動物營養(yǎng)與飼料加工課程虛實結(jié)合課堂改革探索

摘" 要：動物營養(yǎng)與飼料加工是一門專業(yè)實踐性較強的課程，該課程的實踐場所往往以校外的飼料加工廠為主，使得學(xué)生不能隨時隨地進行實踐操作，如將虛擬仿真技術(shù)運用到課程實踐過程中，來構(gòu)建一個接近現(xiàn)實工作場景的3D虛擬飼料廠，不僅可以解決該課程實踐過程中很大程度依賴于校外實訓(xùn)的問題，還能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高他們的專業(yè)技能。

關(guān)鍵詞：動物營養(yǎng)與飼料加工；虛擬仿真；課程改革；畜牧獸醫(yī)；實訓(xùn)

中圖分類號：G641" " " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-9902（2023）16-0157-04

Abstract： Animal Nutrition and Feed Processing is a highly practical course. However， the practice places of this course are often feed processing plants outside the school， so that students can not practice anytime and anywhere. For example， virtual simulation technology is applied to the course practice process， so as to build a 3D virtual feed factory close to the real work scene. It can not only solve the problem of relying largely on off-campus training in the practice of the course， but also stimulate students' enthusiasm for learning and improve their professional skills.

Keywords： Animal Nutrition and Feed Processing; virtual simulation; curriculum reform; animal husbandry and veterinary medicine; practical training

隨著社會的不斷發(fā)展和各個領(lǐng)域技術(shù)的不斷進步，高等院校培養(yǎng)技術(shù)人才有了更高的要求和挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的教學(xué)手段和方法已難以滿足高等院校基礎(chǔ)實踐性專業(yè)課程對新教育背景的需求。當前，我國高等職業(yè)教育的任務(wù)是創(chuàng)新教育思想和理念，改革人才培養(yǎng)模式，以課程改革為核心，實現(xiàn)課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和教學(xué)手段的現(xiàn)代化，培養(yǎng)生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)第一線的高素質(zhì)技能型人才[1]。以數(shù)字化學(xué)習(xí)資源為核心的現(xiàn)代信息技術(shù)成為實現(xiàn)這一目標任務(wù)的重要載體和手段。因此，要加快推進高等職業(yè)教育信息化建設(shè)，加強優(yōu)質(zhì)教育資源開發(fā)與應(yīng)用，提高教師的信息化技術(shù)水平。數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的開發(fā)與應(yīng)用將豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)途徑，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，提高專業(yè)學(xué)習(xí)效果[2]。

1" 課程背景現(xiàn)狀及存在的問題

動物營養(yǎng)與飼料加工課程是畜牧獸醫(yī)專業(yè)核心課程之一，同時也是一門專業(yè)實踐性較強的課程，實踐主要內(nèi)容包括：飼料加工廠布局建設(shè)、飼料加工工藝流程識別與控制及飼料加工設(shè)備的認識和原理的掌握等，因此在教學(xué)過程中需要為學(xué)生提供更多的實踐機會，以便為學(xué)生將來從事飼料加工及檢測工作提供理論與實踐基礎(chǔ)。但是，本課程的實踐場所往往以校外的飼料加工廠為主，由于飼料廠的主要任務(wù)是生產(chǎn)，所以并不能為學(xué)校的實踐活動提供足夠多的次數(shù)和時間，而且飼料加工廠的實踐活動大多只能以觀摩為主，不能近距離地接觸到各種加工設(shè)備，這嚴重影響了學(xué)生的動手能力，而且機械的教學(xué)手段也使得學(xué)生缺乏感性認知，產(chǎn)生知識理解上的困難，無法使學(xué)生理解所學(xué)基礎(chǔ)知識的意義，不能夠激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，使其在后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)中不能主動地應(yīng)用本課程所學(xué)基礎(chǔ)知識。因此，本課程的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)需要進一步進行優(yōu)化改革[3]。

2" 課程虛擬仿真建設(shè)的意義

虛擬仿真實驗教學(xué)項目作為高等教育信息化的重要建設(shè)內(nèi)容之一，國家計劃從2013年起在全國建設(shè)500個虛擬仿真實驗教學(xué)中心，目前大多高職院校主要以數(shù)字化課程資源建設(shè)和課程教學(xué)模式改革并舉措施，基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺幫助教師管理教學(xué)活動、積累教學(xué)資源、展示教學(xué)成果、提高教學(xué)質(zhì)量，開展網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)和數(shù)字化資源開發(fā)[4-7]。隨著各項技術(shù)的進步，傳統(tǒng)實踐教學(xué)受時間和空間制約的缺點，正在被虛擬仿真實驗教學(xué)不斷優(yōu)化，虛擬仿真技術(shù)可以構(gòu)建出高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象，學(xué)生可以在虛擬仿真環(huán)境中隨時隨地進行實驗，以達到改善教學(xué)效果的目的，由此帶來教學(xué)手段和考核模式的改變。將動物營養(yǎng)與飼料加工實訓(xùn)課程進行實踐和虛擬相結(jié)合，并進行資源共享，可以使學(xué)生不受場地與設(shè)備的限制，及時學(xué)習(xí)掌握飼料加工過程及檢測方法，提高了學(xué)生對實訓(xùn)學(xué)習(xí)的積極性，增強了學(xué)生的動手能力，為以后的工作提供實踐經(jīng)驗[8-10]。

3" 飼料加工課程虛擬仿真系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

3.1" 飼料加工廠廠區(qū)布局

飼料加工廠廠區(qū)組成布局：行政區(qū)介紹、生活區(qū)介紹、輔助區(qū)介紹和生產(chǎn)區(qū)介紹。行政區(qū)主要包括辦公室、財務(wù)室、會議室和接待室等，是飼料廠行政機構(gòu)的主要辦公場所；生活區(qū)主要包括員工宿舍、食堂、休息室和娛樂室等，是供飼料廠員工生活娛樂的場所；輔助區(qū)主要包括原料及飼料的質(zhì)量檢驗室、原料及飼料樣品儲存室、機械零件及維修工作室等，是原料進廠及成品飼料出廠質(zhì)量把關(guān)的重要場所；生產(chǎn)區(qū)主要包括原料庫、生產(chǎn)車間、成品庫，該區(qū)塊是飼料加工生產(chǎn)及包裝的場所，也是飼料加工廠的核心區(qū)塊。

3.2" 飼料加工工藝流程

飼料加工工藝流程主要包括：原料清理、投料、一次粉碎、一次混合、超微粉碎、二次混合、制粒工序和成品打包。首先是原料清理與投料工藝，原料經(jīng)過刮板機、提升機進入圓筒初清篩，后經(jīng)過分配器進入到普通粉碎機進行一次粉碎，一次粉碎過的原料進入配料秤進行稱重后進入混合機進行一次混合，混合后的飼料進入超微粉碎機進行超微粉碎，接著進入冷卻風(fēng)機進行冷卻，再通過配料秤、混合機進行二次混合，然后進入到飼料的制粒工藝，該工藝包括硬顆粒、軟顆粒及膨化顆粒工藝，可根據(jù)不同顆粒飼料的特性和應(yīng)用場景來選擇相對應(yīng)的制粒工藝，制粒完成后的飼料經(jīng)過包裝運送至成品庫。這個模塊的整個流程均為3D虛擬仿真，由鳥瞰、整體、局部等多個視野組成，學(xué)生可以與飼料廠零距離接觸，觀察到每一個飼料加工工藝流程。

3.3" 飼料加工設(shè)備

飼料加工設(shè)備介紹包括：加工工藝設(shè)備介紹及原理視頻展示。加工工藝設(shè)備有：提升機、冷卻風(fēng)機、分配器、粉碎機、配料秤、混合機、超微粉碎機、分級篩、冷卻機、噴涂機、烘干機及制粒機等。原理視頻展示包括飼料加工工藝設(shè)備的原理及運作模式展示，飼料從原料到成品的工藝流程展示，飼料加工廠及加工設(shè)備3D模型展示等，使學(xué)生可以觸摸到每一個飼料加工設(shè)備。3D飼料廠虛擬實訓(xùn)系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容如圖1所示。

實訓(xùn)系統(tǒng)主要內(nèi)容包括：實驗?zāi)康摹⒒A(chǔ)知識、實驗步驟提示、實驗流程和課后鞏固等。其中實驗流程內(nèi)容學(xué)生可在“自由模式”“劇情模式”“考核模式”三大模式進行選擇，自由模式有飼料廠沙盤結(jié)構(gòu)，超微粉碎機視頻動畫展示等（圖2），實訓(xùn)環(huán)節(jié)也從單一的實踐操作轉(zhuǎn)向虛實結(jié)合，學(xué)生可以利用電腦參與到飼料生產(chǎn)過程中，通過飼料生產(chǎn)流程學(xué)習(xí)到每個環(huán)節(jié)的重點知識，同時，每個環(huán)節(jié)都有相應(yīng)的貼合實際生產(chǎn)的考核。在原料的接受和清理環(huán)節(jié)，學(xué)生可以進行虛擬操控并了解飼料原料接收、清理的基本特點及要求，掌握常用篩選設(shè)備及磁選設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工作原理，教師可以通過不同的飼料原料應(yīng)該選用怎樣的篩選設(shè)備及磁選設(shè)備的方式對學(xué)生進行考核；在飼料粉碎環(huán)節(jié)，學(xué)生可以了解飼料粉碎的目的、要求、粉碎原理與方法，還可以在3D模式中通過對不同粉碎機的各個部件進行拆分學(xué)習(xí)，以掌握不同粉碎機的結(jié)構(gòu)、工作原理、工藝參數(shù)和影響粉碎效果的因素（圖3）；在飼料的混合環(huán)節(jié)，學(xué)生可以了解飼料混合的目的、不同狀態(tài)飼料混合的方法，掌握不同混合機的結(jié)構(gòu)、工作原理及性能要求；在制粒工藝環(huán)節(jié)中，可以利用不同的制粒設(shè)備進行制粒，并在制粒過程中掌握制粒設(shè)備的工作原理，以及不同顆粒飼料的特性和應(yīng)用場景，教師可以通過制粒的選擇和制粒設(shè)備的實時操作對學(xué)生進行考核。虛擬仿真系統(tǒng)把飼料加工廠搬到了學(xué)生的面前，使學(xué)生不受場地與設(shè)備的限制，可以反復(fù)操作，熟練掌握技能，學(xué)生可以沉浸式體驗整個飼料加工設(shè)備及飼料加工流程。

4" 虛擬仿真在實訓(xùn)教學(xué)中的優(yōu)勢

4.1" 提高學(xué)生的實踐能力

虛擬仿真技術(shù)可以使實訓(xùn)課程與前沿技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建更加接近接近現(xiàn)實工作場景的教學(xué)實踐情境，實現(xiàn)虛實結(jié)合及資源共享，使實驗實訓(xùn)教學(xué)有一個本質(zhì)的提升，在課堂教學(xué)中，將各種先進的教學(xué)方法有機融合，提高課堂教學(xué)效果，使學(xué)生理論課堂學(xué)到的知識在虛擬仿真實驗室得以鞏固，實現(xiàn)高水平的“教、學(xué)、做”一體化[11-12]。虛擬仿真教學(xué)具有較強的擴展性和較大的開放性，使學(xué)生能夠不受場地與設(shè)備的限制，及時學(xué)習(xí)掌握飼料加工過程中的技術(shù)方法，增強學(xué)生的動手能力，為以后的工作提供實踐經(jīng)驗[13-15]。本著教學(xué)內(nèi)容突出職業(yè)需求和實踐能力培養(yǎng)的原則，以應(yīng)用為目的，將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到動物營養(yǎng)與飼料加工實踐課程中，彌補了動物營養(yǎng)與飼料加工實訓(xùn)課程學(xué)生現(xiàn)場實踐的局限性，借助虛擬仿真實驗技術(shù)，使理論與實踐相輔相成，為學(xué)生建立一個不受時間和空間限制的實踐場所，確保每位學(xué)生都能夠參與其中，達到學(xué)生1人/組的實踐教學(xué)要求，實現(xiàn)實踐教學(xué)資源全面覆蓋，使學(xué)生能近距離參與飼料加工及檢測的每一個環(huán)節(jié)，接觸到每一個儀器設(shè)備，以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，解決本課程實踐過程中很大程度依賴于校外實訓(xùn)場所的問題，讓學(xué)生能夠及時學(xué)習(xí)掌握飼料加工過程中的技術(shù)方法，增強學(xué)生的動手能力，為以后的工作提供實踐經(jīng)驗。

4.2" 提高學(xué)生的創(chuàng)新能力

通過虛擬仿真實驗系統(tǒng)建立課程實訓(xùn)基礎(chǔ)，加強學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，使學(xué)生可以自己動手建立虛擬飼料加工廠，并完成飼料生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，包括飼料加工廠廠區(qū)布局建設(shè)、飼料加工工藝流程識別與控制、飼料加工設(shè)備的選型與操作維護及飼料的檢測分析等，從中學(xué)習(xí)到每個設(shè)備的原理、特點及使用方法，了解飼料加工和檢測的整個流程步驟。而后，通過系統(tǒng)的考核模式完成從書面考核到實踐考核的轉(zhuǎn)變，打破傳統(tǒng)的考核模式。通過建立動物營養(yǎng)與飼料加工實訓(xùn)課程虛擬仿真實驗向?qū)W生提供一個自由開放式的實驗環(huán)境，使學(xué)生可以隨時進行實踐操作，同時鼓勵學(xué)生通過虛擬仿真實驗平臺進行自由探索，來培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新的能力，這對學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣能夠起到正面的激發(fā)作用。同時，以現(xiàn)代化信息技術(shù)為工具，來幫助學(xué)生更容易地掌握本行業(yè)的技能，并快速適應(yīng)高新技術(shù)的發(fā)展，使學(xué)生能隨時追蹤新技術(shù)和新設(shè)備，促使學(xué)生對新型科學(xué)技術(shù)更加感興趣， 并借助新型信息化力量激發(fā)學(xué)生的知識遷移能力，讓學(xué)生能夠借助其他領(lǐng)域的先進科學(xué)力量為自身行業(yè)服務(wù)[16-17]。

通過新型信息技術(shù)在實訓(xùn)課程中的運用，以引導(dǎo)的方式讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)并探究科學(xué)技術(shù)的多維性，同時可以組織老師聯(lián)系學(xué)生的科學(xué)探究團隊，以理論教學(xué)為基礎(chǔ)，以先進科技為平臺，為學(xué)生提供指導(dǎo)和幫助，進一步挖掘?qū)W生的主觀能動性和創(chuàng)新性[18-19]。使學(xué)生思維的變通性、靈活性和發(fā)散思維提高到一個更高的水平上，形成發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，并能夠借助科技解決問題的思路。加強學(xué)生理論與實踐相結(jié)合的能力，使學(xué)生擺脫理論上的飼料加工廠，真正學(xué)習(xí)到飼料加工及檢測的整套環(huán)節(jié)，即飼料加工廠廠區(qū)布局建設(shè)、飼料加工工藝流程識別與控制、飼料加工設(shè)備的選型與操作維護及飼料檢測分析等實踐，通過虛實結(jié)合的訓(xùn)練，使學(xué)生提高自己的專業(yè)技能[20]。

5" 未來展望

現(xiàn)有的3D飼料廠虛擬實訓(xùn)系統(tǒng)僅包括飼料加工廠廠區(qū)組成布局、飼料加工工藝流程、飼料加工相關(guān)設(shè)備等仿真實踐內(nèi)容。還不能滿足飼料檢測分析方面的虛擬仿真需求，包括飼料的物理性狀檢測和化學(xué)分析中的水分、粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、粗灰分和鈣及總磷等成分的測定等，系統(tǒng)在這個方面還需要進一步的優(yōu)化。同時，在虛擬仿真系統(tǒng)校際資源共享方面還存在不足，未來可以依托課程資源平臺進行虛擬仿真系統(tǒng)校際資源共享，在虛擬仿真中心的基礎(chǔ)上，將虛擬仿真系統(tǒng)引入到學(xué)生的手機端，讓學(xué)生可以隨時隨地進行學(xué)習(xí)和練習(xí)。同時改變現(xiàn)有的實訓(xùn)環(huán)節(jié)考核模式，實現(xiàn)從卷面考核到虛實結(jié)合考核的轉(zhuǎn)變，改變線上學(xué)習(xí)模式實訓(xùn)操作不足的短板。

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