虚拟仿真“金课”在应用型课程教学中的建设初探

金 嫘，查恩辉，周铭懿，孙 晶，屈 影，黄云坡

（锦州医科大学食品科学与工程学院，辽宁 锦州 121000）

2018年6月，教育部召开新时代全国高等学校本科教育工作会议，该会议的重要精神之一就是“加强学习过程管理”，淘汰“水课”、打造“金课”。“金课”就是“一流课程”，旨在培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维；课程内容要有前沿性和时代性，教学形式要体现先进性和互动性，学习结果要具有探索性和个性化；课程要有一定难度，教师备课、讲课与学生课上课下的学习都要投入[1]。关于“金课”的标准，教育部高等教育司司长吴岩提出了“两性一度”，即“高阶性、创新性、挑战度”，提出建设五大“金课”目标，包括线下“金课”、线上“金课”、线上线下“金课”、虚拟仿真“金课”和社会实践“金课”[2]。虚拟仿真技术与计算机技术联合，创造出许多实践环节的虚拟场景操作软件，在生动性、直观性等方面取得了很大进步。虚拟仿真教学模式的诸多优势能够弥补应用型教学中实践环节的不足，满足“金课”一流课程的教学要求。因此，基于虚拟仿真技术的“金课”教学模式值得构建和探讨。

1 应用型课程实践教学中存在的问题

1.1 线下实践教学成本高和适应性差

实践教学占专业人才培养体系的比重应遵循教育部颁布的相关专业类人才培养质量标准[3]。传统实践教学一般分为校内实践和校外实习。校内实践设备、场地等不足，与生产实际存在一定差距，学生衔接适应能力差。而校外实习，由于企业在客户保密、技术保密等方面有诸多顾忌，学生的实习能力提高缓慢，往往流于形式，实习效果不佳。乳品科学与技术课程实践教学内容包含巴氏杀菌乳、奶酪、冰淇凌等乳制品的生产，生产线占用空间大、设备维护费用高、开机使用成本也高，每年学生的实践教学都存在一定问题[4]。

1.2 线下实践教学易忽略学生的实践素质差异

实践教学在应用型课程中起着理论与实际相衔接的重要作用，是学生在校学习到就业的重要过渡环节。传统实践教学较为集中，技能训练比较规范，对学生的技能评价比较一致，容易忽略学生的个性和实践素质差异。传统乳品科学与技术课程实践教学中，喷雾干燥环节、巴氏杀菌操作环节的实践操作偏于集中，抑制了学生的创新性和研发潜能，急需引入可视化、可重复性操作等教学形式。

1.3 线下实践教学升级难和重复性差

传统的实践教学模式在硬件和软件上都存在与企业脱轨、教学内容相对落后的情况。一些高校的实践教学内容由于硬件资源配置老化、教学内容滞后等原因难升级，脱节严重。软件方面包括教学方法单一、教师水平和经验有限，往往采用传统教学模式，创新性差。另外，课程中的一些实践教学内容实操的重复性受原料、流程、温度、时间等影响，使学生技能掌握参差不齐。

2 虚拟仿真技术融入“金课”取得教学新突破

2.1 虚拟仿真技术促进实践教学多元化

虚拟仿真实践教学是教育领域顺应时代发展、产生技术与互联网结合的新事物，虚拟的实践环境，再现实践真实场景，带动了应用型课程教学模式的改革与发展[5]。通过虚拟仿真实践教学，使学生对理论和实践有了更深的了解。教学质量大大提高，实验过程自主化，实验内容多元化、智能化，教学方式多样化、时代化。对于学校，通过虚拟仿真实践教学模式的运行，减少了设备、仪器的投资和维护费用，节省下的资金可以用到更多需要投资的地方。虚拟仿真教学模式解决了应用型课程中实践环节难开展的难题，例如，新冠肺炎疫情期间，乳品科学与技术课程中的切达干酪的生产实验内容，采用由北京东方仿真软件技术有限公司开发的易思虚拟仿真软件进行线上教学，解决了线下实践无法操作的难题。

2.2 虚拟仿真技术赋予“金课”更多优势

虚拟仿真技术在“金课”的打造中展示了诸多优势：（1）以工艺流程为主线，以理论教学内容为考察点，培养学生自主探索的学习能力。（2）充分融入前沿科技，紧跟时代发展步伐，创造与实际工厂匹配度高的虚拟学习环境，增强学生的自主学习能力、独立思考能力[6]。（3）虚拟仿真教学是以面向“新工科”和“双创”能力培养为宗旨，以共享优质资源为重点，极大推动了高校实践教学的改革和创新。（4）虚拟仿真教学是高等教育信息化建设和打造“金课”的重要内容，形成学科交叉、学科互助的新型教学模式，体现“金课”的创新性、高阶性。（5）赋予“金课”多层次、立体化、虚实结合、教研互补的教学特色，与传统教学模式相比，教学内容更加丰富[7]。

3 应用型课程虚拟仿真“金课”教学模型构建

3.1 课程体系构建

乳品科学与技术课程经过多年建设拥有完善的网络课程资源，结合教学目标，突出医学院校食品与药品加工技术特色，在理论教学基础上，加大实践教学力度，配备校内、校外实训课程。在“金课”建设过程中，针对实践性强的奶酪加工技术、酸奶加工技术章节开展虚拟仿真教学，先进行2学时的理论教学，再进行2学时的虚拟仿真教学。

3.2 教学内容构建

严格把控教学重点、难点，做好教学内容规划，是打造高质量“金课”的重要举措[8]。在线上线下混合式教学基础上，将重点章节，如奶酪生产、酸奶生产采用虚拟仿真教学，对前期理论教学内容进行适当丰富，引导学生自主学习，主动发现问题解决问题。同时虚拟仿真教学软件中的练习、测试、考试、错误提示功能能构建完整的教学内容体系，有助于学生熟练掌握课程重点，突破课程难点。

3.3 教学要素的创新性整合

打造“金课”，离不开高校教学主管部门、教师群体、学生3个教学要素的配合。学校教学主管部门规范教师群体按照教学规律和学生学习规律对课程的内涵进行充实，引导学生认真参与课程学习，必将不断促进课程“去水增金”。在乳品科学与技术课程中，将虚拟仿真教学融入“金课”建设中，从学生自主学习中归纳总结教学问题，教学管理部门合理反馈，形成软件更新或改善的“初脚本”，对于软件工程师来讲，这些是新融入的教学要素，起到优化教学内容的作用，同时也对教师提出了创新的方向，有利于对接“金课”标准，明确建设“金课”的思路和方向。

4 应用型课程虚拟仿真“金课”建设效果评价

采用电子问卷调查形式调查参与本研究的本学年78名学生，收回有效问卷76份，有效问卷回收率97%。问卷内容包括：对虚拟仿真“金课”的满意度、对虚拟仿真“金课”提升自主学习能力的满意度、对虚拟仿真“金课”提升自身实践能力的满意度（见图1）。同时采集上一学年未参与本研究的学生期末平均成绩（80.24分），与参与本研究的本学年学生平均成绩（82.36分）做简单对比，发现本学年学生期末平均成绩较上一学年高2.12分，表明虚拟仿真“金课”能够一定程度提高学生学习成绩。图1中，对虚拟仿真“金课”非常满意和满意的学生占比为14.62%+73.75%，对提升自主学习能力非常满意和满意的学生占比为23.28%+70.42%，对自身实践能力提升非常满意和满意的学生占比为 15.93%+65.14%，这与目前教学对象多为“00 后”，对于科技接受程度高有很大关系。同时分析由于虚拟仿真教学对于硬件设备要求高，可能会出现少部分安装不兼容的问题，导致无法自主学习。在问卷调查中，学生针对自身情况，也提出了一些对虚拟仿真软件操作的建议，比如声音提示、文字、动画、操作界面颜色、间隔时间等。虚拟仿真教学模式能促进学生积极思考，分析问题，解决问题，提示教学模式改革的有效性。

图1 虚拟仿真“金课”建设效果评价

4.1 虚拟仿真教学对自主学习能力的影响

乳品生产设备的结构、原理、工作过程等内容一直是课堂教学的难点，教师要花费大量的课堂时间讲解，学生被动接受，课堂效果差。演示/虚拟/仿真实验实训（实习）辅助系统、试题库系统、作业系统、在线自测/考试系统等有助于学生实验过程自主化，提高学生自主探究能力。这些资源能锻炼学生自主发现问题、探究原因、解决问题能力，与传统上传下达的单一指令相比，不拘泥课堂，不拘泥统一时间，不拘泥单一效果，给学生提供了自主探究和学习的空间，锻炼了学生自主学习能力。

4.2 虚拟仿真教学对实践能力的影响

图1调查结果显示，虚拟仿真教学能提升学生实践能力。软件界面中画面真实还原工厂内部设备安置、设备运转模式、设备操作技术流程。通过文字、语音及画面演示，立体展示工厂实操，学生通过相关操作提示，手、脑结合，效果逼真，相较于传统课堂的单一演示，每个学生都能针对自己的操作发现问题，充分发挥了学生的主动性，并且配有限时考试，巩固了虚拟实践效果。无论虚拟操作、考试测试都具有可重复性，大大降低了传统教学成本，提高了学生的实践能力。

5 结语

基于时代发展背景，打造“金课”离不开“互联网+”的技术平台，虚拟仿真教学迎合时代需求，教学改革要求，整合教育资源，提升了实践教学质量，为未来教育教学改革找到了突破口，也为线上“金课”的建设提供了完备的技术支持。虽然在探索中也有一定的缺点，比如加工技术流程中有技术难点未详细展开，虚拟仿真内容多元化不足等，笔者认为以此为借鉴，能够为其他应用型学科的“金课”建设提供很好的思路。