張渤，馮花，盧莉

（武夷學(xué)院 茶與食品學(xué)院，福建 武夷山 354300）

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是將虛擬仿真技術(shù)融入到實(shí)驗(yàn)課程后，形成的一種新形式的教學(xué)方式，正被廣泛地應(yīng)用于教育行業(yè)之中，具有沉浸感強(qiáng)、趣味性高、交互性好、便捷、直觀等特點(diǎn)[1]。該教學(xué)模式既真實(shí)模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的各種場景，又克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的各種制約因素與弊端，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化教育資源、提高教學(xué)質(zhì)量的目的[2-3]。2013年，教育部在全國啟動國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)工作，有效地推動實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的內(nèi)涵建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展[4]。2017年，教育部在《教育部辦公廳關(guān)于2017—2020年開展示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)的通知》（教高廳[2017]4號）中指出，要推動高校積極探索線上線下相結(jié)合的個性化、智能化、泛在化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式，以全面提高高等教育的教學(xué)質(zhì)量[5]。2018年，教育部在《教育信息化2.0》行動計(jì)劃中強(qiáng)調(diào)，各高校應(yīng)發(fā)展智能教育，主動應(yīng)對新技術(shù)浪潮對教育帶來的新機(jī)遇和新挑戰(zhàn)[6]。2019年，中共中央、國務(wù)院印發(fā)《中國教育現(xiàn)代化2035》，進(jìn)一步促進(jìn)了各高校對虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)的持續(xù)投入，有效地提高高校實(shí)踐育人體系、實(shí)踐教學(xué)體系和實(shí)踐平臺體系的建設(shè)水平[7]。武夷學(xué)院作為高水平應(yīng)用型本科高校，積極響應(yīng)教育部號召，以茶學(xué)專業(yè)（國家特色專業(yè)）為試點(diǎn)，結(jié)合地方產(chǎn)業(yè)特色與優(yōu)勢，率先培育了武夷巖茶初制虛擬仿真系統(tǒng)，主要應(yīng)用于《制茶實(shí)踐》《制茶學(xué)》《茶學(xué)專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)》及校級涉茶公選課的教學(xué)中，并取得了初步成效。

1 武夷巖茶初制虛擬仿真系統(tǒng)的概況、特色與優(yōu)勢

1.1 系統(tǒng)概況

1.1.1 系統(tǒng)開發(fā)的背景

茶學(xué)是我國具有悠久歷史的學(xué)科，也是最具中國特色的專業(yè)之一[8]，至2021年，我國開設(shè)茶學(xué)專業(yè)（方向）的本科院校（所）有46所、高職?？圃盒?9所。在“新農(nóng)科”背景下，茶學(xué)高等教育正承擔(dān)著培養(yǎng)高質(zhì)量專業(yè)人才，開拓我國茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展新局面的重任。

茶產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，亟需大批實(shí)踐能力強(qiáng)、會創(chuàng)新、懂加工技術(shù)的復(fù)合應(yīng)用型人才。[9]在設(shè)茶高校的人才培養(yǎng)方案中，制茶實(shí)踐是茶學(xué)專業(yè)課程體系中重要的且不可或缺的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，其主要任務(wù)是讓學(xué)生將所學(xué)的制茶理論融入到生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中，理解并掌握茶葉加工基本原理與實(shí)踐技能，提升學(xué)生在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題及應(yīng)用創(chuàng)新的綜合能力[10-12]。

制茶實(shí)踐對生產(chǎn)場地、加工設(shè)備的要求較高，但設(shè)茶院校大多受地理位置、場地條件等因素的限制，其制茶實(shí)踐條件不夠完善，并與生產(chǎn)實(shí)際沒有充分接軌，造成學(xué)生實(shí)踐機(jī)會少、動手能力弱等問題突顯，嚴(yán)重影響了實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量[13]。此外，茶葉的生產(chǎn)具有明顯地域性，對于分布在各茶產(chǎn)區(qū)的設(shè)茶高校而言，都難以在有限的時間內(nèi)利用有限的資源完成六大茶類的制茶實(shí)踐。面對各設(shè)茶高校在制茶實(shí)踐中遇到的共性問題，武夷學(xué)院茶學(xué)專業(yè)結(jié)合地方特色，率先啟動武夷巖茶初制虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，并將其納入到制茶實(shí)踐的教學(xué)和考核范疇中，旨在擺脫傳統(tǒng)制茶實(shí)踐的制約因素，推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)與制茶實(shí)踐的深度融合、拓展實(shí)習(xí)教學(xué)內(nèi)容的廣度和深度，從而提升實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量和水平，達(dá)到培養(yǎng)高水平應(yīng)用型人才的目的。

1.1.2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

該系統(tǒng)利用虛擬仿真技術(shù)建立了茶山（園）、做青機(jī)與做青間、殺青機(jī)、揉捻機(jī)、茶葉烘干機(jī)、計(jì)時器、溫濕度記錄儀等生產(chǎn)元素的3D模型，再現(xiàn)了武夷巖茶初制的真實(shí)場景，還原并重點(diǎn)展示了鮮葉采摘、萎凋、做青、殺青、揉捻和干燥工序的全過程及關(guān)鍵技術(shù)[14]（見圖1）。

圖1 武夷巖茶初制虛擬仿真系統(tǒng)關(guān)鍵場景Fig.1 Key scenes of virtual simulation system of Wuyi rock tea’s primary processing

1.1.3 系統(tǒng)的模塊組成

如圖2所示，該系統(tǒng)在仿真平臺上設(shè)置了實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)演示、實(shí)驗(yàn)考核、實(shí)驗(yàn)報告和系統(tǒng)管理5個模塊，各模塊間聯(lián)系緊密，學(xué)生通過5個模塊的操作可以順利完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

圖2 武夷巖茶初制虛擬仿真系統(tǒng)模塊組成Fig.2 Module composition of virtual simulation system of Wuyi rock tea’s primary processing

1.2 系統(tǒng)的特色與優(yōu)勢

1.2.1 突破傳統(tǒng)制茶實(shí)踐的時間與空間限制

制茶實(shí)踐是茶學(xué)專業(yè)教學(xué)活動的重要組成部分，是理論聯(lián)系實(shí)際、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力，全面提高教育質(zhì)量的重要途徑[12]。傳統(tǒng)制茶實(shí)踐一般存在著時間與空間的制約因素，需配合生產(chǎn)實(shí)際安排在特定的時間。如武夷學(xué)院茶學(xué)專業(yè)的制茶實(shí)踐通常安排在4月下旬至5月中旬，將學(xué)生分組安排到校外實(shí)踐基地進(jìn)行集中性實(shí)踐。但在特殊時期，如2020年學(xué)生因新冠疫情的影響無法按時返校完成制茶實(shí)踐的任務(wù)，利用虛擬仿真系統(tǒng)，學(xué)生則可以在8個學(xué)時內(nèi)完成整個實(shí)驗(yàn)操作流程，保證了該課程的順利開展。另外，以往對于非武夷巖茶產(chǎn)區(qū)的大學(xué)生及茶葉愛好者而言，制茶實(shí)踐存在一定的空間限制，現(xiàn)在亦可利用該系統(tǒng)的共享平臺，在線進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，體驗(yàn)與學(xué)習(xí)武夷巖茶的加工制作。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)路徑可自主選擇

在該系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)流程中，針對茶樹品種、鮮葉狀態(tài)、鮮葉采摘標(biāo)準(zhǔn)等的不同，系統(tǒng)設(shè)置了8條對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)路徑可供選擇。學(xué)生可根據(jù)個人對理論與實(shí)踐的掌握程度，自主選擇茶樹品種（水仙或肉桂）、鮮葉原料的狀態(tài)（雨水青或正常青）、萎凋方式的選擇（日光萎凋、綜合做青機(jī)萎凋），并在此基礎(chǔ)上選擇適宜的技術(shù)參數(shù)，如做青次數(shù)、做青機(jī)轉(zhuǎn)速、殺青溫度、揉捻時間、干燥溫度等。通過以上操作，學(xué)生可掌握實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容及關(guān)鍵工序的技術(shù)參數(shù)，并通過技術(shù)參數(shù)的優(yōu)化開展探索性研究，提升自身的制茶技能和創(chuàng)新能力。

1.2.3 實(shí)踐真知與虛擬仿真信息技術(shù)充分融合

該系統(tǒng)以武夷學(xué)院茶學(xué)專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)多年來在武夷巖茶生產(chǎn)實(shí)踐中制茶技術(shù)的精進(jìn)為核心，整合了近年來相關(guān)研究的成果，在此基礎(chǔ)上建立了武夷巖茶加工工藝各工序的技術(shù)參數(shù)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了實(shí)踐真知與虛擬仿真信息技術(shù)的充分融合。

2 系統(tǒng)在制茶實(shí)踐中的應(yīng)用與成效

2.1 系統(tǒng)在制茶實(shí)踐中的應(yīng)用模式

武夷巖茶初制虛擬仿真系統(tǒng)在制茶實(shí)踐課程中的融入模式分為四個階段，即制茶理論知識的梳理與鞏固階段、初步實(shí)踐能力的培養(yǎng)階段、實(shí)地實(shí)踐階段、制茶實(shí)踐后的考核階段（見圖3）。

圖3 武夷巖茶初制虛擬仿真系統(tǒng)在制茶實(shí)踐課程中的融入模式Fig.3 Integration modeof virtual simulation system of Wuyirock tea’sprimary processing in teachingof tea processingpractice

2.1.1 制茶理論知識的梳理與鞏固階段

該階段課時設(shè)置為2學(xué)時，教學(xué)重點(diǎn)為：進(jìn)一步夯實(shí)學(xué)生的制茶理論基礎(chǔ)，在實(shí)地制茶實(shí)踐前，讓學(xué)生利用實(shí)習(xí)指導(dǎo)書和系統(tǒng)的預(yù)習(xí)模塊，充分了解武夷巖茶的工藝流程與加工原理，梳理和鞏固相關(guān)制茶理論知識。

2.1.2 初步實(shí)踐能力的培養(yǎng)階段

該階段課時設(shè)置為4學(xué)時，教學(xué)重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生的初步實(shí)踐能力。首先，教師進(jìn)行任務(wù)引導(dǎo)及操作演示，接著，學(xué)生自主完成虛擬實(shí)踐操作，在操作中熟悉和認(rèn)知武夷巖茶的加工環(huán)境與機(jī)械、工藝流程與基本參數(shù)等內(nèi)容。操作結(jié)束后分小組交流討論，針對各小組的匯報情況，教師總結(jié)各組的優(yōu)缺點(diǎn)，并指出普遍存在的問題及改進(jìn)方式。該階段的學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生融會貫通、切實(shí)掌握實(shí)踐的知識點(diǎn)與技能要素，進(jìn)而培養(yǎng)其初步的實(shí)踐操作能力。

2.1.3 實(shí)地實(shí)踐階段

第三階段，學(xué)生分組深入實(shí)踐基地開展為期3周的制茶實(shí)踐。該階段是學(xué)生將所學(xué)制茶理論應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐并轉(zhuǎn)化為實(shí)踐能力的關(guān)鍵階段。在實(shí)地實(shí)踐過程中，學(xué)生針對個人理解不透徹的原理性問題，可利用虛擬仿真系統(tǒng)的預(yù)習(xí)模塊及操作模塊進(jìn)行探索式學(xué)習(xí)。同時，對虛擬操作過程中所遇到的技能性問題，學(xué)生可及時與校外指導(dǎo)老師溝通交流。此階段，實(shí)現(xiàn)了虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)與傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)模式的無縫對接，虛實(shí)結(jié)合，共同促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐操作能力的培養(yǎng)與提升。

2.1.4 制茶實(shí)踐考核階段

制茶實(shí)踐結(jié)束后，學(xué)生再次登錄系統(tǒng)，完成第四階段的實(shí)踐考核任務(wù)。此階段課時設(shè)置為2學(xué)時，教學(xué)重點(diǎn)為：考查學(xué)生對制茶理論知識及實(shí)踐技能的掌握情況。該階段，學(xué)生獨(dú)立完成整個武夷巖茶加工過程的虛擬操作，并在系統(tǒng)中提交實(shí)驗(yàn)報告，系統(tǒng)會生成綜合成績，該成績將納入到制茶實(shí)踐的終評成績中，所占比例為50%；另外，由校外指導(dǎo)老師根據(jù)學(xué)生在實(shí)地實(shí)踐中的綜合表現(xiàn)給出初評成績，占制茶實(shí)踐終評成績的40%；考勤成績占制茶實(shí)踐終評成績的10%。該考核方式更加注重對學(xué)生綜合實(shí)踐能力的考核，且結(jié)合了指導(dǎo)老師及系統(tǒng)的綜合評價，避免了單純依靠系統(tǒng)考核導(dǎo)致考核結(jié)果不夠“人性化”，或單純依賴指導(dǎo)老師考核，導(dǎo)致考核結(jié)果存在主觀偏差等問題。

2.1.5 虛擬仿真系統(tǒng)與傳統(tǒng)制茶實(shí)踐結(jié)合的優(yōu)勢

與傳統(tǒng)單一、高消耗的實(shí)地實(shí)踐模式相比，虛擬仿真系統(tǒng)能夠讓學(xué)生更加簡單、精確、直觀的了解武夷巖茶的生產(chǎn)環(huán)境、加工原理、制作流程、技術(shù)參數(shù)等內(nèi)容。然而與此同時，高效、低消耗的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)也存在著一定的局限，如對萎凋程度的判斷只要選取了合適的參數(shù)即可，但在生產(chǎn)實(shí)際中因受諸多因素的影響，對于萎凋適度的標(biāo)準(zhǔn)是需靈活判斷的。相比較而言，在傳統(tǒng)實(shí)習(xí)模式中，指導(dǎo)老師及企業(yè)制茶師傅可以實(shí)時對學(xué)生的操作給予指導(dǎo)，因此可以充分彌補(bǔ)虛擬仿真系統(tǒng)應(yīng)用于教學(xué)中，師生即時互動較少的情況。由此可見，基于虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)與傳統(tǒng)制茶實(shí)踐模式相結(jié)合的教學(xué)流程設(shè)計(jì)，可以將理論學(xué)習(xí)、虛擬實(shí)踐、實(shí)地實(shí)踐有機(jī)融合。一方面，可最大化發(fā)揮虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)的優(yōu)勢；另一方面，亦肯定了傳統(tǒng)理論、經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際操作的重要性[15]。

2.2 系統(tǒng)應(yīng)用成效

該項(xiàng)目自正式投入使用以來，應(yīng)用于我校茶與食品學(xué)院2018級、2019級茶學(xué)本科專業(yè)的制茶實(shí)踐教學(xué)中，使用學(xué)生人數(shù)179人。

2.2.1 學(xué)生成績的對比分析

實(shí)習(xí)初評成績是由實(shí)習(xí)基地企業(yè)負(fù)責(zé)人（校外導(dǎo)師）根據(jù)學(xué)生的實(shí)習(xí)綜合表現(xiàn)評定的，在一定程度上可以反映出企業(yè)對學(xué)生實(shí)踐能力及實(shí)習(xí)態(tài)度的認(rèn)可程度。對武夷學(xué)院2017、2018和2019級茶學(xué)專業(yè)本科生的制茶實(shí)踐初評成績進(jìn)行對比分析，結(jié)果見表1。由表可知，學(xué)生實(shí)習(xí)初評平均成績依次排序?yàn)?019級＞2018級＞2017級，其中2019級顯著（P＜0.05）高于2018和2017級，而后兩者間差異不顯著。結(jié)果表明，在使用虛擬仿真系統(tǒng)后，2018級、2019級學(xué)生再深入企業(yè)參加制茶實(shí)踐，其實(shí)習(xí)態(tài)度、操作能力、理論基礎(chǔ)等總體表現(xiàn)明顯優(yōu)于未使用該系統(tǒng)的2017級學(xué)生。

表1 不同教學(xué)模式下學(xué)生成績的對比分析Tab.1 Comparative analysis of students'achievements under different teaching modes

實(shí)習(xí)終評成績是學(xué)生初評成績、實(shí)習(xí)操作、實(shí)習(xí)報告、出勤等的總體表現(xiàn)，也是實(shí)習(xí)教學(xué)效果的直接反映。由表1可知，學(xué)生實(shí)習(xí)的平均終評成績依次排序?yàn)?019級＞2018級＞2017級，其中2019級顯著高于2017級，但與2018級間差異不顯著，表明將虛擬仿真系統(tǒng)納入到制茶實(shí)踐后，所形成的復(fù)合式教學(xué)模式較傳統(tǒng)教學(xué)模式，在教學(xué)效果上得到了明顯提升。

2.2.2 學(xué)生對系統(tǒng)的使用評價

（1）學(xué)生總體滿意度高、教學(xué)效果好

學(xué)生滿意度作為一種重要的學(xué)習(xí)態(tài)度，既影響著學(xué)生學(xué)習(xí)的方方面面，也影響著課程教學(xué)實(shí)際成效，較高的滿意度與教學(xué)成效呈正相關(guān)[13]。如圖4所示，大部分學(xué)生對系統(tǒng)使用的總體滿意度高，其中相當(dāng)滿意和滿意的學(xué)生占比為94.98%，表明該系統(tǒng)能夠被大部分學(xué)生所接受，具有良好的應(yīng)用推廣價值。

圖4 系統(tǒng)使用總體滿意度Fig.4 Overall satisfaction with system using

如圖5所示，大部分學(xué)生認(rèn)為該系統(tǒng)輔助制茶實(shí)踐教學(xué)效果良好，其中認(rèn)為教學(xué)效果非常好及較好的學(xué)生占比為95%。由此可知，虛擬仿真系統(tǒng)適應(yīng)了現(xiàn)代大學(xué)生成長的新特點(diǎn)及信息化時代教育教學(xué)的新規(guī)律，在提升教學(xué)效果方面得到了大部分學(xué)生的認(rèn)可。同時，也進(jìn)一步印證了良好的教學(xué)滿意度可有利于教學(xué)效果的提升。

圖5 系統(tǒng)輔助教學(xué)效果Fig.5 Effect of system assisted teaching

（2）激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、提高實(shí)踐技能

調(diào)查結(jié)果顯示（如圖6），74%的學(xué)生認(rèn)為該系統(tǒng)的應(yīng)用可提高學(xué)習(xí)興趣。由此可見，該系統(tǒng)由于依托了先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)研發(fā)技術(shù)，用動畫、視頻和交互手段增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)操作的趣味性，有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時，有88%的學(xué)生認(rèn)為該系統(tǒng)能夠幫助他們提升武夷巖茶制作的實(shí)踐技能（圖7）。

圖6 系統(tǒng)是否可以提升學(xué)習(xí)興趣Fig.6 Whether the system can improve learning interest

圖7 系統(tǒng)對提升實(shí)踐技能的效果Fig.7 The effect of the system on improving practical skill

（3）系統(tǒng)教學(xué)重點(diǎn)突出、對現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)環(huán)境再現(xiàn)度高

教學(xué)重點(diǎn)指在教學(xué)目標(biāo)中所要完成的最基本、最主要的教學(xué)內(nèi)容。武夷巖茶加工實(shí)習(xí)的教學(xué)重點(diǎn)為萎凋及做青工序的基本原理及技術(shù)參數(shù)。由圖8可知，大部分學(xué)生（88%）認(rèn)為該系統(tǒng)能夠突出教學(xué)重點(diǎn)，原因可能是該系統(tǒng)利用信息技術(shù)手段，重點(diǎn)展示了萎凋、做青兩個關(guān)鍵工序的知識要點(diǎn)，有利于學(xué)生充分理解萎凋及做青工藝對武夷巖茶品質(zhì)形成的重要性，并掌握萎凋及做青的技術(shù)參數(shù)。仿真度評價是客觀存在和主觀準(zhǔn)則的統(tǒng)一，與實(shí)驗(yàn)?zāi)康木o密相關(guān)，對于鍛煉動手能力實(shí)驗(yàn)的仿真度，要求操作動作和對象反饋要真實(shí)[16]。由圖9可知，較多的學(xué)生（70%）認(rèn)為該系統(tǒng)對現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)環(huán)境的再現(xiàn)度高，而這種模擬情境與實(shí)際情境的高度相似，便于學(xué)習(xí)者在模擬情境中學(xué)習(xí)結(jié)束后能夠適應(yīng)真實(shí)的情境，有助于知識技能的遷移[17]。

圖8 系統(tǒng)教學(xué)重點(diǎn)是否突出Fig.8 Whether the key points of the system teaching are prominent

圖9 系統(tǒng)對現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)環(huán)境的再現(xiàn)度Fig.9 The degree of system's reproducibility to the real production environment

（4）界面設(shè)計(jì)友好、使用便捷

由圖10可知，大部分的學(xué)生（67%很好，12%比較好）對系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)持認(rèn)可態(tài)度。同時，調(diào)查結(jié)果顯示，有82%的學(xué)生認(rèn)為該系統(tǒng)使用便捷（見圖11），可見該系統(tǒng)的操作便捷度，得到了學(xué)生的普遍認(rèn)可。這主要基于該系統(tǒng)依托開放式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺，通過數(shù)據(jù)端口的無縫對接，保證用戶能夠隨時隨地的通過瀏覽器訪問該系統(tǒng)，并讓使用者獲得智能指導(dǎo)、自動批改等服務(wù)。

圖10 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)滿意度Fig.10 The satisfaction of interface design for System

圖11 系統(tǒng)使用便捷性Fig.11 System’s ease of use

（5）授課方式的選擇

由圖12可知，超過80%的學(xué)生對混合式教學(xué)的教學(xué)效果表示滿意，說明將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)融入到傳統(tǒng)制茶實(shí)踐的教學(xué)模式取得了良好的教學(xué)反饋。同時，超過60%的學(xué)生對單純的虛擬仿真教學(xué)效果持滿意和積極的態(tài)度，表明單純的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)雖然沒有混合教學(xué)模式滿意度高，但其具有便捷、直觀、不受時間和空間限制等優(yōu)點(diǎn)，仍具有一定優(yōu)勢。然而，選擇單一的傳統(tǒng)制茶實(shí)踐教學(xué)模式的學(xué)生僅占26.82%，說明原有的定時、定內(nèi)容、定條件的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式無法滿足大部分同學(xué)的需求。因此，適時轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，適應(yīng)當(dāng)今學(xué)生多元化獲取知識、技能的需求，已成為未來教學(xué)模式改革的重點(diǎn)。

圖12 授課方式的選擇Fig.12 The choice of teaching method

3 學(xué)生對于系統(tǒng)優(yōu)化建設(shè)的建議

3.1 豐富和加強(qiáng)系統(tǒng)的內(nèi)容與交互點(diǎn)

如圖13所示，有140個學(xué)生（占比為78.21%）一致建議進(jìn)一步豐富系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容，擴(kuò)充系統(tǒng)信息量，希望在該系統(tǒng)中學(xué)習(xí)到更多與武夷巖茶加工相關(guān)的知識與動態(tài)。同時，有89個學(xué)生（占比為49.72%）希望系統(tǒng)的交互點(diǎn)進(jìn)一步增加。交互性是指在虛擬環(huán)境中,系統(tǒng)能夠提供方便、豐富、自然的人機(jī)交互手段，體驗(yàn)者不是被動地感受,而是通過自己的動作改變感受的內(nèi)容[18-19]。該系統(tǒng)通過三維仿真技術(shù)，虛擬武夷巖茶加工場景及實(shí)際茶青情境，學(xué)生可在整個場景和情境中進(jìn)行交互性操作54步。雖然已經(jīng)超過教育部對國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)交互點(diǎn)不少于10的要求[20]，但仍有較多學(xué)生希望系統(tǒng)的交互點(diǎn)進(jìn)一步增多。

圖13 對虛擬仿真系統(tǒng)改進(jìn)的意見與建議Fig.13 Comments and suggestions on the improvement of virtual simulation system

3.2 加強(qiáng)師生間的互動性

由圖13可知，有69人（占比為38.55%）希望系統(tǒng)的師生互動功能進(jìn)一步加強(qiáng)。目前系統(tǒng)的管理模塊設(shè)有師生互動功能，但由于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)開展學(xué)生可完全按照個人的需求隨時進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這也潛在的對師生之間的即時互動帶來挑戰(zhàn)，學(xué)習(xí)者在實(shí)驗(yàn)課程中存在的問題教學(xué)者無法隨時地發(fā)現(xiàn)和指出，這是該系統(tǒng)目前亟待解決的問題。

3.3 從單茶類升級為多茶類的虛擬仿真

由圖14所示，選擇其它的有56人，其中有14人在建議欄中填寫的內(nèi)容為：希望茶葉初制虛擬仿真系統(tǒng)能夠覆蓋其他五大茶類；有12人填寫的內(nèi)容為：希望院系盡快開發(fā)正山小種初制虛擬仿真系統(tǒng)；有5人填寫的內(nèi)容為：希望能盡早開發(fā)白茶虛擬仿真系統(tǒng)。總之，較多的學(xué)生希望該系統(tǒng)能覆蓋較多的茶類。

4 系統(tǒng)優(yōu)化的措施

4.1 借助雙導(dǎo)師優(yōu)勢豐富系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容、增加系統(tǒng)交互點(diǎn)

教學(xué)內(nèi)容是教學(xué)的主體，教學(xué)質(zhì)量的提升離不開教學(xué)內(nèi)容改革，因此擺脫基于教材而確定教學(xué)內(nèi)容的局限性，融合實(shí)踐性和探究性的問題，實(shí)現(xiàn)虛擬仿真系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的改革創(chuàng)新，是提升該系統(tǒng)教學(xué)質(zhì)量的必由之路[21]。武夷學(xué)院茶與食品學(xué)院于2018年試行了茶學(xué)專業(yè)本科生雙導(dǎo)師制，建立了校企協(xié)同培養(yǎng)應(yīng)用型本科人才的模式，實(shí)現(xiàn)了校內(nèi)導(dǎo)師專業(yè)理論優(yōu)勢與校外導(dǎo)師實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)優(yōu)勢的互補(bǔ)。武夷巖茶初制虛擬仿真系統(tǒng)可充分借助這一成熟的機(jī)制，結(jié)合學(xué)校的學(xué)科專業(yè)特點(diǎn)以及復(fù)合型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需要，將校外導(dǎo)師在武夷巖茶生產(chǎn)實(shí)踐中的新工藝、新產(chǎn)品及校內(nèi)導(dǎo)師在武夷巖茶加工方面取得的新成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，在系統(tǒng)中以合適的方式呈現(xiàn)給學(xué)生，豐富虛擬仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增加制茶實(shí)踐課程的廣度和深度，實(shí)現(xiàn)課程高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，促進(jìn)學(xué)生知識、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展。

實(shí)現(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的良好交互性是將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于教學(xué)的前提。該系統(tǒng)的優(yōu)化升級將遵循使用者的心理和行為特點(diǎn)增加有效的交互方式和反饋機(jī)制，不斷加強(qiáng)人機(jī)交互界面的表現(xiàn)力和感染力，使操作者有較強(qiáng)的沉浸感，在虛擬環(huán)境下通過各種操控選項(xiàng)進(jìn)行自主探索，進(jìn)而達(dá)到訓(xùn)練的目的[22]。同時，將進(jìn)一步完善師生交互機(jī)制，教師可充分利用師生交互了解學(xué)生的學(xué)習(xí)動態(tài)與效果，并從中總結(jié)與反思教學(xué)過程，進(jìn)而不斷優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)。

4.2 組建專業(yè)團(tuán)隊(duì)、加強(qiáng)師生互動功能

該系統(tǒng)長期開放服務(wù)，需要大量的線下資源匹配，只有將線上資源和線下資源合理匹配起來，才能更加有效地效發(fā)揮虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用。項(xiàng)目組將進(jìn)一步加強(qiáng)系統(tǒng)專業(yè)管理團(tuán)隊(duì)建設(shè)，增加有企業(yè)背景及專職在線教學(xué)人員參與項(xiàng)目后期的管理與維護(hù)，保證項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)組成結(jié)構(gòu)合理、人員穩(wěn)定，保障線上線下教學(xué)正常有序運(yùn)行。安排教師定期對系統(tǒng)中學(xué)生提出的問題進(jìn)行解答，加強(qiáng)師生之間的有效互動，使系統(tǒng)服務(wù)使用者的能力進(jìn)一步增強(qiáng)。

4.3 逐步從單茶類向多茶類覆蓋

未來5年，將在匯總使用評價的基礎(chǔ)上，不斷對武夷巖茶虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行升級，導(dǎo)入紅茶、白茶、綠茶等五大茶類加工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，逐步從單一茶類向多茶類的全面覆蓋，同時繼續(xù)導(dǎo)入綠色生態(tài)茶園建設(shè)、茶樹種質(zhì)資源鑒定評價、茶葉生物化學(xué)等與茶學(xué)核心課程內(nèi)容相關(guān)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使虛擬仿真系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目向系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和全面化的方向發(fā)展。

5 結(jié)語

當(dāng)今中國“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”戰(zhàn)略進(jìn)入了新的階段，對應(yīng)用型茶學(xué)專業(yè)人才的培養(yǎng)模式也提出了新的挑戰(zhàn)，要求培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代市場經(jīng)濟(jì)需求的創(chuàng)新型、應(yīng)用型、復(fù)合型專業(yè)人才。學(xué)生不僅要熟練掌握傳統(tǒng)的茶葉加工技術(shù)，還需具備開發(fā)新技術(shù)和研發(fā)茶葉新產(chǎn)品的綜合能力，能根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求及時進(jìn)行創(chuàng)新。這就對“制茶實(shí)踐”的課程教學(xué)改革提出了新要求。武夷學(xué)院茶學(xué)系率先將武夷巖茶初制虛擬仿真系統(tǒng)導(dǎo)入到傳統(tǒng)制茶實(shí)踐中，形成了虛實(shí)有機(jī)融合的教學(xué)模式，充分克服傳統(tǒng)制茶實(shí)踐的各種制約和弊端，有效地解決目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的諸多問題，并明顯提升了學(xué)生的實(shí)習(xí)成績。通過對該系統(tǒng)應(yīng)用成效的調(diào)查結(jié)果顯示，學(xué)生對該系統(tǒng)整體滿意度高，普遍認(rèn)為教學(xué)效果好、激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣、提高了實(shí)踐技能、教學(xué)學(xué)重點(diǎn)突出、對現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)環(huán)境再現(xiàn)度高、界面設(shè)計(jì)友好、使用便捷，表明虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)、提高教學(xué)質(zhì)量的有效手段，在應(yīng)用型人才培養(yǎng)方面有著巨大潛力和較強(qiáng)的推廣利用價值。

在該系統(tǒng)和一系列切實(shí)有效的教學(xué)改革驅(qū)動下，武夷學(xué)院茶學(xué)專業(yè)在應(yīng)用型人才培樣方面取得了顯著成效，已被社會廣泛認(rèn)可，在校友會2021年中國植物生產(chǎn)類一流專業(yè)的排名中獲評6星級，辦學(xué)層次被評為中國頂尖應(yīng)用型專業(yè)。未來5年，該系統(tǒng)將繼續(xù)以學(xué)生的使用評價及教學(xué)效果為導(dǎo)向，借助雙導(dǎo)師優(yōu)勢進(jìn)一步豐富系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容、組建專業(yè)團(tuán)隊(duì)加強(qiáng)項(xiàng)目后期的管理與維護(hù)，不斷合理增加系統(tǒng)的交互性，并逐步實(shí)現(xiàn)從單茶類向多茶類覆蓋；同時，系統(tǒng)將從茶葉加工單緯度向種質(zhì)資源開發(fā)利用、綠色生態(tài)茶園建設(shè)等多維度發(fā)展，通過資源共享與設(shè)茶兄弟院校共同推進(jìn)茶學(xué)虛擬仿真教學(xué)項(xiàng)目的建設(shè)，并將該系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于茶產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員的培訓(xùn)與學(xué)習(xí)，進(jìn)而為地方茶文化、茶產(chǎn)業(yè)、茶科技的統(tǒng)籌發(fā)展做出貢獻(xiàn)。