楊舒涵，雒滿虹，張 焱

（天津科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300457）

信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展帶來了一批又一批的互聯(lián)網(wǎng)用戶，且互聯(lián)網(wǎng)用戶畫像范圍更加年輕化。為了使互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)更加便捷，移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)順勢而生。移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將移動通訊與互聯(lián)網(wǎng)有機(jī)結(jié)合起來，使互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方便各種互聯(lián)網(wǎng)用戶的需求。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，該技術(shù)輻射到生活中的各個產(chǎn)業(yè)，其中就包括了教育產(chǎn)業(yè)。傳統(tǒng)教育模式正在被移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)悄然改變，改變的契機(jī)就在2012 年移動互聯(lián)網(wǎng)大會之后。移動互聯(lián)網(wǎng)教育充分發(fā)揮了其高效性、實時性、共享性，將知識打破時間與空間的桎梏，分享到互聯(lián)網(wǎng)這個共通的平臺，十分便捷地在平臺上傳播，提高了互聯(lián)網(wǎng)用戶獲取知識的效率。移動互聯(lián)網(wǎng)教育技術(shù)的進(jìn)步，深刻影響了傳統(tǒng)教育模式。越來越多的教師選擇線上授課方式，不但使之成為各高校的輔助授課方式之一，更普及于高校教學(xué)中，而且使線上教育迅速發(fā)展成一個產(chǎn)業(yè)，多種線上教育資源的匯聚，為獲取不同知識需求的人們鋪了一條通往知識寶庫的康莊大路。

1 虛擬仿真技術(shù)

虛擬仿真技術(shù)是信息技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，虛擬仿真技術(shù)是一種用計算機(jī)技術(shù)構(gòu)建的可以更改和體驗的虛擬世界系統(tǒng)。虛擬仿真技術(shù)是由計算機(jī)技術(shù)視覺心理學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感與測量技術(shù)等多種高新技術(shù)交織成的成果。系統(tǒng)仿真技術(shù)最出色的點在于其逼真性和實時交互性。自2017 年，教育部辦公廳統(tǒng)籌規(guī)劃到2020 年認(rèn)定1 000 項左右示范性虛擬仿真實驗教學(xué)項目。2020 年教育部職成司正式發(fā)布《關(guān)于開展職業(yè)教育示范性虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)工作的通知》，明確提出建設(shè)100 個示范性虛擬仿真實訓(xùn)基地。近年來，虛擬仿真技術(shù)已在高校初見成果，但是仍未全面普及在各高校系統(tǒng)中。虛擬仿真技術(shù)在高校中既可用來建設(shè)現(xiàn)代化數(shù)字校園，便于整理相應(yīng)圖書館藏，進(jìn)行數(shù)字化管理校園，又可以模擬校園真實場景，在校園未開學(xué)或封閉的情況下，為想要了解該高校校園環(huán)境和館藏圖書的學(xué)生和社會面人士打開了數(shù)字化校園。對于教師來說實施虛擬仿真教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)觀念同時可以豐富實驗教學(xué)方法。將虛擬仿真技術(shù)加入線上課程，實現(xiàn)了知識的可視化且與現(xiàn)實企業(yè)行業(yè)相結(jié)合能夠更加直觀參加到企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的過程中，更好地使知識與實踐相結(jié)合，進(jìn)一步達(dá)到“知行合一”的地步。

高校對虛擬仿真進(jìn)行實踐課程進(jìn)行大力支持和推行，對高校教育主要有以下幾點優(yōu)勢：①對于學(xué)生無法進(jìn)行實踐課程提出了有效的解決方案，也解決了實地實踐教學(xué)的一些難題，如人員聚集、安全隱患、實習(xí)學(xué)生和教師出行費用等。探索實習(xí)、實訓(xùn)等實踐課程教學(xué)新途徑、以確保實踐教學(xué)質(zhì)量、切實提升人才培養(yǎng)質(zhì)量成為工科專業(yè)發(fā)展的必然趨勢[1]。②緊跟新時代潮流，與時俱進(jìn)。可圍繞當(dāng)下最先進(jìn)、最頂尖的工藝、技術(shù)、設(shè)備等，將其融入虛擬仿真的實踐教學(xué)中，激發(fā)學(xué)生的好奇心，促使學(xué)生可主動地去了解這些前沿的知識。另外，還可將這些知識點生成二維碼，學(xué)生可隨時隨地去了解，可最大程度地幫助其鞏固所學(xué)的知識。③對于新時代的高校學(xué)生，相較于書本、報紙等紙質(zhì)性的東西，可能會更大程度地接受、學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，虛擬仿真可滿足學(xué)生對這方面的需求。一方面虛實結(jié)合，多方面的教學(xué)可給學(xué)生更好的學(xué)習(xí)體驗；另一方面也能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，學(xué)生走出校園就會有明顯的市場競爭力。

從教育擁抱科技的趨勢及現(xiàn)有的發(fā)展情況看，虛擬仿真技術(shù)與線上教育課堂的建設(shè)將會進(jìn)一步推動高校教育教學(xué)的改革，也將成為未來教學(xué)中的重要一環(huán)。

2 虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用

2.1 高校

實踐課程是高等教育中工科類專業(yè)培養(yǎng)方案中的重要的部分，對培養(yǎng)學(xué)生實踐能力、工程素養(yǎng)、完善學(xué)生專業(yè)知識體系具有至關(guān)重要的作用。相較于理論課程，實踐課程最大的特點就是將所學(xué)知識融會貫通，學(xué)生可通過實踐檢驗理論課程中所學(xué)到的知識點，也可捕捉到一些理論課程上涉及不到的盲區(qū)；同時，實踐課程是需要特定的環(huán)境和專業(yè)的教學(xué)條件，才能讓學(xué)生身臨其境，最大程度感受實踐課的魅力所在。

2.2 教師

師者，傳道授業(yè)解惑也。教師是學(xué)生接受、學(xué)習(xí)專業(yè)知識唯一的窗口。新時代背景下，知識的不斷更迭也在促使教師不斷學(xué)習(xí)新的知識，接受最先進(jìn)的教育理念[2]。在推進(jìn)虛擬仿真實踐課程之前，教師要制定詳細(xì)的教學(xué)計劃，提前發(fā)給學(xué)生，明確學(xué)生在開始課程之前應(yīng)做的準(zhǔn)備。

教師在進(jìn)行實踐課程時采取引導(dǎo)式教學(xué)，循序漸進(jìn)地開展課程，激發(fā)學(xué)生的求知欲，才能讓學(xué)生更加主動地參與課程并完成相關(guān)知識點的學(xué)習(xí)。由于虛擬仿真技術(shù)剛開始出現(xiàn)在學(xué)生的認(rèn)知范圍內(nèi)，對此肯定有很多疑問，所以教師在線下要積極與學(xué)生溝通，一起與學(xué)生進(jìn)行仿真技術(shù)的學(xué)習(xí)。便于教師管理和答疑，可以將工程師與學(xué)生建立微信答疑群，每個學(xué)生在群里可提出自己的疑問，教師和工程師可以在線答疑。

以葵花籽油加工為例，教師借助虛擬仿真平臺指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行葵花子油的加工實踐。通過虛擬仿真平臺加載的烘干機(jī)、脫殼機(jī)、滾筒炒籽機(jī)、螺旋榨油機(jī)等機(jī)械設(shè)備對原料葵花籽進(jìn)行篩選清洗、烘干、脫殼、炒籽、壓榨等初步處理。為了保持葵花籽油的香味，對壓榨過后的葵花籽毛油進(jìn)行精煉。通過虛擬仿真平臺加載的自動排渣過濾機(jī)、冷卻鍋、結(jié)晶鍋、阿瑪濾機(jī)、布袋過濾機(jī)進(jìn)行最終的精煉處理。學(xué)生通過虛擬仿真平臺熟悉葵花籽油的加工過程及相關(guān)機(jī)械設(shè)備，加深食品加工機(jī)械工作原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)在實際生產(chǎn)線中的應(yīng)用，也可比較同類設(shè)備的異同。

進(jìn)行虛擬仿真實踐課程考核時，教師不能僅限于實踐知識的考核，還要將理論加入考核范圍，理論結(jié)合實踐，才能更好地考核學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)能力。歸根結(jié)底，虛擬仿真還是不同于傳統(tǒng)的實習(xí)，學(xué)生只能在虛擬仿真課程中想象自己對于工廠的大概布局，無法精準(zhǔn)地認(rèn)識到糧油加工工廠每一個設(shè)備布局的原因。因此，教師在完成課程以后要進(jìn)行教學(xué)反思，回憶課程從開始到結(jié)束每一環(huán)節(jié)中有沒有出現(xiàn)紕漏，如果存在要及時提出解決方案，如果沒有，教師還可多想一些如何更好地推進(jìn)虛擬仿真實踐課程進(jìn)行的好方法，最重要的是要讓學(xué)生更加主動地了解虛擬仿真，并產(chǎn)生濃厚的興趣，甚至可對虛擬仿真有自己獨到的見解。

2.3 學(xué)生

對于農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏大學(xué)生來說，實驗是一項必不可少的專業(yè)技能，在大學(xué)期間一定會動手操作幾種儀器或者試劑。由于各種原因的限制，如課堂時間有限、儀器較為貴重、試劑較為危險，課堂上并不是每一個學(xué)生都能親手操作[3]。虛擬仿真平臺對農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏專業(yè)的學(xué)生有以下幾個優(yōu)勢。

2.3.1 降低實驗過程中的成本

在實驗課堂上，因為部分實驗器材較為昂貴，操作復(fù)雜，且較易損壞，導(dǎo)致在課堂上并不能普遍使用；或者有些儀器使用受制于課堂時間長度并不能在課堂上完整地運行儀器。此時，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)搬進(jìn)實驗室，學(xué)生便可如身臨其境，切身實地地操作虛擬實驗儀器，擺脫實驗成本困擾[4]。并且，在虛擬仿真實驗室里進(jìn)行操作，操作結(jié)果可實時反饋至教師終端，便于教師仔細(xì)觀察每一位學(xué)生的操作細(xì)節(jié)，教師可通過系統(tǒng)終端，將學(xué)生的操作情況反饋回到學(xué)生手中，學(xué)生也可以根據(jù)教師的反饋結(jié)果及時判斷自己操作的正誤。在這種情況下，假使學(xué)生操作出現(xiàn)一些紕漏疏忽，也不會對真正的實驗儀器造成損壞。在虛擬實仿真驗室，可不受空間的限制，接上終端便是實驗室，實驗流程不用固守流程，隨時可終止、跳過、重復(fù)，直到操作出成功案例。改變了傳統(tǒng)實驗由教師演示或者視頻解說這一模式，高效解決了實驗條件和實驗效果之間的矛盾。

2.3.2 規(guī)避一些由危險化學(xué)品帶來的傷害

在化學(xué)、生物實驗中經(jīng)常會用到一些危險化學(xué)品，這些產(chǎn)品有著易爆、易燃、易制毒、感染、腐蝕、放射性和危險性等其他危險特性。在實驗操作中，可能會因為通風(fēng)、操作失誤、防護(hù)不到位造成一些試驗失誤或者事故發(fā)生，從而危害到實驗室內(nèi)師生的人身健康安全。在虛擬仿真實驗室中則完全可以規(guī)避這些危險發(fā)生，不會因為操作失誤或是其他原因?qū)е氯松硎鹿拾l(fā)生。

2.3.3 幫助學(xué)生完成課前預(yù)習(xí)以及課后復(fù)習(xí)

在課前，學(xué)生通過虛擬仿真實驗室接觸所做實驗相應(yīng)的儀器和試劑，更加直觀高效[5]。在虛擬仿真實驗室進(jìn)行預(yù)實驗，可給學(xué)生真實的體驗感，構(gòu)建整體實驗框架，規(guī)避預(yù)實驗所犯錯誤，節(jié)省實驗所需時間。對于一些在實際操作中犯的錯和實驗結(jié)果不太理想的狀況下，學(xué)生仍舊可在課后通過虛擬仿真實驗室進(jìn)行糾錯并反復(fù)練習(xí)一些操作或者借助實驗室終端反推試驗錯誤，認(rèn)清錯誤以便避免下次再犯。同樣，可加深學(xué)生對實際實驗的操作理解，更加深刻理解實驗原理和部分實驗步驟。

2.3.4 提升學(xué)生學(xué)習(xí)深度和廣度

鑒于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)上的知識呈現(xiàn)實時性及共享性，虛擬仿真實驗室不再受制于時間及空間的限制，所有虛擬實驗室都可進(jìn)入且進(jìn)行相應(yīng)的實驗學(xué)習(xí)，不受學(xué)科的限制、不受時間的限制。學(xué)生在完成基礎(chǔ)的學(xué)業(yè)學(xué)習(xí)后，可自發(fā)對感興趣的試驗方向進(jìn)行學(xué)習(xí)。未來，大型的虛擬仿真實驗室所搭載的終端可容納越來越多有學(xué)習(xí)需求的人，在學(xué)習(xí)的同時可在線上實時與其他學(xué)習(xí)者進(jìn)行交流解答疑惑。

2.3.5 增加試驗趣味性

一部分學(xué)生在做實驗時過于小心翼翼，并不能享受到實驗的樂趣與魅力。在虛擬仿真實驗室中，學(xué)生可大膽試錯，勇于進(jìn)行嘗試，在終端上也可設(shè)置相應(yīng)的知識彩蛋，鼓勵學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，還可設(shè)置虛擬仿真實驗室全平臺大型競賽、演講匯報等活動，大大提升學(xué)生學(xué)習(xí)樂趣。

2.3.6 多終端登錄學(xué)習(xí)

高校開展線上教學(xué)。學(xué)生在家里參加線上學(xué)習(xí)的同時，相應(yīng)的實驗課程可能會被壓縮或者減少。在虛擬仿真實驗室平臺上，學(xué)生可在家通過相應(yīng)的端口進(jìn)入虛擬實驗室中進(jìn)行學(xué)習(xí)，在家也可進(jìn)行模擬式操作，學(xué)習(xí)進(jìn)度不落人后。

3 結(jié)語

虛擬仿真實驗堅持“虛實結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實不虛”的原則，以優(yōu)化共享優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源、服務(wù)專業(yè)實驗教學(xué)為目標(biāo)，以提高學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新精神為核心，依托學(xué)院實驗教學(xué)示范中心的建設(shè)，將虛擬仿真實驗與課程教學(xué)、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目深度融合，使其成為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系的有機(jī)組成部分，在同類專業(yè)課程中有重要的示范作用和推廣價值[6]。高校針對農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏專業(yè)的實踐教學(xué)引入虛擬仿真技術(shù)，與理論知識相結(jié)合，讓學(xué)生有了一些全新的體驗，提升了實踐教學(xué)的質(zhì)量，為農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏方向的人才培養(yǎng)提供有力支撐。