虛擬仿真“金課”在應(yīng)用型課程教學(xué)中的建設(shè)初探

金 嫘，查恩輝，周銘懿，孫 晶，屈 影，黃云坡

（錦州醫(yī)科大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 錦州 121000）

2018年6月，教育部召開新時代全國高等學(xué)校本科教育工作會議，該會議的重要精神之一就是“加強學(xué)習(xí)過程管理”，淘汰“水課”、打造“金課”。“金課”就是“一流課程”，旨在培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力和高級思維；課程內(nèi)容要有前沿性和時代性，教學(xué)形式要體現(xiàn)先進性和互動性，學(xué)習(xí)結(jié)果要具有探索性和個性化；課程要有一定難度，教師備課、講課與學(xué)生課上課下的學(xué)習(xí)都要投入[1]。關(guān)于“金課”的標(biāo)準(zhǔn)，教育部高等教育司司長吳巖提出了“兩性一度”，即“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”，提出建設(shè)五大“金課”目標(biāo)，包括線下“金課”、線上“金課”、線上線下“金課”、虛擬仿真“金課”和社會實踐“金課”[2]。虛擬仿真技術(shù)與計算機技術(shù)聯(lián)合，創(chuàng)造出許多實踐環(huán)節(jié)的虛擬場景操作軟件，在生動性、直觀性等方面取得了很大進步。虛擬仿真教學(xué)模式的諸多優(yōu)勢能夠彌補應(yīng)用型教學(xué)中實踐環(huán)節(jié)的不足，滿足“金課”一流課程的教學(xué)要求。因此，基于虛擬仿真技術(shù)的“金課”教學(xué)模式值得構(gòu)建和探討。

1 應(yīng)用型課程實踐教學(xué)中存在的問題

1.1 線下實踐教學(xué)成本高和適應(yīng)性差

實踐教學(xué)占專業(yè)人才培養(yǎng)體系的比重應(yīng)遵循教育部頒布的相關(guān)專業(yè)類人才培養(yǎng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[3]。傳統(tǒng)實踐教學(xué)一般分為校內(nèi)實踐和校外實習(xí)。校內(nèi)實踐設(shè)備、場地等不足，與生產(chǎn)實際存在一定差距，學(xué)生銜接適應(yīng)能力差。而校外實習(xí)，由于企業(yè)在客戶保密、技術(shù)保密等方面有諸多顧忌，學(xué)生的實習(xí)能力提高緩慢，往往流于形式，實習(xí)效果不佳。乳品科學(xué)與技術(shù)課程實踐教學(xué)內(nèi)容包含巴氏殺菌乳、奶酪、冰淇凌等乳制品的生產(chǎn)，生產(chǎn)線占用空間大、設(shè)備維護費用高、開機使用成本也高，每年學(xué)生的實踐教學(xué)都存在一定問題[4]。

1.2 線下實踐教學(xué)易忽略學(xué)生的實踐素質(zhì)差異

實踐教學(xué)在應(yīng)用型課程中起著理論與實際相銜接的重要作用，是學(xué)生在校學(xué)習(xí)到就業(yè)的重要過渡環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)實踐教學(xué)較為集中，技能訓(xùn)練比較規(guī)范，對學(xué)生的技能評價比較一致，容易忽略學(xué)生的個性和實踐素質(zhì)差異。傳統(tǒng)乳品科學(xué)與技術(shù)課程實踐教學(xué)中，噴霧干燥環(huán)節(jié)、巴氏殺菌操作環(huán)節(jié)的實踐操作偏于集中，抑制了學(xué)生的創(chuàng)新性和研發(fā)潛能，急需引入可視化、可重復(fù)性操作等教學(xué)形式。

1.3 線下實踐教學(xué)升級難和重復(fù)性差

傳統(tǒng)的實踐教學(xué)模式在硬件和軟件上都存在與企業(yè)脫軌、教學(xué)內(nèi)容相對落后的情況。一些高校的實踐教學(xué)內(nèi)容由于硬件資源配置老化、教學(xué)內(nèi)容滯后等原因難升級，脫節(jié)嚴重。軟件方面包括教學(xué)方法單一、教師水平和經(jīng)驗有限，往往采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，創(chuàng)新性差。另外，課程中的一些實踐教學(xué)內(nèi)容實操的重復(fù)性受原料、流程、溫度、時間等影響，使學(xué)生技能掌握參差不齊。

2 虛擬仿真技術(shù)融入“金課”取得教學(xué)新突破

2.1 虛擬仿真技術(shù)促進實踐教學(xué)多元化

虛擬仿真實踐教學(xué)是教育領(lǐng)域順應(yīng)時代發(fā)展、產(chǎn)生技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的新事物，虛擬的實踐環(huán)境，再現(xiàn)實踐真實場景，帶動了應(yīng)用型課程教學(xué)模式的改革與發(fā)展[5]。通過虛擬仿真實踐教學(xué)，使學(xué)生對理論和實踐有了更深的了解。教學(xué)質(zhì)量大大提高，實驗過程自主化，實驗內(nèi)容多元化、智能化，教學(xué)方式多樣化、時代化。對于學(xué)校，通過虛擬仿真實踐教學(xué)模式的運行，減少了設(shè)備、儀器的投資和維護費用，節(jié)省下的資金可以用到更多需要投資的地方。虛擬仿真教學(xué)模式解決了應(yīng)用型課程中實踐環(huán)節(jié)難開展的難題，例如，新冠肺炎疫情期間，乳品科學(xué)與技術(shù)課程中的切達干酪的生產(chǎn)實驗內(nèi)容，采用由北京東方仿真軟件技術(shù)有限公司開發(fā)的易思虛擬仿真軟件進行線上教學(xué)，解決了線下實踐無法操作的難題。

2.2 虛擬仿真技術(shù)賦予“金課”更多優(yōu)勢

虛擬仿真技術(shù)在“金課”的打造中展示了諸多優(yōu)勢：（1）以工藝流程為主線，以理論教學(xué)內(nèi)容為考察點，培養(yǎng)學(xué)生自主探索的學(xué)習(xí)能力。（2）充分融入前沿科技，緊跟時代發(fā)展步伐，創(chuàng)造與實際工廠匹配度高的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，增強學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、獨立思考能力[6]。（3）虛擬仿真教學(xué)是以面向“新工科”和“雙創(chuàng)”能力培養(yǎng)為宗旨，以共享優(yōu)質(zhì)資源為重點，極大推動了高校實踐教學(xué)的改革和創(chuàng)新。（4）虛擬仿真教學(xué)是高等教育信息化建設(shè)和打造“金課”的重要內(nèi)容，形成學(xué)科交叉、學(xué)科互助的新型教學(xué)模式，體現(xiàn)“金課”的創(chuàng)新性、高階性。（5）賦予“金課”多層次、立體化、虛實結(jié)合、教研互補的教學(xué)特色，與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，教學(xué)內(nèi)容更加豐富[7]。

3 應(yīng)用型課程虛擬仿真“金課”教學(xué)模型構(gòu)建

3.1 課程體系構(gòu)建

乳品科學(xué)與技術(shù)課程經(jīng)過多年建設(shè)擁有完善的網(wǎng)絡(luò)課程資源，結(jié)合教學(xué)目標(biāo)，突出醫(yī)學(xué)院校食品與藥品加工技術(shù)特色，在理論教學(xué)基礎(chǔ)上，加大實踐教學(xué)力度，配備校內(nèi)、校外實訓(xùn)課程。在“金課”建設(shè)過程中，針對實踐性強的奶酪加工技術(shù)、酸奶加工技術(shù)章節(jié)開展虛擬仿真教學(xué)，先進行2學(xué)時的理論教學(xué)，再進行2學(xué)時的虛擬仿真教學(xué)。

3.2 教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建

嚴格把控教學(xué)重點、難點，做好教學(xué)內(nèi)容規(guī)劃，是打造高質(zhì)量“金課”的重要舉措[8]。在線上線下混合式教學(xué)基礎(chǔ)上，將重點章節(jié)，如奶酪生產(chǎn)、酸奶生產(chǎn)采用虛擬仿真教學(xué)，對前期理論教學(xué)內(nèi)容進行適當(dāng)豐富，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，主動發(fā)現(xiàn)問題解決問題。同時虛擬仿真教學(xué)軟件中的練習(xí)、測試、考試、錯誤提示功能能構(gòu)建完整的教學(xué)內(nèi)容體系，有助于學(xué)生熟練掌握課程重點，突破課程難點。

3.3 教學(xué)要素的創(chuàng)新性整合

打造“金課”，離不開高校教學(xué)主管部門、教師群體、學(xué)生3個教學(xué)要素的配合。學(xué)校教學(xué)主管部門規(guī)范教師群體按照教學(xué)規(guī)律和學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律對課程的內(nèi)涵進行充實，引導(dǎo)學(xué)生認真參與課程學(xué)習(xí)，必將不斷促進課程“去水增金”。在乳品科學(xué)與技術(shù)課程中，將虛擬仿真教學(xué)融入“金課”建設(shè)中，從學(xué)生自主學(xué)習(xí)中歸納總結(jié)教學(xué)問題，教學(xué)管理部門合理反饋，形成軟件更新或改善的“初腳本”，對于軟件工程師來講，這些是新融入的教學(xué)要素，起到優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容的作用，同時也對教師提出了創(chuàng)新的方向，有利于對接“金課”標(biāo)準(zhǔn)，明確建設(shè)“金課”的思路和方向。

4 應(yīng)用型課程虛擬仿真“金課”建設(shè)效果評價

采用電子問卷調(diào)查形式調(diào)查參與本研究的本學(xué)年78名學(xué)生，收回有效問卷76份，有效問卷回收率97%。問卷內(nèi)容包括：對虛擬仿真“金課”的滿意度、對虛擬仿真“金課”提升自主學(xué)習(xí)能力的滿意度、對虛擬仿真“金課”提升自身實踐能力的滿意度（見圖1）。同時采集上一學(xué)年未參與本研究的學(xué)生期末平均成績（80.24分），與參與本研究的本學(xué)年學(xué)生平均成績（82.36分）做簡單對比，發(fā)現(xiàn)本學(xué)年學(xué)生期末平均成績較上一學(xué)年高2.12分，表明虛擬仿真“金課”能夠一定程度提高學(xué)生學(xué)習(xí)成績。圖1中，對虛擬仿真“金課”非常滿意和滿意的學(xué)生占比為14.62%+73.75%，對提升自主學(xué)習(xí)能力非常滿意和滿意的學(xué)生占比為23.28%+70.42%，對自身實踐能力提升非常滿意和滿意的學(xué)生占比為 15.93%+65.14%，這與目前教學(xué)對象多為“00 后”，對于科技接受程度高有很大關(guān)系。同時分析由于虛擬仿真教學(xué)對于硬件設(shè)備要求高，可能會出現(xiàn)少部分安裝不兼容的問題，導(dǎo)致無法自主學(xué)習(xí)。在問卷調(diào)查中，學(xué)生針對自身情況，也提出了一些對虛擬仿真軟件操作的建議，比如聲音提示、文字、動畫、操作界面顏色、間隔時間等。虛擬仿真教學(xué)模式能促進學(xué)生積極思考，分析問題，解決問題，提示教學(xué)模式改革的有效性。

圖1 虛擬仿真“金課”建設(shè)效果評價

4.1 虛擬仿真教學(xué)對自主學(xué)習(xí)能力的影響

乳品生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理、工作過程等內(nèi)容一直是課堂教學(xué)的難點，教師要花費大量的課堂時間講解，學(xué)生被動接受，課堂效果差。演示/虛擬/仿真實驗實訓(xùn)（實習(xí)）輔助系統(tǒng)、試題庫系統(tǒng)、作業(yè)系統(tǒng)、在線自測/考試系統(tǒng)等有助于學(xué)生實驗過程自主化，提高學(xué)生自主探究能力。這些資源能鍛煉學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題、探究原因、解決問題能力，與傳統(tǒng)上傳下達的單一指令相比，不拘泥課堂，不拘泥統(tǒng)一時間，不拘泥單一效果，給學(xué)生提供了自主探究和學(xué)習(xí)的空間，鍛煉了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。

4.2 虛擬仿真教學(xué)對實踐能力的影響

圖1調(diào)查結(jié)果顯示，虛擬仿真教學(xué)能提升學(xué)生實踐能力。軟件界面中畫面真實還原工廠內(nèi)部設(shè)備安置、設(shè)備運轉(zhuǎn)模式、設(shè)備操作技術(shù)流程。通過文字、語音及畫面演示，立體展示工廠實操，學(xué)生通過相關(guān)操作提示，手、腦結(jié)合，效果逼真，相較于傳統(tǒng)課堂的單一演示，每個學(xué)生都能針對自己的操作發(fā)現(xiàn)問題，充分發(fā)揮了學(xué)生的主動性，并且配有限時考試，鞏固了虛擬實踐效果。無論虛擬操作、考試測試都具有可重復(fù)性，大大降低了傳統(tǒng)教學(xué)成本，提高了學(xué)生的實踐能力。

5 結(jié)語

基于時代發(fā)展背景，打造“金課”離不開“互聯(lián)網(wǎng)+”的技術(shù)平臺，虛擬仿真教學(xué)迎合時代需求，教學(xué)改革要求，整合教育資源，提升了實踐教學(xué)質(zhì)量，為未來教育教學(xué)改革找到了突破口，也為線上“金課”的建設(shè)提供了完備的技術(shù)支持。雖然在探索中也有一定的缺點，比如加工技術(shù)流程中有技術(shù)難點未詳細展開，虛擬仿真內(nèi)容多元化不足等，筆者認為以此為借鑒，能夠為其他應(yīng)用型學(xué)科的“金課”建設(shè)提供很好的思路。