《现代养殖设施与设备》数字化教材建设的探索与思考

马伟 黄炎坤 程璞 徐秋良 郑立 刘健 石志芳

关键词：现代养殖设施与设备;数字化教材;教材建设;探索;思考

近年来，畜牧业加快向标准化规模养殖转型升级，装备总量持续增长，机械化水平不断提升。特别是自2018年8月我国发生非洲猪瘟疫情以来，生物安全的概念深入人心，各类养殖场都采取措施控制传染源，切断传播途径，保护易感生物，预防养殖场发生疫情。各养殖场机器代人，减少人力，促进了畜种、养殖工艺与设施装备集成配套的工程防疫，智能饲喂、精准环控、畜产品自动化采集加工、废弃物资源化利用等健康养殖和绿色高效机械装备技术的推广使用。但不同地区、畜种、养殖规模和生产环节机械化发展不够平衡且不够充分，畜牧业机械化总体水平还不高，养殖工程与设施装备集成配套不够，特别是创新型、应用型、复合型畜牧业机械化人才缺乏的问题突出，高校面向畜牧业机械化、畜牧设施装备产业转型升级的研究较少。因此，进行《现代养殖设施与设备》数字化教材建设，凝练知识点，构建知识网络，设计知识单元，理论与实践相结合，建立养殖工艺融合机械装备、畜禽养殖机械化融合信息化、设施装备配置适应养殖场建设、机械化生产适应适度规模养殖的课程知识体系，为畜牧机械、养殖设备方面应用型人才知识构建和技能培养提供教材支撑，为懂农业、爱农村、爱农民的一线农机实用型人才培养提供重要抓手，也为其他数字化教材建设提供经验借鉴。

一、数字化教材特点

数字化教材，就是以信息技术为手段，以培养学生能力为目标，改造升级传统纸质教材，融合文字、图片、音频、视频以及动画等多种元素的数字形态的教学材料。通常根据信息技术的融合程度分为四个类型。一是数字化纸质教材，主要表现为通过扫描、文字识别纸质教材而生成的静态的电子教材;二是多媒体数字教材，表现为包含文本、图片、音视频、动画等的动态视频教学产品或网络视频教学产品;三是互动式数字教材，表现为能够支持读者与教材的互动，引导教师之间、师生之间、生生之间对话、交流、分享、成长的网络教学资源库;四是集聚式数字教材，表现为以云平台作为支撑，可以实现多主题、多维度、多层次、立体化的高效互动，显著改进学生学习方式和教师工作方式的网络学习平台。

（一）内容更新便捷高效

由于数字化教材内容可以根据产业技术发展和当下的需求进行实时修改，便捷高效。特别是依托互联网的数字化教材，知识内容传播途径更加高效，内容更新上传以后，全网同步更新，更新时间短，更新成本低。在养殖装备变革日新月异的畜牧业转型时期，自动饲喂、环境控制、畜产品收集、粪污处理与利用等常规装备基本实现了从国外引进到全面国产化，在大中型养殖企业已经普及应用。

结合5G、互联网、物联网、云计算、大数据和人工智能技术，满足养殖行业智慧养殖的设备也不断出现，比如，养殖场巡检机器人、养殖视频监控摄像头、人工智能+猪脸识别技术設备都在最近2年内出现并不断向规模化猪场推广使用。这些学科交叉融合内容在传统的纸质教材中无法及时更新，但依托互联网，数字化教材可以做到随市场变化及时更新，迅速将产业迫切需求的科学技术、反映学科研究前沿、发展动向的科技创新成果和现代信息技术融入到数字化教材中，通过相关知识整合、重现应用场景，加速科研创新成果在行业的推广普及和知识传递。

（二）呈现形式灵活多样

数字化教材极大地满足了教师的教和学生的学，对提高教师教学、学生学习的质量起到促进作用，是促进教学方法与教学改革的重要手段。数字化教材包含的知识点、构建的知识网络、设计的知识单元，通过文字、图片、视频、flash动画等展现出来，可以提供翻页、索引、查找和导航功能，还可以通过知识地图的形式呈现出来，能够进行课下学习跟踪。数字化教材内容生动有趣，形式灵活多样，角度新颖别致，能够抓住学生兴趣，激发学生探究欲望，从而使学生养成主动学习、自觉学习的习惯。通过案例视频，可以使学生不进养殖场也能够了解养殖场的规划、设计、设备选型、建筑设计、工程防疫等方面的内容。特别是无人机技术的应用，可以使学生从不同的视角观察养殖场，从而有更直观的认识。结合常规设备尺寸和畜禽舍尺寸，学生可以自己重现养殖舍内场景，根据掌握的养殖场温度、湿度、通风、光照、空气卫生、噪音等环境参数，计算不同季节的通风量、供热量，选型配置风机、湿帘、采光设备、加热设备、空气过滤设备。可以和视频比对、验证计算是否正确，眼、手、脑并用，可以充分体验探究式学习的快乐，享受知识获取的开心和欢乐。学生之间的学习体验分享，师生之间的教学互动，极大地丰富了教材呈现形式，促进学生整体学习效果的提升。

（三）学习使用简单顺手

在移动网络环境中，数字化教材都可以在手机、IPAD、电脑、电视等学习终端上使用，符合学生平时阅读学习的习惯，文本、图片、视频、动画等展现形式直观灵活，学生使用时简单顺手。课后作业可以提供练习和答案，便于学生巩固学习成果。章节测试可以让学生检验章节内容学习效果，各单元除了布置填空题、选择题、简答题、判断题等这些常规型试题以外，根据章节内容，布置了绘图题，要求分别绘制出养殖场总平面示意图、鸡、猪、牛、羊舍平面空间布置图;推算题布置5万只封闭式蛋鸡舍、3万只标准化肉鸡舍尺寸推算和环控设备台套数计算，布置了养猪场生产工艺设计和猪群推算。主题讨论引导学生围绕设计理念、生产工艺设计这些主题，查阅资料，自主探索。疑难问题答疑互动，建立起师生之间、生生之间学习交流沟通的渠道，有助于提升学生学习效果。视频回放可以使学生对不明白的地方多次观看，逐步理解。

数字化教材设计围绕“以学生为中心”，以学生能力培养为目标，融数字化学习资源、数字化学习工具、交互工具、实验设备等学习资源为一体，物理学习空间与虚拟学习空间的无缝对接，打造了人人能学、处处能学、时时可学的泛在学习空间。简单顺手的学习使用体验，可以促进学生利用课余碎片化时间进行泛在学习，也有利于因材施教个性化教学的实施。

二、数字化教材建设的探索

（一）坚持OBE理念，目标导向教学

课题组成员认真学习《动物生产类教学质量国家标准》和《动物科学本科专业人才培养方案》，研究培养目标和毕业要求，由课程支撑的学生在知识、能力、素质方面达到的基本要求反推数字化教材应具备的知识模块。通过知识挖掘和知识重组，围绕课程（教学活动）与毕业要求的“具备初步畜牧生产过程的环境控制和工程化设计能力”之间的关联度，设置现代养殖场规划设计、现代化禽场生产设施与设备、现代化猪场生产设施与设备、现代化牛、羊场生产设施与设备的四个知识模块。突出环境控制和工程化设计能力培养，结合河南省是畜牧业大省，猪、禽、牛、羊存栏量居全国前列的省情，以设计现代化养殖场为能力目标，串起养殖生产工艺设计、场区功能分区，生产区畜禽圈栏选型和空间布置，畜禽舍尺寸推算、室内风机湿帘、加热降温设备和通风小窗选型计算、体现安全生产的工程防疫设施设计、体现可持续发展清粪工艺设计、病死畜禽无害化处理设备选型，粪污处理设施参数计算与设备选型等内容。涵盖畜牧生产过程的环境控制和工程化设计能力的知识支撑点，从知识结构、知识储备、知识运用方面为实施成果导向教育的毕业要求达成度评价提供证据支持。

（二）教材内容跟踪行业企业应用，坚持先进性

数字化教材是能够及时更新的动态教材，能够让学生通过教材这个窗口及时了解到行业产业科学技术最新突破、学术研究最新进展，这就要求项目组成员跟踪行业企业的发展动态，做到教材内容契合企业、行业生产实际，及时吸收反映产业发展最新进展，对接科技发展趋势和市场需求的比较成熟的新技术、新工艺、新规范等内容。并根据应用型人才成长规律和学生认知特点，对接国际先进职业教育理念，对教材内容组织加工，使教材内容适应人才培养模式创新需要，突出专业理论知识与应用实践操作相统一，强调实践性。探索以牧原连栋猪舍猪场、新希望聚落式猪场、杨翔铁桶式楼房猪场、北京平谷正大300万只蛋鸡养殖项目、山西大象农牧集团有限公司标准化肉鸡舍、扶沟瑞亚牧业有限公司奶牛场为学习范本，以项目学习、案例学习、模块化学习等不同学习方式，还原生产工艺设计、圈栏设施选型、畜禽舍设计、环控技术参数计算和环控设备选型、清粪工艺设计、废弃物无害化处理设备选型等内容，注重以真实生产项目、典型工作任务、案例等为载体组织教学单元，通过解析大企业采用的新工艺、新技术、研究其使用的新设备、新设施，坚持盯住大企业应用，不断转化为培养学生能力的知识点，促进行业企业先进技术不断扩散到整个养殖产业，服务社会经济发展。

（三）从学生视角出发，按照学生学习兴趣导向，组织数字化教材内容

传统纸质教材从教师教书的角度去编写和组织内容，是知识点的“堆积”，没有明晰的学习线索，而小说是站在读者的角度去组织和编写内容的，一般以一至两个故事发展过程为线索，通过这些线索将里面跌宕起伏的故事情节贯穿起来，让读者始终沿着这些线索往下探索，从而起到吸引读者的作用。数字化教材落脚点在应用，最主要的使用群体是学生，这就要求数字化教材在内容组织、案例选取上都要贴近用户，从学生的视角出发，基于案例，顺着一条“为什么是这样”的主线，激发学生的好奇心，激起他们主动探索的兴趣，设置若干个“怎样才能做成”的小问题，让学生在探索中思考，进而设置“要做成需要什么条件和参数”这样的问题，吸引学生去查询文献，搜集资料，继而通过知识验证实现技能的培养。这样就要求数字化教材建设时要为学生学习提供内容引入材料，比如视频、图片等，通过知识引入，师生互动交流、探讨、案例一解析一拓展、思考等环节实现学生对知识的接受、吸收和创新。数字化教材内容的组织只有坚持学生兴趣导向，才能使学生有探索知识的兴趣，有豁然开朗的领悟，有寻找答案的动力，有解决问题的成就感。

三、数字化教材应用实践

《现代养殖设施与设备》数字化教材经过2年建设，已经完成框架构建、内容重组、在线资料共享，依托学校的SAKAI网络教学平台系统，在动物科学专业、动物药学（中兽医方向）、牧医（专）等专业课程授课中，作为辅助教材使用，因为师生互动便捷，很受学生欢迎。

在2020年春季学期，受新型冠状病毒肺炎疫情影响，河南牧业经济学院利用互联网、信息化手段，全面组织实施理论课程在线远程教学，做到“离校不离教、停课不停学”，确保学校新学期各项教育教学目标如期实现。《现代养殖设施与设备》课题组主动响应学校要求，根据疫情防控安排，迅速把教学资源转移到在“河南牧业经济学院在线教学平台（配套超星学习通）”上，课程利用已经建设完成的教学资源和数字化教材，开展在线教学。根据学期进度计划，目前，已经圆满完成学期教学任务。无论是从课后作业完成情况还是从期中考试学生成绩来看，17级动物科学专业、17级动物药学（中兽医方向）、18级牧医（专）的学生们在基本知识掌握和综合知识运用方面比较理想。《现代养殖设施与设备》数字化教材在实践中得到了检验。

四、数字化教材建设的思考

（一）數字化教材的版权问题

2018年，教育部发布的《教育课程教材改革与质量标准工作专项资金管理办法》明确提出：“开展数字教材等新形态教材的研发、试点和推广”。数字化教材作为一种新型教学资源，可使知识的创新和共享更加便利、高效。公开出版的数字化教材，视频、动画制作需要大量经费支持，图片拍摄需要耗时费力拍摄收集，数字化教材出版后由于容易被复制，版权人利益得不到保证。

我国《著作权法》第22条第6款规定：“为学校课堂教学或者科学研究，翻译或者少量复制已经发表的作品，供教学或者科研人员使用，但不得出版发行”。如果数字化教材被教学或科研人员复制，版权诉讼很难得到法律支持。但如果公开出版的数字化教材中使用了网络上公开的视频资料、图片资料和动画资料，则涉嫌侵权，面临较大的法律风险。在经费支持不足的情况下，数字化教材无法形成盈利闭环，这也影响了数字化教材的进一步开发完善。

（二）数字化教材经费支持问题

普通高等学校本科教学工作合格评估指标和基本要求（试行）中，二级指标第二条为课程与教学中基本要求是“注重教材建设，有科学的教材选用和质量监管制度;多媒体课件教学效果好，能有效利用网络教学资源”。地方性高校基于合格评估指标和基本要求，对纸质教材和数字化教学平台建设支持力度较大，要求课程有多媒体课件、教学大纲和授课计划，对数字化教材理解不深。支撑数字教材精品化的教学资源库建设由于需要大量经费，耗费大量人力物力，但本科教学合格评估时不是加分项，所以学校无动力，没有政策和经费支持，教师无激励，缺乏打造数字化教材精品的积极性，这些因素制约了课程的内涵式高质量发展。

（三）数字化教材校企合作共建的尴尬

学校和企业参与校企合作均期望自己达到最大效益。学校期望通过校企合作让学生更具专业竞争力，从而扩大生源，提高收益。企业则期望能够培养出真正为本企业所用的竞争性人才，为企业收益注入活力。但地方院校在选择校企合作对象时往往只盯着有技术、有资源的大企业，希望能够在专业建设、教材开发、学生实习和就业等方面开展校企合作，利用大企业资源促进学校教学质量和科研水平的全面提升，提高应用型人才培养质量，以带动学校招生就业的良性循环。但大企业在技术特别是专有技术方面，为了保持核心竞争力，不会轻易对学校开放，在人才招聘方面更倾向于高水平大学毕业生。地方中小型企业希望能够和地方高校开展校企合作，期待能够从地方高校获取资源和技术，促进企业的发展，无法在数字化教材建设上提供实质性的帮助。校企合作双方在数字化教材开发上利益动机不同，目标不一致，再加上没有激励机制，这就造成了大部分的数字化教材建设项目仅仅是停留在纸面合同上。

五、结语

《现代养殖设施与设备》数字化教材建设还处于起步阶段，但已经有了资源积累。下一步，需要深挖课程内容蕴含的思政元素，授课过程融入课程思政;进一步完善针对性案例编写，用学生易于接受的、喜闻乐见的方式呈现;争取学校资金支持和企业赞助，围绕企业应用的现代养殖设施与设备，结合虚拟现实（VR）、增强现实（AR）和3D（三维空间）技术，进行虚拟仿真开发，构建起极具现实感的虚拟场景，为学生提供虚拟仿真沉浸式学习系统和平台。帮助学生学习和吸收理论知识，不断提升学生专业实践能力，促进学生掌握实用技能。

数字化教材只有紧跟时代步伐，定位应用性，运用現代信息技术改造传统知识，促进信息技术与教育教学深度融合，遵循教育教学规律，体现现代教育思想，根据市场变化和学科研究发展，不断完善更新知识点，才能在学生应用能力培养、创新思维训练方面满足应用型人才培养的需要，才能够在服务产业发展，推动先进技术传播上满足社会需要。教师团队也会在数字化教材建设过程中，不断提升信息化应用水平和信息素养，加深对行业装备现状和发展趋势了解，锤炼业务能力，做到教学相长。