虛擬仿真教學資源在中職水產養殖專業教學中的應用

【摘要】本文論述實驗室的實體實驗教學、實訓基地現場操作教學、現場觀摩和視頻演示教學、理論教學代替實訓教學等中職水產養殖專業的傳統教學方法的內容及存在問題，以具體課例分析虛擬水產動物標本、魚類解剖虛擬仿真實驗系統、陸基養殖技術虛擬仿真實訓資源、牡蠣育苗實訓虛擬仿真實訓資源、飼料加工虛擬仿真資源等虛擬仿真教學資源在中職水產養殖專業教學中的應用。

【關鍵詞】虛擬仿真教學資源水產養殖專業【中圖分類號】G63【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2023）02-0096-04

2019年，國務院印發《國家職業教育改革實施方案》，提出適應“互聯網+職業教育”發展需求，運用現代信息技術改進教學方式方法，推進虛擬工廠等網絡學習空間建設和普遍應用。在《加快推進教育現代化實施方案（2018—2022年）》中，也提出要著力構建基于信息技術的新型教育教學模式，促進信息技術與教育教學深度融合，支持職業學校充分利用信息技術開展人才培養模式和教學方法改革，逐步實現信息化教與學應用師生全覆蓋。這些文件的出臺，為中職教育發展指明了方向，即各中職學校要面向“專業知識、職業技能和信息技術”三位一體的高素質技術技能型人才培養，大力推進“互聯網+職業教育”，探索基于互聯網的認知規律，構建校企跨界合作、教學環境與工作場所結合、虛實環境融合的新型職業教育教學方式。虛擬仿真技術就是用計算機虛構系統模仿一個真實系統的技術，目前已廣泛應用于職業學校的各專業教學。近年來，筆者在廣西水產畜牧學校（以下簡稱我校）水產養殖專業教學中，進行了利用虛擬仿真教學資源開展教學的實踐探索。

一、中職水產養殖專業實驗教學的傳統做法

（一）實驗室的實體實驗教學方法

水產養殖專業基礎課和專業課的部分課程的實訓教學通常是在實驗室進行，學生在教師指導下使用實驗材料進行實驗操作。如魚類學課程的實驗教學多數采用此方法，在測量魚類外形時，學生在教師的指導下，用直尺等工具測量魚類的體長、體高、頭長、眼徑、吻長、尾柄長、尾柄高等，通過觀察新鮮的魚類標本，認識魚類的外部器官。在進行識別魚類內部各器官系統實驗時，學生通過動手解剖觀察魚體各結構，掌握解剖魚類的方法和認識魚類各器官系統。在學習魚類分類時，學生則拿著魚類標本，對照檢索表，通過魚類的主要分類特征認識魚類的種類，掌握魚類的分類方法。水生生物學課程實訓教學也常用這種做法，即在實驗室里，學生用顯微鏡觀察識別浮游植物和浮游動物的種類等。這樣的方法具有一定的實操性，但也存在一定的局限性，如關于一些名貴魚類，或不常見、不可重復的疾病案例的實驗，由于受時間和經費等條件的限制，教師不能在實驗室開展實訓教學，學生也就很難掌握相關的知識和技能。

（二）實訓基地現場操作教學方法

在校內實訓基地指導學生進行現場操作訓練，是另一種常用的實訓教學方式。如在生物餌料課程的實訓教學中，學生在教師指導下，在實訓基地模擬生產過程，培養光合細菌、輪蟲、枝角類、豐年蟲等餌料生物；在休閑漁業課程的釣魚技術實訓教學中，教師指導學生學習準備釣具、配制魚餌、垂釣技能等實踐技能；在水產動物疾病課程的藥餌配制和投喂、外用藥物的配制和潑灑等疾病防治的實訓教學中，學生也是在實訓基地進行現場操作、訓練學習。又如魚類繁殖技術是一門對操作技能要求很高的課程，教學過程基本都在實訓基地進行，由教師指導學生學習挑選成熟親魚、配制催產劑、選擇催產時間、注射催產劑、人工授精、魚苗孵化和培育、魚苗包裝和運輸等技術。雖然這些實訓教學基本都能在實訓基地進行，但往往由于趣味性不足，導致學生學習的興趣不高。而且大部分實訓教學由于材料和場地的限制，只能做一次，不能反復訓練，學生不能熟練掌握相關知識和技能。

（三）現場觀摩和視頻演示教學方法

關于投資大、過程復雜、持續時間長的生產過程，或有一定危險性的生產操作過程，在實驗室或實訓基地無法完成，只能采取到企業參觀或視頻演示等辦法開展教學。如池塘養殖課程的教學，根據漁業生產發展的新態勢，增加了目前廣泛應用的陸基養殖技術，此類課程主要采取帶學生到養殖企業參觀和觀看視頻的教學方式，增加學生的感性認識。還有一些魚類等水產動物的養殖過程時間較長，通常也只能用視頻演示進行教學。這種實訓教學能讓學生增加感性認識，加深學生對理論知識的理解，但學生不能動手實踐，所掌握的知識與生產實際有差距，更沒有掌握生產技能。

（四）以理論教學為主的教學方法

由于有些課程的實訓教學需要用到復雜的設備，但學校條件無法滿足實訓教學的需求，所以只有在課堂上進行理論講解，以此代替實訓教學。如水生動物營養與飼料課程的飼料加工內容，需要用到的設備多，加工流程復雜，但大部分中職學校沒有配置飼料加工設備，而企業通常不可能容納大批學生短期進廠實訓，學生只能分批、分次到工廠實訓。因此，教師只能在課堂上講解飼料加工加工設備、生產工藝、生產步驟和注意事項等，學生既看不到真正的飼料加工設備，也無法參與飼料加工生產的全過程，只能從理論上學習這部分教學內容，很難掌握飼料加工技術。

二、虛擬仿真實驗教學資源在教學中的應用

由于傳統教學方式方法存在上述種種問題，因此推動中職水產養殖專業課程改革勢在必行。近年來，隨著信息技術的迅速發展，虛擬仿真教學資源應運而生。虛擬仿真實訓教學資源采用虛擬現實的信息化技術，實驗操作經過數字化處理，使學生在開放、自主、交互的虛擬環境中實現高效、安全且經濟的實操訓練，達到真實實驗環境難以實現的教學效果。因此，在水產養殖專業實訓教學中，我們運用虛擬仿真水產動物標本、魚類解剖虛擬仿真實訓教學、陸基養殖技術虛擬仿真實訓資源、牡蠣育苗實訓虛擬仿真實訓資源和飼料加工虛擬仿真資源等開展實訓教學。這樣的教學方式有以下優勢：一是解決了傳統實訓教學中實體水產動物標本保存時間長，體色體型失真，標本量不足和氣味刺鼻等問題；二是通過虛擬仿真技術，能使枯燥的知識變得生動有趣，并能重復練習；三是突破時間和空間限制，使時間跨度長、對設備條件和場地條件要求高、有一定危險性的實訓教學，能在虛擬仿真實訓教學資源平臺上高效完成。

（一）虛擬水產動物標本的應用

近年來，筆者通過虛擬仿真技術制作了青魚、草魚、鰱魚、鳙魚、鯉魚、鯽魚、羅非魚、鱸魚等30多種常見養殖魚類的數字標本模型，對魚類的外部形態、內部構造、生活習性等特征進行了詳細的描述和展示。如教學魚類學課程的第三章“常見魚類識別”、第四章“草魚和青魚的識別”等知識時，由于不能帶領學生進行實物觀察，僅靠教材上的圖片學生很難掌握相關知識。因此，筆者便通過虛擬仿真標本引導學生觀察魚類各種形態、了解魚類的各種數據。在虛擬仿真平臺上，學生可以點擊搜索草魚的立體動態圖和解說視頻，可以360°旋轉觀察草魚外部形態，了解草魚體型為前部近似圓筒形、后部側扁、頭部圓錐形，體色為黃綠色、背部顏色深、腹部為白色等知識；點擊草魚咽部，可以看到咽齒呈2行排列，主行齒呈櫛狀；點擊草魚的生活習性，可以看到草魚主要以植物為食。同樣，學生可以利用虛擬仿真平臺搜索青魚，360°旋轉觀察青魚外部形態，了解青魚頭部較尖、體色為青灰色、背部顏色深色、腹部淺灰色；點擊青魚的咽部，可以看到咽齒為2行臼狀；點擊青魚的生活習性，可以看到青魚以螺等軟體動物為食。在課程測試部分，學生可以通過虛擬仿真平臺的列表功能，把草魚和青魚的主要特征進行比較識別。在此過程中，學生通過虛擬仿真平臺生動、細致、真實地觀察和了解草魚、青魚的體態特征和生活習性，不僅極大地提高了學習積極性，還通過反復訓練提高了識別魚類的能力。

（二）魚類解剖虛擬仿真實驗系統的應用

魚類解剖是水產養殖專業基礎課程魚類學課程的主要實訓教學內容之一，也是水產養殖生產者必須掌握的基本技能。這一課程要求學生熟練掌握魚類解剖的方法，能識別魚類的骨骼、肌肉、消化、呼吸、循環、泌尿、神經、內分泌等系統和器官。在學習中，學生通過虛擬仿真技術，可以構造魚類的整體結構，可以展示魚類各器官和系統，點擊相關系統能自由切換和進行疊加，方便學生掌握各器官和系統所在位置，知識點表達更加直觀，且可以反復練習。如在魚類學課程中消化系統一節的實訓教學中，學生在虛擬仿真系統中點擊剪刀解剖魚頭部和腹腔，從臀鰭前方下刀，向背部方向沿腹腔由后向前剪至鰓蓋后緣，再向下至胸腹部，點擊打開腹壁，再點擊剪開頭部側面，完成解剖過程。此外，學生還可以點擊自主測試，檢驗自己對消化系統的掌握程度。學生在系統上反復練習幾次，就能熟練掌握消化系統的解剖方法，能正確指出各器官名稱。

（三）陸基養殖技術虛擬仿真教學資源的應用

陸基循環水養殖是一種全新的、科學的、系統的現代化水產養殖新模式，是以陸地為基礎，運用高新技術全面、有效地實現人為控制養殖環境和養殖過程的一種養殖模式。目前，該技術廣泛應用在廣西內陸水產養殖業中。在池塘養魚課程中，我校增加了陸基循環水養殖模塊，并通過虛擬仿真實訓教學平臺讓學生進行實踐。在教學過程中，學生點擊陸基循環水養殖模塊可以學習陸基循環水養殖系統和布局，以及典型養殖生產場景；點擊快速排污養殖圓池、殺菌系統、水處理系統、排水系統、進水系統、增氧系統、控制系統和養殖尾水水生生物凈化池塘等，學習各個部分的建設要求；還可以點擊養殖池放養的魚類及密度、投喂飼料量、投喂時間和日常管理等。采用這樣的學習方式，學生能感覺身臨其境，掌握陸基循環水養殖系統的設備構成，可動手點擊搭建陸基循環水養殖場，模擬進行養殖生產。

（四）牡蠣育苗實訓虛擬仿真教學資源的應用

貝類養殖課程是水產養殖專業骨干課程之一，牡蠣養殖是其中的一個重要內容，也是廣西海水養殖的大產業。牡蠣育苗是必須進行實訓的教學內容，但由于我校離海洋較遠，基本不能開展這門課程的實訓教學，而利用虛擬仿真教學資源便可解決這一問題。如教學貝類養殖課程第五章“牡蠣養殖”這一內容時，筆者便采用了虛擬仿真教學資源開展實訓教學。在教學中，筆者讓學生在虛擬場景中體驗牡蠣育苗的整個過程，包括育苗場址選擇、育苗場布局、親貝的挑選、親貝促熟、誘導催產、受精孵化、幼體培育、附著采苗、稚貝培育和中間育成等。在電腦虛擬場景中，學生可以根據已學的理論知識，搭設牡蠣育苗場，選擇合適的牡蠣作為種貝，然后設置促進種貝成熟的溫度、餌料和日常的水質條件，計算種貝成熟的有效積溫，達到成熟積溫后對種貝進行催產受精，進行受精卵孵化，幼苗孵出后進行培育，然后設置合適的鹽度、溫度、氧氣條件，選擇合適的餌料，在系統上定時給幼苗投餌和換水，并作好記錄；幼苗培育一定時間后，進行附著采苗，學生可以從系統的多種附著基中選擇合適的種類，并對選出來的附著基進行處理；幼苗附著后進行稚貝培育，學生可以選擇合適的餌料種類和數量投喂稚貝，并進行日常管理；完成稚貝培育后，學生選擇適合的海域場景進行中間培育。整個牡蠣育苗的實訓過程在虛擬仿真場景中完成，學生置身于真實的生產過程，可以有效掌握牡蠣育苗的各流程和技術。

（五）飼料加工虛擬仿真教學資源的應用

水生動物營養與飼料課程是水產養殖專業的重要課程，這門課程第四章的教學內容為“配合飼料加工”，由于操作實訓需要的時間長、設備多，往往難以進行真實的實訓教學，筆者便利用虛擬仿真平臺開展教學。教學中，筆者按飼料加工生產的標準設置虛擬仿真生產場景，要求學生通過電腦或手機 App 登錄飼料加工虛擬仿真實驗系統，完成飼料加工的實驗體驗，獲得職業代入感。在虛擬仿真實驗教學中，學生可以點擊飼料廠，展示飼料廠的結構和飼料原料接收、原料輸送、飼料原料清理、飼料原料儲存、飼料原料粉碎、飼料混合、飼料調制、飼料制粒、飼料制粒后處理、飼料打包等十個操作環節，讓學生操作并進行選擇。如在飼料原料接收的教學環節，虛擬仿真平臺設置了飼料原料的種類、各種飼料原料特性、接收飼料原料的數量、原料的預計用量等四個學習板塊，學生可以邊學習邊操作；在飼料原料儲存的教學環節，學生可以學習操作控制水分、儲藏溫度、異物雜質、昆蟲和霉菌，以及選擇儲藏設施條件等；在飼料調制的教學環節，學生根據虛擬仿真平臺的相關提示選擇設備，在設備中供給蒸汽，對飼料進行水熱處理，使物料軟化、淀粉糊化、蛋白質變性，并控制調制過程的時間。

三、在中職水產養殖專業教學中運用虛擬仿真資源的意義

（一）能有效提高學生的學習興趣，提高教學的有效性

在教學中，把枯燥的知識和技能，或傳統的教學方式中教師難以表達、學生難以理解的抽象知識，用虛擬仿真技術呈現出來，學生可以用電腦或手機點擊操作，通過視覺、聽覺、觸覺等全方位環境的營造，給學生帶來一種身臨其境的學習現場感，增強學生的現場帶入感和學習專注度；并把傳統的“被動接受式”轉化為“自主探索式”，教師和學生進行多元化的學習和互動，讓學習變得更加輕松，從而不斷提升學生對知識結構、技能操作的學習興趣，提高教學效果。在進行虛擬仿真實訓后，對學生進行學習評價，也有利于督促學生學習，并指導學生邊學習邊糾正學習進程的偏差。

（二）能有效解決學習的時空限制問題

一是因為有的水產養殖生產過程時間跨度大，一個教學周期內不能完成，如育種過程至少需要1—2年，因此無法通過實訓來完成。而利用虛擬育種模塊，就能把育種過程縮短在2節課內完成，有效地解決了因育種時間跨度大而無法開展教學的問題。二是因為有的生產過程需要很大的場所，在校內因場地有限就沒辦法進行實訓。如深海抗風浪網箱養魚，需要廣闊的海域，且有一定的危險性，通常只能通過看視頻和上理論課來完成教學內容。而有了深海抗風浪網箱養魚虛擬仿真模塊后，學生就可以構建幾百公頃的廣闊海域和深海抗風浪網箱養魚場景，可以系統地進行虛擬仿真實訓，突破了空間的限制。學生平時還可以通過虛擬仿真平臺，在相對安全的環境中進行反復大量的模擬訓練操作，不受時間和空間的限制，為將來就業打下良好的基礎。

（三）虛擬仿真實驗教學成本低、效率高

在水產養殖專業實驗教學中，有的實驗實訓過程需要價格昂貴的設備和實驗材料，如關于鱖魚的解剖，因為鱖魚的價格較貴，較難滿足每名學生人手1尾鱖魚，所以較難開設這類實驗；有的實訓涉及高危或極端環境的實訓也很難開展，如金鯧魚深海抗風浪網箱養殖，從網箱的運輸、設置，到魚苗魚種的放養、飼料的投喂到飼養管理，再到商品魚的收獲，都在外海進行，外海風浪大，有一定危險性，所以學校無法安排這個內容的生產實訓。而利用虛擬現實技術，在多媒體計算機上建立虛擬實驗室，學生便可以在電腦或手機上操作，這種實驗既不消耗器材，也不受場地等外界條件的限制，可重復操作，且耗材少、成本低。

（四）虛擬仿真技術豐富了課堂的教學形式

在傳統的實驗和理論教學中，往往是教師在講臺上面講解，學生在下面聽和做筆記。將虛擬仿真引入實驗和課堂教學中，學生可以選擇和創造適合自己的學習環境，充分調動學習的積極性，將教師的講授轉變為學生的主動求知。學生在課堂中的單純記憶和機械式做作業的過程，也轉變為在虛擬仿真系統中動手操作、發現問題、解決問題的過程，真正實現了做中學、學中做。

虛擬仿真技術為教師教學、學生學習提供了全新的體驗，改變了傳統的實訓教學模式和教學方式，有著傳統教學無可替代的優勢，能突破實訓教學資金不足、場地不足等限制，將教師授課、學生操作、教學器材、教學內容等融為一體，形成一個智能化、多元化的課堂，提高了學生自主學習的能力和動手操作的能力，有效地促進了中職水產養殖專業的信息化教學，提高了教學質量。

參考文獻

[1]鄭小東.“雙一流”背景下的水產科學虛擬仿真實驗教學資源建設[J].高等農業教育，2019（5）.

[2]陳增艷.3D水產養殖虛擬仿真實驗室的構建與系統實現[J].現代計算機，2017（11）.

[3]鄭小東.新農科背景下水產科學實驗教學示范中心建設的探索[J].高等農業教育，2021（4）.

[4]朱正國.新時代水產類國家級實驗教學示范中心建設運行中信息技術的應用：以上海海洋大學為例[J].中國教育信息化，2021（7）.

[5]羅國芝.循環水養殖系統構建虛擬仿真實驗設計與開展[J].科教導刊，2021（35）.

[6]郝振林.在水產養殖類專業中搭建網絡虛擬仿真教學系統的構想：以《貝類增養殖學》為例[J].亞太教育，2016（8）.

注：本文系2021年度廣西職業教育教學改革研究重點項目“‘互聯網+’背景下水產動物數字化標本館的研究與應用”（GXZZJG2021A031）的研究成果。

作者簡介：覃棟明（1965—），廣西蒼梧人，高級講師，高級“雙師”，主要研究方向為水產養殖專業教學和科研工作；王佳紅（1982—），甘肅通渭人，高級講師，高級“雙師”，主要研究方向為計算機應用教學和科研工作；朱瑜（1965—），廣西崇左人，正高級講師，高級“雙師”，主要研究方向為水產養殖專業教學和科研工作；周旭（1975—），廣西上林人，高級講師，主要研究方向為信息技術教學和科研工作。

（責編蒙秀溪）