酿酒工程专业实践教学模式创新之虚拟仿真教学

朱莉莉，曾 勇，罗惠波，李 东，卫春会，谢 军

（1.四川轻化工大学，酿酒生物技术及应用四川省重点实验室，四川宜宾 644000；2.四川酒业茶业投资集团有限公司，四川宜宾 644000）

被称为世界六大蒸馏酒之一的中国白酒，有着源远流长的酿造历史、精湛的生产工艺和丰富的酒文化在世界发展中有着浓墨重彩的一笔。随着现代科学技术的发展，白酒产业既在传承也在不断地更新、发展，不断地融合先进的科学技术，取长补短，极大地推动了我国白酒产业的发展[1]。四川轻化工大学前身为华东化工学院（现华东理工大学）西迁至四川自贡建立的西南分院，后经逐步发展、建设直至今日。学校自1983 年开办发酵工程专业，是全国较早开办发酵工程专业的高校之一，历经30 余载的励精图治，逐步形成了以“白酒酿造”为主要方向，辅以食品和造纸等地方特色产业的办学模式，具有鲜明的办学特色。并以生物工程专业为基础，于2011 年，成立酿酒工程专业并开始招生，2015年，升格为重点本科招生，成为在全国开设酿酒工程专业最早的高校之一[2]。中国白酒泰斗沈怡方老先生曾对四川轻化工大学在白酒人才培养方面做出的突出贡献表示称赞，赞其为“中国白酒人才培养的摇篮”。

1 酿酒工程专业的特点

酿酒工程专业既是传统型专业也是新兴专业，与其他专业既有交融也有其独特的魅力。其实质是一个以多个学科交叉形成的理论知识系统为基础，结合工程技术、实践训练等实践教学的工科性质专业，其本质是要培养学生在具有良好的政治和文化素质的基础上兼具微生物学、生物学、物理化学、工程学和管理学等基础理论知识。经过4 年的学习能够系统地掌握酿酒工程专业所要求的基础理论知识、相关专业知识、数据分析处理、基础实验室操作技能等专业技能，毕业后能胜任与酿酒相关的科学研究、技术研发、产品创新、产品销售、文化推广、教育教学等工作，成为知识面广、技能全面、适应能力强的多层次、多方位的人才[2-3]。酿酒工程专业人才的培养既可以解决当前白酒产业面临的生产技术落后、专业人才缺乏、从业人员老龄化，文化水平低等问题，同时可以推动传统产业向现代化、机械化、智能化、信息化发展，助推中国白酒产业改革升级，逐步接轨国际市场，再次进入迅猛的发展阶段。

2 酿酒工程专业实践教学

综合性和实践性是酿酒工程专业最主要的特点，要求在教学过程中要注重强化锻炼学生的操作能力、分析和解决问题的能力，这就要求课程内容既要涵盖广也要注重实践教学的合理安排，通过多层次、立体化、全方位的教学设计，形成完善的实践教学体系[4-5]。当前四川轻化工大学酿酒工程专业实践教学以实践、创新能力的培养为主线，以实验教学为基础，充分结合校内、校外实践教学，创建了基础实验实践、专业实验实践、工厂实践等多层次实验教学体系，多层次的教学体系极大地推动了酿酒专业人才的培养。当前实践教学体系主要包括基础实验、专业实验和工厂实践三部分，具体如下。

2.1 基础实验实践

基础实验实践教学是所有实践教学的基础环节，既是让学生积累基础实验、实践的知识，培养学生的动手能力，也是为后续实践教学培养一个良好的行为标准。目前主要环节有，以分析化学实验、有机化学实验、物理化学实验和化工原理实验为主的基础化学实验；以生物化学实验、微生物实验、微生物菌种选育实验为主的生物学实验和培养学生机械技术制造基本工艺方法和技术的金工实习等。

2.2 专业实验实践

酿酒工程专业涵盖了白酒、啤酒、果酒、黄酒等酒类的专业知识学习，在专业实验模块设计时，需要考虑每种酒类的生产工艺、生产设备、酿造条件等，鉴于实验室的环境限制，主要设计了覆盖面较广、综合性强的实验，如米酒、黄酒和小曲白酒以及部分果酒实验等。在所有专业课程学习结束后设置了工厂实践认识环节，学生将所学知识与实践进一步联系起来，最后在专业教师的指导下，利用4年所学知识完成毕业环节，整个大学期间学习的知识内容得到总结和升华[5]。

2.3 工厂实践

工厂实践既是工科类大学生必经的环节，也是教育部对工科类院校重点考察的内容。工厂实践可以使学生将所学的专业理论知识与具体的工程实践、生产劳动相结合，锻炼学生对实际生产的认识，增强学生对工程的认知，极大地缩短学生与社会之间的距离，将学生在短期内培养成具备独立创新意识和较强工程综合能力的优秀专业技术人才[6-7]。

为了更好地做好学生的工厂实践环节，各大高校都在摸索符合自身教学的实践体系。四川轻化工大学一直致力于提升学生的工厂实践能力，与多家酒企签订了校企合作基地协议，如泸州老窖股份有限责任公司、舍得酒业股份有限公司、绵阳丰谷酒业有限公司、宜宾六尺巷酒业有限公司等，并与数十家企业建立了长期的产学研战略合作关系，联合建成了多个企业技术中心[8]。

虽然当前四川轻化工大学在实践教学方面已取得一定的成果，工厂实践资源和模式也很多，但从近年来调研反馈的信息分析来看，现行的工厂实践环节出现了一些问题。一是学生到工厂后无法将所学知识与实际及时联系在一起，面对工厂的陌生设备、器具、生产场景很难吸引学生产生兴趣；二是考虑安全因素，实际生产中大部分环节学生无法自己动手参与，只能在操作现场观摩，难以全面掌握生产流程；三是从教学成本考虑，学生到工厂实践的时间和次数是有限的，只能在规定时间内进行学习，无法做到将所学理论知识与实际生产相结合。基于当前实践教学模式面临的各种难题，迫切需要创新和完善现行实践教学模式，将先进的科学技术转化为与高校相实宜的教学设备和软件，从而丰富教学手段，从多角度提高学生的学习兴趣，高质量完成学生的实践教学环节。

3 虚拟仿真技术与实践教学的结合

近年来，信息技术发展迅猛，各种新兴技术不断涌现，为教育事业提供了新的技术手段[9]。其中的虚拟仿真技术(Virtual Reality，VR)，在教学中已经逐步开始使用，该技术是从20 世纪开始逐步发展起来的一项全新技术，囊括了计算机、电子信息、仿真技术于一体，通过计算机模拟虚拟环境从而给人以环境沉浸感，在虚拟环境体验真实感[10]。教育部分别于2017 年、2018 年、2019 年发布政策性文件，支持各高校建设虚拟仿真实验中心[11-14]，积极地推动了虚拟仿真技术在教学中的推广应用。

为解决当前酿酒工程专业在实践环节存在的诸多问题，2017 年四川轻化工大学，生物工程学院研发了行业内第一套白酒生产虚拟仿真软件，即《五粮浓香型白酒生产虚拟仿真软件》，拟用于酿酒工程专业的实践教学环节，从而进一步完善酿酒工程专业的实践教学体系。本套仿真软件主要从五粮浓香型白酒生产工艺关键控制点对浓香型白酒的酿造流程进行了模拟，具体如下。

3.1 浓香型大曲的制曲环节

大曲是整个浓香型白酒酿造的“动力”来源，曲的质量与酒质密切相关。本环节以浓香型白酒大曲制曲车间为蓝本，利用虚拟仿真技术模拟实际生产流程，将制曲过程中的工艺关键控制点设为可操作点，如润麦、粉碎、拌料、成型、入房、培养发酵、入库储存等，学生通过操纵关键控制点既可以更好地学习制曲工艺，也可以通过多次重复操作学习进一步加深对实际生产的了解，真正做到学以致用[15-16]。

3.2 原料及曲药粉碎环节

浓香型白酒酿造过程中所使用的原料和曲药都需按照特定的粉碎度进行粉碎，确保原料能很好地蒸煮糊化以及与微生物之间发生反应，以保证整个酿酒过程的顺利进行。本环节以浓香型白酒厂粉碎车间为模型，通过模拟原料、曲药粉碎，装袋，输送等关键工艺环节，学生通过操纵这些工艺控制点可以更直观的学习粉碎车间的知识[17]。

3.3 传统手工酿造环节

作为我国传统产品，浓香型白酒一直是采用的传统手工酿造。本环节以五粮浓香型白酒传统手工酿造车间为蓝本，将抽黄水、剥窖皮泥、起糟、续糟配料、上甑蒸馏、量质摘酒、蒸粮、出甑、打量水、摊晾、拌曲入窖、封窖等生产工艺关键点通过虚拟仿真技术进行模拟，通过模拟实际生产使学生在实验室中即可完整学习实际的酿造过程[18-19]。

3.4 机械化酿造环节

随着社会和科技的不断进步，传统手工酿造受到了一定的挑战，为更好地应对社会及消费者需求的不断变化，浓香型白酒企业在努力做好传统工艺的同时，也在不断地探索机械化生产工艺，经过多年的不断实践，大部分浓香型白酒企业已实现不同程度的机械化生产。本环节以机械化酿造工艺为参照，对机械化生产所使用的各项机械设备进行模拟，如行车、拌料机、自动化甑子、自动摘酒机、摊晾机等[20-27]，在教学过程中既可以避免机械对学生带来的潜在危害，也可以更为真实地接触机械设备，达到现场教学无法达到的效果。

3.5 贮存、勾兑与调味环节

优质浓香型白酒一般经过一年的贮存，新酒的刺激性和辛辣感得到明显减轻，而口味变得醇和、柔顺，香气风味也都得以改善，此过程称为酒的贮存、老熟[28]。老熟后的原酒还必须经过勾兑与调味之后方能出厂，采用调味酒来改变基础酒中各种芳香物质成分的配合比例的过程称为勾兑与调味，能够极大地稳定酒质、提高优质酒的比率，被酿酒行业公认为名优白酒生产工艺中非常重要的一环[29]。本环节以白酒贮存、勾兑与调味车间为参照，通过对白酒贮存区、白酒勾兑和调味车间仿真模拟，创造一个虚拟的学习环境，学生在本环节既可以认真观察不锈钢罐和陶罐贮酒区，还可以亲自动手参与白酒的勾兑与调味，经过多次的学习可以获得现场教学所达不到的教学效果。

3.6 灌装与包装环节

灌装与包装车间是白酒生产环节的最后一步，对于环境及操作人员卫生有较高的要求，学生在现场学习过程中以观摩学习为主，很难得到亲自动手的机会。通过仿真模拟技术，学生可以在实验室中参与从洗瓶、灯检、灌装、灯检、封口、验酒、贴标到包装等整个生产流程[30]，可以达到现场教学难以实现身临其境参与和多次学习的目的。

3.7 紧急事故处理环节

在实际生产过程中会面临着一些紧急事故的发生，为了保护企业从业人员的身体健康和生命安全以及企业资产，同时保证如果在日常生产过程中出现安全事故时，能够及时进行应急救援，从而最大限度地降低生产安全事故给企业及企业员工造成的损失，企业一般会定期对员工进行应急事故培训，设立应急预案。鉴于实践教学过程中无法遇到常见的紧急事故，本环节通过虚拟仿真技术模拟白酒酿造过程中常见的事故，如机械伤害事故、触电事故、火灾事故、窖池中毒窒息事故、烫伤事故、玻璃器皿划伤事故等常见事故[31]。通过模拟操作亲自参与事故的处理过程，了解、学习面对事故发生时处理流程，掌握正确的应急处理方法和相应措施，形成安全操作理念，在面对突发事故时知道如何进行自救与救人。

白酒生产虚拟仿真软件已在四川轻化工大学酿酒工程专业实践教学环节进行了试用，在学生中取得了较好的反响，学生对于新形式的、寓教于乐的教学方式充满了浓厚的兴趣，对于仿真软件中所涉及的专业知识产生浓厚的学习兴趣。与生产一线仿真度极高的虚拟仿真教学资源的应用，极大地缩短了理论与生产实践的距离，学生在理论课程行课中或课程结束后能够在虚拟仿真实验中及时巩固理论知识，了解生产现场、学习生产设备、生产工艺及工艺关键控制点等，能够及时将理论知识与生产实际相结合，培养学生理论联系实际的能力，更好地提高学生的专业动手能力、工程实践能力和综合素质。

4 结语

虚拟仿真教学环节在酿酒工程专业培养计划中位于理论课与中试生产、生产实习之间，构成了完整的“四级”教学模式，即理论学习结束后，经过虚拟仿真的学习，再经中试生产车间的“准生产”学习，最后到生产实习环节进入生产一线学习，完成4 个阶段性的学习，既巩固了所学的专业理论知识，又在由浅入深的实践学习环节的实际锻炼中，学生的工程实践能力和创新能力得到切实提高。同时也解决了生产实践面临的学生安全问题、组织次数少、组织困难、很多环节只能观摩学习、教学效果较差等问题，通过虚拟仿真实验的学习学生对实际生产已经有了一个较为明确的认识，在后续实践环节能够获得事半功倍的效果，对专业知识和专业技能的掌握更加深入。

虚拟仿真技术在实践课程中的应用，既是丰富实践教学的手段，又极大地提高了学生学习的兴趣和积极性，进一步完善了酿酒工程专业实践教学模式，形成多层次、递进式、全方位的实践教学体系，最终达到提高酿酒工程专业学生的实践能力和解决实际生产问题的能力，以培养出能够满足企业需求的复合型人才的目的。在后续建设中，将进一步发挥学校在酿酒工程人才培养的优势，开发其余主流香型白酒生产的仿真软件，丰富仿真教学资源，扩充教学资源与共享能力，进一步完善酿酒工程专业人才培养的模式，继续深入打造“中国白酒人才培养的摇篮”。