虛擬仿真實驗在食品工程專業(yè)“生產(chǎn)實習(xí)”課程中的應(yīng)用

田密霞，姜愛麗，冮 潔，陳 晨，劉程惠

（大連民族大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，遼寧大連 116600）

0 引言

“生產(chǎn)實習(xí)”是本科學(xué)生的一門主要實踐性課程，是與課堂教學(xué)完全不同的教學(xué)實踐活動。通過生產(chǎn)實習(xí)，學(xué)生可以將課堂學(xué)到的理論知識在實踐中加以應(yīng)用，并且可以在實踐中應(yīng)用并不斷地改進創(chuàng)新。在生產(chǎn)實習(xí)過程中，學(xué)生可以了解產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)工藝、質(zhì)量安全控制等整個過程，而且可以學(xué)到組織和管理的知識，懂得團隊合作在工作中的重要性。

在新工科背景下，學(xué)生培養(yǎng)要以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向，學(xué)科交叉融合，培養(yǎng)出既懂得理論又有實踐經(jīng)驗、具有創(chuàng)新能力的學(xué)生，生產(chǎn)實習(xí)是實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中極為重要的一環(huán)，必須高度重視。然而，現(xiàn)在的生產(chǎn)實習(xí)存在許多弊端，不能夠滿足以上要求，因此通過引入虛擬仿真實驗作為傳統(tǒng)實習(xí)教學(xué)中的補充和完善[1-3]。虛擬實驗室是通過計算機技術(shù)將各學(xué)科的教學(xué)實驗室實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化。至今為止，無論是國內(nèi)還是國外都在積極進行虛擬實驗室的研發(fā)工作，并且有許多已成功并且運用于實際工作中。例如，美國成功地將虛擬實驗室應(yīng)用于飛機檢修，以及一些學(xué)科的教學(xué)、科研和工業(yè)領(lǐng)域[4-7]。在我國，成功研發(fā)了電工電子學(xué)[8-10]、理論化學(xué)[11]虛擬實驗室及醫(yī)學(xué)虛擬手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)[9]，并且在應(yīng)用中取得了非常好的效果。針對虛擬仿真平臺實習(xí)與工廠實習(xí)的優(yōu)缺點進行一比較分析。

1 目前生產(chǎn)實習(xí)的狀況及存在的普遍問題

1.1 對口的實習(xí)單位少

目前的情況來看，食品科學(xué)與工程專業(yè)的生產(chǎn)實習(xí)都是教師在當?shù)芈?lián)系一些與食品專業(yè)相關(guān)的實習(xí)單位，但大多數(shù)企業(yè)規(guī)模較小、生產(chǎn)內(nèi)容較單一、管理不夠規(guī)范，也沒有能力接收大量實習(xí)的學(xué)生。一些規(guī)模大、管理規(guī)范的現(xiàn)代化企業(yè)很難聯(lián)系到或者是不愿意接受大量的學(xué)生進入企業(yè)實習(xí)，原因可能是考慮到企業(yè)的正常生產(chǎn)秩序，或者一些與商業(yè)機密相關(guān)的問題。而且，學(xué)校在聯(lián)系實習(xí)企業(yè)的同時，企業(yè)也在選擇進入的學(xué)校、學(xué)生，這樣一來能聯(lián)系到的實習(xí)單位很少，接收學(xué)生數(shù)量也不足。

1.2 生產(chǎn)實習(xí)的方式單一

有的實習(xí)企業(yè)本身規(guī)模較小，生產(chǎn)產(chǎn)品單一，生產(chǎn)方式也比較簡單，學(xué)生進入實習(xí)單位也只是從事一些簡單的、重復(fù)性的體力勞動，很難將所學(xué)到的知識運用起來。一些規(guī)模大的實習(xí)單位，為了不影響正常的生產(chǎn)秩序，企業(yè)一般也不會安排學(xué)生進入一些重要的、技術(shù)性強的崗位，只是給學(xué)生安排到一些操作簡單的崗位。一些大型的精密儀器也不允許學(xué)生進行操作，只是簡單地參觀講解。有一些企業(yè)采取的全自動化生產(chǎn)，學(xué)生只能在外面參觀，雖然會有企業(yè)的人員講解生產(chǎn)過程，但只是聽不能具體地操作與了解內(nèi)部詳細的連接與構(gòu)造，學(xué)生也只能有一個感性的認識，起不到真正生產(chǎn)實習(xí)的目的。

1.3 高校教師生產(chǎn)經(jīng)驗不足

進入企業(yè)實習(xí)，不僅要企業(yè)的配合，指導(dǎo)教師也應(yīng)該有相應(yīng)的理論知識與實際生產(chǎn)經(jīng)驗，這樣才能更好地指導(dǎo)學(xué)生。目前高校在引進人才方面單一，只重視高學(xué)歷、論文數(shù)量，引進的教師大多都是剛剛畢業(yè)的博士生，沒有任何的企業(yè)經(jīng)歷，也不懂生產(chǎn)管理。另外，帶領(lǐng)學(xué)生進行生產(chǎn)實習(xí)的同時，學(xué)校也有授課任務(wù)，安排帶隊的教師數(shù)量較少，照顧不到所有的學(xué)生，影響了實習(xí)的效果。另一方面，帶實習(xí)教師的多為年輕教師，管理學(xué)生和生產(chǎn)經(jīng)驗都不足，缺乏實習(xí)鍛煉和經(jīng)歷，對企業(yè)也不夠了解，不能給學(xué)生提供詳實的理論和實踐指導(dǎo)，也大大削弱了實習(xí)效果[12-15]。

1.4 學(xué)生對生產(chǎn)實習(xí)重要性認識不足

學(xué)生處于理論學(xué)習(xí)階段，對工作的認識還沒有形成，也不知道生產(chǎn)實習(xí)對他們的重要性，只是把生產(chǎn)實習(xí)當作一門課來上，提前對企業(yè)沒有任何的了解，也不知道自己該準備一些什么材料，自己學(xué)習(xí)的哪些知識可以運用到實習(xí)中，更沒有想過要給企業(yè)帶來什么樣的知識與改變。學(xué)生進入企業(yè)也只是被動接受，實習(xí)效果差。

1.5 生產(chǎn)實習(xí)的考核評定不夠嚴謹

學(xué)生實習(xí)后，只是寫一個簡單的實驗報告，內(nèi)容單一雷同。以報告會的形式讓學(xué)生來總結(jié)實習(xí)的經(jīng)驗與心得，學(xué)生也只是簡單地介紹企業(yè)的情況與自己在企業(yè)都參與了哪些工作，并沒有對實習(xí)有深刻的認識：沒有談到通過實習(xí)我學(xué)到了哪些實踐知識，學(xué)到的理論知識可以用到實踐中去，更沒有談到在實習(xí)過程中遇到了什么困難，發(fā)現(xiàn)企業(yè)在生產(chǎn)過程中有哪些需要改進的地方。

2 虛擬實驗在生產(chǎn)實習(xí)中的應(yīng)用與優(yōu)勢

2.1 解決學(xué)校尋找實習(xí)單位難的問題

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，很多企業(yè)與高校合作，構(gòu)建了各種虛擬實驗，從簡單的操作實驗到復(fù)雜的3D 精密儀器操作和實景工廠生產(chǎn)的軟件。學(xué)?？梢愿鶕?jù)食品工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)特點和就業(yè)方向，有針對性地購買相關(guān)的軟件，尤其是一些自動化程度較高的、生產(chǎn)工藝復(fù)雜的或涉及到大型精密儀器使用。因此，學(xué)生就可以接觸到的各種不同類型的企業(yè)，也解決了學(xué)校尋找實習(xí)企業(yè)，尤其是大型自動化程度高企業(yè)的難題。

2.2 提高學(xué)校教師的實踐教學(xué)能力

購買到或自己開發(fā)虛擬軟件后，高校教師可以先進行相關(guān)的學(xué)習(xí)，清楚軟件操作的每一步，即生產(chǎn)的每一個環(huán)節(jié)，提前備好相關(guān)的或者是可能出現(xiàn)的問題，在實習(xí)過程中給學(xué)生以很好的指導(dǎo)。同時，教師通過對各種工廠生產(chǎn)實踐的了解，也可以應(yīng)用到理論教學(xué)中，即“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)法進行理論和實驗教學(xué)，增加教學(xué)的豐富度，極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，也可以更容易理解掌握理論知識[16]。

2.3 學(xué)生實習(xí)的模式靈活，掌握的生產(chǎn)知識豐富

虛擬實驗在電腦上操作，可以容納多個學(xué)生同時操作。學(xué)生進入系統(tǒng)，自己獨立完成生產(chǎn)中的每一個環(huán)節(jié)，可以清楚地學(xué)到每一個環(huán)節(jié)的具體操作，而且也有時間查閱資料，弄清楚每一步。如果操作錯誤或者是沒有掌握，還可以反復(fù)進入學(xué)習(xí)。只要是在實習(xí)的時間段，自己可以合理安排好實習(xí)的計劃，不受場地和時間的限制。

2.4 大型精密儀器的學(xué)習(xí)更透徹

大型精密儀器價格昂貴、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在大多數(shù)學(xué)校里，本科生只是一些演示的實驗，沒有機會接觸。在虛擬實驗中，學(xué)生可以隨意操作，可以打開看到機器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)理解，而且沒有損壞儀器的風(fēng)險。

2.5 學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣濃

進入虛擬實驗室系統(tǒng)的每一個操作，就像是游戲的通關(guān)，需要自己全力以赴的解決，激發(fā)學(xué)生的斗志和興趣，自己通過查閱資料、詢問教師的各種方式解決，從而印象深刻，掌握得牢固。

2.6 應(yīng)對突發(fā)事件

2020 年新型冠狀病毒肺炎Coronavirus Disease（COVID-19） 疫情暴發(fā)[17]，國家的號召2020 年春季學(xué)期所有學(xué)校停課在家學(xué)習(xí)，做到“停課不停教，停課不停學(xué)”[18-19]。此時就顯示出了線上教學(xué)的優(yōu)越性，在家不僅可以上理論課，有了虛擬實習(xí)軟件，連工廠實習(xí)都可以在家進行，不耽誤學(xué)生的正常畢業(yè)。

2.7 虛擬實驗考核客觀全面

虛擬實驗系統(tǒng)將在特定的時段為學(xué)生開放，學(xué)生用自己的學(xué)號登錄，系統(tǒng)自動打卡，而且每一步實驗必須連續(xù)操作，不可以跳躍，保證了學(xué)生完整地參與整個實習(xí)過程。在實習(xí)結(jié)束后，可以在系統(tǒng)給出測試題，考核學(xué)生對整個實習(xí)過程中關(guān)鍵技術(shù)和知識的掌握程度。

3 虛擬仿真實驗的缺點

3.1 不能接觸到企業(yè)的管理經(jīng)驗

學(xué)生在進入企業(yè)工作時，不僅要工作積極主動，而且要了解和學(xué)習(xí)企業(yè)文化，為企業(yè)的未來發(fā)展獻計獻策。優(yōu)秀的企業(yè)文化是一種內(nèi)在動力，可以提高職工責(zé)任感和歸屬感，增強管理團隊的模范帶頭作用，促進企業(yè)職工形成正確的思想道德觀念和文化價值觀念，強化與職工之間的情感溝通和信息交流，提高其核心競爭力。而虛擬網(wǎng)絡(luò)實習(xí)在電腦上進行，沒有進入企業(yè)實地參與，接觸不到企業(yè)管理和企業(yè)文化。

3.2 不會遇到實際生產(chǎn)中的一些問題，偏于理論化

企業(yè)在實際的生產(chǎn)中，會遇到各種各樣的突發(fā)狀況。需要員工根據(jù)自己所學(xué)的專業(yè)知識進行解決，做到真正的理論聯(lián)系實際，而在虛擬實驗過程中就不會有這樣的實踐機會。

4 虛擬仿真實習(xí)的完善方法

4.1 虛擬網(wǎng)絡(luò)實習(xí)

從長久看，虛擬實驗是大勢所趨，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性[20]。將虛擬實驗與工廠實習(xí)相結(jié)合既讓學(xué)生參與所需要的工廠實習(xí)，又學(xué)到企業(yè)管理方面的經(jīng)驗。大連工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院在微生物實驗中采取“多媒體+虛擬仿真+課堂實訓(xùn)”的多元模式[13]，讓學(xué)生在上課之前通過虛擬仿真實驗平臺充分預(yù)習(xí)，教師在課堂上將大家共同的問題和重點知識點一一講解，大大提高了教學(xué)效果和效率[21]。虛擬仿真實習(xí)也是同樣的道理，可以通過以下幾步實施：第一步：所在的專業(yè)根據(jù)專業(yè)的特點及未來就業(yè)的需求，制定周密的實習(xí)計劃；第二步：根據(jù)不同類型的工廠，指派經(jīng)驗豐富的專業(yè)教師負責(zé)；第三步：教師根據(jù)所負責(zé)實習(xí)工廠的類型，預(yù)先做好準備；第四步：做好實習(xí)前的動員工作，讓學(xué)生準備充分；第五步：虛擬實習(xí)正式進行，教師全程跟進指導(dǎo)；第六步：實習(xí)后網(wǎng)上測評；第七步：提交生產(chǎn)實習(xí)報告。

4.2 工廠實地實習(xí)

通過虛擬仿真工廠的實習(xí)，學(xué)生已掌握豐富的生產(chǎn)操作經(jīng)驗，根據(jù)學(xué)生的意愿與企業(yè)的實際情況，分配學(xué)生去企業(yè)實習(xí)。實習(xí)前，專業(yè)指導(dǎo)教師與企業(yè)溝通，根據(jù)學(xué)生意愿與企業(yè)的實際情況，將每個學(xué)生所在的崗位分配好，并提前告知學(xué)生。進入企業(yè)前，讓學(xué)生對企業(yè)和崗位做好充分了解與準備，學(xué)生也根據(jù)自己的就業(yè)意向，在進入企業(yè)的實習(xí)過程中，有針對性地學(xué)習(xí)。企業(yè)的相關(guān)負責(zé)人對學(xué)生實習(xí)期間的工作表現(xiàn)進行評分，按比例納入學(xué)生成績。另一方面也可以邀請企業(yè)的技術(shù)人員和管理人員走進教室，分享交流生產(chǎn)的時間經(jīng)驗和管理模式。

綜上所述，將虛擬仿真與實地實習(xí)有機結(jié)合，才能讓學(xué)生將理論與實際相結(jié)合，更好地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，提高的學(xué)生的綜合能力。