動物營養與飼料加工課程虛實結合課堂改革探索

摘" 要：動物營養與飼料加工是一門專業實踐性較強的課程，該課程的實踐場所往往以校外的飼料加工廠為主，使得學生不能隨時隨地進行實踐操作，如將虛擬仿真技術運用到課程實踐過程中，來構建一個接近現實工作場景的3D虛擬飼料廠，不僅可以解決該課程實踐過程中很大程度依賴于校外實訓的問題，還能激發學生學習的積極性，提高他們的專業技能。

關鍵詞：動物營養與飼料加工；虛擬仿真；課程改革；畜牧獸醫；實訓

中圖分類號：G641" " " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-9902（2023）16-0157-04

Abstract： Animal Nutrition and Feed Processing is a highly practical course. However， the practice places of this course are often feed processing plants outside the school， so that students can not practice anytime and anywhere. For example， virtual simulation technology is applied to the course practice process， so as to build a 3D virtual feed factory close to the real work scene. It can not only solve the problem of relying largely on off-campus training in the practice of the course， but also stimulate students' enthusiasm for learning and improve their professional skills.

Keywords： Animal Nutrition and Feed Processing; virtual simulation; curriculum reform; animal husbandry and veterinary medicine; practical training

隨著社會的不斷發展和各個領域技術的不斷進步，高等院校培養技術人才有了更高的要求和挑戰，傳統的教學手段和方法已難以滿足高等院校基礎實踐性專業課程對新教育背景的需求。當前，我國高等職業教育的任務是創新教育思想和理念，改革人才培養模式，以課程改革為核心，實現課程體系、教學內容、教學方式和教學手段的現代化，培養生產、建設、管理、服務第一線的高素質技能型人才[1]。以數字化學習資源為核心的現代信息技術成為實現這一目標任務的重要載體和手段。因此，要加快推進高等職業教育信息化建設，加強優質教育資源開發與應用，提高教師的信息化技術水平。數字化學習資源的開發與應用將豐富學生的學習途徑，激發學生學習熱情，提高專業學習效果[2]。

1" 課程背景現狀及存在的問題

動物營養與飼料加工課程是畜牧獸醫專業核心課程之一，同時也是一門專業實踐性較強的課程，實踐主要內容包括：飼料加工廠布局建設、飼料加工工藝流程識別與控制及飼料加工設備的認識和原理的掌握等，因此在教學過程中需要為學生提供更多的實踐機會，以便為學生將來從事飼料加工及檢測工作提供理論與實踐基礎。但是，本課程的實踐場所往往以校外的飼料加工廠為主，由于飼料廠的主要任務是生產，所以并不能為學校的實踐活動提供足夠多的次數和時間，而且飼料加工廠的實踐活動大多只能以觀摩為主，不能近距離地接觸到各種加工設備，這嚴重影響了學生的動手能力，而且機械的教學手段也使得學生缺乏感性認知，產生知識理解上的困難，無法使學生理解所學基礎知識的意義，不能夠激發其學習興趣，使其在后續專業課程的學習中不能主動地應用本課程所學基礎知識。因此，本課程的實踐教學環節需要進一步進行優化改革[3]。

2" 課程虛擬仿真建設的意義

虛擬仿真實驗教學項目作為高等教育信息化的重要建設內容之一，國家計劃從2013年起在全國建設500個虛擬仿真實驗教學中心，目前大多高職院校主要以數字化課程資源建設和課程教學模式改革并舉措施，基于網絡教學平臺幫助教師管理教學活動、積累教學資源、展示教學成果、提高教學質量，開展網絡課程建設和數字化資源開發[4-7]。隨著各項技術的進步，傳統實踐教學受時間和空間制約的缺點，正在被虛擬仿真實驗教學不斷優化，虛擬仿真技術可以構建出高度仿真的虛擬實驗環境和實驗對象，學生可以在虛擬仿真環境中隨時隨地進行實驗，以達到改善教學效果的目的，由此帶來教學手段和考核模式的改變。將動物營養與飼料加工實訓課程進行實踐和虛擬相結合，并進行資源共享，可以使學生不受場地與設備的限制，及時學習掌握飼料加工過程及檢測方法，提高了學生對實訓學習的積極性，增強了學生的動手能力，為以后的工作提供實踐經驗[8-10]。

3" 飼料加工課程虛擬仿真系統建設內容

3.1" 飼料加工廠廠區布局

飼料加工廠廠區組成布局：行政區介紹、生活區介紹、輔助區介紹和生產區介紹。行政區主要包括辦公室、財務室、會議室和接待室等，是飼料廠行政機構的主要辦公場所；生活區主要包括員工宿舍、食堂、休息室和娛樂室等，是供飼料廠員工生活娛樂的場所；輔助區主要包括原料及飼料的質量檢驗室、原料及飼料樣品儲存室、機械零件及維修工作室等，是原料進廠及成品飼料出廠質量把關的重要場所；生產區主要包括原料庫、生產車間、成品庫，該區塊是飼料加工生產及包裝的場所，也是飼料加工廠的核心區塊。

3.2" 飼料加工工藝流程

飼料加工工藝流程主要包括：原料清理、投料、一次粉碎、一次混合、超微粉碎、二次混合、制粒工序和成品打包。首先是原料清理與投料工藝，原料經過刮板機、提升機進入圓筒初清篩，后經過分配器進入到普通粉碎機進行一次粉碎，一次粉碎過的原料進入配料秤進行稱重后進入混合機進行一次混合，混合后的飼料進入超微粉碎機進行超微粉碎，接著進入冷卻風機進行冷卻，再通過配料秤、混合機進行二次混合，然后進入到飼料的制粒工藝，該工藝包括硬顆粒、軟顆粒及膨化顆粒工藝，可根據不同顆粒飼料的特性和應用場景來選擇相對應的制粒工藝，制粒完成后的飼料經過包裝運送至成品庫。這個模塊的整個流程均為3D虛擬仿真，由鳥瞰、整體、局部等多個視野組成，學生可以與飼料廠零距離接觸，觀察到每一個飼料加工工藝流程。

3.3" 飼料加工設備

飼料加工設備介紹包括：加工工藝設備介紹及原理視頻展示。加工工藝設備有：提升機、冷卻風機、分配器、粉碎機、配料秤、混合機、超微粉碎機、分級篩、冷卻機、噴涂機、烘干機及制粒機等。原理視頻展示包括飼料加工工藝設備的原理及運作模式展示，飼料從原料到成品的工藝流程展示，飼料加工廠及加工設備3D模型展示等，使學生可以觸摸到每一個飼料加工設備。3D飼料廠虛擬實訓系統建設內容如圖1所示。

實訓系統主要內容包括：實驗目的、基礎知識、實驗步驟提示、實驗流程和課后鞏固等。其中實驗流程內容學生可在“自由模式”“劇情模式”“考核模式”三大模式進行選擇，自由模式有飼料廠沙盤結構，超微粉碎機視頻動畫展示等（圖2），實訓環節也從單一的實踐操作轉向虛實結合，學生可以利用電腦參與到飼料生產過程中，通過飼料生產流程學習到每個環節的重點知識，同時，每個環節都有相應的貼合實際生產的考核。在原料的接受和清理環節，學生可以進行虛擬操控并了解飼料原料接收、清理的基本特點及要求，掌握常用篩選設備及磁選設備的結構及工作原理，教師可以通過不同的飼料原料應該選用怎樣的篩選設備及磁選設備的方式對學生進行考核；在飼料粉碎環節，學生可以了解飼料粉碎的目的、要求、粉碎原理與方法，還可以在3D模式中通過對不同粉碎機的各個部件進行拆分學習，以掌握不同粉碎機的結構、工作原理、工藝參數和影響粉碎效果的因素（圖3）；在飼料的混合環節，學生可以了解飼料混合的目的、不同狀態飼料混合的方法，掌握不同混合機的結構、工作原理及性能要求；在制粒工藝環節中，可以利用不同的制粒設備進行制粒，并在制粒過程中掌握制粒設備的工作原理，以及不同顆粒飼料的特性和應用場景，教師可以通過制粒的選擇和制粒設備的實時操作對學生進行考核。虛擬仿真系統把飼料加工廠搬到了學生的面前，使學生不受場地與設備的限制，可以反復操作，熟練掌握技能，學生可以沉浸式體驗整個飼料加工設備及飼料加工流程。

4" 虛擬仿真在實訓教學中的優勢

4.1" 提高學生的實踐能力

虛擬仿真技術可以使實訓課程與前沿技術相結合，構建更加接近接近現實工作場景的教學實踐情境，實現虛實結合及資源共享，使實驗實訓教學有一個本質的提升，在課堂教學中，將各種先進的教學方法有機融合，提高課堂教學效果，使學生理論課堂學到的知識在虛擬仿真實驗室得以鞏固，實現高水平的“教、學、做”一體化[11-12]。虛擬仿真教學具有較強的擴展性和較大的開放性，使學生能夠不受場地與設備的限制，及時學習掌握飼料加工過程中的技術方法，增強學生的動手能力，為以后的工作提供實踐經驗[13-15]。本著教學內容突出職業需求和實踐能力培養的原則，以應用為目的，將虛擬仿真技術應用到動物營養與飼料加工實踐課程中，彌補了動物營養與飼料加工實訓課程學生現場實踐的局限性，借助虛擬仿真實驗技術，使理論與實踐相輔相成，為學生建立一個不受時間和空間限制的實踐場所，確保每位學生都能夠參與其中，達到學生1人/組的實踐教學要求，實現實踐教學資源全面覆蓋，使學生能近距離參與飼料加工及檢測的每一個環節，接觸到每一個儀器設備，以此激發學生的學習興趣，解決本課程實踐過程中很大程度依賴于校外實訓場所的問題，讓學生能夠及時學習掌握飼料加工過程中的技術方法，增強學生的動手能力，為以后的工作提供實踐經驗。

4.2" 提高學生的創新能力

通過虛擬仿真實驗系統建立課程實訓基礎，加強學生自主學習的能力，使學生可以自己動手建立虛擬飼料加工廠，并完成飼料生產的各個環節，包括飼料加工廠廠區布局建設、飼料加工工藝流程識別與控制、飼料加工設備的選型與操作維護及飼料的檢測分析等，從中學習到每個設備的原理、特點及使用方法，了解飼料加工和檢測的整個流程步驟。而后，通過系統的考核模式完成從書面考核到實踐考核的轉變，打破傳統的考核模式。通過建立動物營養與飼料加工實訓課程虛擬仿真實驗向學生提供一個自由開放式的實驗環境，使學生可以隨時進行實踐操作，同時鼓勵學生通過虛擬仿真實驗平臺進行自由探索，來培養學生自主創新的能力，這對學生的學習興趣能夠起到正面的激發作用。同時，以現代化信息技術為工具，來幫助學生更容易地掌握本行業的技能，并快速適應高新技術的發展，使學生能隨時追蹤新技術和新設備，促使學生對新型科學技術更加感興趣， 并借助新型信息化力量激發學生的知識遷移能力，讓學生能夠借助其他領域的先進科學力量為自身行業服務[16-17]。

通過新型信息技術在實訓課程中的運用，以引導的方式讓學生發現并探究科學技術的多維性，同時可以組織老師聯系學生的科學探究團隊，以理論教學為基礎，以先進科技為平臺，為學生提供指導和幫助，進一步挖掘學生的主觀能動性和創新性[18-19]。使學生思維的變通性、靈活性和發散思維提高到一個更高的水平上，形成發現問題、分析問題，并能夠借助科技解決問題的思路。加強學生理論與實踐相結合的能力，使學生擺脫理論上的飼料加工廠，真正學習到飼料加工及檢測的整套環節，即飼料加工廠廠區布局建設、飼料加工工藝流程識別與控制、飼料加工設備的選型與操作維護及飼料檢測分析等實踐，通過虛實結合的訓練，使學生提高自己的專業技能[20]。

5" 未來展望

現有的3D飼料廠虛擬實訓系統僅包括飼料加工廠廠區組成布局、飼料加工工藝流程、飼料加工相關設備等仿真實踐內容。還不能滿足飼料檢測分析方面的虛擬仿真需求，包括飼料的物理性狀檢測和化學分析中的水分、粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、粗灰分和鈣及總磷等成分的測定等，系統在這個方面還需要進一步的優化。同時，在虛擬仿真系統校際資源共享方面還存在不足，未來可以依托課程資源平臺進行虛擬仿真系統校際資源共享，在虛擬仿真中心的基礎上，將虛擬仿真系統引入到學生的手機端，讓學生可以隨時隨地進行學習和練習。同時改變現有的實訓環節考核模式，實現從卷面考核到虛實結合考核的轉變，改變線上學習模式實訓操作不足的短板。

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