“粮食储藏”课程虚拟仿真实验教学模式初探

李 雪，高红梅，郭元新，丁志刚

（安徽科技学院食品工程学院，安徽滁州 233100）

随着我国粮食加工产业的发展，对粮食工程毕业生的专业能力和综合素质要求越来越高[1]，培养高层次、创新型人才和高技能型粮食专业人才，切实加强粮食行业人才队伍建设成为粮食工程专业的首要任务[2]。“粮食储藏”课程作为粮食工程专业一门必修课，是以微生物学、谷物加工工艺与设备、粮油品质检验与分析等多门学科为基础的应用课程。“粮食储藏”课程实验是支撑“粮食储藏”课程教学的重要内容，目的在于进一步加深学生理解粮食储藏基础知识的认知能力，提高学生应用粮食储藏技术的实践能力。虚拟仿真实验平台通过可视化的互联网环境模拟粮食仓储过程中的一系列过程，提高学生对粮食储藏技术的应用能力；虚拟仿真实验教学在“粮食储藏”课程实验教学中的应用还处于开发阶段，主要论述“粮食储藏”课程虚拟仿真实验教学的方法，以弥补传统实验室教学模式的不足。

1 虚拟仿真实验教学应用现状

在互联网技术蓬勃发展的背景下，教育部于2013年做出进一步建设国家级虚拟仿真实验教学中心的部署[3]。目前，使用VRML和Flash技术的虚拟仿真技术占大多部分[4]，其中中国农业大学、同济大学、中国科技大学等高校正在积极开发虚拟实验室，已有部分软件进入推广实用阶段。虚拟仿真实验教学模式相比于实验室教学而言具有较高的安全系数，同时激发学生学习自主性，提高实验课教学的参与性，尤其是对新技术和新方法的推广有较强的操作性。

2 “粮食储藏”课程虚拟仿真实验教学模式的构建

2.1 传统“粮食储藏”课程教学模式存在的问题

“粮食储藏”课程通过讲解粮食籽粒的化学特性和粮食储藏技术，提高学生在粮食储藏过程中解决实际问题的能力，由于涉及的知识面较广泛且知识点繁琐，学生多以机械记忆的方式来学习和考试，最终导致“粮食储藏”课程教学效果不佳。多数“粮食储藏”实验课程中很难通过实践环节感知粮食储藏过程中的品质变化，尤其是外界环境条件变化对储粮生态系统的全面影响，同时不同品种的粮食籽粒在储藏过程中也会受到时间、地域条件等因素的影响，造成部分实验无法在实验室中开展。再者，涉及到储藏技术的教学内容一般通过课堂讲授的方式进行，缺乏设备的配合，如粮堆的湿热扩散、吸附滞后现象、干燥技术、通风技术等储粮技术的应用，即使通过参观企业也无法全面了解，实验环境和实验设备的缺乏，对学生分析及解决问题的实践能力也有所影响，难以激发学生的积极性和创造性。最后，在新技术和新方法方面无法及时学习更新，极大地影响了学生的学习兴趣。因此，虚拟实验教学平台的建设也是对“粮食储藏”课程教学改革的重要举措。

2.2 “粮食储藏”课程虚拟仿真实验教学模式的构建理念

“粮食储藏”课程虚拟仿真实验教学模式的构建以“粮食储藏”课程理论知识为基础，融合虚拟仿真互联网技术，构建一个具有“粮食储藏”课程的学科特点、丰富粮食工程专业知识的虚拟平台，应用到理论课和实验课的教学活动中，丰富教师的教学手段、增强课堂的趣味性、提高学生的学习效率。

2.3 虚拟仿真实验教学模式拟构建内容

拟应用“粮食储藏”虚拟仿真实验教学平台，形成认知、技术和实践3个模块，涵盖11个主题的实验教学体系[5]。

“粮食储藏”课程虚拟仿真实验教学模式构建方案见图1。

图1 “粮食储藏”课程虚拟仿真实验教学模式构建方案

2.3.1 “粮食储藏”课程虚拟仿真实验教学的认知模块

“粮食储藏”课程认知模块的虚拟仿真试验将建立粮食籽粒、储粮害虫、储粮微生物等储粮生态系统中生物成分的数字切片系统，利用数码显微结合扫描软件建立数字化储粮生态系统的生物成分切片库，为学生提供观察粮食籽粒化学结构、储粮微生物、储粮害虫的结构与形态，模拟粮食籽粒的萌发与后熟现象，更加系统全面地认识储粮生态系统中生物的种类及其各自的形态特征和生活史。加深学生对基础知识的掌握，为开展深入研究提供知识储备。

2.3.2 “粮食储藏”课程虚拟仿真实验教学的技术模块

“粮食储藏”虚拟仿真实验教学技术模块拟进行粮食储藏技术的虚拟仿真试验，结合粮食储藏管理技术、智慧粮库、粮食加工设备等相关领域取得的先进技术和科研成果进行融合设计，具体包括模拟储粮的通风与密闭试验、粮食干燥试验、粮食低温储藏试验、粮食气调储藏试验虚拟仿真操作系统，用计算机模拟储粮生态系统在储藏过程中的变化，学生可以真实地观察到储粮生态系统中的每个阶段粮温、仓温、仓湿、气体成分等非生物成分的变化，增强“粮食储藏”课程实验的直观效果，包括模拟粮堆物理性质，储藏过程中温度、湿度、害虫和水分含量的检测，如何实现粮食的通风和密闭操作、如何实现粮食的气调储藏、如何实现粮食的低温储藏等操作，具有较强的操作性。

2.3.3 “粮食储藏”课程虚拟仿真实验教学的实践模块

粮食储藏技术实践模块主要是针对不同储藏环境中的储粮生态系统的变化，选择粮食储藏技术进行人工调节，具体包括粮堆发热控制、粮食结露控制、粮堆霉变控制、粮堆生虫控制等粮情变化控制，通过自主寻找粮情变化的原因结合粮食储藏技术制定控制措施，学生可以设定实验条件如温度、气体成分、湿度等，观察整个储粮生态系统的变化。在虚拟仿真实验平台下进行操作，可以突破实验室教学因实验条件、实验设备、实验场地等条件限制无法完成的综合设计性实验，能使学生更准确地完成实验并且学有所长，推动“粮食储藏”课程在实践应用方面的创新与改革。

虚拟实验平台可以模拟发生粮食安全事故的应急处理操作，例如对粮堆进行熏蒸操作时因熏蒸剂剂量控制不当引起的中毒事故、平整粮面时发生的掩埋事故、处理挂壁粮食时发生的砸人事故等安全事故，学生可通过模拟平台避免因粗心大意引发的不必要问题，增强学生的自我保护意识和应急防范的能力，提高学生对突发事故的处理能力。

“粮食储藏”课程虚拟仿真实验教学模式的构建预期得到的如下效果：①丰富理论课教学模式，将理论课于虚拟实验结合，让书本的文字生动有趣，提高课堂互动性；②创新实验课教学模式，由教师讲授的被动学习转变为以学生为主体的自主学习，突出实验课教学的设计性和综合性，增强“粮食储藏”课程教学的开放性；③改进考核方式，虚拟实验课程成绩并入总评成绩，使期末成绩更加具有代表性[6]。

2.4 虚拟仿真实验教学团队建设

虚拟仿真实验教学团队建设是虚拟实验教学运行的基础。“粮食储藏”课程虚拟仿真实验教学团队的组建需要具有粮食工程专业知识和互联网教学基础教师的参与，教学团队包括学习能力强的青年教师作为后备力量；视野开阔、教学经验丰富的教师作为中坚力量，负责虚拟实验教学平台教学期间的操作管理、系统的维护升级和优质教学资源融合与应用。

3 结语

随着虚拟仿真实验教学平台的兴起，未来这种融合高端的互联网技术、高度的交互性、学习资源的共享性和开放性为学生的学习、实验提供良好的资源基础，让学生有充足的学习空间和实验条件，完成理论课与实验课的完整契合。在实践教学中有着显著优势和良好的应用前景，也为实验室的发展带来了新的方向。