摘"要：推動信息技術與高等教育深度融合，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，成為現(xiàn)代教育事業(yè)發(fā)展的全新趨勢。為提高學生培養(yǎng)質(zhì)量，基于動物科學專業(yè)及動物生產(chǎn)學教學的特點，將虛擬仿真教學技術引入動物生產(chǎn)學理論與實驗教學，構建動物生產(chǎn)學虛擬仿真教學系統(tǒng)：理論教學采用“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧課堂模式；實驗教學采用“互聯(lián)網(wǎng)+”VR虛擬仿真模式，建立“實景+虛擬仿真”創(chuàng)新教學資源平臺；實習引入“互聯(lián)網(wǎng)+”產(chǎn)教融合模式。將有助于改善教學模式，促進“高等教育內(nèi)涵式發(fā)展”，實現(xiàn)“以學生為中心”的教學理念。

關鍵詞：虛擬仿真技術；動物生產(chǎn)學；虛擬仿真教學系統(tǒng)；教學模式；人才培養(yǎng)

中圖分類號：G640"""文獻標志碼：A"""""文章編號：2096-000X（2025）01-0120-04

Abstract：Promotingthedeepintegrationofinformationtechnologyandhighereducation，innovatingtalentcultivationmodelshasbecomeanewtrendinthedevelopmentofmoderneducation.Inordertoimprovethequalityofstudenttraining，basedonthecharacteristicsofanimalscienceandtheteachingofanimalproductionscience，virtualsimulationteachingtechnologyisintroducedintothetheoreticalandexperimentalteachingofanimalproductionscience.Andavirtualsimulationteachingsystemofanimalproductionisconstructed：thetheoreticalteachingadoptsthe\"Internet+\"smartclassroommode;Theexperimentalteachingadoptsthe\"Internet+\"VRvirtualsimulationmode，andestablishesthe\"live+virtualsimulation\"innovativeteachingresourceplatform;Thepracticeintroducesthe\"Internet+\"integrationmodeofproductionandteaching.Thestudywillhelpimprovetheteachingmode，promotethe\"connotationbaseddevelopmentofhighereducation\"，andachievetheteachingconceptof\"student-centered\".

Keywords：virtualsimulationtechnology;animalproductionscience;virtualsimulationteachingsystem;teachingmode;talentcultivation

習近平總書記指出，必須把教育事業(yè)放在優(yōu)先位置。其中，重點要放在教育方法、手段和模式的創(chuàng)新上，信息技術為現(xiàn)代教育跨越式發(fā)展帶來了新機遇。目前已基本實現(xiàn)“三全兩高一大”的發(fā)展目標：教學應用覆蓋全體教師、學習應用覆蓋全體適齡學生、數(shù)字校園建設覆蓋全體學校。在智慧教學改革研究方面，鼓勵學校試點建設一批虛擬教研室，以加強跨專業(yè)、跨學校、跨地域的教研交流，提升教師在信息化條件下的教學研究意識。

動物生產(chǎn)學包括牛羊生產(chǎn)學、禽生產(chǎn)學、豬生產(chǎn)學等，均為動物科學專業(yè)的核心課，要求掌握相關基本知識、操作技能，實驗課具有很強的實踐性和應用性，是培養(yǎng)學生動手能力、創(chuàng)新能力和良好素質(zhì)的有力手段[1]。而目前國內(nèi)院校動物生產(chǎn)學教學得不到足夠重視，教學現(xiàn)狀基本是重理論、輕實踐、“滿堂灌”的教學模式[2]，同時，由于實驗動物、教學場地的缺失，動物生產(chǎn)實驗教學內(nèi)容和教學手段相對落后，知識體系連貫性差；考核方式死板、學生積極性不高。針對這種現(xiàn)狀，將虛擬仿真技術應用于動物生產(chǎn)學教學與實踐，建立課程虛擬仿真教學資源對人才培養(yǎng)意義深遠。

一"虛擬仿真技術加快動物生產(chǎn)學課程體系升級

推動信息技術與高等教育深度融合，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，促進高校教學信息化的創(chuàng)建成為目前教育事業(yè)發(fā)展的全新趨勢[3]。教學信息化能夠有效實現(xiàn)教學資源管理工作信息化，以此為高校教學工作提供了更加方便的工作平臺。隨著現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展、計算機多媒體技術的推廣和普及以及教學理念和方法的更新，不斷涌現(xiàn)出各種新的教學手段，虛擬仿真技術作為一種全新的教學媒體開始出現(xiàn)在教育教學領域。

2013年教育部發(fā)布了《關于開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知》[4]，指出提高實驗教學水平，深化教學知識體系融合，突破實驗教學中成本高、周期長、時空局限等因素的限制。虛擬仿真技術可提高學生思維的跳躍性，培養(yǎng)學生自主學習及實踐能力。虛擬仿真技術教學綜合運用虛擬現(xiàn)實、人機交互等多種信息技術，通過虛擬技術模擬構建一個可視化的實驗操作環(huán)境，形成了一個優(yōu)于傳統(tǒng)教學方法的實驗教學平臺，使學生能在虛擬、自主的實驗環(huán)境中開展高效、安全的實驗，實現(xiàn)了在真實實驗情況下不具備或難于達到的教學效果[5-8]。

虛擬仿真具有沉浸性、交互性、虛幻性及逼真性，正在發(fā)展成為人類認識、改造和創(chuàng)造客觀世界的一項通用性技術[9]，為我們帶來了全新的教學理念和教學模式，使教學和實驗、實訓手段產(chǎn)生了革命性的變化[10]。虛擬仿真技術在信息化教學中的應用，創(chuàng)新了信息化教學模式——虛擬化教學模式。學生可自主探究、發(fā)現(xiàn)學習，學生在接近真實的環(huán)境中發(fā)現(xiàn)、解決問題，能夠有效培養(yǎng)學生的發(fā)散性、創(chuàng)新性思維。3D虛擬仿真技術在信息化教學模式中的應用，使得現(xiàn)代信息技術教學模式更加豐富，在信息化教學中發(fā)揮重要的作用。教師將3D虛擬仿真技術融合于信息化教學中，可以利用3D虛擬仿真技術來構建一個虛擬空間，讓學生于生產(chǎn)場區(qū)漫游，掌握實踐生產(chǎn)流程，提高其認知能力，幫助學生探索新知、感受未知，提升其學習興趣，有效促進信息化教學的效果[11-13]。

此外，虛擬仿真技術創(chuàng)新了信息化教學模式，轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)課堂的教學模式。特別是微課、微視頻等現(xiàn)代信息技術、資源的運用，促進了課堂教學模式的發(fā)展。而虛擬仿真技術在信息化教學中的應用，可結(jié)合具體的知識點建設微視頻資源，就一個復雜知識點進行模擬分析，將其利用于課堂教學模式中。不僅能刺激學生的求知欲，更可增強學生的學習興趣，突破學生技能學習在時間與空間上的限制，達到信息化教學改革的目標，促進學生的全面、全方位發(fā)展。虛擬仿真技術的應用對于營造創(chuàng)新型人才培養(yǎng)環(huán)境，激發(fā)學生學習動力等方面意義重大，將有效提高學生的實驗技能，使抽象枯燥的課堂理論教學結(jié)合生動的實際生產(chǎn)過程，讓學生在快樂中學習知識，開拓視野，增強教學效果，提高學生的素質(zhì)，培養(yǎng)有知識、重實踐的社會主義現(xiàn)代化建設新型人才，同時使學科得到發(fā)展。同時，將為高校提供低成本、高效率的教學實驗手段，為本科教育帶來了全新的教學理念和教學模式。

在教育與技術飛躍發(fā)展的今天，傳統(tǒng)的教學方法已不能滿足當代教育的需求，在課堂講授過程中合理地運用實驗教學方法能很好地彌補傳統(tǒng)教學方法的不足。動物生產(chǎn)學作為農(nóng)業(yè)大學動物科學專業(yè)學生必修課，是動物科學專業(yè)的核心課程，教學大綱要求掌握相關基本知識、操作技能以及新的養(yǎng)殖技術，尤其是實驗課具有很強的實踐性和應用性，是課程體系的重要組成部分。作為培養(yǎng)學生動手能力、創(chuàng)新能力和良好素質(zhì)的有力手段，對教學內(nèi)容和教學方法有很高的要求，對將來從事畜牧業(yè)生產(chǎn)的學生來說是實踐性很強的課程。

目前，動物科學專業(yè)本科“3+1”人才培養(yǎng)模式在各個院校廣泛應用，加大了實驗基地的建設力度，但仍存在以下問題：首先，教材知識滯后、理論教學與實際生產(chǎn)脫節(jié)，并沒有真正接觸生產(chǎn)實踐，對生產(chǎn)實際的認識只是停留在課本的概念上，難以多維度、全方位對真正的動物生產(chǎn)形成完整的概念，影響了教學效果，也阻礙了學生的就業(yè)和事業(yè)的發(fā)展。其次，目前動物科學專業(yè)教材較多偏重理論知識，實踐內(nèi)容較少，且教材更新速度較慢，最新的研究成果、方法技術和實際案例并未及時體現(xiàn)在教材中，導致學生理論知識較多而實踐應用能力不足，不能滿足現(xiàn)代畜牧業(yè)對掌握前沿技術和生產(chǎn)的高級人才的迫切需求。

虛擬現(xiàn)實仿真平臺，具有強大的實時功能，能夠真實模擬生產(chǎn)過程，提供多種交互手段。將3D虛擬仿真技術引入動物生產(chǎn)學教學，運用實驗手段提高課堂教學的有效性，為理論教學帶來仿真手段和技術實現(xiàn)水平的革命性進步。必將提高教學實踐效果，調(diào)動學生學習的積極性，在學生科學素養(yǎng)和能力培養(yǎng)中起到了積極作用。對于全面貫徹落實黨的教育方針，發(fā)展素質(zhì)教育，培養(yǎng)適應社會發(fā)展需要的動物科學高素質(zhì)專業(yè)人才，也是大勢所趨。

3D虛擬仿真技術引入動物生產(chǎn)學的教學，創(chuàng)新了信息化教學模式。運用實驗手段提高課堂理論教學的有效性，創(chuàng)新教學方法，建立了理論聯(lián)系實際的新型教學模式。課堂理論教學的同時加入企業(yè)的實際案例分析，把枯燥的理論變?yōu)轷r活影像，加快理解和吸收；該體系運用了虛擬化教學模式。通過虛擬技術平臺，增加信息輸入渠道和方式，把抽象的理論結(jié)合形象化的信息，增強理解和記憶。納入現(xiàn)代通信的技術，通過3D虛擬技術平臺，把生產(chǎn)實際應用于課堂教學，將大大增加形象性和說服力，增強教學效果，提高本科教學水平。

二"動物生產(chǎn)學虛擬仿真技術教學體系構建

通過3D虛擬仿真技術等現(xiàn)代科技手段構建教學新系統(tǒng)，構建新的學習評價系統(tǒng)，從而改善課堂教學模式，豐富教學內(nèi)容，改進教學效果，以提高教育現(xiàn)代化水平，培養(yǎng)高素質(zhì)的專業(yè)人才，促進“高等教育內(nèi)涵式發(fā)展”。

以高校動物生產(chǎn)學教學需求為導向，聚焦高等教育高質(zhì)量發(fā)展的迫切需要，深入探索“動物生產(chǎn)學科領域知識圖譜的自適應學習研究型”智慧化教育教學改革，現(xiàn)就動物生產(chǎn)學3D虛擬仿真教學體系的總結(jié)如下。

（一）"理論教學采用“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧課堂模式

動物生產(chǎn)學借助“一平三端智慧教學系統(tǒng)”可以實施線上線下教學，進而開展翻轉(zhuǎn)課堂，形成混合式教學模式，由此彌補傳統(tǒng)線下課堂教學的不足。其中，“一平三端”指“互聯(lián)網(wǎng)云平臺”“移動端、教室端和管理端”?！耙黄饺酥腔劢虒W系統(tǒng)”是一個貫穿教學各環(huán)節(jié)，教學數(shù)據(jù)整體融會貫通的全過程教學系統(tǒng)。

教師可在“云平臺”備課，學生則在“云平臺”進行學習；教師利用“移動端”課堂備課，學生可在“移動端”拓展知識、交流共享；在“教室端”，教師在講解動物生產(chǎn)理論課時，遇到不易描述的細節(jié)內(nèi)容，可通過互聯(lián)網(wǎng)調(diào)出動物生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)和管理的視頻信息，有針對性地形象解釋其結(jié)構、功能、運行等具體細節(jié)。使遠程和近程“合體”，理論和實踐“結(jié)合”，抽象與具體“相融”，構建“全息”教學系統(tǒng)，加快學生的理解，增強課堂教學效果。最后所有數(shù)據(jù)匯集到“管理端”，管理者通過多終端實現(xiàn)監(jiān)控、聽評課、診改，所有的教、學、診等數(shù)據(jù)傳輸給網(wǎng)絡平臺進行分析，形成大數(shù)據(jù)，最終構建成為智慧教學系統(tǒng)，為教學質(zhì)量和人才培養(yǎng)的質(zhì)量提升提供保障。

課程組與現(xiàn)代化養(yǎng)殖企業(yè)：河南花花牛畜牧科技有限公司、洛陽龍須坡農(nóng)牧有限公司等建立信息共享，構建動物生產(chǎn)學教學共享新系統(tǒng)；通過互聯(lián)網(wǎng)調(diào)入企業(yè)生產(chǎn)視頻信息，結(jié)合實際案例分析，服務教學。通過合理的協(xié)調(diào)、統(tǒng)籌和管理，使某一個區(qū)域內(nèi)的實驗室及其所屬資源得到最優(yōu)化的利用。在“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下，牧原、正大、花花牛等企業(yè)的生產(chǎn)場房均安裝了監(jiān)控視頻，這些視頻可以使企業(yè)的管理者實時掌握生產(chǎn)一線的動態(tài)信息，隨時觀察動物的采食、活動和生產(chǎn)狀況，保證動物健康和產(chǎn)品質(zhì)量安全。以保持企業(yè)生產(chǎn)的規(guī)范性、穩(wěn)定性和可追溯性，提高管理效率。合作企業(yè)有各種生產(chǎn)監(jiān)控設備和數(shù)據(jù)交換機，具備共享的條件，項目組通過共享其IP地址，可獲取其視頻資料，為高校教學服務。“教室端”老師在講授動物生產(chǎn)學課程時引入企業(yè)生產(chǎn)一線視頻。較高的參與度和鮮活的生產(chǎn)場面，使學生對畜舍結(jié)構、飼料配制、機械上料、飼養(yǎng)管理和清糞處理等生產(chǎn)管理一目了然，同時對養(yǎng)殖業(yè)的認識有很大的改觀，增加了學習的維度，擺脫了枯燥乏味的理論講授方式，結(jié)合生產(chǎn)實際，印象深刻。通過該方法既學了知識，又激發(fā)了學生們的創(chuàng)造性思維，提升了教學效果，提高了動物科學專業(yè)學生的專業(yè)認可度。

（二）"實驗教學采用“互聯(lián)網(wǎng)+”VR虛擬仿真模式

將3D虛擬仿真技術引入動物生產(chǎn)學的教學，創(chuàng)新信息化教學模式——虛擬化教學模式。運用實驗手段提高課堂理論教學的有效性，創(chuàng)新教學方法，建立了理論聯(lián)系實際的新型教學模式。利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等信息技術，建立“實景+虛擬仿真”創(chuàng)新教學資源平臺，包括實景系統(tǒng)、虛擬仿真系統(tǒng)和教學培訓系統(tǒng)。采用1+N+M，1就是建設一個校級動物生產(chǎn)學虛擬仿真實驗教學項目展示平臺，N代表N個動物科學專業(yè)課程開放式虛擬仿真實驗教學管理平臺軟件，M指學院建設M個制作精良、功能豐富的高品質(zhì)虛擬仿真實驗教學項目。

虛擬仿真實驗教學新模式圍繞著畜禽現(xiàn)代化大規(guī)模健康養(yǎng)殖構建智慧牧場虛擬仿真平臺，圍繞現(xiàn)代化牧場設計、生產(chǎn)過程管理、糞污處理與監(jiān)測、選種選配和生產(chǎn)性能測定等指標、項目展開，同時配套牛場、雞場等養(yǎng)殖場遠程視頻教學平臺。涉及動物生產(chǎn)學理論課程及其相關的實驗實習項目，建立從書本理論知識學習到農(nóng)事訓練實踐、基礎驗證實驗到專業(yè)技能、模擬的仿真實驗到創(chuàng)新的專業(yè)仿真綜合實訓三個實驗層次，形成金字塔型虛擬仿真實驗教學體系，涵蓋了動物科學專業(yè)學科和實踐領域，解決了現(xiàn)場實驗不具備或難于完成的教學內(nèi)容，使成本高、消耗高的項目得以可靠、安全的開展。

對家畜繁殖育種、生產(chǎn)管理、營養(yǎng)代謝等具有一定規(guī)模、復雜的實驗；概率較低、偶然接觸到的內(nèi)容；復雜事物的變化過程，構建以虛擬仿真技術為主的生物仿真引擎、3D仿真數(shù)據(jù)庫、虛擬環(huán)境界面和網(wǎng)絡化平臺等幾部分組成的動物生產(chǎn)學虛擬實驗室，應用于動物生產(chǎn)學實驗教學，包括：①建立動物生產(chǎn)企業(yè)虛擬環(huán)境界面，讓學生對養(yǎng)殖場整個生產(chǎn)過程、操作過程有詳盡的學習，開展場區(qū)設計、群體周轉(zhuǎn)計劃制訂、生產(chǎn)成本核算等綜合實驗。②構建動物生產(chǎn)仿真數(shù)據(jù)庫，完成整個生產(chǎn)期的周轉(zhuǎn)計劃。③建立生物仿真引擎，開展動物的發(fā)情鑒定、人工授精、胚胎發(fā)育等仿真實驗。④構建動物生產(chǎn)的營養(yǎng)攝入、生理指標及生產(chǎn)性能等仿真數(shù)據(jù)庫，綜合分析，完成生產(chǎn)的預警系統(tǒng)及營養(yǎng)診斷。

通過該虛擬仿真實驗教學模式，很好地實現(xiàn)了校內(nèi)外、本地區(qū)及更廣范圍內(nèi)的實驗教學資源共享，滿足動物科學專業(yè)虛擬仿真實驗教學的需求。從實驗項目信息維護、實驗指導教師設置，到實驗收費、實驗智能指導，涵蓋實驗項目開放共享使用的全過程，能夠為實驗項目提供全面共享環(huán)境和平臺，提高學校、專業(yè)、學科知名度。

（三）"本科實習引入“互聯(lián)網(wǎng)+”產(chǎn)教融合模式

建立起資源可以共享、優(yōu)勢相互補充的校企合作智慧型畜牧業(yè)產(chǎn)教融合的人才培訓體系，加強學生在智能設備應用方面的實踐能力培養(yǎng)。組織學生到配備有智能化養(yǎng)殖設備的養(yǎng)殖企業(yè)進行實驗、參觀學習，了解其環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)如何監(jiān)測圈舍環(huán)境，包括空氣濕度、溫度、有害氣體含量等指標，智能聯(lián)動系統(tǒng)如何實現(xiàn)自動調(diào)整圈舍中畜禽生長環(huán)境，疫病監(jiān)測預警系統(tǒng)如何實現(xiàn)對動物疫病進行監(jiān)測預警和治療，如何根據(jù)畜禽生長情況進行自動飼喂等實際養(yǎng)殖生產(chǎn)過程。通過多樣化、綜合化的智慧養(yǎng)殖設備用戶體驗，讓學生置身其中、實際體驗智能設備是如何在養(yǎng)殖生產(chǎn)過程中應用與操作的，進而激發(fā)學生對智慧養(yǎng)殖的求知欲與積極性。通過感知體驗與動手實踐相結(jié)合，既可增進學生對智能化設備的認知，又能提高其綜合操作能力，為他們今后實際從事智慧畜牧養(yǎng)殖工作奠定良好的基礎。

綜上，動物生產(chǎn)學虛擬仿真教學體系從“可視化”“動態(tài)化”的角度，利用先進的計算機虛擬技術和仿真軟件、虛擬現(xiàn)實、仿真教具等現(xiàn)代化信息技術手段，彌補了傳統(tǒng)實驗的缺陷，擴展了實驗教學內(nèi)容，提高了教學效果。促進動物科學專業(yè)課程教學體系在“互聯(lián)網(wǎng)+”高等教育背景下的智慧教學改革，積極探索線上教學和線下教學相結(jié)合的智能化、個性化的理論教學和實驗教學新模式，形成專業(yè)布局合理、教學效果優(yōu)良的以“動物生產(chǎn)學科領域知識圖譜的自適應學習研究型”為主線的新型智慧教學體系。

三"虛擬仿真教學研究進一步發(fā)展方向

雖智慧課堂教學實施已久，但真正在本科課堂實施，除虛擬仿真教學資源建設外，尚需校、院及教師等多方努力：首先，教學單位升級改造智慧教室，引入多元化、動態(tài)化、綜合化的教學效果評價體系，包括開展智慧教學研究和組織學術活動，師資隊伍的培養(yǎng)提高等，全面推進智慧教學落地落細。其次，授課教師在教學設計、教學實施及教學評價中體現(xiàn)智慧教學的理念，不斷提高智慧教學水平、改進智慧教學手段和能力。

四"結(jié)束語

虛擬現(xiàn)實技術可將動物生產(chǎn)中長期、復雜或微觀的場景進行虛擬展示和虛擬復原，實現(xiàn)資源共享。隨著虛實結(jié)合教學手段的有機結(jié)合、智慧教學硬件升級及智慧教學體系的升級完善，授課教師信息化教學意識及智慧教學研究水平的提升，可達到知識、能力及素養(yǎng)的有機融合，培養(yǎng)學生解決復雜實際問題的綜合能力和高級思維的總體目標。實現(xiàn)虛擬仿真實驗的高階性、創(chuàng)新性與挑戰(zhàn)度，緊扣建設高質(zhì)量教育體系，有效助力“四新”建設。

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基金項目：教育部產(chǎn)學合作協(xié)同育人項目“新農(nóng)科背景下動物生產(chǎn)學課程群虛擬現(xiàn)實課程體系構建與發(fā)展應用”（220502331041414）；河南省本科高校課程思政樣板課程“《牛生產(chǎn)學》”（教高〔2022〕400號）；河南農(nóng)業(yè)大學一流課程“《牛生產(chǎn)學》課程思政示范課”（22XM0199）

第一作者簡介：廉紅霞（1977-），女，漢族，河南焦作人，博士，副教授，碩士研究生導師。研究方向為草食動物營養(yǎng)。

*通信作者：孫宇（1977-），男，漢族，河南尉氏人，博士，正高級實驗師。研究方向為動物生產(chǎn)。