動(dòng)物生產(chǎn)類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建設(shè)與實(shí)踐—以黃羽肉雞飼養(yǎng)及性能測(cè)定虛擬仿真實(shí)驗(yàn)為例

◆作者：朱勇文 葉慧 何丹林 吳銀寶

◆單位：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院

黃羽肉雞占我國肉雞市場(chǎng)50%左右，是主要養(yǎng)殖和消費(fèi)品種。因此，學(xué)會(huì)并掌握黃羽肉雞科學(xué)養(yǎng)殖尤為重要。黃羽肉雞飼養(yǎng)及性能測(cè)定虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程依托華南農(nóng)業(yè)大學(xué)國家級(jí)特色動(dòng)物科學(xué)專業(yè)優(yōu)勢(shì)和動(dòng)物科學(xué)類省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，及中心已成立的省級(jí)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)，圍繞南方特色黃羽肉雞生產(chǎn)性能測(cè)定現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵內(nèi)容，通過引導(dǎo)學(xué)生虛擬仿真學(xué)習(xí)場(chǎng)地選址及布局和廢棄物處理環(huán)節(jié)，打破傳統(tǒng)黃羽肉雞飼養(yǎng)實(shí)驗(yàn)空間跨度大、生物安全要求高和生產(chǎn)周期過長(zhǎng)等制約，確保學(xué)生整體性熟悉并掌握黃羽肉雞全生產(chǎn)流程；通過對(duì)代謝實(shí)驗(yàn)、體尺測(cè)量、屠宰測(cè)定、人工授精和種蛋孵化5 個(gè)關(guān)鍵核心環(huán)節(jié)的真實(shí)仿真，結(jié)合線上線下交互操作訓(xùn)練，克服部分實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求特殊、家禽群體應(yīng)激反應(yīng)大及組織管理經(jīng)費(fèi)昂貴等不足，從而保證每個(gè)學(xué)生動(dòng)手操作和熟悉各個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效度（李靜等，2020）。主要知識(shí)點(diǎn)具體如下：

（1）場(chǎng)址規(guī)劃：清楚場(chǎng)址科學(xué)選擇和場(chǎng)區(qū)合理布局。（2）代謝實(shí)驗(yàn)：掌握代謝實(shí)驗(yàn)程序和要點(diǎn)，獨(dú)立完成常規(guī)養(yǎng)分粗蛋白質(zhì)、總能等測(cè)定方法。（3）體尺測(cè)量：熟悉胸寬、胸深、胸圍等部位的位置和測(cè)量方法。（4）屠宰測(cè)定：掌握屠宰分割、器官分離稱重和器官指數(shù)計(jì)算等程序。（5）人工授精：熟悉和掌握人工采精、精液品質(zhì)檢查、輸精等操作。（6）種蛋孵化：了解照蛋、孵化微生物檢查、效果評(píng)估等。（7）廢棄物處理：掌握糞污收集與好氧發(fā)酵、尸體無害化處理等手段。

1 黃羽肉雞飼養(yǎng)及性能測(cè)定虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)的必要性

1.1 虛擬仿真學(xué)習(xí)的必要性

目前傳統(tǒng)黃羽肉雞飼養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)地選址及布局受到時(shí)間和空間跨度大等制約，以致高校教師無法開展相應(yīng)的生產(chǎn)實(shí)踐實(shí)驗(yàn)。此外，黃羽肉雞生產(chǎn)過程中，廢棄物處理實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)性大、疫病傳播風(fēng)險(xiǎn)高，糞污收集與好氧發(fā)酵、尸體無害化處理等實(shí)驗(yàn)在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室無法完成；加上雞場(chǎng)生物安全要求高，教師和學(xué)生也無法通過生產(chǎn)實(shí)踐學(xué)習(xí)，因而實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)被迫擱置或放棄。最為重要的是，黃羽肉雞飼養(yǎng)試驗(yàn)是一個(gè)整體性試驗(yàn)，而傳統(tǒng)飼養(yǎng)只是單一獨(dú)立的試驗(yàn)，無法做到內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣和整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程完整呈現(xiàn)，無法提高學(xué)生參與綜合實(shí)踐的興趣和創(chuàng)造能力（熊宏齊，2020）。虛擬仿真技術(shù)可以讓本實(shí)驗(yàn)課程具有可延續(xù)性，通過將新的實(shí)驗(yàn)?zāi)K和工作流程導(dǎo)入原有系統(tǒng)中，緊密聯(lián)系實(shí)踐，開展新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，更新的先進(jìn)技術(shù)和手段（孫彥婷等，2019）。本課程確保學(xué)生整體性熟悉并掌握黃羽肉雞生產(chǎn)流程。

1.2 線上線下交互學(xué)習(xí)的必要性

雖然目前動(dòng)物生產(chǎn)專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)課程開展了相應(yīng)的人工授精、種蛋孵化、體尺測(cè)量、屠宰測(cè)定和代謝實(shí)驗(yàn)操作，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的教學(xué)方法單一，知識(shí)學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)動(dòng)手操作相互分離，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)造性，特別是在理論教學(xué)中，許多應(yīng)用型知識(shí)受到限制而無法進(jìn)行實(shí)踐（謝暉等，2019）。此外，部分試驗(yàn)要求設(shè)備昂貴（如總能測(cè)定需要氧彈量熱儀），不能保證每個(gè)學(xué)生動(dòng)手操作實(shí)踐。特別是人工授精和體尺測(cè)量實(shí)驗(yàn)容易引起黃羽肉雞群體應(yīng)激，增加了生產(chǎn)實(shí)踐組織管理的難度，無法保證每個(gè)學(xué)生進(jìn)入生產(chǎn)實(shí)踐了解實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)。目前，種蛋孵化和代謝強(qiáng)飼實(shí)驗(yàn)只能以學(xué)生小組的形式開展，不能保證每個(gè)學(xué)生參與到各個(gè)環(huán)節(jié)中。動(dòng)物生產(chǎn)類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建設(shè)與實(shí)踐彌補(bǔ)了現(xiàn)實(shí)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)存在的不足，線上線下混合實(shí)訓(xùn)最大限度發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性和創(chuàng)新能力；并可一定程度上替代實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的使用，保障教學(xué)中的動(dòng)物福利和倫理，有利于學(xué)生建立正確的對(duì)待動(dòng)物的態(tài)度（蔣亞君等，2020）。

2 黃羽肉雞飼養(yǎng)及性能測(cè)定虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程特色

2.1 實(shí)現(xiàn)自主- 互動(dòng)- 探究的立體式教學(xué)模式

基于黃羽肉雞生產(chǎn)實(shí)踐實(shí)驗(yàn)中不能有效開展的雞場(chǎng)地選址及布局和廢棄物處理環(huán)節(jié)的問題，以學(xué)生為主體，教師為中心，通過仿真系統(tǒng)提供虛擬的實(shí)操與互作實(shí)驗(yàn)環(huán)境，倡導(dǎo)自主式、合作式、探究式學(xué)習(xí)，彌補(bǔ)黃羽肉雞養(yǎng)殖生產(chǎn)實(shí)踐實(shí)驗(yàn)中雞場(chǎng)場(chǎng)址規(guī)劃及布局和廢棄物處理這一頭一尾環(huán)節(jié)，做到內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣和整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程完整呈現(xiàn)（圖1），確保學(xué)生整體性熟悉并掌握黃羽肉雞生產(chǎn)流程，大大調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，達(dá)到事半功倍的學(xué)習(xí)效果（李改英等，2016）。

圖1 虛擬仿真場(chǎng)址選擇及布局效果圖

2.2 實(shí)現(xiàn)線上與線下交互式教學(xué)模式

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的教學(xué)方法單一，知識(shí)學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)動(dòng)手操作相互分離，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)造性（龔思穎等，2019）。本項(xiàng)目利用虛擬仿真技術(shù)開展從線上到線下全方位交互式教學(xué)實(shí)踐，通過線上主動(dòng)學(xué)習(xí)智能指導(dǎo)線下人工授精、種蛋孵化、體尺測(cè)量、屠宰測(cè)定和代謝實(shí)驗(yàn)實(shí)操訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)線下教學(xué)的多向互動(dòng)和多元互動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)師生從線上到線下進(jìn)行實(shí)時(shí)交互的高效實(shí)驗(yàn)教學(xué)（圖2）。

圖2 線上線下交互體尺測(cè)量

3 黃羽肉雞飼養(yǎng)及性能測(cè)定虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)

3.1 最大程度實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)理論與實(shí)踐的融合

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)對(duì)象的形態(tài)具有可視性，依靠科學(xué)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過對(duì)某些模擬手段“放大”觀察項(xiàng)目，觀察實(shí)驗(yàn)對(duì)象的相關(guān)因素變化的特征及規(guī)律（熊宏齊，2019）。本虛擬仿真項(xiàng)目通過傳感技術(shù)、輸入輸出技術(shù)將傳統(tǒng)現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)無法開展的場(chǎng)址規(guī)劃和廢棄物處理等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)可視化連續(xù)呈現(xiàn)，高度虛擬仿真還原黃羽肉雞飼養(yǎng)及性能測(cè)定現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)仿真實(shí)踐與理論實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的有機(jī)結(jié)合。加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建，強(qiáng)化學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和專業(yè)綜合能力的培養(yǎng)（王秋菊等，2020）。

3.2 首次嘗試開展線上與線下交互實(shí)驗(yàn)教學(xué)

基于虛擬仿真項(xiàng)目開展線上線下相結(jié)合的交互式教學(xué)，實(shí)現(xiàn)線上操作預(yù)復(fù)習(xí)與線下實(shí)操環(huán)節(jié)進(jìn)行深度融合，由上返下、由下及上的雙線交替式教學(xué)，突破傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生開展學(xué)習(xí)探究的積極性和主動(dòng)性。

3.3 宏觀上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研相輔相成

校企合作、產(chǎn)學(xué)研緊密連結(jié)是動(dòng)物科學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)的重要途徑（陳偉國，2018）。本虛擬仿真項(xiàng)目基于華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院張細(xì)權(quán)教授主持完成的“高檔優(yōu)質(zhì)肉雞新品種的培育與應(yīng)用”廣東省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)成果轉(zhuǎn)化，也是我校動(dòng)物科學(xué)學(xué)院與溫氏集團(tuán)產(chǎn)學(xué)研的亮點(diǎn)體現(xiàn)。本項(xiàng)目以黃羽肉雞飼養(yǎng)及性能測(cè)定為平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了科研反哺教學(xué)，教學(xué)促產(chǎn)業(yè)的良性循環(huán)發(fā)展局面。

4 黃羽肉雞飼養(yǎng)及性能測(cè)定虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程效果

4.1 課程推廣方面

將黃羽肉雞的飼養(yǎng)和性能測(cè)定虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目納入動(dòng)物科學(xué)專業(yè)培養(yǎng)方案和教學(xué)課程必修環(huán)節(jié)，采用學(xué)時(shí)學(xué)分制考核，鼓勵(lì)學(xué)生積極參加虛擬實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)。制訂線上線下、虛實(shí)結(jié)合的學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)辦法，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源高效利用，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)（圖3）。此外，陸續(xù)向本校低年級(jí)生物學(xué)專業(yè)的課外科研活動(dòng)提供技術(shù)培訓(xùn)；為選修家禽生產(chǎn)學(xué)課程其他非專業(yè)學(xué)生開放提供教學(xué)輔導(dǎo)。后續(xù)陸續(xù)覆蓋動(dòng)物育種學(xué)、配合飼料學(xué)、飼料添加劑學(xué)等課程的相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，持續(xù)補(bǔ)充遺傳育種、生物安全等模塊。

圖3 動(dòng)物生產(chǎn)類動(dòng)科科學(xué)技能大學(xué)場(chǎng)面圖

4.2 高校推廣方面

建立信息化管理共享平臺(tái)，面向全國各大高校開放，支持和鼓勵(lì)各地畜牧和獸醫(yī)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)，拓展相關(guān)專業(yè)院校之間的開放共享、共建共享資源。2019 年3 月已同廣東海洋大學(xué)、佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院、仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院、韶關(guān)學(xué)院及石河子大學(xué)、安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)等高校簽訂共享協(xié)議，計(jì)劃為上述學(xué)校的1000多名畜牧獸醫(yī)專業(yè)學(xué)生開設(shè)共享服務(wù)。

4.3 社會(huì)推廣方面

課程建設(shè)與廣東溫氏食品集團(tuán)有限公司、珠海市裕禾農(nóng)牧有限公司、廣州驅(qū)動(dòng)力飼料有限公司、茂名楊氏農(nóng)業(yè)有限公司等省級(jí)教學(xué)實(shí)踐基地建設(shè)統(tǒng)一規(guī)劃實(shí)施，加強(qiáng)黃羽肉雞的飼養(yǎng)和性能測(cè)定虛擬仿真開放平臺(tái)的校企共享，目前已與6 家家禽業(yè)協(xié)會(huì)和5 家家禽生產(chǎn)企業(yè)提供開放的公共教育平臺(tái)，逐步形成精品教學(xué)平臺(tái)，深化校企產(chǎn)學(xué)研合作。此外，整合社會(huì)資源，依托本課程逐步向本市中小學(xué)生提供課外動(dòng)物類科普平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)：（略）