“猪生产学”课程四维创新数字化教学模式探索

王 园，刘 娜，齐景伟

（内蒙古农业大学 a.动物科学学院；b.智慧畜牧自治区高等学校重点实验室，内蒙古 呼和浩特 010018）

随着物联网、大数据、人工智能等新兴信息技术的快速发展，农业产业智能化、集约化、高效化和个性化发展已成为必然。农业农村信息化的加速发展，对涉农专业人才的知识、技能与能力提出了新的要求，需要农林高等教育做出相应的回应。2019年教育部通过安吉共识、北大仓行动和北京指南“三部曲”，发起了新农科建设号召。新农科建设既是满足全球变化和农业现代化发展的需要，也是满足新时代涉农专业人才培养的需要。互联网的发展也带来了“教”与“学”方式的系统性变革［1］。2021年7月，教育部等六部门印发的《关于推进教育新型基础设施建设构建高质量教育支撑体系的指导意见》指出，促进线上线下教育融合发展，推动教育数字转型、智能升级、融合创新，支撑教育高质量发展［2］。“互联网+教育”的不断深化，促使农林高校相关教学模式进一步改革提升。动物科学专业作为农林高校的主要专业之一，重要任务为培养于产业、于行业、于社会有用的畜牧人才。“猪生产学”是动物科学专业的核心必修课［3］，实践性、操作性强，仅靠传统的授课方法已不能满足新型农业科技人才的培养要求。因此，根据新农科复合应用型畜牧人才的培养目标，结合产业需求，以“猪生产学”课程为建设尝试点，构建四维创新数字化教学模式，探讨了四维创新数字化教学改革的实践效果，以期为农林高等教育其他课程群的数字化教学改革提供一定参考。

一、课程教学现状和不足

（一）教学资源落后

目前，农林高校“猪生产学”课程教学内容体系滞后于产业实际，教材内容陈旧、更新慢，最先进的知识、技术、工艺未体现在课程内容体系中，与现代应用对接不足。课程教学资源以多媒体为主，如PPT、录音录像、视频等。教学设施落后，师资力量不足，缺乏AI、AR/VR教学设备和懂AI教学的教师。教学资源的整合、利用和共享均有待于进一步提高。

（二）教学模式单一

“猪生产学”课程受传统的教学模式影响，教学方法缺少创新。课堂教学以单向的知识传递为主，教师照本宣科、学生被动接收，缺乏个性化的教与学的环境，难以激发学生的学习兴趣，学生参与度不高，探索交流少，进而影响学习效果。尽管已经开展了线上线下混合式课程改革［3-4］，突破了物理空间的限制，虽有提高课堂互动和学习效率的特点［5］，但也凸显出了一些弊端和局限，如缺乏统一的平台支撑，教与学过程的监管不统一，学生自主学习能力差，存在“表面参与”的现象。

（三）实践教学薄弱

“猪生产学”课程的开设除了要求学生掌握猪生产的基础理论和基本技能外，还要求学生能够利用所学知识解决生产中的实际问题，为将来成为现代生猪产业生产与管理工作的高素质人才奠定基础。学生的实践动手能力是培养新农科复合应用型畜牧人才的重要抓手［6］。但是大部分农林高校“猪生产学”课程的实践教学建设相对落后。虽然与企业签订了校企合作协议，创建了实践教学基地，但实践教学基地远、生物安全防控严，学生无法参观和了解现代化的养猪场，实践教学环节薄弱，存在重理论轻实践的现象，教师实践教学能力及教育教学资源难以保证实践教学的效果。

二、课程四维创新数字化教学模式构建

课堂是人才培养的主渠道，课堂教学模式基本决定了人才培养模式。借助内蒙古农业大学云畜牧创新平台，突出“猪生产学”课程实践性、操作性强的特点，结合新农科人才培养目标，通过教学方法和教学模式的创新与优化，不断提升课程教学水平。以“课堂传授+实景观摩+虚拟操作+模拟复盘”的理念，融合多媒体、实景、虚拟仿真、智慧养殖管理系统数字教学资源，构建多元立体、纵横连贯的四维创新数字化教学模式（见图1），实现学生知识、能力、素质的有机融合［7］。第一维度是课堂多媒体教学，紧扣饲养管理过程的各个环节，理论联系实践；第二维度是实景观摩教学，将养猪场实景搬到课堂，加深学生对知识的理解；第三维度是虚拟仿真操作教学，模拟演练锻炼实操技能，完成知识向能力的转换；第四维度是智慧养殖模拟教学，将所学知识应用到养殖生产实践中，提高学生的综合应用能力。

图1 “猪生产学”四维创新数字化教学模式

（一）第一维度：课堂多媒体教学

当前，农林高校90%以上课堂教学运用多媒体［8］。本课程课堂教学同样采用多媒体课件，插入动画，补充视频、慕课和微课，使课堂教学更为生动，有助于学生理解专业知识点，无形中达到优化教学效果的目的。同时，本着理论与实践相结合的理念，本课程多媒体课件突破传统教学中的固有理论章节设置，按照现代养猪企业业务流程形成完整的知识体系架构，以学生为主体，强化工艺流程和饲养技术，拓展最新知识、学科动态，拓宽视野，增加课程知识的新颖性和实用性，确保教学紧跟行业发展的新动态，并促进产业发展。

（二）第二维度：实景观摩教学

本课程依托内蒙古农业大学、依托云畜牧创新平台，利用智能物联网、大数据等信息技术，与正大集团（内蒙古区）现代化养猪场对接，已建成包括场景实景、环境实景、过程实景和个体体征实景的实景教学资源。该实景教学资源包含生猪全生产周期数据，满足“猪生产学”实景教学需求。学生课前可随时随地进入到现代化、规模化的生猪养殖实景中，按照教师布置的任务，自主观摩养殖过程，引导学生主动思考，了解知识结构、掌握课程内容，激发学习兴趣。在课堂教学过程中，教师根据教学设计将养殖实景展示在课堂上，使枯燥的理论知识变得直观、生动，加深了学生对知识的理解，解决了“猪生产学”教学过程中存在的教材知识更新慢、与生产实际不符合等问题［9］。

（三）第三维度：虚拟仿真操作教学

本课程依托云畜牧创新平台，将虚拟仿真教学融入教学过程，创建猪3D仿真模型，以及养猪生产全流程、猪场生物安全、猪瘟检测、生猪屠宰检疫虚拟仿真资源，还原真实养殖场景，为学生营造沉浸式的“三维立体”教学环境，采用完成任务的方式引导学生主动学习，增强学习的趣味性，提高学生学习效率。例如，教师在讲解猪的品种时，可利用线上虚拟教室向学生演示不同品种猪的3D虚拟仿真模型，学生能从不同角度进行观察，充分调动学生的积极性。在实践教学环节，养猪生产全流程、猪场生物安全、猪瘟检测、生猪屠宰检疫虚拟仿真资源支持VR浏览器和VR小组协同交互模式。学生可在课后登录浏览器进行课程所学养猪生产全流程专业技术的虚拟仿真模拟操作演练，也可在线上以小组的方式进行虚拟仿真模拟演练，角色分工，团队合作，交流讨论，以提高学生的实践动手能力，解决了“猪生产学”课程实践基地远、实践教学环节薄弱的问题。

（四）第四维度：智慧养殖模拟教学

要想使学生真正掌握这门专业性、应用性强的课程，就要力争提高学生对所学知识的运用能力，这样才能达到深化记忆的目的。智慧养殖模拟教学的主要路径是利用云畜牧创新平台智慧养猪管理系统，将种公猪站、繁殖母猪场、育肥猪场的各环节、各工种的任务工单接入教学过程，模拟现代化、规模化的生猪养殖过程，获得生猪养殖生产效率及效益数据，重点培养学生的综合应用能力，拓展学生猪场管理经营及决策能力，让学生将课程中所有的知识真正地应用到养猪生产实践，解决了教师实践经验不足的问题，锻炼了学生发现问题、解决问题的能力。智慧养殖模拟教学支持多师异地协同教学，即高校教师、企业导师、学生同时进入线上虚拟教室进行授课，教师分配任务工单，学生接单完成任务。期间，师生可随时互动交流讨论，教师及时回答学生的疑问，指导学生顺利完成课程的学习。这样情境化的教学方式带来的临场体验感强，能够促进学生在认知层面和实践层面的深度参与，让学生领悟工作岗位的职业要求；多位教师的现场点评，可引发学生的深度思考，切实强化学生对知识的掌握及运用知识解决实际问题的能力，更好地推进了新农科应用型畜牧人才培养的实施。

三、课程四维创新数字化教学模式

（一）课前预习

教师线上布置问题，学生进入“猪生产学”实景教学资源，观摩现代化养猪场，了解猪舍分布情况、养殖环境、养殖过程，预习相关课程内容，分组准备解答问题的相关素材，提交答案，教师课前查阅学生解答情况并做记录。

（二）课堂实施

教师根据授课内容及学生课前预习情况，采用“多媒体+实景+虚拟仿真+智慧养殖”的四维创新数字化教学模式进行授课，将现代养猪知识体系全方位地展现在课堂教学中，实景观摩与虚拟仿真操作结合，可以促进学生理论知识的接受和实践技能的提高，智慧养殖模拟教学联合企业导师异地协同教学，将专业课程知识融合和应用到猪场养殖实践中，提升学生对知识的综合应用能力，培养真正符合产业和行业需求的应用型人才。

（三）课后复习

学生课后应用养猪生产全流程、猪场生物安全等虚拟仿真资源和智慧养猪管理系统进行知识巩固和技能锻炼，自主复习课程内容并模拟演练，在完成作业的同时也实现了知识向能力的转换。学生在模拟演练过程中与教师互动并反馈课程资源建设的建议，有助于细化和丰富教学资源库建设素材。

（四）实践效果

学生对“猪生产学”四维创新数字化教学模式的总体评价较高，虚实结合、产教融合，让学生积极主动地参与到学习过程中，提高了教学效果，并希望可以推广到其他课程群。实景教学让学生走进现代化的养猪场，构建知识框架，掌握知识内容；虚拟仿真教学深化了学生对知识、技能的理解，模拟演练的方式提高了学生的实践技能，智慧养殖教学提升了学生对知识的综合应用能力，弥补了原有课程教学资源落后、教学模式单一、实践教学薄弱的不足。

结语

新农科应用型畜牧人才的培养任重道远，运用信息技术探索农林高校教育教学改革，有助于学生知识、能力、素养的协同发展。本文依托内蒙古农业大学云畜牧创新平台，以“课堂传授+实景观摩+虚拟操作+模拟复盘”的理念，丰富实景、虚拟仿真及智慧养殖教学资源，构建“猪生产学”四维创新数字化教学模式，提高学生学习的主动性和积极性，深化知识体系，提高学生的实践技能和综合能力，有助于提升教学效果。该数字化教学模式可以延伸应用到农林高校其他相关课程群，有助于进一步完善新农科应用型人才培养体系，提高人才培养成效，助力乡村振兴。