虚拟仿真系统在稻谷加工课程中的应用

◎张秋霞

教育信息化发展规划明确提出要以信息化带动教育现代化，随着经济发展对人才需求的变化，出现食加工专业人才缺乏的问题。探索适应现有粮食加工专业的虚拟仿真实践教学模式非常必要。中国是水稻种植大国，为满足我国对农业生产人才需求，高校加大对农业学生农学实践能力的培养，以应用实验基地为平台，优化学生实践能力考核方法，将虚拟仿真技术引入粮食加工实践教学中，开发虚拟仿真教学系统等，提高学生的动手能力。利用虚拟仿真技术开发稻谷加工课程实践教学平台，培养学生的实践创新能力。

一、稻谷加工课程虚拟仿真系统开发分析

稻谷加工技术是粮食工程专业的核心课程，具有明确岗位专业性，其功能是使学生掌握稻谷加工生茶技术，重点介绍原料工艺特性、操作要点及以影响设备工艺效果因素，是学生从事制米工作报修专业课。我国多数院校实践教学有企业实习与校内培训模式，校内实训设备数量少，导致学生对设备结构掌握存在偏差，部分学校建设生产实践实训室，但教学中存在设备运转原料需求量大、生产产品利用率低造成动力消耗高等问题。企业实习大多学生不能进入生产线，顶岗实习只能安排简单工作任务，学生难以掌握有价值的实践技能。

虚拟仿真技术包括模拟演示与仿真实训，在计算机上进行实际场景模拟，借助多媒体等技术在计算机设备上营造可辅助的相关软硬件操作环境，可直接获得操作提示及评价。虚拟仿真实训室具有时效性高等特点，可构建稻谷生产仿真设备设施，使教师在真实生产环境下教学，使学生体验生产过程，培养具有核心竞争优势的应用型人才，构建虚拟仿真技术为核心的实训环境适应稻谷加工课程教学非常必要。

稻谷加工课程教学内容涉及作植物生理学等多学科知识。稻谷加工模型是从事相关科研工作的重要工具，目前成为农业等业务部门工作重要工具，利用模型可以为稻谷加工生产提供依据。农业粮食加工毕业生操作能力不够强。高校稻谷加工模型课程教学团队修订模型教学大纲，开发适用于课程的实践教学平台。稻谷加工模型运行效率受多种因素影响，教学团队以稻谷作物模型为例，挑选模型核心模块，简化模型输入与参数设置，开发网络版稻谷加工模型建模环境，方便学生登录系统学习，避免在多机环境下运行困难。

二、稻谷加工课程教学虚拟仿真系统设计

依据课程实践教学大纲要求，设计稻谷加工模型虚拟仿真教学系统，建模部分包括模型各模块运行环境，学生对照系统基本组成可以理解建模原理等，通过引导学生设置模型运行环境。系统具有良好的人机交互性能，设置模型运行环境后，后台可以以图表等形式自动返回运行结果，加深学生对专业知识的理解应用。学生可以通过手动设置不同参数方案，更好地理解作物特性。作物知识页面提供水稻知识百科，实验方法页面为理论课程的补充，考核练习页面考查学生通过学习后掌握知识情况。

采用MATLAB 混合编程，生成在线教学系统，系统开发平台包括Microsoft Visual Studio2015 等，形成输入规范的模型函数代码，编写用于模块运行的总函数，使用Compiler 工具编译生成模块模拟函数，编译生成BIOMASS 等DLL 文件。针对教学系统组成部分设计模块页面布局，在网页中用文字阐述相关理论，学生可以通过设置不同温度参数。

三、稻谷加工课程教学虚拟仿真系统的应用

系统以企业工作环境为原则设置项目，运用现代虚拟仿真技术，解决实训教学困境，为实践教学提供可考核操作的高仿真实训环境。高教实践教学具有分层递进特点，通过深入企业调研，确定以稻谷加工生活企业为服务对象，建设初中高级职业成长阶段。根据企业对人才的需求，进行综合技能分析，按照企业岗位技能要求及公众人物需要技能选取教学内容。以实际生产工作流程为依据，科学合理制定实训项目。

实训分为初中高级阶段，初级阶段强化学生对加工工艺流程的认知，中级阶段强化设备工艺参数调节技能，高级阶段通强化生产能力。根据真实工作环境，采用虚拟仿真技术构建高仿真VR 系统，AR系统，虚拟车间1：1 高度还原稻谷加工生产线及工作过程，呈现稻谷清理、碾米与包装等工段内容，通过虚拟仿真手段生动地呈现稻米加工工艺。用户可在虚拟场景中漫游，通过交互设备实现人机互动，使学生具有沉浸感，是信息化教学模式。虚拟仿真系统实训改变传统被动接受式教学模式，学生通过角色扮演，需要进行初中高级制米工技能学习，通过视频动画及立体化讲解，使学生掌握学习内容。

实训中通过学生对虚拟环境实现设备整体的运动，如针对砻谷机呈现用户操作对设备生产工艺的影响。实训系统提供练习模式以学生实操为主，在系统指导下完成技能点的学习。教师把课堂主动权交给学生，实现理论与实践高效结合。通过校企合作共建打造专业知识扎实的双师型师资队伍，通过学习企业生产新技术使课程教学具有针对性，建设满足实践性的高素质教师队伍，邀请专家指导学生实习，聘请企业经验丰富专家为兼任教师，通过合作交流促进教师专业水平的提高。

一体化教学重点是学习实践过程，评估学生学习效果以项目中遇到困难解决办法综合评定，学生成绩过程性考核包括对学生平时表现及项目完成情况考核，终结性考核对学生进行理论知识的考核。高仿真系统中理论答题正确可得到积分，根据积分进行实时排名，通过理论答题方式学生得到相应的积分，根据终结性考核占比计算学生最终成绩，可分别考核学生对轮知识的掌握情况。立体化教材是教育信息化下的教材形态，是数字教育资源与教学内容的集合体，是以纸质教材与移动终端互动的可视化教材。教材编排立足于岗位核心及鞥呢，培养学生自主学习能力。稻谷加工立体化教材结合AR 技术，学生可在手机上查看立体化资源。教材内容按照学生职能 能力提高编排项目，包括稻谷清理、砻下物分离等；通过与制米企业技术人员讨论筛选生产作业与社保故障检测内容，包括不同粒形谷物的加工，混杂杂质含量高的稻谷加工，振动筛故障检测，砻谷机故障检测，色选机故障检测等。

四、结语

虚拟仿真实践教学系统提供可交互的整体教学集成方案，从传统课堂教学转向交互学习环境，成为教育改革的重要部分。建设稻谷加工仿真实践教学平台，可以提升教师业务水平，通过应用教学平台，使学生掌握专业技能，提升毕业生就业能力。学生能根据授课教师安排完成学习任务，包括作为模型功能组成及作为运行结果分析，通过引导学习建模环境，掌握模型的运行。大部分学生提交模型运行报告内容充实，表明平台能提高学生运行作为建模能力。