食品专业酸乳生产虚拟仿真实习的实践探索

肖瀛，周小理，周一鸣，孙敏，荣玉芝

上海应用技术大学香料香精技术与工程学院（上海 201418）

实习教学是食品科学与工程类专业应用型人才培养重要的环节[1-2]，然而，学生实习教学的开展面临着校内建造中试生产线经费投入大、运行成本高而难以实现，进入企业实习面临着增加企业负担与岗前培训耗时长的困境，同时由于食品企业生产卫生安全规范执行与监管日益严格存在安全风险，学校很难大批量地安排学生在食品企业一线进行实践学习。因此，目前实习类教学普遍存在学生实习安排难、学生生产一线岗位实训时间少、学生解决生产一线实际问题的能力弱的问题[3-4]。

为此，上海应用技术大学食品科学与工程专业，以工程教育认证与国家一流专业建设为契机（2020年通过工程教育认证，2021年入选国家一流专业建设），大力开展虚拟仿真教学项目建设，虚拟仿真教学已融入学生实践培养环节，有效增强学生解决复杂工程问题能力的培养。文章以上海市重点仿真类课程建设项目-酸乳生产虚拟仿真实习项目为例，以OBE理念为核心，以解决生产一线实际问题的能力培养为重点，探讨虚拟仿真技术在食品科学与工程专业实习环节教学的应用与实践，以期提高应用型人才实习环节培养的成效。

1 虚拟仿真实习教学设计思路

虚拟仿真实验（实习）教学项目是结合新时代背景下人才培养的需求，注重学生创新和实践能力的培养，重点解决实际不具备或存在困难的实践条件，结合理论知识与能力训练，通过虚实结合模式促使学生通过自主讨论主动学习和获得专业知识，提高分析和解决问题的综合实践能力[5-6]。此次酸乳生产虚拟仿真实习项目，以工程教育认证标准的面向产出教育（OBE）理念为核心[7]，通过深度校企合作，对接企业一线生产与品控岗位工作要求，对接现代酸乳生产全流程自动化数字化的生产工艺与标准，采用虚拟仿真技术高度还原了“原料乳预处理”“配料”“杀菌”“发酵”四个工段的酸乳生产全过程，开发了基于真实岗位任务场景的交互操作。实习项目融合生产工艺、发酵技术、品质控制等多学科知识与新技术，融入企业对一线高素质应用人才需求的法规、环保等综合要素。教学目标如表1所示，重点训练学生通过综合运用多学科理论并结合法规与环保知识等方面非技术能力，培养学生多维度地分析解决酸乳生产一线实际复杂问题的能力。

表1 实习项目的教学目标

项目教学设计充分利用仿真系统可多端口运行的优势，学生可随时使用数字设备开展课前、课中、课后的实践学习任务，构建基于理论知识、实操技术、综合能力三位一体的实习教学模式，旨在重点培养学生解决生产一线实际问题方面的能力，通过培养学生运用酸乳生产工艺、品质控制、发酵技术、生产管理等多学科知识原理进行综合应用、多维度分析与判断以及设计新工艺或新产品等相关教学任务训练，从而有效地体现了实习项目的高阶性与创新性，提高了实习项目的挑战度，满足了现代食品企业对一线高素质应用型人才培养的需求。

2 构建仿真实习的三位一体的教学方式

项目基于仿真实习系统通过仿真实习与企业现场实习相结合，采用了自主式学习教学法+探索式纠错教学法、真实问题导向教学法（PBL教学法）+项目驱动教学法等以学生为中心的组合式教学法，推行“学生主导、教师引导”教学方式，构建理论知识、实操技术、综合能力（多学科综合应用、多维度分析、自主学习、创新思维等方面能力）三位一体的实习教学模式。

图1 仿真实习教学模式图

2.1 自主式学习教学法+探索式纠错教学法

以学生的体验感与获得感为重点，采用学生自主式学习的教学方式，利用移动端、PC端、VR端等多端口的仿真平台，教学的全过程体验真实还原的酸乳生产实习，即“（课前）学生预习—自主学习—（课中）分组讨论（提问）—教师指导—分组练习与总结—（课后）模拟考核-答疑辅导”，激发学生学习兴趣，提升学生自主学习的能力。学生预习酸乳工艺、酸乳生产车间布局、设备运行与维护、产品质量控制、安全与规范等方面知识。课堂中通过分组对仿真实践各环节理论与实操进行分组讨论，教师对学生讨论中提出的问题进行针对性指导与演示，学生分组模拟不同岗位角色进行仿真实习练习，完成后老师与学生共同进行总结。课后根据教师布置的实习任务要求，学生进行仿真实践任务并完成报告，并对完成情况进行考核。

同时将探索式纠错教学法与学生自主式学习的教学方式相结合，在虚拟仿真操作教学环节，通过讲解—探索式操作—纠错三合一的模式，对错误操作设置提醒，给出正确操作指引并进行相关知识点的提示，其目的是使学生更加深刻理解操作要领与原理，对多个学生共同的错误，进行针对性重点讲解，这样可以实现精准个性化教学过程。通过规范化流程的在线操作，提升学生对酸乳生产工艺与品控等方面的理论与实操能力掌握程度，使学生全面掌握符合企业规范标准的酸乳生产的实操技术。

2.2 真实问题导向教学法（PBL教学法）与项目驱动教学法

通过构建酸乳企业生产过程中真实案例问题，结合本仿真平台设计相关教学项目任务，以解决真实案例的问题作为学生学习与考核任务，在教师引导下，训练学生综合应用酸乳工艺、品质控制、发酵技术等多学科理论的能力，培养从专业技术能力与管理、法规等非技术能力相结合，多方面多维度地分析问题，判断解决该问题的关键因素，促进学生与解决复杂工程问题的能力提升，同时通过特定生产实习环节生产工艺改良或新产品开发的项目任务，助力学生创新意识与能力的养成。

2.3 “虚实结合”教学方法

项目搭建了覆盖实习“预习、实操、结果分析、考核”全过程的“虚实结合”实施流程。项目教学团队通过深化与企业的合作，深化校企协同合作育人，构建由学校教师与企业工程师组建的双师型师资队伍，对接企业一线工程技术人员岗位工作标准，共同制定实习教学目的与内容、实施方案与考核评价方式。项目通过校企合作将传统实习和虚拟仿真实习相结合，优势互补，从而弥补了学生直接进入工厂实习效果差、学生实习安全等问题，并有利于充分调动学生自主学习的兴趣和积极性，助力学生解决酸乳生产一线岗位实际问题的能力提升，全面提高生产实习的实效。

3 仿真实习教学的实施

仿真实习教学的实施分为课前、课中、课后和考核四个部分。

课前：学生通过移动端或PC端，自主学习（预习）酸乳工厂漫游认知，学生通过主视角工人的视角在酸乳工厂，学习厂区选址要求、设备运行与维护、品控标准、安全规范等知识，并完全相关理论自测。

课中：①学生通过PC端或VR端，进入相应工段的酸乳生产仿真实习。仿真实习过程中，学习者根据“操作指引”依次进入酸乳生产各车间，以团队合作或个人独立形式完成相应的操作。②进入原料配料车间，学习者可自主设计酸乳配方，进行选料和配料工艺参数设计，合理设计方案可以启动进料生产。③进入生产车间跟随操作指引，根据酸乳生产工艺流程，依次完成原料乳验收及贮存、预处理、配料、杀菌、发酵等工艺的操作。④通过虚拟的中央控制系统平台界面，设定和监管各工艺过程、设备的运行参数；调节和监控各个阀门和工艺设备的运行状态；调整和监测物料、工艺用水和蒸汽的使用情况；依据酸乳发酵的配方原则，进行物料衡算，完成配料。⑤通过上述操作，完成一个批次的酸乳生产，导出实习结果，分组对实习结果进行讨论，教师进行总结分析。

课后：①学生通过PC端，对仿真实操进行反复模拟考核训练。②通过PC端或移动端，根据平台获得仿真实习模拟反馈数据与结果进行分组讨论，在线完成实习报告。③通过查阅文献资料，利用新技术新工艺，分组对实习过程中存在问题提出工艺改良或新产品开发思路或工艺。

仿真考核：学生通过PC端或VR端，由系统随机抽取某一工段部分的生产实习任务或生产事故作为仿真实操考核内容，由系统自动对实操按步骤进行评分。

4 仿真实习实施效果与反思

学生进入工厂实习前，先通过虚拟仿真实习，沉浸式体验酸乳工厂生产运行得全过程，较全面掌握酸乳工厂生产工艺流程、设备运行与维护、品控标准、安全规范，以个人或团队模拟工厂生产与品质控制各环节真实的工作任务，然后进入工厂进行现场实习，从而有效弥补了传统实习方式学生实习效果与体验感差、解决生产一线实际问题能力弱的短板。同时，有利于充分调动学生自主学习的兴趣和积极性，提高实习效果，有效提升了学生的综合判断分析与解决实际复杂问题的能力及新产品新工艺设计的创新能力，解决企业一线实际复杂问题的能力。

虽然借助虚拟仿真技术具有高度还原的优势，但仍然不能完全替代现场工厂实习，因此，需要进一步优化传统实习和虚拟仿真实习结合的相关措施，充分提升两者的优势互补。另一方面，虽然仿真交互操作可实时系统自动评分，然而仿真实习多样化的考核方式与多维度的评价学生学习效果方案仍待完善，从而提升考核方式与高素质创新应用型人才培养内涵的匹配度，提高评价结果的效度。

5 结语

采用基于真实岗位任务场景开发的交互式操作虚拟仿真项目，通过与企业现场实习相结合的实践教学方式，可较为有效地弥补目前实习类教学普遍存在学生一线岗位实训不足的短板，促进学生解决食品企业实际问题能力的提升。然后，仍需进一步深化校企协同合作，优化仿真系统，不断融入企业新技术、新工艺、新标准，同时不断完善虚实结合的实习模式的实施与实习效果的评价方案。