虚拟仿真技术在农产品加工与贮藏专业教育和实践中的应用研究

杨舒涵，雒满虹，张 焱

（天津科技大学食品科学与工程学院，天津 300457）

信息技术的蓬勃发展带来了一批又一批的互联网用户，且互联网用户画像范围更加年轻化。为了使互联网技术更加便捷，移动互联网技术顺势而生。移动互联网技术将移动通讯与互联网有机结合起来，使互联网技术方便各种互联网用户的需求。随着互联网的发展，该技术辐射到生活中的各个产业，其中就包括了教育产业。传统教育模式正在被移动互联网技术悄然改变，改变的契机就在2012 年移动互联网大会之后。移动互联网教育充分发挥了其高效性、实时性、共享性，将知识打破时间与空间的桎梏，分享到互联网这个共通的平台，十分便捷地在平台上传播，提高了互联网用户获取知识的效率。移动互联网教育技术的进步，深刻影响了传统教育模式。越来越多的教师选择线上授课方式，不但使之成为各高校的辅助授课方式之一，更普及于高校教学中，而且使线上教育迅速发展成一个产业，多种线上教育资源的汇聚，为获取不同知识需求的人们铺了一条通往知识宝库的康庄大路。

1 虚拟仿真技术

虚拟仿真技术是信息技术发展的必然趋势，虚拟仿真技术是一种用计算机技术构建的可以更改和体验的虚拟世界系统。虚拟仿真技术是由计算机技术视觉心理学、仿真技术、多媒体技术、传感与测量技术等多种高新技术交织成的成果。系统仿真技术最出色的点在于其逼真性和实时交互性。自2017 年，教育部办公厅统筹规划到2020 年认定1 000 项左右示范性虚拟仿真实验教学项目。2020 年教育部职成司正式发布《关于开展职业教育示范性虚拟仿真实训基地建设工作的通知》，明确提出建设100 个示范性虚拟仿真实训基地。近年来，虚拟仿真技术已在高校初见成果，但是仍未全面普及在各高校系统中。虚拟仿真技术在高校中既可用来建设现代化数字校园，便于整理相应图书馆藏，进行数字化管理校园，又可以模拟校园真实场景，在校园未开学或封闭的情况下，为想要了解该高校校园环境和馆藏图书的学生和社会面人士打开了数字化校园。对于教师来说实施虚拟仿真教学与传统教学相结合，转变传统的教学观念同时可以丰富实验教学方法。将虚拟仿真技术加入线上课程，实现了知识的可视化且与现实企业行业相结合能够更加直观参加到企业产品开发的过程中，更好地使知识与实践相结合，进一步达到“知行合一”的地步。

高校对虚拟仿真进行实践课程进行大力支持和推行，对高校教育主要有以下几点优势：①对于学生无法进行实践课程提出了有效的解决方案，也解决了实地实践教学的一些难题，如人员聚集、安全隐患、实习学生和教师出行费用等。探索实习、实训等实践课程教学新途径、以确保实践教学质量、切实提升人才培养质量成为工科专业发展的必然趋势[1]。②紧跟新时代潮流，与时俱进。可围绕当下最先进、最顶尖的工艺、技术、设备等，将其融入虚拟仿真的实践教学中，激发学生的好奇心，促使学生可主动地去了解这些前沿的知识。另外，还可将这些知识点生成二维码，学生可随时随地去了解，可最大程度地帮助其巩固所学的知识。③对于新时代的高校学生，相较于书本、报纸等纸质性的东西，可能会更大程度地接受、学习网络，虚拟仿真可满足学生对这方面的需求。一方面虚实结合，多方面的教学可给学生更好的学习体验；另一方面也能培养学生的创新能力，学生走出校园就会有明显的市场竞争力。

从教育拥抱科技的趋势及现有的发展情况看，虚拟仿真技术与线上教育课堂的建设将会进一步推动高校教育教学的改革，也将成为未来教学中的重要一环。

2 虚拟仿真技术的应用

2.1 高校

实践课程是高等教育中工科类专业培养方案中的重要的部分，对培养学生实践能力、工程素养、完善学生专业知识体系具有至关重要的作用。相较于理论课程，实践课程最大的特点就是将所学知识融会贯通，学生可通过实践检验理论课程中所学到的知识点，也可捕捉到一些理论课程上涉及不到的盲区；同时，实践课程是需要特定的环境和专业的教学条件，才能让学生身临其境，最大程度感受实践课的魅力所在。

2.2 教师

师者，传道授业解惑也。教师是学生接受、学习专业知识唯一的窗口。新时代背景下，知识的不断更迭也在促使教师不断学习新的知识，接受最先进的教育理念[2]。在推进虚拟仿真实践课程之前，教师要制定详细的教学计划，提前发给学生，明确学生在开始课程之前应做的准备。

教师在进行实践课程时采取引导式教学，循序渐进地开展课程，激发学生的求知欲，才能让学生更加主动地参与课程并完成相关知识点的学习。由于虚拟仿真技术刚开始出现在学生的认知范围内，对此肯定有很多疑问，所以教师在线下要积极与学生沟通，一起与学生进行仿真技术的学习。便于教师管理和答疑，可以将工程师与学生建立微信答疑群，每个学生在群里可提出自己的疑问，教师和工程师可以在线答疑。

以葵花籽油加工为例，教师借助虚拟仿真平台指导学生进行葵花子油的加工实践。通过虚拟仿真平台加载的烘干机、脱壳机、滚筒炒籽机、螺旋榨油机等机械设备对原料葵花籽进行筛选清洗、烘干、脱壳、炒籽、压榨等初步处理。为了保持葵花籽油的香味，对压榨过后的葵花籽毛油进行精炼。通过虚拟仿真平台加载的自动排渣过滤机、冷却锅、结晶锅、阿玛滤机、布袋过滤机进行最终的精炼处理。学生通过虚拟仿真平台熟悉葵花籽油的加工过程及相关机械设备，加深食品加工机械工作原理及内部结构在实际生产线中的应用，也可比较同类设备的异同。

进行虚拟仿真实践课程考核时，教师不能仅限于实践知识的考核，还要将理论加入考核范围，理论结合实践，才能更好地考核学生的专业学习能力。归根结底，虚拟仿真还是不同于传统的实习，学生只能在虚拟仿真课程中想象自己对于工厂的大概布局，无法精准地认识到粮油加工工厂每一个设备布局的原因。因此，教师在完成课程以后要进行教学反思，回忆课程从开始到结束每一环节中有没有出现纰漏，如果存在要及时提出解决方案，如果没有，教师还可多想一些如何更好地推进虚拟仿真实践课程进行的好方法，最重要的是要让学生更加主动地了解虚拟仿真，并产生浓厚的兴趣，甚至可对虚拟仿真有自己独到的见解。

2.3 学生

对于农产品加工与贮藏大学生来说，实验是一项必不可少的专业技能，在大学期间一定会动手操作几种仪器或者试剂。由于各种原因的限制，如课堂时间有限、仪器较为贵重、试剂较为危险，课堂上并不是每一个学生都能亲手操作[3]。虚拟仿真平台对农产品加工与贮藏专业的学生有以下几个优势。

2.3.1 降低实验过程中的成本

在实验课堂上，因为部分实验器材较为昂贵，操作复杂，且较易损坏，导致在课堂上并不能普遍使用；或者有些仪器使用受制于课堂时间长度并不能在课堂上完整地运行仪器。此时，将虚拟现实技术搬进实验室，学生便可如身临其境，切身实地地操作虚拟实验仪器，摆脱实验成本困扰[4]。并且，在虚拟仿真实验室里进行操作，操作结果可实时反馈至教师终端，便于教师仔细观察每一位学生的操作细节，教师可通过系统终端，将学生的操作情况反馈回到学生手中，学生也可以根据教师的反馈结果及时判断自己操作的正误。在这种情况下，假使学生操作出现一些纰漏疏忽，也不会对真正的实验仪器造成损坏。在虚拟实仿真验室，可不受空间的限制，接上终端便是实验室，实验流程不用固守流程，随时可终止、跳过、重复，直到操作出成功案例。改变了传统实验由教师演示或者视频解说这一模式，高效解决了实验条件和实验效果之间的矛盾。

2.3.2 规避一些由危险化学品带来的伤害

在化学、生物实验中经常会用到一些危险化学品，这些产品有着易爆、易燃、易制毒、感染、腐蚀、放射性和危险性等其他危险特性。在实验操作中，可能会因为通风、操作失误、防护不到位造成一些试验失误或者事故发生，从而危害到实验室内师生的人身健康安全。在虚拟仿真实验室中则完全可以规避这些危险发生，不会因为操作失误或是其他原因导致人身事故发生。

2.3.3 帮助学生完成课前预习以及课后复习

在课前，学生通过虚拟仿真实验室接触所做实验相应的仪器和试剂，更加直观高效[5]。在虚拟仿真实验室进行预实验，可给学生真实的体验感，构建整体实验框架，规避预实验所犯错误，节省实验所需时间。对于一些在实际操作中犯的错和实验结果不太理想的状况下，学生仍旧可在课后通过虚拟仿真实验室进行纠错并反复练习一些操作或者借助实验室终端反推试验错误，认清错误以便避免下次再犯。同样，可加深学生对实际实验的操作理解，更加深刻理解实验原理和部分实验步骤。

2.3.4 提升学生学习深度和广度

鉴于互联网技术的发展，网络上的知识呈现实时性及共享性，虚拟仿真实验室不再受制于时间及空间的限制，所有虚拟实验室都可进入且进行相应的实验学习，不受学科的限制、不受时间的限制。学生在完成基础的学业学习后，可自发对感兴趣的试验方向进行学习。未来，大型的虚拟仿真实验室所搭载的终端可容纳越来越多有学习需求的人，在学习的同时可在线上实时与其他学习者进行交流解答疑惑。

2.3.5 增加试验趣味性

一部分学生在做实验时过于小心翼翼，并不能享受到实验的乐趣与魅力。在虚拟仿真实验室中，学生可大胆试错，勇于进行尝试，在终端上也可设置相应的知识彩蛋，鼓励学生进行自主学习，还可设置虚拟仿真实验室全平台大型竞赛、演讲汇报等活动，大大提升学生学习乐趣。

2.3.6 多终端登录学习

高校开展线上教学。学生在家里参加线上学习的同时，相应的实验课程可能会被压缩或者减少。在虚拟仿真实验室平台上，学生可在家通过相应的端口进入虚拟实验室中进行学习，在家也可进行模拟式操作，学习进度不落人后。

3 结语

虚拟仿真实验坚持“虚实结合、相互补充、能实不虚”的原则，以优化共享优质教学资源、服务专业实验教学为目标，以提高学生实践能力和创新精神为核心，依托学院实验教学示范中心的建设，将虚拟仿真实验与课程教学、大学生创新创业训练计划项目深度融合，使其成为创新创业教育体系的有机组成部分，在同类专业课程中有重要的示范作用和推广价值[6]。高校针对农产品加工与贮藏专业的实践教学引入虚拟仿真技术，与理论知识相结合，让学生有了一些全新的体验，提升了实践教学的质量，为农产品加工与贮藏方向的人才培养提供有力支撑。