學、動物營養學、家畜環境衛生學、牛羊生產學、豬生產學、禽生產學、動物解剖學、獸醫學概論等學科的70多門實驗課程的500多個實驗項目的動物科學類綜合性平臺。我們還將開發相應的手機APP軟件，突破時間和空間的限制，方便學生課下學習。最后一個階段的建設將會將實驗項目擴展到植物、環境等其他領域，構建一個跨行業多學科的綜合性實驗平臺。此平臺打破了空間和地域的限制，創造開放式生產環境，實現生產各環節一條龍，學生不受時空的限制完成相關的教學實驗和實習，并整合動物科學專業課程群，提高實踐教學效果。

四、大學生校外基地實踐教學

教育部印發的《教育部關于開展“本科教學工程”大學生校外實踐教育基地建設工作通知》明確指出：通過建設實踐基地，承擔高校學生的校外實踐教育任務，促進高校和行業、企事業單位、科研院所、政法機關聯合培養人才新機制的建立；推動高校改變教育思想觀念，改革人才培養模式，加強實踐教學環節，提升高校學生的創新精神、實踐能力、社會責任感和就業能力。校外基地實習時強化學生專業知識、理論聯系實際的綜合性教學環節，是提高教學和人才培養的有效途徑[13，14]。完全依靠高校自身來進行實踐教學改革，培養具有實踐和創新能力的大學生已不適應社會發展，進行校企合作，建立校外實踐教學基地，實現與社會資源共享，是我國高等教育大眾化的必然要求。南京農業大學動物科技學院于2012年申請了兩個教育部立項建設農科教合作人才培養基地：中國江蘇康樂農牧集團股份有限公司實踐教學基地和江蘇立華牧業有限公司實踐教學基地。其中江蘇康樂農牧集團股份有限公司實踐教學基地總面積為1800多畝。基地主要開展豬生產實習、課程實習、畢業實習、創新創業訓練計劃和其他實踐教學活動。通過實踐教學，可使學生可了解現代化、規模化豬場建設的常規知識，了解現代化種豬場育種工作基本內涵，了解養豬科學研究和生產技術的最新進展及掌握現代化設施設備的使用和仔豬的生產與管理方法。江蘇立華牧業有限公司實踐教學基地依托于國家級農業產業化龍頭企業——江蘇立華牧業有限公司，占地總面積500畝。基地承擔了南京農業大學動物科學專業的家禽實踐教學、社會實踐、課程實踐和畢業實習任務。

五、實驗教學示范中心、虛擬仿真實驗教學平臺和大學生校外實習基地“三位一體”有機結合的思考

教學基地是教學實習的載體，與課堂教學相輔相成但又有所區別。如何整合實驗教學示范中心、虛擬仿真實驗平臺和大學生校外實習基地，形成“三位一體”實踐教學模式（圖3），是當前實踐教學的一個重要問題。通過多年的嘗試與思考，學院決定從三方面入手，整合實踐教學資源，構建“三位一體”實踐教學模式。

建設完善的校內外實踐教學實習基地是提高專業實習質量的有效途徑，是產、學、研結合實現人才培養目標的重要保障[15]。物聯網技術將我院畜禽養殖基地的情況實時反饋到課堂，學生根據采集到的視頻和數據資料，在學校就能掌握動物生產的各項技術要點和養殖細節，并對其進行分析，一方面將理論知識轉化為實際生產技能，學以致用，另一方面也緩解了學校學生數量多、實習經費緊張的壓力。此外，動物科學類大型儀器共享平臺的構建，整合了院內的所有儀器資源，使用者可以24小時使用儀器，極大地增加了大型儀器的使用效率，同時也解決了本院師生科研經費緊張、各自主實驗室大型儀器短缺影響科研進度的問題。而虛擬仿真實驗平臺則通過虛擬實驗，改變實踐教學模式，對校內課堂教學和校外基地教學進行補充。學生通過了解生產中的一些實際問題，而后帶著問題在中心平臺上開展實驗教學、科研實驗與創新。

“三位一體”旨在解決動物科學實踐教學過程中長期存在的實驗與實踐相互制約的難題，對于培養適應畜牧科技發展需要和創新能力強的高質量專業技術人才具有重要作用。我校作為具有行業特色的農業大學，把動物科學示范中心、虛擬仿真實驗平臺和大學生校外實踐教學基地建設有機結合起來，作為強化實踐教學的主要手段，對大力改善實驗教學條件，努力提高學生的實踐創新能力必將起到非常重要的作用。

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