郝小燕,楊春合,李碧波,牟春堂,張春香

山西農(nóng)業(yè)大學動物科學學院,山西 晉中 030801

0 引言

隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展,居民消費結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化調(diào)整,帶動了我國養(yǎng)殖業(yè)從傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式向市場化導(dǎo)向的養(yǎng)殖模式轉(zhuǎn)型。隨著養(yǎng)殖業(yè)的專業(yè)化、標準化、市場化不斷深入發(fā)展,對動物科學專業(yè)的人才數(shù)量和質(zhì)量要求也發(fā)生了新變化[1]。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高等教育學校,動物科學專業(yè)的本科生要兼顧理論知識與實踐技能,面向前沿科技拓展理論視野,面向生產(chǎn)一線掌握實踐業(yè)務(wù)。為適應(yīng)經(jīng)濟社會對高素質(zhì)養(yǎng)殖人才的需求,以課程改革為核心的教學改革勢在必行[2]。其中,實踐教學改革作為課程改革建設(shè)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)和主體內(nèi)容,直接面臨如何降低成本、提高效能的困難。如何在理論教學課時數(shù)減少的基礎(chǔ)上,以實踐教學改革為抓手提高專業(yè)課整體教學質(zhì)量,培養(yǎng)高質(zhì)量養(yǎng)殖業(yè)專業(yè)人才,成為動物科學專業(yè)相關(guān)學科教育教學團隊面臨的現(xiàn)實挑戰(zhàn)[3]。山西農(nóng)業(yè)大學動物科學學院的羊生產(chǎn)學教學團隊以課程改革為依托,在實踐教學改革方面進行了有益探索。

羊生產(chǎn)學是動物科學專業(yè)一門重要的應(yīng)用類專業(yè)課程,是進行養(yǎng)羊業(yè)科學研究、指導(dǎo)養(yǎng)羊生產(chǎn)所必需的重要環(huán)節(jié)和組成部分[4]。山西農(nóng)業(yè)大學動物科學學院羊生產(chǎn)學教學團隊,堅持以服務(wù)教學、培養(yǎng)能力、面向產(chǎn)業(yè)、資源共享的教學理念,堅持虛實結(jié)合、優(yōu)勢互補的實踐教學原則,結(jié)合虛擬仿真和HTML5技術(shù),開發(fā)了現(xiàn)代肉羊生產(chǎn)實訓(xùn)虛擬仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)突破時間、空間的限制,減少對實體動物的依賴,解決生物安全防疫問題,實現(xiàn)在線大規(guī)模肉羊生產(chǎn)實訓(xùn)。沉浸式實訓(xùn)體驗激發(fā)了學生的學習興趣,提高了學生理論知識應(yīng)用能力,達到全過程、可持續(xù)的教學實習目標。

1 羊生產(chǎn)學課程特點及實踐教學現(xiàn)狀

羊生產(chǎn)學是我國農(nóng)業(yè)高等學校動物科學專業(yè)的一門實踐性很強的應(yīng)用型專業(yè)主干課程,課程內(nèi)容包括品種選育、遺傳改良、繁殖技術(shù)、飼養(yǎng)管理、羊場建設(shè)、環(huán)境控制、羊產(chǎn)品和羊場經(jīng)營管理等[5]。該課程的教學目標是拓展學生的知識結(jié)構(gòu),培養(yǎng)學生的宏觀決策能力,特別是培養(yǎng)學生的養(yǎng)羊企業(yè)生產(chǎn)觀念、市場觀念和經(jīng)濟觀念,促進學生有效掌握養(yǎng)羊業(yè)的有關(guān)理論和生產(chǎn)技術(shù),提高學生解決實際生產(chǎn)問題的能力[6]。

目前,我國農(nóng)業(yè)高等院校開設(shè)的羊生產(chǎn)學實踐教學與當代產(chǎn)業(yè)需求仍有脫節(jié)之處,理論教學以羊毛品質(zhì)分析、羊的外貌鑒定、年齡鑒定等內(nèi)容為主,而與生產(chǎn)密切相關(guān)的發(fā)情鑒定方法、生產(chǎn)性能測定、產(chǎn)肉性能測定、飼養(yǎng)方法、羊舍設(shè)計等重要內(nèi)容在教學中體現(xiàn)不夠[7]。傳統(tǒng)的羊生產(chǎn)學實踐教學主要面臨以下問題。

1)完整的肉羊生產(chǎn)周期長、時間跨度大,學生通過實驗室驗證性實驗無法系統(tǒng)地掌握肉羊生產(chǎn)所有的技術(shù)環(huán)節(jié)。

2)羊場現(xiàn)代化安全生產(chǎn)和防疫要求高,且現(xiàn)場實訓(xùn)增加了羊只應(yīng)激風險,場區(qū)不能接納大量的學生參觀學習。

3)因羊場中存在受人畜共患病風險,受其限制以及對于安全的考慮,學生無法深入生產(chǎn)一線進行養(yǎng)殖生產(chǎn)和羊肉品質(zhì)評價實訓(xùn)。

4)學生對行業(yè)認知有偏差,因此會懈怠實驗課。傳統(tǒng)畜牧業(yè)養(yǎng)殖環(huán)境的特殊性固化了學生對動物科學專業(yè)的不良印象,導(dǎo)致部分學生對待實驗課抱著應(yīng)付的態(tài)度[8]。

5)傳統(tǒng)教學方法與手段單一,枯燥乏味,學生對實驗課興趣低。

6)實踐教學考核體系不規(guī)范。以考勤和實驗報告為主的評價方式致使學生缺乏創(chuàng)新動力。

因此,在綜合類實訓(xùn)項目教學上,設(shè)計緊密結(jié)合肉羊養(yǎng)殖生產(chǎn)實踐,注重應(yīng)用性和實操性的專業(yè)核心技能虛擬仿真教學內(nèi)容顯得尤為必要。

2 現(xiàn)代肉羊生產(chǎn)實訓(xùn)虛擬仿真系統(tǒng)建設(shè)

2.1 虛擬仿真系統(tǒng)建設(shè)背景

虛擬仿真實驗利用計算機系統(tǒng),采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)的各種虛擬實驗環(huán)境,使實驗者如同在真實的環(huán)境中一樣,完成各種預(yù)定的實驗項目,所取得的學習或訓(xùn)練效果等價于甚至優(yōu)于在真實環(huán)境中所取得的效果[9]。2017年7月,《教育部辦公廳關(guān)于2017—2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設(shè)的通知》指出,要深入推進信息技術(shù)與高等教育實驗教學的深度融合,不斷加強高等教育實驗教學優(yōu)質(zhì)資源建設(shè)與應(yīng)用,著力提高高等教育實驗教學質(zhì)量和實踐育人水平。以現(xiàn)代信息技術(shù)為依托,以相關(guān)專業(yè)類急需的實驗教學信息化內(nèi)容為指向,以完整的實驗教學項目為基礎(chǔ),建設(shè)示范性虛擬仿真實驗教學項目,推動高校積極探索線上線下教學相結(jié)合的個性化、智能化、泛在化實驗教學新模式,形成專業(yè)布局合理、教學效果優(yōu)良、開放共享有效的高等教育信息化實驗教學項目示范新體系,支撐高等教育教學質(zhì)量全面提高。

2.2 虛擬仿真系統(tǒng)內(nèi)容設(shè)置及特點

現(xiàn)代肉羊生產(chǎn)系統(tǒng)實訓(xùn)內(nèi)容包括品種及雜交組合選擇,配種、羔羊護理與培育,育肥方案制定、胴體質(zhì)量檢測4個部分,完整地呈現(xiàn)了現(xiàn)代肉羊生產(chǎn)流程。該系統(tǒng)具有實驗內(nèi)容設(shè)計規(guī)范、實驗評價體系合理、實驗系統(tǒng)先進等特點。

1)學生首先了解肉羊優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)的當家品種及特點,形成用于生產(chǎn)肥羔的雜交組合,并對肉羊生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)進行可視化鞏固學習。通過育肥方案制定和胴體質(zhì)量檢驗?zāi)K,形成羔羊育肥期全混合飼糧配方,并從胴體質(zhì)量指標中檢驗、反饋配方制定的合理性。

2)采用系統(tǒng)評分和教師評價意見相結(jié)合的方式,實現(xiàn)實訓(xùn)效果多元化和個性化評價。學生進入虛擬仿真平臺,逐項完成相關(guān)實驗內(nèi)容。系統(tǒng)根據(jù)學生各項操作的正確性自動評分。教師端通過意見反饋和實訓(xùn)總結(jié)模塊回訪學生整個實訓(xùn)過程,并在線提出個性化指導(dǎo)意見,幫助學生及時糾錯和提升,實現(xiàn)個性化評價。學生端系統(tǒng)提示學生查看教師評閱意見,并填寫實訓(xùn)心得和建議,最終形成一個完整有效的評價體系。

3)運用HTML5技術(shù),結(jié)合Unity3D、Java、可視化等網(wǎng)絡(luò)開發(fā)技術(shù),基于現(xiàn)代肉羊生產(chǎn)大數(shù)據(jù)分析構(gòu)建實訓(xùn)各環(huán)節(jié)參數(shù),按照肉羊生產(chǎn)流程和羊場實景構(gòu)建虛擬仿真各模塊,完整呈現(xiàn)肉羊生產(chǎn)流程。首先,通過回歸分析建立品種、飼糧配方營養(yǎng)水平與肉羊胴體品質(zhì)間相關(guān)關(guān)系,實現(xiàn)了選種及飼糧配方的適時驗證。其次,學生可以在規(guī)定時間內(nèi)進行多次實驗,系統(tǒng)保留多條記錄,方便學生對比分析實訓(xùn)中存在的知識和能力短板,以迅速改進和提高。

2.3 虛擬仿真系統(tǒng)實訓(xùn)實施過程與方法

虛擬仿真系統(tǒng)實訓(xùn)實施過程如下。①讓學生熟悉現(xiàn)代肉羊生產(chǎn)流程,結(jié)合虛擬實驗?zāi)Ｐ?針對各模塊實驗操作步驟進行實驗操作。②學習和掌握品種選擇、發(fā)情鑒定、精液采集、人工輸精、羔羊接產(chǎn)、護理、羔羊培育、育肥羔羊飼糧配方設(shè)計、羔羊屠宰、胴體質(zhì)量評價實驗操作。③通過人機交互界面進行虛擬實驗操作,根據(jù)學習的知識自定義設(shè)置各生產(chǎn)步驟技術(shù)參數(shù),在線提交虛擬實驗結(jié)果報告。④教師端通過實訓(xùn)結(jié)果及意見反饋,了解學生實訓(xùn)過程中存在的問題并進行個性化指導(dǎo)和評價,學生端查看指導(dǎo)意見后進行實訓(xùn)總結(jié)。

虛擬仿真實訓(xùn)采用了“自主—互動—探究”的立體式虛擬仿真教學和案例式教學方法?；谌庋蛏a(chǎn)環(huán)節(jié)多、周期長、線下無法實施系統(tǒng)的生產(chǎn)實訓(xùn)相關(guān)問題,以學生為中心,通過仿真系統(tǒng)提供虛擬的實操與互作實驗環(huán)境,倡導(dǎo)自主式、合作式、探究式學習,確保學生熟悉并掌握肉羊生產(chǎn)的全流程,大大調(diào)動學生的學習積極性和主動性,達到事半功倍的學習效果。教學中注重將教師科研成果體現(xiàn)在教學中,以科研促教學,例如在胴體質(zhì)量檢測模塊中,教師將科研工作中采集的肉脂樣品進行充分利用,分析不同因素如品種、營養(yǎng)水平、飼料添加劑等對胴體品質(zhì)影響,有利于提高學生創(chuàng)新能力。教學中還要體現(xiàn)理論與實踐相結(jié)合,充分利用案例式教學方法,將社會服務(wù)期間收集典型案例和數(shù)據(jù)以及圖片,如黃膘肉、尿結(jié)石等案例設(shè)計融入實驗中,對比分析并討論形成這些不可食用胴體的原因,鞏固專業(yè)知識,提高學生分析、解決問題的能力。

3 虛實結(jié)合實踐教學成效與思考

3.1 成效

現(xiàn)代肉羊生產(chǎn)實訓(xùn)虛擬仿真系統(tǒng)設(shè)置了緊密銜接的肉羊生產(chǎn)核心技能虛擬仿真教學內(nèi)容,鞏固了動物科學學生所需的專業(yè)知識,避免動物應(yīng)激、節(jié)約實驗飼養(yǎng)成本、縮短實驗時間,解決了肉羊生產(chǎn)周期長、場區(qū)進出困難造成的實訓(xùn)難度大、效果差等問題,變“不可控”為“可控”,解決學生因興趣不足造成的參與度低、創(chuàng)新能力差的問題,有效提高課堂效率,切實提升學生專業(yè)技能和實踐動手能力,提高教學的質(zhì)量。

現(xiàn)代肉羊生產(chǎn)實訓(xùn)虛擬仿真系統(tǒng)大大節(jié)省了實驗教學中人力、物力、財力的投入,降低了實驗教學成本,降低了人畜共患病風險。打破了傳統(tǒng)實驗時間和空間的界限,將部分抽象知識可視化、程序化,大大提高了學生參與實訓(xùn)的積極性,使學生進入實習基地時更加自信,上手更快,實踐能力得到顯著提升。該教學模式有效增強了學生自主學習和主動探究的內(nèi)生動力,也得到了任課老師和學生的高度好評。現(xiàn)代肉羊生產(chǎn)系統(tǒng)實訓(xùn)屬于動物營養(yǎng)與飼料、動物繁殖技術(shù)專業(yè)核心技能在羊生產(chǎn)中的綜合應(yīng)用,線下開展如此系統(tǒng)的實訓(xùn)非常困難。通過線上仿真,能夠更直觀立體地使學生掌握專業(yè)技能,突破空間約束,隨時隨地使用,更加便捷;通過虛實結(jié)合和虛實交互學習,使我們對羊的人工采精技能,全混合飼糧配方設(shè)計技能、胴體質(zhì)量檢測技能更加熟練掌握,讓我們可以更加深入地理解書本的知識,使我們對學習更有興趣、印象更深刻。

3.2 思考

虛擬仿真實驗教學在現(xiàn)代高校實驗實踐教學中展現(xiàn)出重要作用。虛實結(jié)合的實踐教學創(chuàng)新,對于降低實踐教學成本、提升實驗實踐能力、調(diào)動學生參與實驗教學的積極性和主動性,激發(fā)學生的學習興趣和潛能,增強學生創(chuàng)新創(chuàng)造能力,培養(yǎng)服務(wù)于產(chǎn)業(yè)和區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的專業(yè)化人才具有重要意義。但需要注意的是,就虛避實,試圖以虛擬仿真實踐教學替代傳統(tǒng)線下實踐教學并不可取。在實踐性較強的課程改革創(chuàng)新過程中,要處理好“虛實”之間的關(guān)系。羊生產(chǎn)學教學團隊認為,對虛擬仿真實驗課程的開設(shè)要堅持“能實不虛,虛為實補”的原則,將虛擬仿真實驗作為現(xiàn)實實驗的有益補充,堅持學生的主體地位,更要堅持教學效果的目標導(dǎo)向,突出動物科學的專業(yè)特色,虛實結(jié)合,提高學生認知和專業(yè)實踐能力,培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代畜牧產(chǎn)業(yè)發(fā)展的專業(yè)化人才。

4 結(jié)束語

羊生產(chǎn)學實踐教學受肉羊生產(chǎn)周期長、時間跨度大和羊場場區(qū)進出困難的空間限制影響,導(dǎo)致學生實訓(xùn)效果不佳?，F(xiàn)代肉羊生產(chǎn)實訓(xùn)虛擬仿真系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用,打破了傳統(tǒng)實驗時間和空間的限制,將部分抽象知識可視化,提高了學生參與實訓(xùn)的積極性,使學生進入實習基地時更加自信,實踐動手能力能夠得到顯著提升。