虛擬仿真實驗在食品工程專業“生產實習”課程中的應用

田密霞，姜愛麗，冮 潔，陳 晨，劉程惠

（大連民族大學生命科學學院，遼寧大連 116600）

0 引言

“生產實習”是本科學生的一門主要實踐性課程，是與課堂教學完全不同的教學實踐活動。通過生產實習，學生可以將課堂學到的理論知識在實踐中加以應用，并且可以在實踐中應用并不斷地改進創新。在生產實習過程中，學生可以了解產品的研發、生產工藝、質量安全控制等整個過程，而且可以學到組織和管理的知識，懂得團隊合作在工作中的重要性。

在新工科背景下，學生培養要以產業需求為導向，學科交叉融合，培養出既懂得理論又有實踐經驗、具有創新能力的學生，生產實習是實踐教學環節中極為重要的一環，必須高度重視。然而，現在的生產實習存在許多弊端，不能夠滿足以上要求，因此通過引入虛擬仿真實驗作為傳統實習教學中的補充和完善[1-3]。虛擬實驗室是通過計算機技術將各學科的教學實驗室實現數字化、網絡化。至今為止，無論是國內還是國外都在積極進行虛擬實驗室的研發工作，并且有許多已成功并且運用于實際工作中。例如，美國成功地將虛擬實驗室應用于飛機檢修，以及一些學科的教學、科研和工業領域[4-7]。在我國，成功研發了電工電子學[8-10]、理論化學[11]虛擬實驗室及醫學虛擬手術訓練系統[9]，并且在應用中取得了非常好的效果。針對虛擬仿真平臺實習與工廠實習的優缺點進行一比較分析。

1 目前生產實習的狀況及存在的普遍問題

1.1 對口的實習單位少

目前的情況來看，食品科學與工程專業的生產實習都是教師在當地聯系一些與食品專業相關的實習單位，但大多數企業規模較小、生產內容較單一、管理不夠規范，也沒有能力接收大量實習的學生。一些規模大、管理規范的現代化企業很難聯系到或者是不愿意接受大量的學生進入企業實習，原因可能是考慮到企業的正常生產秩序，或者一些與商業機密相關的問題。而且，學校在聯系實習企業的同時，企業也在選擇進入的學校、學生，這樣一來能聯系到的實習單位很少，接收學生數量也不足。

1.2 生產實習的方式單一

有的實習企業本身規模較小，生產產品單一，生產方式也比較簡單，學生進入實習單位也只是從事一些簡單的、重復性的體力勞動，很難將所學到的知識運用起來。一些規模大的實習單位，為了不影響正常的生產秩序，企業一般也不會安排學生進入一些重要的、技術性強的崗位，只是給學生安排到一些操作簡單的崗位。一些大型的精密儀器也不允許學生進行操作，只是簡單地參觀講解。有一些企業采取的全自動化生產，學生只能在外面參觀，雖然會有企業的人員講解生產過程，但只是聽不能具體地操作與了解內部詳細的連接與構造，學生也只能有一個感性的認識，起不到真正生產實習的目的。

1.3 高校教師生產經驗不足

進入企業實習，不僅要企業的配合，指導教師也應該有相應的理論知識與實際生產經驗，這樣才能更好地指導學生。目前高校在引進人才方面單一，只重視高學歷、論文數量，引進的教師大多都是剛剛畢業的博士生，沒有任何的企業經歷，也不懂生產管理。另外，帶領學生進行生產實習的同時，學校也有授課任務，安排帶隊的教師數量較少，照顧不到所有的學生，影響了實習的效果。另一方面，帶實習教師的多為年輕教師，管理學生和生產經驗都不足，缺乏實習鍛煉和經歷，對企業也不夠了解，不能給學生提供詳實的理論和實踐指導，也大大削弱了實習效果[12-15]。

1.4 學生對生產實習重要性認識不足

學生處于理論學習階段，對工作的認識還沒有形成，也不知道生產實習對他們的重要性，只是把生產實習當作一門課來上，提前對企業沒有任何的了解，也不知道自己該準備一些什么材料，自己學習的哪些知識可以運用到實習中，更沒有想過要給企業帶來什么樣的知識與改變。學生進入企業也只是被動接受，實習效果差。

1.5 生產實習的考核評定不夠嚴謹

學生實習后，只是寫一個簡單的實驗報告，內容單一雷同。以報告會的形式讓學生來總結實習的經驗與心得，學生也只是簡單地介紹企業的情況與自己在企業都參與了哪些工作，并沒有對實習有深刻的認識：沒有談到通過實習我學到了哪些實踐知識，學到的理論知識可以用到實踐中去，更沒有談到在實習過程中遇到了什么困難，發現企業在生產過程中有哪些需要改進的地方。

2 虛擬實驗在生產實習中的應用與優勢

2.1 解決學校尋找實習單位難的問題

隨著網絡技術的發展，很多企業與高校合作，構建了各種虛擬實驗，從簡單的操作實驗到復雜的3D 精密儀器操作和實景工廠生產的軟件。學校可以根據食品工程專業學生的專業特點和就業方向，有針對性地購買相關的軟件，尤其是一些自動化程度較高的、生產工藝復雜的或涉及到大型精密儀器使用。因此，學生就可以接觸到的各種不同類型的企業，也解決了學校尋找實習企業，尤其是大型自動化程度高企業的難題。

2.2 提高學校教師的實踐教學能力

購買到或自己開發虛擬軟件后，高校教師可以先進行相關的學習，清楚軟件操作的每一步，即生產的每一個環節，提前備好相關的或者是可能出現的問題，在實習過程中給學生以很好的指導。同時，教師通過對各種工廠生產實踐的了解，也可以應用到理論教學中，即“翻轉課堂”教學法進行理論和實驗教學，增加教學的豐富度，極大地激發學生學習的興趣，也可以更容易理解掌握理論知識[16]。

2.3 學生實習的模式靈活，掌握的生產知識豐富

虛擬實驗在電腦上操作，可以容納多個學生同時操作。學生進入系統，自己獨立完成生產中的每一個環節，可以清楚地學到每一個環節的具體操作，而且也有時間查閱資料，弄清楚每一步。如果操作錯誤或者是沒有掌握，還可以反復進入學習。只要是在實習的時間段，自己可以合理安排好實習的計劃，不受場地和時間的限制。

2.4 大型精密儀器的學習更透徹

大型精密儀器價格昂貴、內部結構復雜，在大多數學校里，本科生只是一些演示的實驗，沒有機會接觸。在虛擬實驗中，學生可以隨意操作，可以打開看到機器內部結構，有利于學生的學習理解，而且沒有損壞儀器的風險。

2.5 學生的學習興趣濃

進入虛擬實驗室系統的每一個操作，就像是游戲的通關，需要自己全力以赴的解決，激發學生的斗志和興趣，自己通過查閱資料、詢問教師的各種方式解決，從而印象深刻，掌握得牢固。

2.6 應對突發事件

2020 年新型冠狀病毒肺炎Coronavirus Disease（COVID-19） 疫情暴發[17]，國家的號召2020 年春季學期所有學校停課在家學習，做到“停課不停教，停課不停學”[18-19]。此時就顯示出了線上教學的優越性，在家不僅可以上理論課，有了虛擬實習軟件，連工廠實習都可以在家進行，不耽誤學生的正常畢業。

2.7 虛擬實驗考核客觀全面

虛擬實驗系統將在特定的時段為學生開放，學生用自己的學號登錄，系統自動打卡，而且每一步實驗必須連續操作，不可以跳躍，保證了學生完整地參與整個實習過程。在實習結束后，可以在系統給出測試題，考核學生對整個實習過程中關鍵技術和知識的掌握程度。

3 虛擬仿真實驗的缺點

3.1 不能接觸到企業的管理經驗

學生在進入企業工作時，不僅要工作積極主動，而且要了解和學習企業文化，為企業的未來發展獻計獻策。優秀的企業文化是一種內在動力，可以提高職工責任感和歸屬感，增強管理團隊的模范帶頭作用，促進企業職工形成正確的思想道德觀念和文化價值觀念，強化與職工之間的情感溝通和信息交流，提高其核心競爭力。而虛擬網絡實習在電腦上進行，沒有進入企業實地參與，接觸不到企業管理和企業文化。

3.2 不會遇到實際生產中的一些問題，偏于理論化

企業在實際的生產中，會遇到各種各樣的突發狀況。需要員工根據自己所學的專業知識進行解決，做到真正的理論聯系實際，而在虛擬實驗過程中就不會有這樣的實踐機會。

4 虛擬仿真實習的完善方法

4.1 虛擬網絡實習

從長久看，虛擬實驗是大勢所趨，可以提高學生學習的積極性和主動性[20]。將虛擬實驗與工廠實習相結合既讓學生參與所需要的工廠實習，又學到企業管理方面的經驗。大連工業大學食品學院在微生物實驗中采取“多媒體+虛擬仿真+課堂實訓”的多元模式[13]，讓學生在上課之前通過虛擬仿真實驗平臺充分預習，教師在課堂上將大家共同的問題和重點知識點一一講解，大大提高了教學效果和效率[21]。虛擬仿真實習也是同樣的道理，可以通過以下幾步實施：第一步：所在的專業根據專業的特點及未來就業的需求，制定周密的實習計劃；第二步：根據不同類型的工廠，指派經驗豐富的專業教師負責；第三步：教師根據所負責實習工廠的類型，預先做好準備；第四步：做好實習前的動員工作，讓學生準備充分；第五步：虛擬實習正式進行，教師全程跟進指導；第六步：實習后網上測評；第七步：提交生產實習報告。

4.2 工廠實地實習

通過虛擬仿真工廠的實習，學生已掌握豐富的生產操作經驗，根據學生的意愿與企業的實際情況，分配學生去企業實習。實習前，專業指導教師與企業溝通，根據學生意愿與企業的實際情況，將每個學生所在的崗位分配好，并提前告知學生。進入企業前，讓學生對企業和崗位做好充分了解與準備，學生也根據自己的就業意向，在進入企業的實習過程中，有針對性地學習。企業的相關負責人對學生實習期間的工作表現進行評分，按比例納入學生成績。另一方面也可以邀請企業的技術人員和管理人員走進教室，分享交流生產的時間經驗和管理模式。

綜上所述，將虛擬仿真與實地實習有機結合，才能讓學生將理論與實際相結合，更好地發現問題、解決問題，提高的學生的綜合能力。