《現代養殖設施與設備》數字化教材建設的探索與思考

馬偉 黃炎坤 程璞 徐秋良 鄭立 劉健 石志芳

關鍵詞：現代養殖設施與設備;數字化教材;教材建設;探索;思考

近年來，畜牧業加快向標準化規模養殖轉型升級，裝備總量持續增長，機械化水平不斷提升。特別是自2018年8月我國發生非洲豬瘟疫情以來，生物安全的概念深入人心，各類養殖場都采取措施控制傳染源，切斷傳播途徑，保護易感生物，預防養殖場發生疫情。各養殖場機器代人，減少人力，促進了畜種、養殖工藝與設施裝備集成配套的工程防疫，智能飼喂、精準環控、畜產品自動化采集加工、廢棄物資源化利用等健康養殖和綠色高效機械裝備技術的推廣使用。但不同地區、畜種、養殖規模和生產環節機械化發展不夠平衡且不夠充分，畜牧業機械化總體水平還不高，養殖工程與設施裝備集成配套不夠，特別是創新型、應用型、復合型畜牧業機械化人才缺乏的問題突出，高校面向畜牧業機械化、畜牧設施裝備產業轉型升級的研究較少。因此，進行《現代養殖設施與設備》數字化教材建設，凝練知識點，構建知識網絡，設計知識單元，理論與實踐相結合，建立養殖工藝融合機械裝備、畜禽養殖機械化融合信息化、設施裝備配置適應養殖場建設、機械化生產適應適度規模養殖的課程知識體系，為畜牧機械、養殖設備方面應用型人才知識構建和技能培養提供教材支撐，為懂農業、愛農村、愛農民的一線農機實用型人才培養提供重要抓手，也為其他數字化教材建設提供經驗借鑒。

一、數字化教材特點

數字化教材，就是以信息技術為手段，以培養學生能力為目標，改造升級傳統紙質教材，融合文字、圖片、音頻、視頻以及動畫等多種元素的數字形態的教學材料。通常根據信息技術的融合程度分為四個類型。一是數字化紙質教材，主要表現為通過掃描、文字識別紙質教材而生成的靜態的電子教材;二是多媒體數字教材，表現為包含文本、圖片、音視頻、動畫等的動態視頻教學產品或網絡視頻教學產品;三是互動式數字教材，表現為能夠支持讀者與教材的互動，引導教師之間、師生之間、生生之間對話、交流、分享、成長的網絡教學資源庫;四是集聚式數字教材，表現為以云平臺作為支撐，可以實現多主題、多維度、多層次、立體化的高效互動，顯著改進學生學習方式和教師工作方式的網絡學習平臺。

（一）內容更新便捷高效

由于數字化教材內容可以根據產業技術發展和當下的需求進行實時修改，便捷高效。特別是依托互聯網的數字化教材，知識內容傳播途徑更加高效，內容更新上傳以后，全網同步更新，更新時間短，更新成本低。在養殖裝備變革日新月異的畜牧業轉型時期，自動飼喂、環境控制、畜產品收集、糞污處理與利用等常規裝備基本實現了從國外引進到全面國產化，在大中型養殖企業已經普及應用。

結合5G、互聯網、物聯網、云計算、大數據和人工智能技術，滿足養殖行業智慧養殖的設備也不斷出現，比如，養殖場巡檢機器人、養殖視頻監控攝像頭、人工智能+豬臉識別技術設備都在最近2年內出現并不斷向規模化豬場推廣使用。這些學科交叉融合內容在傳統的紙質教材中無法及時更新，但依托互聯網，數字化教材可以做到隨市場變化及時更新，迅速將產業迫切需求的科學技術、反映學科研究前沿、發展動向的科技創新成果和現代信息技術融入到數字化教材中，通過相關知識整合、重現應用場景，加速科研創新成果在行業的推廣普及和知識傳遞。

（二）呈現形式靈活多樣

數字化教材極大地滿足了教師的教和學生的學，對提高教師教學、學生學習的質量起到促進作用，是促進教學方法與教學改革的重要手段。數字化教材包含的知識點、構建的知識網絡、設計的知識單元，通過文字、圖片、視頻、flash動畫等展現出來，可以提供翻頁、索引、查找和導航功能，還可以通過知識地圖的形式呈現出來，能夠進行課下學習跟蹤。數字化教材內容生動有趣，形式靈活多樣，角度新穎別致，能夠抓住學生興趣，激發學生探究欲望，從而使學生養成主動學習、自覺學習的習慣。通過案例視頻，可以使學生不進養殖場也能夠了解養殖場的規劃、設計、設備選型、建筑設計、工程防疫等方面的內容。特別是無人機技術的應用，可以使學生從不同的視角觀察養殖場，從而有更直觀的認識。結合常規設備尺寸和畜禽舍尺寸，學生可以自己重現養殖舍內場景，根據掌握的養殖場溫度、濕度、通風、光照、空氣衛生、噪音等環境參數，計算不同季節的通風量、供熱量，選型配置風機、濕簾、采光設備、加熱設備、空氣過濾設備。可以和視頻比對、驗證計算是否正確，眼、手、腦并用，可以充分體驗探究式學習的快樂，享受知識獲取的開心和歡樂。學生之間的學習體驗分享，師生之間的教學互動，極大地豐富了教材呈現形式，促進學生整體學習效果的提升。

（三）學習使用簡單順手

在移動網絡環境中，數字化教材都可以在手機、IPAD、電腦、電視等學習終端上使用，符合學生平時閱讀學習的習慣，文本、圖片、視頻、動畫等展現形式直觀靈活，學生使用時簡單順手。課后作業可以提供練習和答案，便于學生鞏固學習成果。章節測試可以讓學生檢驗章節內容學習效果，各單元除了布置填空題、選擇題、簡答題、判斷題等這些常規型試題以外，根據章節內容，布置了繪圖題，要求分別繪制出養殖場總平面示意圖、雞、豬、牛、羊舍平面空間布置圖;推算題布置5萬只封閉式蛋雞舍、3萬只標準化肉雞舍尺寸推算和環控設備臺套數計算，布置了養豬場生產工藝設計和豬群推算。主題討論引導學生圍繞設計理念、生產工藝設計這些主題，查閱資料，自主探索。疑難問題答疑互動，建立起師生之間、生生之間學習交流溝通的渠道，有助于提升學生學習效果。視頻回放可以使學生對不明白的地方多次觀看，逐步理解。

數字化教材設計圍繞“以學生為中心”，以學生能力培養為目標，融數字化學習資源、數字化學習工具、交互工具、實驗設備等學習資源為一體，物理學習空間與虛擬學習空間的無縫對接，打造了人人能學、處處能學、時時可學的泛在學習空間。簡單順手的學習使用體驗，可以促進學生利用課余碎片化時間進行泛在學習，也有利于因材施教個性化教學的實施。

二、數字化教材建設的探索

（一）堅持OBE理念，目標導向教學

課題組成員認真學習《動物生產類教學質量國家標準》和《動物科學本科專業人才培養方案》，研究培養目標和畢業要求，由課程支撐的學生在知識、能力、素質方面達到的基本要求反推數字化教材應具備的知識模塊。通過知識挖掘和知識重組，圍繞課程（教學活動）與畢業要求的“具備初步畜牧生產過程的環境控制和工程化設計能力”之間的關聯度，設置現代養殖場規劃設計、現代化禽場生產設施與設備、現代化豬場生產設施與設備、現代化牛、羊場生產設施與設備的四個知識模塊。突出環境控制和工程化設計能力培養，結合河南省是畜牧業大省，豬、禽、牛、羊存欄量居全國前列的省情，以設計現代化養殖場為能力目標，串起養殖生產工藝設計、場區功能分區，生產區畜禽圈欄選型和空間布置，畜禽舍尺寸推算、室內風機濕簾、加熱降溫設備和通風小窗選型計算、體現安全生產的工程防疫設施設計、體現可持續發展清糞工藝設計、病死畜禽無害化處理設備選型，糞污處理設施參數計算與設備選型等內容。涵蓋畜牧生產過程的環境控制和工程化設計能力的知識支撐點，從知識結構、知識儲備、知識運用方面為實施成果導向教育的畢業要求達成度評價提供證據支持。

（二）教材內容跟蹤行業企業應用，堅持先進性

數字化教材是能夠及時更新的動態教材，能夠讓學生通過教材這個窗口及時了解到行業產業科學技術最新突破、學術研究最新進展，這就要求項目組成員跟蹤行業企業的發展動態，做到教材內容契合企業、行業生產實際，及時吸收反映產業發展最新進展，對接科技發展趨勢和市場需求的比較成熟的新技術、新工藝、新規范等內容。并根據應用型人才成長規律和學生認知特點，對接國際先進職業教育理念，對教材內容組織加工，使教材內容適應人才培養模式創新需要，突出專業理論知識與應用實踐操作相統一，強調實踐性。探索以牧原連棟豬舍豬場、新希望聚落式豬場、楊翔鐵桶式樓房豬場、北京平谷正大300萬只蛋雞養殖項目、山西大象農牧集團有限公司標準化肉雞舍、扶溝瑞亞牧業有限公司奶牛場為學習范本，以項目學習、案例學習、模塊化學習等不同學習方式，還原生產工藝設計、圈欄設施選型、畜禽舍設計、環控技術參數計算和環控設備選型、清糞工藝設計、廢棄物無害化處理設備選型等內容，注重以真實生產項目、典型工作任務、案例等為載體組織教學單元，通過解析大企業采用的新工藝、新技術、研究其使用的新設備、新設施，堅持盯住大企業應用，不斷轉化為培養學生能力的知識點，促進行業企業先進技術不斷擴散到整個養殖產業，服務社會經濟發展。

（三）從學生視角出發，按照學生學習興趣導向，組織數字化教材內容

傳統紙質教材從教師教書的角度去編寫和組織內容，是知識點的“堆積”，沒有明晰的學習線索，而小說是站在讀者的角度去組織和編寫內容的，一般以一至兩個故事發展過程為線索，通過這些線索將里面跌宕起伏的故事情節貫穿起來，讓讀者始終沿著這些線索往下探索，從而起到吸引讀者的作用。數字化教材落腳點在應用，最主要的使用群體是學生，這就要求數字化教材在內容組織、案例選取上都要貼近用戶，從學生的視角出發，基于案例，順著一條“為什么是這樣”的主線，激發學生的好奇心，激起他們主動探索的興趣，設置若干個“怎樣才能做成”的小問題，讓學生在探索中思考，進而設置“要做成需要什么條件和參數”這樣的問題，吸引學生去查詢文獻，搜集資料，繼而通過知識驗證實現技能的培養。這樣就要求數字化教材建設時要為學生學習提供內容引入材料，比如視頻、圖片等，通過知識引入，師生互動交流、探討、案例一解析一拓展、思考等環節實現學生對知識的接受、吸收和創新。數字化教材內容的組織只有堅持學生興趣導向，才能使學生有探索知識的興趣，有豁然開朗的領悟，有尋找答案的動力，有解決問題的成就感。

三、數字化教材應用實踐

《現代養殖設施與設備》數字化教材經過2年建設，已經完成框架構建、內容重組、在線資料共享，依托學校的SAKAI網絡教學平臺系統，在動物科學專業、動物藥學（中獸醫方向）、牧醫（專）等專業課程授課中，作為輔助教材使用，因為師生互動便捷，很受學生歡迎。

在2020年春季學期，受新型冠狀病毒肺炎疫情影響，河南牧業經濟學院利用互聯網、信息化手段，全面組織實施理論課程在線遠程教學，做到“離校不離教、停課不停學”，確保學校新學期各項教育教學目標如期實現。《現代養殖設施與設備》課題組主動響應學校要求，根據疫情防控安排，迅速把教學資源轉移到在“河南牧業經濟學院在線教學平臺（配套超星學習通）”上，課程利用已經建設完成的教學資源和數字化教材，開展在線教學。根據學期進度計劃，目前，已經圓滿完成學期教學任務。無論是從課后作業完成情況還是從期中考試學生成績來看，17級動物科學專業、17級動物藥學（中獸醫方向）、18級牧醫（專）的學生們在基本知識掌握和綜合知識運用方面比較理想。《現代養殖設施與設備》數字化教材在實踐中得到了檢驗。

四、數字化教材建設的思考

（一）數字化教材的版權問題

2018年，教育部發布的《教育課程教材改革與質量標準工作專項資金管理辦法》明確提出：“開展數字教材等新形態教材的研發、試點和推廣”。數字化教材作為一種新型教學資源，可使知識的創新和共享更加便利、高效。公開出版的數字化教材，視頻、動畫制作需要大量經費支持，圖片拍攝需要耗時費力拍攝收集，數字化教材出版后由于容易被復制，版權人利益得不到保證。

我國《著作權法》第22條第6款規定：“為學校課堂教學或者科學研究，翻譯或者少量復制已經發表的作品，供教學或者科研人員使用，但不得出版發行”。如果數字化教材被教學或科研人員復制，版權訴訟很難得到法律支持。但如果公開出版的數字化教材中使用了網絡上公開的視頻資料、圖片資料和動畫資料，則涉嫌侵權，面臨較大的法律風險。在經費支持不足的情況下，數字化教材無法形成盈利閉環，這也影響了數字化教材的進一步開發完善。

（二）數字化教材經費支持問題

普通高等學校本科教學工作合格評估指標和基本要求（試行）中，二級指標第二條為課程與教學中基本要求是“注重教材建設，有科學的教材選用和質量監管制度;多媒體課件教學效果好，能有效利用網絡教學資源”。地方性高校基于合格評估指標和基本要求，對紙質教材和數字化教學平臺建設支持力度較大，要求課程有多媒體課件、教學大綱和授課計劃，對數字化教材理解不深。支撐數字教材精品化的教學資源庫建設由于需要大量經費，耗費大量人力物力，但本科教學合格評估時不是加分項，所以學校無動力，沒有政策和經費支持，教師無激勵，缺乏打造數字化教材精品的積極性，這些因素制約了課程的內涵式高質量發展。

（三）數字化教材校企合作共建的尷尬

學校和企業參與校企合作均期望自己達到最大效益。學校期望通過校企合作讓學生更具專業競爭力，從而擴大生源，提高收益。企業則期望能夠培養出真正為本企業所用的競爭性人才，為企業收益注入活力。但地方院校在選擇校企合作對象時往往只盯著有技術、有資源的大企業，希望能夠在專業建設、教材開發、學生實習和就業等方面開展校企合作，利用大企業資源促進學校教學質量和科研水平的全面提升，提高應用型人才培養質量，以帶動學校招生就業的良性循環。但大企業在技術特別是專有技術方面，為了保持核心競爭力，不會輕易對學校開放，在人才招聘方面更傾向于高水平大學畢業生。地方中小型企業希望能夠和地方高校開展校企合作，期待能夠從地方高校獲取資源和技術，促進企業的發展，無法在數字化教材建設上提供實質性的幫助。校企合作雙方在數字化教材開發上利益動機不同，目標不一致，再加上沒有激勵機制，這就造成了大部分的數字化教材建設項目僅僅是停留在紙面合同上。

五、結語

《現代養殖設施與設備》數字化教材建設還處于起步階段，但已經有了資源積累。下一步，需要深挖課程內容蘊含的思政元素，授課過程融入課程思政;進一步完善針對性案例編寫，用學生易于接受的、喜聞樂見的方式呈現;爭取學校資金支持和企業贊助，圍繞企業應用的現代養殖設施與設備，結合虛擬現實（VR）、增強現實（AR）和3D（三維空間）技術，進行虛擬仿真開發，構建起極具現實感的虛擬場景，為學生提供虛擬仿真沉浸式學習系統和平臺。幫助學生學習和吸收理論知識，不斷提升學生專業實踐能力，促進學生掌握實用技能。

數字化教材只有緊跟時代步伐，定位應用性，運用現代信息技術改造傳統知識，促進信息技術與教育教學深度融合，遵循教育教學規律，體現現代教育思想，根據市場變化和學科研究發展，不斷完善更新知識點，才能在學生應用能力培養、創新思維訓練方面滿足應用型人才培養的需要，才能夠在服務產業發展，推動先進技術傳播上滿足社會需要。教師團隊也會在數字化教材建設過程中，不斷提升信息化應用水平和信息素養，加深對行業裝備現狀和發展趨勢了解，錘煉業務能力，做到教學相長。