韓麗娟，秦艷婷，院珍珍，焦迎春，葉 英，劉薈萃，宋洋波，王樹林

（青海大學(xué) 農(nóng)牧學(xué)院，青海 西寧 810016）

1 基于青藏高原生態(tài)背景牦牛肉生產(chǎn)及加工虛擬仿真實驗教學(xué)模式探索的背景

青藏高原區(qū)是中國一個獨特的自然生態(tài)環(huán)境區(qū)域，是聯(lián)合國教科文組織認(rèn)定的全球無公害超凈區(qū)之一，由于當(dāng)?shù)貧夂驉毫忧腋吆毖?，地理條件特殊。牦牛是一種能適應(yīng)青藏高原自然環(huán)境的重要生態(tài)種類，堪稱綠色動物的草原之舟，也是終年自然生存于世界屋脊三江源頭的獨特動物性食品資源[1]。因此，牦牛肉、牛奶就成為了中國天然生態(tài)有機產(chǎn)品的金牌冠軍。青海省“十三五”規(guī)劃指出，青海省要以生態(tài)保育型農(nóng)業(yè)為主攻方向，加快發(fā)展高原特色優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，積極開發(fā)高原特色農(nóng)產(chǎn)品，適度發(fā)展農(nóng)畜產(chǎn)品加工業(yè)，將牦牛產(chǎn)業(yè)發(fā)展定位為青海省畜牧業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展的科技攻關(guān)計劃之一。因此，對于該種高原特色動物性食品資源——牦牛的利用，其分級、加工、檢測等生態(tài)利用在學(xué)科實踐教學(xué)中顯得尤為重要。在實踐教學(xué)過程中，由于實踐基地本身的限制及碎片化的實踐課程知識點等原因，本科生系統(tǒng)的、整體的實踐知識體系無法形成，也導(dǎo)致食品科學(xué)、生態(tài)學(xué)、動物科學(xué)及生物技術(shù)相關(guān)專業(yè)的本科生無法掌握系統(tǒng)的農(nóng)牧產(chǎn)品加工技術(shù)、檢測技術(shù)等實踐操作技能，無法滿足青海省對于此類綜合素質(zhì)高、實踐操作技能熟練的人才的需求。

2 食品科學(xué)與工程類虛擬仿真實驗教學(xué)模式存在的問題

2.1 傳統(tǒng)教育方式難以將專業(yè)理論知識應(yīng)用于實踐操作

傳統(tǒng)教育方式難于將專業(yè)理論知識應(yīng)用于實踐操作。該學(xué)科的重點課程——“食物工藝學(xué)”“食品工程原理”的知識較多，但基本原理公式卻比較復(fù)雜，其課程任務(wù)主要是引導(dǎo)學(xué)生運用數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)和物理化學(xué)方面的專業(yè)知識，去處理在食品工業(yè)中所面臨的具體課題，課程具備了很強的產(chǎn)品設(shè)計、選型、布置與運行等的系統(tǒng)工程性質(zhì)。學(xué)生對課堂中的概念、方法感到很抽象，學(xué)習(xí)時不能把握要點，常常只是掌握了幾個簡單的片段，在研究和處理實際課題上感覺無從下手，無法將理論知識與實踐操作相關(guān)聯(lián)，理論-實踐知識體系無法統(tǒng)一構(gòu)建。

2.2 傳統(tǒng)教育方式限制了本科教育中學(xué)生的主觀能動性及創(chuàng)新實踐的需求

當(dāng)前，食品實驗教學(xué)課程既無法培養(yǎng)高校畢業(yè)生的食品學(xué)科實際操作技能能力，也無法滿足當(dāng)代本科教學(xué)中對學(xué)習(xí)者主體能力和創(chuàng)新實踐的要求。傳統(tǒng)的教學(xué)中，食品實驗教學(xué)主要為教師講授示范，學(xué)生模擬實驗。該教學(xué)模式?jīng)]有調(diào)動學(xué)生探索認(rèn)知事物的能力，使得學(xué)生自我練習(xí)的積極性不強[2]。同時，此教學(xué)模式在一定程度上影響了學(xué)生主觀能動性的培養(yǎng)和創(chuàng)造力的培養(yǎng)。

3 基于青藏高原生態(tài)背景牦牛肉生產(chǎn)及加工虛擬仿真實驗教學(xué)模式構(gòu)建

牦牛生產(chǎn)及加工虛擬仿真實驗?zāi)Ｊ降慕ㄔO(shè)，必須貫徹“科學(xué)合理計劃、共用資源、突破關(guān)鍵點、提升效果、持續(xù)發(fā)展”的指導(dǎo)思想，以全面提高高校學(xué)生的創(chuàng)新精神與實際創(chuàng)新能力為主旨，以資源共享優(yōu)化實驗教學(xué)資源為核心，以構(gòu)建信息化發(fā)展的實驗教學(xué)資源體系為工作重點，并遵循“虛實結(jié)合”的原則[3]。經(jīng)典的實體實驗與虛擬仿真實踐相輔相成，打破了傳統(tǒng)食品科學(xué)、動物科技實驗教學(xué)的空間環(huán)境和對大型設(shè)備數(shù)量、實際操作過程的約束，使學(xué)習(xí)者能夠全面鍛煉實際操作技能，進一步增強了基礎(chǔ)知識與技能運用的能力?？傮w建設(shè)內(nèi)容涵蓋了牦牛生態(tài)利用加工虛擬仿真軟件建設(shè)及虛擬仿真實驗教學(xué)體系的建設(shè)。

3.1 牦牛生態(tài)利用加工虛擬仿真軟件建設(shè)

充分挖掘虛擬現(xiàn)實仿真軟件的設(shè)計優(yōu)點，使生產(chǎn)實際場景或儀器設(shè)備構(gòu)造形象呈現(xiàn)在學(xué)生面前，學(xué)生可以身臨其境地進行反復(fù)操作演練，使學(xué)習(xí)更加深入而且生動。授課教師利用空間實踐小組課程、項目課堂和虛擬現(xiàn)場課程等與學(xué)生交流互動，做到自主學(xué)習(xí)、互助學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)的有機融合[4]。

牦牛養(yǎng)殖及屠宰虛擬仿真實驗軟件的開發(fā)主要采用三維可視化技術(shù)，依據(jù)牦牛養(yǎng)殖環(huán)境實際布局搭建模型，按實際牦牛生產(chǎn)過程完成交互實驗，完整再現(xiàn)牦牛養(yǎng)殖場操作過程及牧場的經(jīng)營管理。將牦牛養(yǎng)殖的理論知識融合到實踐操作的各個環(huán)節(jié)，為畜牧專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)草食家畜的養(yǎng)殖技術(shù)提供輔助手段，為食品專業(yè)拓展性學(xué)習(xí)肉品原料學(xué)提供自學(xué)的素材。同時，采用三維可視化技術(shù)，依據(jù)牦牛屠宰工廠實際布局搭建模型，按實際屠宰過程完成交互實驗，完整再現(xiàn)了牦牛屠宰的操作過程。

牦牛屠宰虛擬仿真實驗軟件的開發(fā)主要以牦牛肉加工為內(nèi)容，以三維形式展現(xiàn)牦牛肉加工環(huán)境和操作過程，學(xué)習(xí)動物性食品加工的實驗操作。學(xué)生通過虛擬仿真實踐，直觀地了解各種加工及檢測設(shè)備的實際應(yīng)用，并在線利用虛擬仿真實驗進行實操，虛實互補，兩者相輔相成，進一步完善了動物性食品加工綜合實踐訓(xùn)練教學(xué)體系[5]。

3.2 虛擬仿真實驗教學(xué)體系的建設(shè)

該教學(xué)體系將通過牦牛肉生產(chǎn)與加工的虛擬仿真實驗，破解中國特色動物性肉制品生態(tài)利用加工在課程與教學(xué)中出現(xiàn)的技術(shù)難點，并利用課堂講授、虛擬操作、自主訓(xùn)練、真實實驗/參與/學(xué)習(xí)、自主復(fù)習(xí)完成整個課程的學(xué)習(xí)流程，充分體現(xiàn)了虛實融合的優(yōu)點，有效提升了學(xué)習(xí)者的實際水平、教學(xué)成果，以及課堂滿意度。首先，針對本科生實際操作能力的訓(xùn)練，制定牦牛肉生產(chǎn)及加工虛擬仿真軟件的操作手冊、教學(xué)大綱、教學(xué)講義等指導(dǎo)書；其次，通過在研究工作人員職責(zé)、實驗室內(nèi)容、儀器設(shè)備的質(zhì)量管理、實驗室安全、設(shè)備管理和權(quán)限控制等方面，建立更完整、更規(guī)范的質(zhì)量管理體系和規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)及虛擬仿真實驗教學(xué)改革方案，以提高研究中心工作的高效性和穩(wěn)定性[6]；最后，虛擬仿真的實驗學(xué)習(xí)系統(tǒng)能夠追蹤并記錄學(xué)生在整個研究項目中的學(xué)習(xí)狀態(tài)，并實現(xiàn)在線測驗與及時評價反饋。將虛擬仿真實驗教學(xué)課程列入相應(yīng)學(xué)科人才培養(yǎng)計劃，制定相應(yīng)教學(xué)效果考核方案。積極探索大學(xué)與專業(yè)實驗教學(xué)的結(jié)果互相認(rèn)可、學(xué)分轉(zhuǎn)換機制。

4 牦牛肉生產(chǎn)及加工虛擬仿真實驗教學(xué)模式實施的意義

4.1 滿足西部地區(qū)農(nóng)牧產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展對食品類人才的需求

西部地區(qū)食品及農(nóng)牧業(yè)相關(guān)專業(yè)高水平學(xué)術(shù)型和應(yīng)用型人才短缺，現(xiàn)有從業(yè)人員中專業(yè)技術(shù)人員比例非常低，高素質(zhì)人才匱乏，農(nóng)畜產(chǎn)品精深加工發(fā)展動力不足，嚴(yán)重制約了青藏高原現(xiàn)代農(nóng)牧業(yè)及生物產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，多渠道培養(yǎng)食品專業(yè)高級技術(shù)人才已迫在眉睫[7]。青海大學(xué)是青海省唯一具有完整的食品科學(xué)與工程專業(yè)本科及研究生教育、科研團隊及研究條件的高等學(xué)校。食品科學(xué)與工程學(xué)科擔(dān)負(fù)著為青海省特色食品資源開發(fā)及促進地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展提供智力和技術(shù)支持的責(zé)任。只有在食品科學(xué)等專業(yè)人才培養(yǎng)中堅持突出青藏高原地理特點，充分考慮課程發(fā)展的完備性，健全實踐性課程體系——虛擬仿真課程系統(tǒng)，才能夠建立富有青藏高原特點的課程系統(tǒng)及教學(xué)方法，為青海省及地區(qū)經(jīng)濟社會建設(shè)創(chuàng)造有力的智慧及支持。

4.2 滿足現(xiàn)代教育多學(xué)科交叉融合發(fā)展的需求

該項目的建設(shè)對于推動食品、生物學(xué)及交叉學(xué)科領(lǐng)域科學(xué)研究，加強各類學(xué)科融合，提高優(yōu)勢學(xué)科資源整合，更好地適應(yīng)青藏高原區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和特色農(nóng)牧經(jīng)濟建設(shè)的需要，具有十分重要的意義。項目的建設(shè)可充分發(fā)揮青藏高原獨特的資源優(yōu)勢——牦牛肉，突出高原學(xué)科特色，使食品科學(xué)與工程、農(nóng)學(xué)、生物技術(shù)、生態(tài)學(xué)等學(xué)科建設(shè)取得突出成績，使其成為全國具有重要影響力的學(xué)科點。以虛擬仿真軟件開發(fā)及實踐應(yīng)用為手段，以培養(yǎng)高素質(zhì)專業(yè)本科人才為目標(biāo)，逐漸形成在國內(nèi)外具有一定影響的特有生物資源生態(tài)利用的虛擬仿真教學(xué)團隊，成為我國特色鮮明的國家級虛擬仿真教學(xué)中心，使其成為特色生物學(xué)人才培養(yǎng)的“搖籃”及特色生物資源生態(tài)利用研究的“熱土”。

牦牛生產(chǎn)及加工虛擬操作仿真教學(xué)模式，能夠真實地模仿學(xué)生完成實體牦牛肉生產(chǎn)加工中的所有實際作業(yè)的全部流程，包括啟動設(shè)備裝置通電、控制機械設(shè)備和進行垂直變形等的各種動作，是按照實物食品生產(chǎn)工藝原理進行設(shè)置，把學(xué)生曾經(jīng)的手工作業(yè)轉(zhuǎn)化為鼠標(biāo)的觸摸屏作業(yè)，既增加了實驗教學(xué)功能，也加強了對學(xué)生實踐操作技能能力和創(chuàng)造力的訓(xùn)練，相比較于傳統(tǒng)的實體實驗室，有著特殊的教學(xué)功能與價值。