白酒固态酿造虚拟仿真平台在生产实习课程中的应用研究

◎ 宋丽丽，胡晓龙，陶 静，王吉中，魏 涛

（郑州轻工业大学食品与生物工程学院，河南 郑州 450002）

生产实习课程是郑州轻工业大学食品与生物工程学院专业实践性教学中重要的教学环节，也是学生直接接触生产过程，将专业知识与生产实践相结合，把理论认识转化为实践能力的一个重要环节。郑州轻工业大学生产实习实践课程立足轻工行业需求及河南白酒在中国白酒行业的影响力，以浓香型白酒固态酿造为生产实习的实践核心，在教学环节采用“理论授课-统一集中实践-实习报告撰写”的方式完成为期两周的生产实习课程。

目前生产实习教学环节存在一定的问题。①理论教学中教学方式单一，仅依靠PPT 展示或学生课前查阅资料无法直观、全面展示白酒酿造的实际生产工艺流程。②实践教学中白酒发酵有季节性限制，且酿造周期长，对生产实习周次安排不好把控，而且由于企业安全生产的要求，学生无法观察生产线上很多机器的内部结构，实际实习过程中主要是走马观花式的学习，大部分学生很难在2 周左右的时间内系统地完成白酒酿造工艺的学习任务。③考核方式单一，由于实践教学中由3 位老师带队50 ～60 名学生进行企业实践学习，教师对每位同学的考核过程记录并不全面，仅依靠实验日志和实验报告对学生进行打分考核，存在片面性，考核结果并不能体现出学生对实习细节的掌握度及对关键知识点的理解度，而且实习报告存在上网查阅参考、内容千篇一律等问题，很难对学生的实习过程进行客观真实全面的评价[1]。基于以上问题，生产实习课程在实践教学环节中重理论、轻实践，学生动手能力及实践操作技能提升不明显，直接影响了专业人才工程实践能力和创新能力的培养。

随着信息化技术的高速发展，通过虚拟仿真技术构建可视化的实验操作环境和实验对象，使学生能在虚拟、开放、自主的环境中开展实验，使课程不受课时、场地和实验条件的限制，解决一些实践教学中“做不了、不能做、做不好”的问题。将虚拟仿真实验作为实体实验的有益补充[2]，有利于教学资源的共享，提升教学质量[3-4]。虚拟仿真教学是对传统教学的拓展和补充，更注重学生对实验过程的熟悉度及分析解决问题能力的提升。同时，虚拟仿真实验教学操作界面友好，交互性强，极大地调动了学生学习的积极性和主动性[5]。

基于此，针对郑州轻工业大学食品科学与工程、食品质量、生物工程、生物技术等专业的特点，以微生物发酵原理为主线，开发以浓香型白酒酿造工艺为载体的虚拟仿真实验项目，该虚拟仿真平台于2020 年获批河南省一流虚拟仿真实验项目。将白酒固态酿造虚拟仿真实验融入生产实习的实践教学项目中，基于以“学生中心”的原则，突出固态酿造技术应用驱动、面向行业和社会共享的特点，重点解决生产实习实践教学中的难点问题，结合河南知名白酒企业实地实习环节，采用线上线下混合式教学方法，弥补当前白酒固态酿造在生产实习实践教学方面的不足。

1 虚拟仿真平台建设

浓香型白酒固态酿造虚拟仿真实验平台通过沉浸式和第一视角参与白酒固态酿造仿真实训，突破时、空、物的限制，为学生提供必要的教学资源，使学生加深对浓香型白酒酿造工艺的理解，熟悉或掌握白酒生产全流程及相应的事故处理方法。作为实体实验的补充，虚拟仿真平台具有内容丰富、图文并茂、动静结合的特点。在生产实习课程中增加虚拟仿真实验教学，辅助线下实践教学，拓展了传统实践教学内涵，丰富了实践教学资源，一定程度上可以弥补企业生产实习的不足。通过虚拟仿真教学的融入，提升了学生实践能力、创新能力和科学素养，将学生实践能力与理论能力有机结合，提高了学生的专业综合素质[6]。

1.1 平台内容模块设计

白酒固态酿造虚拟仿真实验平台共包括7 大模块，具体见图1。

图1 平台七大模块设计图

（1）白酒安全生产事故应急处理。根据实际生产过程中可能涉及的危险事故，利用3D 技术模拟酒厂事故场景，用任务引领与多人协作互动模拟处理安全事故标准流程，帮助学生树立安全生产责任意识。

（2）粮食粉碎工段。利用3D 技术模拟酒厂原料处理车间场景，包含整套严格按照原粮储存和清理、粉碎工艺布置的生产线，控制原粮储存、粉碎和输送的工艺流程。

（3）制曲工艺。该工段模拟酒厂制曲车间场景，包含整套严格按照压曲、曲房、曲库、曲药粉碎工艺布置的生产线。

（4）机械酿造工艺。依据白酒酿造生产工厂实际模拟白酒机械酿造工艺，包括浓香型白酒酿造过程中的开窖起糟、上甑蒸馏、摊晾下曲、入窖管理等关键操作过程。

（5）蒸糠及手工酿造工艺。模拟酒厂酿造车间场景，包含严格按照浓香型白酒酿造工艺要求布置的全套酿酒设备、辅助设施和窖池区，设置白酒酿造工艺关键工艺流程及要点，使学生完整地了解浓香型白酒固态酿造工艺。

（6）白酒勾兑工段。利用3D 技术模拟酒厂勾兑与储罐场景，包含按工艺要求设计的输酒管道、阀门、酒泵、流量计、过滤机、空压机房等相关设备设施，涵盖储存勾调工艺全部流程。

（7）白酒包装灌装工段。该工段包含严格按照生产工艺布置的整套灌装包装生产线、成品酒灌装包装的工艺流程和工艺参数。

1.2 平台软件特色

（1）营造虚拟场景，可操作性强。该虚拟仿真平台3D 操作画面真实还原白酒酿造场景，交互性强。学生可以在虚拟的三维空间内，通过移动视点，从不同视角考察、学习仪器设备细节及操作要点，解决了实际操作过程中的某些盲点，操作界面友好，学生可沉浸式体验白酒酿造工艺流程。

（2）自主学习内容丰富。白酒固态酿造虚拟仿真实验平台包含大量知识点讲解，学生每操作到关键点时就会有安全常识、工艺介绍、设备启停等注意事项的相关提示。操作界面分为练习模式和考核模式，学生可根据需要反复练习。学校配有专门的机房，学生单人单机操作，避免了由分组造成的部分学生参与度不高的情况，提高了学生参与课堂的积极性。

（3）智能化操作及评分考核系统。系统可在后台实时记录各任务点的操作完成情况，并对最终考核成绩进行打分记录。教师可及时统计学生操作过程中的扣分项，根据学生操作情况查看学生对知识点的掌握程度和熟练度，并反馈给学生，进一步提升实践与理论结合教学的效果。

（4）实用性强，具有推广应用前景。本虚拟仿真平台由企业专业人员及一线教师参与指导建设，真实还原白酒酿造场景，过程规范，不仅适用于生产实习等实践辅助教学，对酒企入职人员的快速培训也有较大的帮助。同时，也适用于社会人员对白酒固态酿造发酵的认识学习，可面向高校、企业及社会推广应用，具有较大的推广应用价值。

2 虚拟仿真平台在生产实习课程中的应用

2.1 “理-虚-实”一体化的教学方式

生产实习课程教学将持续改进思想、跟进式教育理念引入实践教学，采用“理-虚-实”一体化的教学方式，以虚拟仿真实验与线下实践教学相融合的混合式教学，完成生产实习实践教学过程，实现人才培养与考核评价[7]，教学模式见图2。

图2 “理-虚-实”一体化教学模式图

（1）理。理论学习部分主要包括白酒酿造工艺流程讲解及PPT 汇报考核。通过线下理论课教学，教师系统讲述白酒酿造工艺，使学生对白酒固态酿造背景知识有一定程度的了解。学生成立研讨小组，提前查阅相关资料，以PPT 汇报的形式，系统讲述白酒酿造的原理、操作工艺流程及应用等[8]，通过组内成员互评、小组互评、指导老师打分3 方面综合评定理论学习成绩。

（2）虚。虚指线上虚拟仿真实践操作。虚拟仿真操作部分由学生统一时间段内在电脑端虚拟仿真实验考核模块中进行，后台自动记录学生操作的成绩。通过电脑端虚拟仿真的反复练习，使学生对白酒酿造的实际操作工艺流程及操作要点有沉浸式体验过程，系统掌握工艺操作流程。

（3）实。实指线下工厂实践及实习总结。现场实习成绩包括校外导师评价、轮岗部门评价、总结汇报等。实习报告撰写包括实习前的调研准备、实习日志的记录、对实习结果的深入分析讨论及实习心得等。

在教学过程中，教师可根据实际设计实习教学学时，在理论课上最大限度地考虑实际教学需求，充分发挥虚拟平台的优势，使之辅助学生完成无法在理论课堂中完成的完整实验[9]。通过虚拟仿真实验操作，使学生对白酒酿造过程有深入而清晰的认识，使学生在线下实践实习时能更好地认识仪器设备和工艺流程，更有针对性地与企业人员沟通学习，解决在实习过程中遇到的各类问题。

2.2 多元化的考核方式

综合评估学生在实习过程中的表现，过程考核和能力考核并重。成绩评价体系包括以下4 点。①理论学习：课堂小组讨论及PPT 汇报。②虚拟仿真教学操作：步骤规范、行为规范、安全评价、综合测试等。③现场实习：企业轮岗实习综合表现。④实习报告的撰写：实习报告按要求撰写，内容完整，有完整的记录及深入的分析讨论，并得出有效结论。

最终成绩评定包括理论学习（10%）、虚拟仿真操作成绩（40%）、现场实习成绩（30%）和实验报告成绩（20%），全面考核学生在生产实习中的表现，结合线上线下的成绩，避免仅由实习报告而决定最终成绩的片面性。

2.3 虚拟仿真实践教学评价

通过调查问卷反馈，学生对课程教学满意度为97.5%，学生普遍反映，虚拟仿真实验的引入极大地丰富了感官体验，弥补了实践实习中学习不深入、观察不细致的短板，使其能沉浸式体验白酒酿造工艺流程。生产实习通过虚拟仿真实验与线下实习相结合的方式，使学生较好地掌握了白酒这一发酵产品的生产分离工艺、所需设备及工艺流程，极大激发了学生实习的积极性和求知欲。通过查阅文献资料和撰写实习报告，使学生们能够完整地整理、归纳整个实习过程涉及的工艺流程、仪器设备、相关政策和技术法规等，并以此撰写出完整的实习报告。在实践实习之前，学生已通过虚拟仿真平台对白酒酿造工艺有了深入的了解，因此，在实践实习过程中，多数同学能与工厂技术人员、指导教师和其他同学进行有效的沟通交流，解决自己在实习过程中遇到的各类问题，理解团队协作的意义，较为圆满地完成个人任务。通过系统的学习，学生对白酒酿造的实际生产过程有了充分认识，也为后续教学环节的实施以及毕业后的求职过程奠定了较好的实践基础。通过调查统计，发现虚拟仿真平台引入以来，学生学习效果显著提升，课程目标达成值逐年提高，见图3。表明虚拟仿真实验可以较好地辅助线下实践教学，形成完整的实践教学体系，使生产实习课程教学效果得到显著提升。

图3 2020—2022 年课程目标达成值图

3 结语

虚拟仿真实验教学与实践教学功能互补、虚实结合，可以提高学生对浓香型白酒生产工艺认知。通过虚拟平台的操作，学生可熟练掌握浓香型白酒固态发酵的复杂步骤，提升实践教学效果。在实践实习中，依托国内知名白酒企业，将产业优质资源转化为教学资源，增强了校企合作，实现高校企业协同育人，促进白酒产业技术进步。作为强有力的辅助教学手段，虚拟仿真实验解决了生产实习课程中师生比低、实践过程走马观花等问题，学生可以在仿真课件的帮助下自主、反复学习，提升自身的学习兴趣和学习效果。该虚拟仿真平台不仅面向本校相关专业学生开放，同时面向省内外酒企推广应用，受众面广，上线以来，学习人次达3 900 余次。白酒酿造虚拟仿真实验平台对生产实习课程教学具有有效的补充与完善作用，使教学设计更具完整性，有利于人才的高质量培养，也为同类课程的开展提供了借鉴意义。