虚拟仿真基地粮食工程专业课程教学的建设分析

摘要：粮食安全直接关乎国家安全和社会稳定，是经济高速发展、群众安居乐业的基石。粮食领域高质量发展亟需复合创新型应用人才培养输出，新工科背景下粮食工程专业课程教学与实践创新势在必行。文章深度分析高校粮食工程专业实践现有模式存在的问题，以期在建立虚拟仿真基地方面创新。结合新工科理念下工程教育要求，探索应用型粮食工程专业虚拟仿真的创新模式，分析虚拟仿真基地构建的必要性，为地方高校粮食工程专业的创新发展与人才实践提供思路。

关键词：粮食工程；虚拟仿真基地；创新

中图分类号：G420 文献标志码：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20240214

基金项目：教育部产学合作协同育人项目（220603132305924）；南京财经大学学位与研究生教育课题（Y21026）；南京财经大学校级教改课题（JGY2001056）；食品科学与工程国家一流专业建设点项目；粮食工程江苏省特色专业建设项目。

Analysis on the construction of virtual simulation base in the teaching of grain engineering courses

Liu Qiang， Hou Shuai， Wang Kangxu， Zhao Siqi， Tang Pei’an， Ding Chao

（ College of Food Science and Engineering， Nanjing University of Finance and Economics， Nanjing， Jiangsu 210023 ）

Abstract： Food security is directly related to national security and social stability and is the cornerstone of rapid economic development and the well-being of the people. The high-quality development of the grain industry urgently requires the cultivation and output of composite and innovative applied talents. Under the background of new engineering， it is imperative to innovate the teaching and practice of grain engineering courses. This article deeply analyzed the problems in the existing practice models of grain engineering majors in universities， to innovate in establishing virtual simulation bases. Based on the requirements of engineering education under the new engineering concept， it explored innovative models for virtual simulation of applied grain engineering majors， analyzed the necessity of constructing virtual simulation bases， and provided ideas for the innovative development and talent practice of grain engineering majors in local universities.

Key words： grain engineering； virtual simulation base； innovation

新工科建设是我国在新经济蓬勃发展、新一轮科技革命和产业变革下提出的工程教育改革新方向[1]，这给我国工科人才培养带来新的发展机遇，也带来更大的挑战。粮食安全是关系我国经济发展、社会稳定、国家安全的重大战略问题[2]，我国对高综合素质的复合型粮食人才有着巨大需求。目前因为行业技术需求和实践教学的现实困难，学生的实践与管理素养薄弱，普遍缺乏“自主思考探究环境”。如何实现产业思维活跃、创新能力强的育人目标，是推进“十四五”国家粮食领域科技和人才规划的关键之一。粮食工程专业人才培养方案是以培养高素质应用型综合人才为目标[3]，建立虚拟仿真基地，一方面使学生熟悉粮食相关工作岗位及实际工作内容，提高学生的实践能力，进而提高教学效果；另一方面，也不断要求提升教师的实践经验，从而加强教师的理论知识与实践能力，同时也是新工科背景下粮食专业教育的要求。

1 粮食工程专业实践教学设计现存问题分析

1.1 学生对于实践认识不足

粮食工程专业学生对实践重要性认识不足。一方面，粮食工程专业学生对实践教学主要以参观粮库、绘制工厂设计图为主，满足课程教学要求、拿到课时学分即可，导致学生对实践态度的懈怠和敷衍，以完成期末考试的心态来应对实践活动和第二课堂[4]。另一方面，就业和考研的双重压力是导致学生实践实习质量下滑的一个重要因素。目前我国高校普遍实行的是学年学分制，实习一般都安排在大四上学期，而这一学期正是大部分学生忙于找工作、准备考研的关键时期，多数学生忙于参加各种招聘会、去各地参加公务员和事业编考试或者准备考研，对实习投入的精力严重不足。这就导致了学生无法专心面对实习，最基本的投入时间都无法保证，严重影响最终的实习质量。

1.2 实践教学单元较少

实习要求学生具备适应粮食相关领域工作的能力，需要学生联系粮食工程专业领域的理论知识，将与实习相关的信息融入或应用到自己的实践当中，但就南京财经大学粮食工程专业来说，在目前的实践中，许多学生不能充分利用自己的所学理论知识，学校也无法提供实习相关的整套流程，导致学生自己盲目实习，三天打鱼两天晒网，抱着一种完成任务的心态混过实践甚至不去实践，从而不能较好地完成实习这一必修课[4]。粮食工程专业的实践课应该可以帮助学生充分将所学知识联系实际，加深对粮食行业具体工作的理解和认识，从而能够综合运用粮食工程相关的基础理论、专业知识分析和解决问题。然而，粮食工程专业不论是本科生还是研究生，在全日制学期期间极少有实习锻炼学习机会，学院内部的实践活动教学单元略微单一，特别是考虑到安全问题，多数学生只能每学期安排几节实验课，学生无法充分理解和体会未来的工作环境以及内容，导致毕业后踏入工作岗位对于发展方向充满了迷茫。

1.3 实践教学水平较低

大部分院校在实践课开展方面主要是带领学生做一些小型实验，或者讲解大型设备的工作原理，但对粮食领域工作中最重要的实践却没有达到要求，比如粮食干燥、粮食储藏等操作过程，学校实验室条件很难达到，实验安全性、实操性较差，无法满足让学生随时动手操作，从而影响学生的实践动手能力培养。同时学生仅通过课本学习食品工程原理、粮油储藏学等知识，缺乏对当前行业相关设备、技术流程等的直观了解，无法真正将理论基础深度消化吸收，进而完成理解实验原理与实验操作过程中的注意点，导致了实践与理论不能很好地融合贯通。久而久之，学生没有良好的基础实验操作技能，实践能力差从而与粮食行业关于应用型人才需求产生脱节。

2 粮食工程专业虚拟仿真基地的建立必要性

2.1 粮食工程专业实践指导新形式

树立粮食工程实践指导新理念，依托产学研校企联动，引领新工科工程教育达到新高度。要贯彻以学生为中心的理念，改变讲解性实践的思维定式，建立虚拟仿真平台，做到内容、操作难度、系统流程等衔接上学生理论学习的具体情况[5]。同时，良好的虚拟仿真基地可以提供学生校内预实践场所，把教学内容融入粮食加工、粮食储藏企业的技术工艺，使学生在没去实习地点实习的情况下预先了解粮食企业生产作业流程，指导教师可以指导学生每个步骤的作用及意义，帮助学生更直观地了解粮食相关领域的内容，也能增强学生对实践重要性的认识以及今后的实践能力。

2.2 粮食工程专业虚拟仿真平台建立的意义

粮食工程专业虚拟仿真实验教学融合虚拟现实、人机交互、多媒体、数据库和网络通信等多种先进技术，构建高度仿真的虚拟实验设备、环境、材料和过程，使学生能不受地点和环境限制在虚拟环境中开展实验，降低真实实验的成本消耗及规避不可抗性因素带来的风险，达到教学大纲所要求的教学目的。因此，虚拟仿真实验教学资源开发与建设是目前突破高校实验教学瓶颈的重要途径。虚拟仿真教学已经得到教育主管部门和教育机构的关注——教育部于2017—2020年在普通本科高等学校开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设工作，并在一定程度上得到了推广和应用[6]。在“新工科”建设背景下，应树立创新、综合的工程教育新理念，减少大型设备实践对学生和老师还有实习企业方面的压力。

2.3 教学模式的丰富化

建立虚拟仿真基地，通过网络、虚拟增强现实、多媒体和实践的虚实融合，把虚拟仿真技术与粮食工程专业进行“虚实结合，情景教学”+“翻转课堂，案例分析”的综合性教学，加强对学生实践、创新思维的锻炼，针对性地培养粮食工程专业学生的创新思维模式，对于深化人才培养模式改革与创新，保障高水平人才培养具有重要意义。虚拟仿真教学

时，以真实粮仓场景为原型，使用WebLab虚拟仿真网络学习平台开发，采用先进的Unity3D作为3D引擎，融合VR虚拟现实技术，以3D形式模拟仓储环境和操作过程[7]，实现了粮食加工、储藏等多种实验操作。具备视觉效果显著，粮食领域的知识点资源丰富，实验操作指向性明确，操作简单易学等一系列优点。教学时，融合了资源浏览、仿真操作、在线学习和讨论等功能于一体，具备完善的实时操作评价模型，可实现PC端、移动端等多平台操作，丰富了教学应用模式、应用场景，解决了教学过程中因时间、空间、教学资源等限制而造成的困扰和问题，丰富了教学模式，提高了学生对实践的兴趣。

3 虚拟仿真基地建立的优势

目前，受本科生教学实验硬件条件限制，通常单个教学实验室只能容纳学生30人左右。受限于实验材料和配套设备，一般会分成4～8人小组进行实验分析。当面向粮食工程专业相关的大型粮食储藏、低温通风、绿色防护以及粮油加工等产业环节时，往往只能通过参观访问进行了解。目前基于虚拟仿真的实训基地建设提供的仿真平台，如国家级一流课程粮食仓储磷化氢环流熏蒸虚拟仿真实验教学项目，能满足1 000人以上同时访问与操作。虚拟仿真课程群与基地建设也有效缓解了当前粮食工程行业现场施工作业不可逆、安全性差、实践周期性长等问题，有利于提高学生的工程实践操作能力和创新能力。

虚拟仿真基地建设与粮食工程专业课程和实践的融合建设简图见图1，将基于校企合作的虚拟仿真基地应用到会计实践教学中，能极大地提高实践效率，强化教学效果[8]。粮食企业的工作模式仿真地呈现在基地内，让学生在学习理论知识的同时感受逼真的粮库日常工作，课程模拟教学，将粮库操作规范理论教学和虚拟仿真平台教学有机结合。利用虚拟仿真平台整合各门技术资源，构建一套多层次、多功能模块的综合性粮食教学课程体系，从而加强粮食实践教学的开展，实现理论知识与实践能力的有机整合，能引导学生主动学习，强化学生综合实践能力。通过虚拟仿真平台，可以将多个单项项目进行整合，有利于专业多课程综合性实践教学项目的开展，使得学生对粮食工程专业的知识体系更加完整，实践能力、创新能力和综合能力得到进一步的提升[9]。通过虚拟仿真平台，改革创新粮食工程专业实践教学模式和方法。横向关联粮食工程专业多课程实践，开展跨课程的复合性、综合性实践教学，为在校生贴近实践工作创造充足的过渡条件[10]。

4 结 语

虚拟仿真基地的构建引入粮食工程专业时间还比较短，现阶段的教学管理工作仍然存在着很多的问题待探索和解决。但虚拟仿真教学在培养具有实践能力的高级人才过程中起到了明显的辅助作用，并将企业实际和虚拟仿真完美结合，使学生能够通过虚拟平台体验粮食行业相关岗位，从而培养出一批具有专业理论知识、强实践能力，符合新工科发展要求的综合型粮食人才。同时还有很多不足需要学校和企业合作加以完善，需要虚拟仿真基地和软件不断升级，需要专业教师主动适应新工科背景下粮食工程专业实践的变革和创新，才能更稳健地向前挺进。

参 考 文 献

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[5] 张改平.扎根沃土厚生丰民 协同培养卓越农林人才[J].中国高等教育，2014（5）：24-26.

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[8] 邢常瑞，汪静，郝怡宁，等.“食品化学实验”虚拟仿真教学模式的改革与实践[J].粮食科技与经济，2018，43（2）：116-118.

[9] 丁俭，杨家琦，徐潼，等.智能化导向的粮食工程专业科技创新人才培养模式[J].粮食科技与经济，2021，46（4）：49-51+85.

[10] 岳峰，李尧，张宏锋，等.虚拟仿真实验教学践行“两创”的路径探索[J].中国高等教育，2023（11）：51-54.