動(dòng)物科學(xué)本科人才培養(yǎng)中實(shí)驗(yàn)實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)與思考

汪薇 毛勝勇

摘要：實(shí)踐教學(xué)是鞏固理論知識(shí)和深化理論與實(shí)際相結(jié)合的有效途徑，目的在于培養(yǎng)學(xué)生研究能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。為深化南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)專業(yè)本科生實(shí)踐教學(xué)改革與創(chuàng)新，優(yōu)化現(xiàn)有資源配置，動(dòng)物科技學(xué)院擬將國(guó)家級(jí)動(dòng)物科學(xué)類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和實(shí)習(xí)基地多層次“三位一體”有機(jī)結(jié)合，形成新型動(dòng)物科學(xué)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：實(shí)踐教學(xué)；改革創(chuàng)新；本科生人才培養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）26-0151-03

在高等教育大眾化的背景下，隨著社會(huì)的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)推陳出新，全面培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力的高素質(zhì)人才，是新世紀(jì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)高等教育的迫切要求。在教學(xué)中，實(shí)踐教學(xué)作為提高學(xué)生的綜合素質(zhì)的重要手段，對(duì)加深理論教學(xué)的理解運(yùn)用和增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力有特殊的作用。本文根據(jù)普通高校實(shí)踐教學(xué)中普遍存在的問(wèn)題及動(dòng)物科學(xué)專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、虛擬仿真平臺(tái)及我院大學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)基地情況，對(duì)動(dòng)物科學(xué)本科生實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)做了新的思考。

一、普通高等院校實(shí)踐教學(xué)中存在的問(wèn)題

中國(guó)傳統(tǒng)教育一直重理論而輕實(shí)踐，隨著全球化進(jìn)程的深化，對(duì)高校人才培養(yǎng)提出了新的要求，要求我們?cè)诶碚摰幕A(chǔ)上更加重視實(shí)踐。目前，我國(guó)農(nóng)科類人才培養(yǎng)模式還不完善，實(shí)踐教學(xué)中存在的共性問(wèn)題如下：（1）實(shí)踐教學(xué)基本從屬于各門理論課，實(shí)踐教學(xué)重視不夠[1]；（2）實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，流于形式；（3）實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控和考核評(píng)價(jià)體系不完善；（4）實(shí)踐教學(xué)教材建設(shè)落后，內(nèi)容缺乏系統(tǒng)性、教學(xué)形式簡(jiǎn)單[2]；（5）實(shí)踐教學(xué)投入少，條件差，設(shè)施及基地不健全，教學(xué)質(zhì)量得不到有效保證[3]；（6）實(shí)踐教學(xué)基地與實(shí)驗(yàn)教學(xué)脫節(jié)，內(nèi)容上無(wú)科學(xué)銜接。

二、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其在教學(xué)中心管理上的應(yīng)用

1999年，MIT Auto ID Center給出較早的物聯(lián)網(wǎng)定義：在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用RFID、無(wú)線數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，構(gòu)造一個(gè)覆蓋世界上萬(wàn)事萬(wàn)物的網(wǎng)絡(luò)（Internet of Things），以實(shí)現(xiàn)物品的自動(dòng)識(shí)別和信息的互聯(lián)共享[4，5]。此概念的提出，立即受到了各國(guó)各界的高度重視，迅速成為熱點(diǎn)話題。2009年，我國(guó)國(guó)務(wù)院已將物聯(lián)網(wǎng)上升為國(guó)家五大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中第二位[6]。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)利用局部網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)等通信技術(shù)把紅外感應(yīng)器、激光掃描器等信息傳感設(shè)備按約定的協(xié)議通過(guò)新的方式聯(lián)在一起，進(jìn)行信息交換和通訊，實(shí)現(xiàn)信息化、遠(yuǎn)程管理控制和智能化的網(wǎng)絡(luò)[7，8]。物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)具備三個(gè)特性：（1）全面感知，客戶可以通過(guò)客戶端實(shí)時(shí)地將設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和相關(guān)數(shù)據(jù)傳送至應(yīng)用程序處理層的服務(wù)器，即利用各種可用的感知手段，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)即時(shí)采集物體動(dòng)態(tài)；（2）可靠傳遞，通過(guò)與互聯(lián)網(wǎng)的融合，將感知的信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確可靠地傳遞出去，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)操作、接受處理客戶端的請(qǐng)求，以及系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯處理以及提供各類應(yīng)用服務(wù)；（3）智能處理，這是本平臺(tái)的核心特性，利用云計(jì)算等智能計(jì)算技術(shù)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行存儲(chǔ)與管理，對(duì)儀器設(shè)備實(shí)施智能化控制[9，10]。

目前，在高校及一些農(nóng)業(yè)企業(yè)的管理上普遍使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。其中我校動(dòng)物科學(xué)類國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)“中心”下設(shè)的動(dòng)物遺傳育種學(xué)實(shí)驗(yàn)室、動(dòng)物疾病診斷實(shí)驗(yàn)室、動(dòng)物繁殖學(xué)實(shí)驗(yàn)室、動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料學(xué)實(shí)驗(yàn)室、水產(chǎn)學(xué)實(shí)驗(yàn)室等16個(gè)功能實(shí)驗(yàn)室，2000多萬(wàn)元的儀器設(shè)備等進(jìn)行了管理，構(gòu)建包含設(shè)備信息、網(wǎng)絡(luò)預(yù)約、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、動(dòng)態(tài)監(jiān)控等管理要素的現(xiàn)代大型儀器設(shè)備共享平臺(tái)管理系統(tǒng)[11]（圖1）。實(shí)踐證明，該技術(shù)對(duì)于儀器平臺(tái)和中心的日常管理發(fā)揮了重大作用。

三、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)

在本科生教學(xué)中，由于教學(xué)條件及實(shí)踐操作時(shí)間的限制，學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)多停留于書本層面，實(shí)踐創(chuàng)新能力不強(qiáng)，生產(chǎn)實(shí)習(xí)與社會(huì)實(shí)際脫節(jié)，傳統(tǒng)教學(xué)模式和教學(xué)手段已經(jīng)很難滿足教學(xué)的需要。例如，很多動(dòng)物科學(xué)專業(yè)的同學(xué)在畢業(yè)之后會(huì)進(jìn)入畜牧養(yǎng)殖行業(yè)工作，其中有相當(dāng)一部分學(xué)生不懂養(yǎng)殖技術(shù)，理論聯(lián)系不上實(shí)際，這是很多高校目前面臨的主要問(wèn)題之一。為了解決理論與實(shí)踐之間的矛盾，我院實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心提出運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)引入到動(dòng)物科學(xué)本科生產(chǎn)實(shí)踐課程的思路，探索如何將虛擬仿真技術(shù)引入到動(dòng)物科學(xué)專業(yè)本科生理論課教學(xué)、實(shí)驗(yàn)課教學(xué)、綜合性實(shí)習(xí)等三個(gè)重要教學(xué)環(huán)節(jié)之中。

1.虛擬仿真。虛擬仿真又稱虛擬現(xiàn)實(shí)，是隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展新興的一種技術(shù)，已在軍事、航天、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、醫(yī)療等領(lǐng)域得到應(yīng)用，是一項(xiàng)極具前景的多學(xué)科綜合技術(shù)。學(xué)者J.Laniar最早提出虛擬現(xiàn)實(shí)的說(shuō)法，并稱其為假想現(xiàn)實(shí)。虛擬仿真技術(shù)就是用計(jì)算機(jī)再現(xiàn)一個(gè)現(xiàn)實(shí)三維世界，或者創(chuàng)造一個(gè)構(gòu)想出的三維世界，使用者可以用觸覺(jué)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等多種感官途徑與虛擬世界進(jìn)行互動(dòng)，如同身臨其境一般，在三維空間內(nèi)觀察操作[12]。因此，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以為學(xué)生提供一個(gè)類似于實(shí)際生產(chǎn)的虛擬環(huán)境，學(xué)習(xí)者通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的實(shí)時(shí)交互操作來(lái)完成實(shí)驗(yàn)。

2.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)概況。為深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，本著以人為本，知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)方面進(jìn)行了探索和實(shí)踐，自主研發(fā)了動(dòng)物科學(xué)類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。平臺(tái)中設(shè)有豬場(chǎng)（圖2）、雞場(chǎng)、牛場(chǎng)、羊場(chǎng)以及魚塘地等場(chǎng)景（可根據(jù)需要增加）。以豬場(chǎng)為例，我們?cè)O(shè)計(jì)了兩條養(yǎng)豬的生產(chǎn)工藝流程：“空懷—配種—產(chǎn)仔”和“哺乳仔豬—保育仔豬—生產(chǎn)豬肥育—上市”，其中包含豬場(chǎng)選址、豬場(chǎng)布局與設(shè)計(jì)、品種選擇、各階段豬飼料營(yíng)養(yǎng)與飼養(yǎng)管理、發(fā)情與配種、分娩與接產(chǎn)、種豬選種保育、商品豬出欄8個(gè)部分，涵蓋了動(dòng)物生產(chǎn)管理、動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料科學(xué)、動(dòng)物繁殖和動(dòng)物遺傳改良以及動(dòng)物疾病防治和動(dòng)物產(chǎn)品經(jīng)營(yíng)管理五大方面的內(nèi)容。

目前虛擬仿真實(shí)驗(yàn)豬場(chǎng)已初具規(guī)模，并繼續(xù)籌劃虛擬仿真雞場(chǎng)等后續(xù)畜牧場(chǎng)的建設(shè)，最終將建成包含飼料學(xué)、飼料配方與檢驗(yàn)、動(dòng)物遺傳育種與繁殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖學(xué)、動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)、家畜環(huán)境衛(wèi)生學(xué)、牛羊生產(chǎn)學(xué)、豬生產(chǎn)學(xué)、禽生產(chǎn)學(xué)、動(dòng)物解剖學(xué)、獸醫(yī)學(xué)概論等學(xué)科的70多門實(shí)驗(yàn)課程的500多個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的動(dòng)物科學(xué)類綜合性平臺(tái)。我們還將開(kāi)發(fā)相應(yīng)的手機(jī)APP軟件，突破時(shí)間和空間的限制，方便學(xué)生課下學(xué)習(xí)。最后一個(gè)階段的建設(shè)將會(huì)將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目擴(kuò)展到植物、環(huán)境等其他領(lǐng)域，構(gòu)建一個(gè)跨行業(yè)多學(xué)科的綜合性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。此平臺(tái)打破了空間和地域的限制，創(chuàng)造開(kāi)放式生產(chǎn)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)一條龍，學(xué)生不受時(shí)空的限制完成相關(guān)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)，并整合動(dòng)物科學(xué)專業(yè)課程群，提高實(shí)踐教學(xué)效果。

四、大學(xué)生校外基地實(shí)踐教學(xué)

教育部印發(fā)的《教育部關(guān)于開(kāi)展“本科教學(xué)工程”大學(xué)生校外實(shí)踐教育基地建設(shè)工作通知》明確指出：通過(guò)建設(shè)實(shí)踐基地，承擔(dān)高校學(xué)生的校外實(shí)踐教育任務(wù)，促進(jìn)高校和行業(yè)、企事業(yè)單位、科研院所、政法機(jī)關(guān)聯(lián)合培養(yǎng)人才新機(jī)制的建立；推動(dòng)高校改變教育思想觀念，改革人才培養(yǎng)模式，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提升高校學(xué)生的創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力、社會(huì)責(zé)任感和就業(yè)能力。校外基地實(shí)習(xí)時(shí)強(qiáng)化學(xué)生專業(yè)知識(shí)、理論聯(lián)系實(shí)際的綜合性教學(xué)環(huán)節(jié)，是提高教學(xué)和人才培養(yǎng)的有效途徑[13，14]。完全依靠高校自身來(lái)進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)改革，培養(yǎng)具有實(shí)踐和創(chuàng)新能力的大學(xué)生已不適應(yīng)社會(huì)發(fā)展，進(jìn)行校企合作，建立校外實(shí)踐教學(xué)基地，實(shí)現(xiàn)與社會(huì)資源共享，是我國(guó)高等教育大眾化的必然要求。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院于2012年申請(qǐng)了兩個(gè)教育部立項(xiàng)建設(shè)農(nóng)科教合作人才培養(yǎng)基地：中國(guó)江蘇康樂(lè)農(nóng)牧集團(tuán)股份有限公司實(shí)踐教學(xué)基地和江蘇立華牧業(yè)有限公司實(shí)踐教學(xué)基地。其中江蘇康樂(lè)農(nóng)牧集團(tuán)股份有限公司實(shí)踐教學(xué)基地總面積為1800多畝?；刂饕_(kāi)展豬生產(chǎn)實(shí)習(xí)、課程實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃和其他實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)。通過(guò)實(shí)踐教學(xué)，可使學(xué)生可了解現(xiàn)代化、規(guī)模化豬場(chǎng)建設(shè)的常規(guī)知識(shí)，了解現(xiàn)代化種豬場(chǎng)育種工作基本內(nèi)涵，了解養(yǎng)豬科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)的最新進(jìn)展及掌握現(xiàn)代化設(shè)施設(shè)備的使用和仔豬的生產(chǎn)與管理方法。江蘇立華牧業(yè)有限公司實(shí)踐教學(xué)基地依托于國(guó)家級(jí)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化龍頭企業(yè)——江蘇立華牧業(yè)有限公司，占地總面積500畝。基地承擔(dān)了南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)專業(yè)的家禽實(shí)踐教學(xué)、社會(huì)實(shí)踐、課程實(shí)踐和畢業(yè)實(shí)習(xí)任務(wù)。

五、實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)和大學(xué)生校外實(shí)習(xí)基地“三位一體”有機(jī)結(jié)合的思考

教學(xué)基地是教學(xué)實(shí)習(xí)的載體，與課堂教學(xué)相輔相成但又有所區(qū)別。如何整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和大學(xué)生校外實(shí)習(xí)基地，形成“三位一體”實(shí)踐教學(xué)模式（圖3），是當(dāng)前實(shí)踐教學(xué)的一個(gè)重要問(wèn)題。通過(guò)多年的嘗試與思考，學(xué)院決定從三方面入手，整合實(shí)踐教學(xué)資源，構(gòu)建“三位一體”實(shí)踐教學(xué)模式。

建設(shè)完善的校內(nèi)外實(shí)踐教學(xué)實(shí)習(xí)基地是提高專業(yè)實(shí)習(xí)質(zhì)量的有效途徑，是產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要保障[15]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將我院畜禽養(yǎng)殖基地的情況實(shí)時(shí)反饋到課堂，學(xué)生根據(jù)采集到的視頻和數(shù)據(jù)資料，在學(xué)校就能掌握動(dòng)物生產(chǎn)的各項(xiàng)技術(shù)要點(diǎn)和養(yǎng)殖細(xì)節(jié)，并對(duì)其進(jìn)行分析，一方面將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)技能，學(xué)以致用，另一方面也緩解了學(xué)校學(xué)生數(shù)量多、實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)緊張的壓力。此外，動(dòng)物科學(xué)類大型儀器共享平臺(tái)的構(gòu)建，整合了院內(nèi)的所有儀器資源，使用者可以24小時(shí)使用儀器，極大地增加了大型儀器的使用效率，同時(shí)也解決了本院師生科研經(jīng)費(fèi)緊張、各自主實(shí)驗(yàn)室大型儀器短缺影響科研進(jìn)度的問(wèn)題。而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)則通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)，改變實(shí)踐教學(xué)模式，對(duì)校內(nèi)課堂教學(xué)和校外基地教學(xué)進(jìn)行補(bǔ)充。學(xué)生通過(guò)了解生產(chǎn)中的一些實(shí)際問(wèn)題，而后帶著問(wèn)題在中心平臺(tái)上開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)、科研實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新。

“三位一體”旨在解決動(dòng)物科學(xué)實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中長(zhǎng)期存在的實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐相互制約的難題，對(duì)于培養(yǎng)適應(yīng)畜牧科技發(fā)展需要和創(chuàng)新能力強(qiáng)的高質(zhì)量專業(yè)技術(shù)人才具有重要作用。我校作為具有行業(yè)特色的農(nóng)業(yè)大學(xué)，把動(dòng)物科學(xué)示范中心、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和大學(xué)生校外實(shí)踐教學(xué)基地建設(shè)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，作為強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)的主要手段，對(duì)大力改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件，努力提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力必將起到非常重要的作用。

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