虛擬仿真實驗在食品工程專業(yè)“生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chuàng)新。在生產(chǎn)實習過程中，學生可以了解產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)工藝、質(zhì)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(yǎng)要以產(chǎn)業(yè)需求為導向，學科交叉融合，培養(yǎng)出既懂得理論又有實踐經(jīng)驗、具有創(chuàng)新能力的學生，生產(chǎn)實習是實踐教學環(huán)節(jié)中極為重要的一環(huán)，必須高度重視。然而，現(xiàn)在的生產(chǎn)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(tǒng)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(shù)將各學科的教學實驗室實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡化。至今為止，無論是國內(nèi)還是國外都在積極進行虛擬實驗室的研發(fā)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(yè)領域[4-7]。在我國，成功研發(fā)了電工電子學[8-10]、理論化學[11]虛擬實驗室及醫(yī)學虛擬手術(shù)訓練系統(tǒng)[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(yōu)缺點進行一比較分析。

1 目前生產(chǎn)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(yè)的生產(chǎn)實習都是教師在當?shù)芈?lián)系一些與食品專業(yè)相關(guān)的實習單位，但大多數(shù)企業(yè)規(guī)模較小、生產(chǎn)內(nèi)容較單一、管理不夠規(guī)范，也沒有能力接收大量實習的學生。一些規(guī)模大、管理規(guī)范的現(xiàn)代化企業(yè)很難聯(lián)系到或者是不愿意接受大量的學生進入企業(yè)實習，原因可能是考慮到企業(yè)的正常生產(chǎn)秩序，或者一些與商業(yè)機密相關(guān)的問題。而且，學校在聯(lián)系實習企業(yè)的同時，企業(yè)也在選擇進入的學校、學生，這樣一來能聯(lián)系到的實習單位很少，接收學生數(shù)量也不足。

1.2 生產(chǎn)實習的方式單一

有的實習企業(yè)本身規(guī)模較小，生產(chǎn)產(chǎn)品單一，生產(chǎn)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(guī)模大的實習單位，為了不影響正常的生產(chǎn)秩序，企業(yè)一般也不會安排學生進入一些重要的、技術(shù)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(yè)采取的全自動化生產(chǎn)，學生只能在外面參觀，雖然會有企業(yè)的人員講解生產(chǎn)過程，但只是聽不能具體地操作與了解內(nèi)部詳細的連接與構(gòu)造，學生也只能有一個感性的認識，起不到真正生產(chǎn)實習的目的。

1.3 高校教師生產(chǎn)經(jīng)驗不足

進入企業(yè)實習，不僅要企業(yè)的配合，指導教師也應該有相應的理論知識與實際生產(chǎn)經(jīng)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(shù)量，引進的教師大多都是剛剛畢業(yè)的博士生，沒有任何的企業(yè)經(jīng)歷，也不懂生產(chǎn)管理。另外，帶領學生進行生產(chǎn)實習的同時，學校也有授課任務，安排帶隊的教師數(shù)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(chǎn)經(jīng)驗都不足，缺乏實習鍛煉和經(jīng)歷，對企業(yè)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(chǎn)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(chǎn)實習對他們的重要性，只是把生產(chǎn)實習當作一門課來上，提前對企業(yè)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(yè)帶來什么樣的知識與改變。學生進入企業(yè)也只是被動接受，實習效果差。

1.5 生產(chǎn)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(nèi)容單一雷同。以報告會的形式讓學生來總結(jié)實習的經(jīng)驗與心得，學生也只是簡單地介紹企業(yè)的情況與自己在企業(yè)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(fā)現(xiàn)企業(yè)在生產(chǎn)過程中有哪些需要改進的地方。

2 虛擬實驗在生產(chǎn)實習中的應用與優(yōu)勢

2.1 解決學校尋找實習單位難的問題

隨著網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，很多企業(yè)與高校合作，構(gòu)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(chǎn)的軟件。學?？梢愿鶕?jù)食品工程專業(yè)學生的專業(yè)特點和就業(yè)方向，有針對性地購買相關(guān)的軟件，尤其是一些自動化程度較高的、生產(chǎn)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(yè)，也解決了學校尋找實習企業(yè)，尤其是大型自動化程度高企業(yè)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(fā)虛擬軟件后，高校教師可以先進行相關(guān)的學習，清楚軟件操作的每一步，即生產(chǎn)的每一個環(huán)節(jié)，提前備好相關(guān)的或者是可能出現(xiàn)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(chǎn)實踐的了解，也可以應用到理論教學中，即“翻轉(zhuǎn)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(fā)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(chǎn)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(tǒng)，自己獨立完成生產(chǎn)中的每一個環(huán)節(jié)，可以清楚地學到每一個環(huán)節(jié)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(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，在大多數(shù)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(nèi)部結(jié)構(gòu)，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(tǒng)的每一個操作，就像是游戲的通關(guān)，需要自己全力以赴的解決，激發(fā)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(fā)事件

2020 年新型冠狀病毒肺炎Coronavirus Disease（COVID-19） 疫情暴發(fā)[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(yōu)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(yè)。

2.7 虛擬實驗考核客觀全面

虛擬實驗系統(tǒng)將在特定的時段為學生開放，學生用自己的學號登錄，系統(tǒng)自動打卡，而且每一步實驗必須連續(xù)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(jié)束后，可以在系統(tǒng)給出測試題，考核學生對整個實習過程中關(guān)鍵技術(shù)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(yè)的管理經(jīng)驗

學生在進入企業(yè)工作時，不僅要工作積極主動，而且要了解和學習企業(yè)文化，為企業(yè)的未來發(fā)展獻計獻策。優(yōu)秀的企業(yè)文化是一種內(nèi)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(yè)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(wǎng)絡實習在電腦上進行，沒有進入企業(yè)實地參與，接觸不到企業(yè)管理和企業(yè)文化。

3.2 不會遇到實際生產(chǎn)中的一些問題，偏于理論化

企業(yè)在實際的生產(chǎn)中，會遇到各種各樣的突發(fā)狀況。需要員工根據(jù)自己所學的專業(yè)知識進行解決，做到真正的理論聯(lián)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(wǎng)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(jié)合既讓學生參與所需要的工廠實習，又學到企業(yè)管理方面的經(jīng)驗。大連工業(yè)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(yè)根據(jù)專業(yè)的特點及未來就業(yè)的需求，制定周密的實習計劃；第二步：根據(jù)不同類型的工廠，指派經(jīng)驗豐富的專業(yè)教師負責；第三步：教師根據(jù)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(wǎng)上測評；第七步：提交生產(chǎn)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(chǎn)操作經(jīng)驗，根據(jù)學生的意愿與企業(yè)的實際情況，分配學生去企業(yè)實習。實習前，專業(yè)指導教師與企業(yè)溝通，根據(jù)學生意愿與企業(yè)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(yè)前，讓學生對企業(yè)和崗位做好充分了解與準備，學生也根據(jù)自己的就業(yè)意向，在進入企業(yè)的實習過程中，有針對性地學習。企業(yè)的相關(guān)負責人對學生實習期間的工作表現(xiàn)進行評分，按比例納入學生成績。另一方面也可以邀請企業(yè)的技術(shù)人員和管理人員走進教室，分享交流生產(chǎn)的時間經(jīng)驗和管理模式。

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