虛擬仿真系統(tǒng)在稻谷加工課程中的應(yīng)用

◎張秋霞

教育信息化發(fā)展規(guī)劃明確提出要以信息化帶動(dòng)教育現(xiàn)代化，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)人才需求的變化，出現(xiàn)食加工專業(yè)人才缺乏的問題。探索適應(yīng)現(xiàn)有糧食加工專業(yè)的虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)模式非常必要。中國(guó)是水稻種植大國(guó)，為滿足我國(guó)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人才需求，高校加大對(duì)農(nóng)業(yè)學(xué)生農(nóng)學(xué)實(shí)踐能力的培養(yǎng)，以應(yīng)用實(shí)驗(yàn)基地為平臺(tái)，優(yōu)化學(xué)生實(shí)踐能力考核方法，將虛擬仿真技術(shù)引入糧食加工實(shí)踐教學(xué)中，開發(fā)虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)等，提高學(xué)生的動(dòng)手能力。利用虛擬仿真技術(shù)開發(fā)稻谷加工課程實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

一、稻谷加工課程虛擬仿真系統(tǒng)開發(fā)分析

稻谷加工技術(shù)是糧食工程專業(yè)的核心課程，具有明確崗位專業(yè)性，其功能是使學(xué)生掌握稻谷加工生茶技術(shù)，重點(diǎn)介紹原料工藝特性、操作要點(diǎn)及以影響設(shè)備工藝效果因素，是學(xué)生從事制米工作報(bào)修專業(yè)課。我國(guó)多數(shù)院校實(shí)踐教學(xué)有企業(yè)實(shí)習(xí)與校內(nèi)培訓(xùn)模式，校內(nèi)實(shí)訓(xùn)設(shè)備數(shù)量少，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)掌握存在偏差，部分學(xué)校建設(shè)生產(chǎn)實(shí)踐實(shí)訓(xùn)室，但教學(xué)中存在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)原料需求量大、生產(chǎn)產(chǎn)品利用率低造成動(dòng)力消耗高等問題。企業(yè)實(shí)習(xí)大多學(xué)生不能進(jìn)入生產(chǎn)線，頂崗實(shí)習(xí)只能安排簡(jiǎn)單工作任務(wù)，學(xué)生難以掌握有價(jià)值的實(shí)踐技能。

虛擬仿真技術(shù)包括模擬演示與仿真實(shí)訓(xùn)，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行實(shí)際場(chǎng)景模擬，借助多媒體等技術(shù)在計(jì)算機(jī)設(shè)備上營(yíng)造可輔助的相關(guān)軟硬件操作環(huán)境，可直接獲得操作提示及評(píng)價(jià)。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室具有時(shí)效性高等特點(diǎn)，可構(gòu)建稻谷生產(chǎn)仿真設(shè)備設(shè)施，使教師在真實(shí)生產(chǎn)環(huán)境下教學(xué)，使學(xué)生體驗(yàn)生產(chǎn)過程，培養(yǎng)具有核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的應(yīng)用型人才，構(gòu)建虛擬仿真技術(shù)為核心的實(shí)訓(xùn)環(huán)境適應(yīng)稻谷加工課程教學(xué)非常必要。

稻谷加工課程教學(xué)內(nèi)容涉及作植物生理學(xué)等多學(xué)科知識(shí)。稻谷加工模型是從事相關(guān)科研工作的重要工具，目前成為農(nóng)業(yè)等業(yè)務(wù)部門工作重要工具，利用模型可以為稻谷加工生產(chǎn)提供依據(jù)。農(nóng)業(yè)糧食加工畢業(yè)生操作能力不夠強(qiáng)。高校稻谷加工模型課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)修訂模型教學(xué)大綱，開發(fā)適用于課程的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。稻谷加工模型運(yùn)行效率受多種因素影響，教學(xué)團(tuán)隊(duì)以稻谷作物模型為例，挑選模型核心模塊，簡(jiǎn)化模型輸入與參數(shù)設(shè)置，開發(fā)網(wǎng)絡(luò)版稻谷加工模型建模環(huán)境，方便學(xué)生登錄系統(tǒng)學(xué)習(xí)，避免在多機(jī)環(huán)境下運(yùn)行困難。

二、稻谷加工課程教學(xué)虛擬仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)

依據(jù)課程實(shí)踐教學(xué)大綱要求，設(shè)計(jì)稻谷加工模型虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)，建模部分包括模型各模塊運(yùn)行環(huán)境，學(xué)生對(duì)照系統(tǒng)基本組成可以理解建模原理等，通過引導(dǎo)學(xué)生設(shè)置模型運(yùn)行環(huán)境。系統(tǒng)具有良好的人機(jī)交互性能，設(shè)置模型運(yùn)行環(huán)境后，后臺(tái)可以以圖表等形式自動(dòng)返回運(yùn)行結(jié)果，加深學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解應(yīng)用。學(xué)生可以通過手動(dòng)設(shè)置不同參數(shù)方案，更好地理解作物特性。作物知識(shí)頁面提供水稻知識(shí)百科，實(shí)驗(yàn)方法頁面為理論課程的補(bǔ)充，考核練習(xí)頁面考查學(xué)生通過學(xué)習(xí)后掌握知識(shí)情況。

采用MATLAB 混合編程，生成在線教學(xué)系統(tǒng)，系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)包括Microsoft Visual Studio2015 等，形成輸入規(guī)范的模型函數(shù)代碼，編寫用于模塊運(yùn)行的總函數(shù)，使用Compiler 工具編譯生成模塊模擬函數(shù)，編譯生成BIOMASS 等DLL 文件。針對(duì)教學(xué)系統(tǒng)組成部分設(shè)計(jì)模塊頁面布局，在網(wǎng)頁中用文字闡述相關(guān)理論，學(xué)生可以通過設(shè)置不同溫度參數(shù)。

三、稻谷加工課程教學(xué)虛擬仿真系統(tǒng)的應(yīng)用

系統(tǒng)以企業(yè)工作環(huán)境為原則設(shè)置項(xiàng)目，運(yùn)用現(xiàn)代虛擬仿真技術(shù)，解決實(shí)訓(xùn)教學(xué)困境，為實(shí)踐教學(xué)提供可考核操作的高仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)境。高教實(shí)踐教學(xué)具有分層遞進(jìn)特點(diǎn)，通過深入企業(yè)調(diào)研，確定以稻谷加工生活企業(yè)為服務(wù)對(duì)象，建設(shè)初中高級(jí)職業(yè)成長(zhǎng)階段。根據(jù)企業(yè)對(duì)人才的需求，進(jìn)行綜合技能分析，按照企業(yè)崗位技能要求及公眾人物需要技能選取教學(xué)內(nèi)容。以實(shí)際生產(chǎn)工作流程為依據(jù)，科學(xué)合理制定實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。

實(shí)訓(xùn)分為初中高級(jí)階段，初級(jí)階段強(qiáng)化學(xué)生對(duì)加工工藝流程的認(rèn)知，中級(jí)階段強(qiáng)化設(shè)備工藝參數(shù)調(diào)節(jié)技能，高級(jí)階段通強(qiáng)化生產(chǎn)能力。根據(jù)真實(shí)工作環(huán)境，采用虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建高仿真VR 系統(tǒng)，AR系統(tǒng)，虛擬車間1：1 高度還原稻谷加工生產(chǎn)線及工作過程，呈現(xiàn)稻谷清理、碾米與包裝等工段內(nèi)容，通過虛擬仿真手段生動(dòng)地呈現(xiàn)稻米加工工藝。用戶可在虛擬場(chǎng)景中漫游，通過交互設(shè)備實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)，使學(xué)生具有沉浸感，是信息化教學(xué)模式。虛擬仿真系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)改變傳統(tǒng)被動(dòng)接受式教學(xué)模式，學(xué)生通過角色扮演，需要進(jìn)行初中高級(jí)制米工技能學(xué)習(xí)，通過視頻動(dòng)畫及立體化講解，使學(xué)生掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容。

實(shí)訓(xùn)中通過學(xué)生對(duì)虛擬環(huán)境實(shí)現(xiàn)設(shè)備整體的運(yùn)動(dòng)，如針對(duì)礱谷機(jī)呈現(xiàn)用戶操作對(duì)設(shè)備生產(chǎn)工藝的影響。實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)提供練習(xí)模式以學(xué)生實(shí)操為主，在系統(tǒng)指導(dǎo)下完成技能點(diǎn)的學(xué)習(xí)。教師把課堂主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐高效結(jié)合。通過校企合作共建打造專業(yè)知識(shí)扎實(shí)的雙師型師資隊(duì)伍，通過學(xué)習(xí)企業(yè)生產(chǎn)新技術(shù)使課程教學(xué)具有針對(duì)性，建設(shè)滿足實(shí)踐性的高素質(zhì)教師隊(duì)伍，邀請(qǐng)專家指導(dǎo)學(xué)生實(shí)習(xí)，聘請(qǐng)企業(yè)經(jīng)驗(yàn)豐富專家為兼任教師，通過合作交流促進(jìn)教師專業(yè)水平的提高。

一體化教學(xué)重點(diǎn)是學(xué)習(xí)實(shí)踐過程，評(píng)估學(xué)生學(xué)習(xí)效果以項(xiàng)目中遇到困難解決辦法綜合評(píng)定，學(xué)生成績(jī)過程性考核包括對(duì)學(xué)生平時(shí)表現(xiàn)及項(xiàng)目完成情況考核，終結(jié)性考核對(duì)學(xué)生進(jìn)行理論知識(shí)的考核。高仿真系統(tǒng)中理論答題正確可得到積分，根據(jù)積分進(jìn)行實(shí)時(shí)排名，通過理論答題方式學(xué)生得到相應(yīng)的積分，根據(jù)終結(jié)性考核占比計(jì)算學(xué)生最終成績(jī)，可分別考核學(xué)生對(duì)輪知識(shí)的掌握情況。立體化教材是教育信息化下的教材形態(tài)，是數(shù)字教育資源與教學(xué)內(nèi)容的集合體，是以紙質(zhì)教材與移動(dòng)終端互動(dòng)的可視化教材。教材編排立足于崗位核心及鞥呢，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。稻谷加工立體化教材結(jié)合AR 技術(shù)，學(xué)生可在手機(jī)上查看立體化資源。教材內(nèi)容按照學(xué)生職能 能力提高編排項(xiàng)目，包括稻谷清理、礱下物分離等；通過與制米企業(yè)技術(shù)人員討論篩選生產(chǎn)作業(yè)與社保故障檢測(cè)內(nèi)容，包括不同粒形谷物的加工，混雜雜質(zhì)含量高的稻谷加工，振動(dòng)篩故障檢測(cè)，礱谷機(jī)故障檢測(cè)，色選機(jī)故障檢測(cè)等。

四、結(jié)語

虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)提供可交互的整體教學(xué)集成方案，從傳統(tǒng)課堂教學(xué)轉(zhuǎn)向交互學(xué)習(xí)環(huán)境，成為教育改革的重要部分。建設(shè)稻谷加工仿真實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，可以提升教師業(yè)務(wù)水平，通過應(yīng)用教學(xué)平臺(tái)，使學(xué)生掌握專業(yè)技能，提升畢業(yè)生就業(yè)能力。學(xué)生能根據(jù)授課教師安排完成學(xué)習(xí)任務(wù)，包括作為模型功能組成及作為運(yùn)行結(jié)果分析，通過引導(dǎo)學(xué)習(xí)建模環(huán)境，掌握模型的運(yùn)行。大部分學(xué)生提交模型運(yùn)行報(bào)告內(nèi)容充實(shí)，表明平臺(tái)能提高學(xué)生運(yùn)行作為建模能力。