虛擬仿真系統在稻谷加工課程中的應用

◎張秋霞

教育信息化發展規劃明確提出要以信息化帶動教育現代化，隨著經濟發展對人才需求的變化，出現食加工專業人才缺乏的問題。探索適應現有糧食加工專業的虛擬仿真實踐教學模式非常必要。中國是水稻種植大國，為滿足我國對農業生產人才需求，高校加大對農業學生農學實踐能力的培養，以應用實驗基地為平臺，優化學生實踐能力考核方法，將虛擬仿真技術引入糧食加工實踐教學中，開發虛擬仿真教學系統等，提高學生的動手能力。利用虛擬仿真技術開發稻谷加工課程實踐教學平臺，培養學生的實踐創新能力。

一、稻谷加工課程虛擬仿真系統開發分析

稻谷加工技術是糧食工程專業的核心課程，具有明確崗位專業性，其功能是使學生掌握稻谷加工生茶技術，重點介紹原料工藝特性、操作要點及以影響設備工藝效果因素，是學生從事制米工作報修專業課。我國多數院校實踐教學有企業實習與校內培訓模式，校內實訓設備數量少，導致學生對設備結構掌握存在偏差，部分學校建設生產實踐實訓室，但教學中存在設備運轉原料需求量大、生產產品利用率低造成動力消耗高等問題。企業實習大多學生不能進入生產線，頂崗實習只能安排簡單工作任務，學生難以掌握有價值的實踐技能。

虛擬仿真技術包括模擬演示與仿真實訓，在計算機上進行實際場景模擬，借助多媒體等技術在計算機設備上營造可輔助的相關軟硬件操作環境，可直接獲得操作提示及評價。虛擬仿真實訓室具有時效性高等特點，可構建稻谷生產仿真設備設施，使教師在真實生產環境下教學，使學生體驗生產過程，培養具有核心競爭優勢的應用型人才，構建虛擬仿真技術為核心的實訓環境適應稻谷加工課程教學非常必要。

稻谷加工課程教學內容涉及作植物生理學等多學科知識。稻谷加工模型是從事相關科研工作的重要工具，目前成為農業等業務部門工作重要工具，利用模型可以為稻谷加工生產提供依據。農業糧食加工畢業生操作能力不夠強。高校稻谷加工模型課程教學團隊修訂模型教學大綱，開發適用于課程的實踐教學平臺。稻谷加工模型運行效率受多種因素影響，教學團隊以稻谷作物模型為例，挑選模型核心模塊，簡化模型輸入與參數設置，開發網絡版稻谷加工模型建模環境，方便學生登錄系統學習，避免在多機環境下運行困難。

二、稻谷加工課程教學虛擬仿真系統設計

依據課程實踐教學大綱要求，設計稻谷加工模型虛擬仿真教學系統，建模部分包括模型各模塊運行環境，學生對照系統基本組成可以理解建模原理等，通過引導學生設置模型運行環境。系統具有良好的人機交互性能，設置模型運行環境后，后臺可以以圖表等形式自動返回運行結果，加深學生對專業知識的理解應用。學生可以通過手動設置不同參數方案，更好地理解作物特性。作物知識頁面提供水稻知識百科，實驗方法頁面為理論課程的補充，考核練習頁面考查學生通過學習后掌握知識情況。

采用MATLAB 混合編程，生成在線教學系統，系統開發平臺包括Microsoft Visual Studio2015 等，形成輸入規范的模型函數代碼，編寫用于模塊運行的總函數，使用Compiler 工具編譯生成模塊模擬函數，編譯生成BIOMASS 等DLL 文件。針對教學系統組成部分設計模塊頁面布局，在網頁中用文字闡述相關理論，學生可以通過設置不同溫度參數。

三、稻谷加工課程教學虛擬仿真系統的應用

系統以企業工作環境為原則設置項目，運用現代虛擬仿真技術，解決實訓教學困境，為實踐教學提供可考核操作的高仿真實訓環境。高教實踐教學具有分層遞進特點，通過深入企業調研，確定以稻谷加工生活企業為服務對象，建設初中高級職業成長階段。根據企業對人才的需求，進行綜合技能分析，按照企業崗位技能要求及公眾人物需要技能選取教學內容。以實際生產工作流程為依據，科學合理制定實訓項目。

實訓分為初中高級階段，初級階段強化學生對加工工藝流程的認知，中級階段強化設備工藝參數調節技能，高級階段通強化生產能力。根據真實工作環境，采用虛擬仿真技術構建高仿真VR 系統，AR系統，虛擬車間1：1 高度還原稻谷加工生產線及工作過程，呈現稻谷清理、碾米與包裝等工段內容，通過虛擬仿真手段生動地呈現稻米加工工藝。用戶可在虛擬場景中漫游，通過交互設備實現人機互動，使學生具有沉浸感，是信息化教學模式。虛擬仿真系統實訓改變傳統被動接受式教學模式，學生通過角色扮演，需要進行初中高級制米工技能學習，通過視頻動畫及立體化講解，使學生掌握學習內容。

實訓中通過學生對虛擬環境實現設備整體的運動，如針對礱谷機呈現用戶操作對設備生產工藝的影響。實訓系統提供練習模式以學生實操為主，在系統指導下完成技能點的學習。教師把課堂主動權交給學生，實現理論與實踐高效結合。通過校企合作共建打造專業知識扎實的雙師型師資隊伍，通過學習企業生產新技術使課程教學具有針對性，建設滿足實踐性的高素質教師隊伍，邀請專家指導學生實習，聘請企業經驗豐富專家為兼任教師，通過合作交流促進教師專業水平的提高。

一體化教學重點是學習實踐過程，評估學生學習效果以項目中遇到困難解決辦法綜合評定，學生成績過程性考核包括對學生平時表現及項目完成情況考核，終結性考核對學生進行理論知識的考核。高仿真系統中理論答題正確可得到積分，根據積分進行實時排名，通過理論答題方式學生得到相應的積分，根據終結性考核占比計算學生最終成績，可分別考核學生對輪知識的掌握情況。立體化教材是教育信息化下的教材形態，是數字教育資源與教學內容的集合體，是以紙質教材與移動終端互動的可視化教材。教材編排立足于崗位核心及鞥呢，培養學生自主學習能力。稻谷加工立體化教材結合AR 技術，學生可在手機上查看立體化資源。教材內容按照學生職能 能力提高編排項目，包括稻谷清理、礱下物分離等；通過與制米企業技術人員討論篩選生產作業與社保故障檢測內容，包括不同粒形谷物的加工，混雜雜質含量高的稻谷加工，振動篩故障檢測，礱谷機故障檢測，色選機故障檢測等。

四、結語

虛擬仿真實踐教學系統提供可交互的整體教學集成方案，從傳統課堂教學轉向交互學習環境，成為教育改革的重要部分。建設稻谷加工仿真實踐教學平臺，可以提升教師業務水平，通過應用教學平臺，使學生掌握專業技能，提升畢業生就業能力。學生能根據授課教師安排完成學習任務，包括作為模型功能組成及作為運行結果分析，通過引導學習建模環境，掌握模型的運行。大部分學生提交模型運行報告內容充實，表明平臺能提高學生運行作為建模能力。