虛實(shí)結(jié)合的農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏專業(yè)研究生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育

柳 穎，徐崎瑞，張 焱

（天津科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300457）

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展，中國(guó)經(jīng)濟(jì)已步入新常態(tài)。著眼于世界，科技創(chuàng)新能力成為綜合國(guó)力競(jìng)爭(zhēng)的決定性因素。在“大眾創(chuàng)業(yè)，萬(wàn)眾創(chuàng)新”的背景下，則要求高校注重學(xué)生的全面培養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)，全面地提高學(xué)生的綜合能力，為國(guó)家的現(xiàn)代化建設(shè)不斷輸送高素質(zhì)人才。

1 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育現(xiàn)狀

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)復(fù)雜多變，高校畢業(yè)生就業(yè)人數(shù)不斷增多，加上疫情的突發(fā)，為經(jīng)濟(jì)環(huán)境增添了更多不穩(wěn)定的因素，人員密集型的企業(yè)用工需求逐漸減少造成失業(yè)率上升，一系列因素導(dǎo)致就業(yè)形勢(shì)不佳，加劇了廣大畢業(yè)生的就業(yè)壓力。在此背景之下，國(guó)家鼓勵(lì)以創(chuàng)業(yè)帶動(dòng)就業(yè)，積極鼓勵(lì)學(xué)生參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐活動(dòng)。豐富的知識(shí)儲(chǔ)備及優(yōu)秀的創(chuàng)新能力將成為廣大學(xué)生參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)于畢業(yè)生來(lái)說(shuō)，專業(yè)技能的培養(yǎng)與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的結(jié)合是補(bǔ)齊短板、創(chuàng)造就業(yè)機(jī)遇的有效途徑[1-2]。因此，20 世紀(jì)誕生一種新的教育理念，即創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，目的在于能夠培養(yǎng)出既可以適應(yīng)工作、完成就業(yè)，又具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)業(yè)能力的人才[3]。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育提出后得到各高校的積極響應(yīng)，但現(xiàn)階段創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育在實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中仍然存在一部分問(wèn)題，如創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與產(chǎn)業(yè)沒(méi)有很好接軌，與產(chǎn)業(yè)需求脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生不能有效地進(jìn)行創(chuàng)業(yè)實(shí)踐活動(dòng)，實(shí)踐環(huán)境僅限于校園，實(shí)踐質(zhì)量較低；受傳統(tǒng)教育模式的影響，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育仍然重理論、輕實(shí)踐，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與專業(yè)教育脫軌，與專業(yè)教育沒(méi)有進(jìn)行有效的融合發(fā)展，沒(méi)有把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的思維和精神融合進(jìn)去，不能夠有效提升學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力；創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的體系不完善，對(duì)學(xué)生的激勵(lì)較弱，不能較好地提高學(xué)生的積極性；創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育中缺少跨專業(yè)合作，無(wú)法合理進(jìn)行資源和能力互補(bǔ)，不具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，大學(xué)生團(tuán)隊(duì)多以本專業(yè)成員為主，具有局限性，從而導(dǎo)致專業(yè)技能單一低效，短板較為明顯，失敗概率較高；創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育形式簡(jiǎn)單，多以講座、培訓(xùn)和競(jìng)賽為主，枯燥、乏味的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育使得學(xué)生的積極性較差，得到的鍛煉有限等[4-5]。

2 基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)下的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育

2.1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)

在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)達(dá)的時(shí)代，虛擬仿真技術(shù)不斷發(fā)展，綜合了多種計(jì)算機(jī)技術(shù)，生成有良好的視覺(jué)聽(tīng)覺(jué)體驗(yàn)的逼真虛擬環(huán)境，有著高度的模擬性、交互性和沉浸性的特點(diǎn)。通過(guò)模擬，學(xué)生在3D 視角下進(jìn)入仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，利用鼠標(biāo)等外部設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的操控，由參觀者變?yōu)閰⑴c者，熟悉仿真教學(xué)模塊中的各個(gè)環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，深入理解教學(xué)內(nèi)容，完成學(xué)習(xí)。這種方式能夠帶來(lái)強(qiáng)烈的沉浸感，不僅可以模擬生活中的場(chǎng)景，還可以將現(xiàn)實(shí)中很難進(jìn)行或存在危險(xiǎn)的活動(dòng)加入到仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中。一些研究也表明，在教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真平臺(tái)可以調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者的積極性，引發(fā)他們主動(dòng)思考并進(jìn)行獨(dú)立探索，在一定程度上改善教學(xué)效果[6]。

如今，無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，虛擬仿真技術(shù)都與各個(gè)領(lǐng)域的融合越來(lái)越密切，在教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用也更加廣泛，特別是對(duì)于專業(yè)性和應(yīng)用性較強(qiáng)的學(xué)科來(lái)說(shuō)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)上的不足，在知識(shí)技能學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展信息技術(shù)的應(yīng)用，已經(jīng)成為當(dāng)前教育信息化背景下一種創(chuàng)新性的教學(xué)手段。運(yùn)用虛擬仿真進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)踐教學(xué)可以演示抽象、復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程，提高學(xué)習(xí)效果，加速新知識(shí)的掌握。相較于實(shí)訓(xùn)來(lái)說(shuō)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠很大程度地節(jié)省時(shí)間和成本，無(wú)論在教學(xué)前、教學(xué)中還是教學(xué)結(jié)束都可以應(yīng)用到虛擬仿真平臺(tái)，做到“虛實(shí)互補(bǔ)”，高效地實(shí)現(xiàn)從理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)化[7]。虛擬仿真技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用需要充足的資金投入，因此需要相關(guān)部門的扶持以確保技術(shù)的研發(fā)、更新和全面應(yīng)用。

2.2 虛擬仿真對(duì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的意義

對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品加工專業(yè)來(lái)說(shuō)，參加實(shí)踐活動(dòng)是提升學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的主要途徑，但在高校中由于實(shí)踐場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)費(fèi)和師資力量等條件的限制，通常并不能保障全體學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)的進(jìn)行。尤其近年來(lái)受疫情影響，高校的實(shí)踐環(huán)節(jié)無(wú)法順利開(kāi)展，存在諸多不穩(wěn)定因素。線上虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以避免線下教學(xué)中斷，為教育教學(xué)環(huán)節(jié)的順利實(shí)施、提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力及高效學(xué)習(xí)作出了重要貢獻(xiàn)[8]。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)有著豐富的實(shí)踐內(nèi)容，體驗(yàn)感強(qiáng)，能夠更加便捷地實(shí)現(xiàn)動(dòng)手操作，在一定程度上輔助了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育[9-10]。學(xué)生能夠在虛擬仿真平臺(tái)中充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，獨(dú)立開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，探究結(jié)論，充分投入到課題研究當(dāng)中。學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生還可以自主設(shè)計(jì)，自由開(kāi)展創(chuàng)新型實(shí)踐活動(dòng)。此外，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)安全性高，避免了由于操作不當(dāng)帶來(lái)的人身傷害，同時(shí)減少了原材料的消耗和廢棄污染物的排放，具有環(huán)境友好性。學(xué)生可以在實(shí)踐過(guò)程中完成專業(yè)性強(qiáng)的操作，體驗(yàn)實(shí)踐的全過(guò)程，為實(shí)際操作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。虛擬仿真教學(xué)將成為國(guó)內(nèi)外教育改革的重要方向之一，也會(huì)為培養(yǎng)高質(zhì)量人才提供新思路。

3 農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏專業(yè)中虛擬仿真工程實(shí)踐的應(yīng)用

3.1 農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏專業(yè)中應(yīng)用虛擬仿真的必要性

農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏工程作為食品科學(xué)與工程之下的二級(jí)學(xué)科，涉及生物學(xué)、工程學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)，所學(xué)習(xí)的知識(shí)通常存在理論性強(qiáng)、工藝流程復(fù)雜的特點(diǎn)，在理論課程學(xué)習(xí)完畢后，由于缺少實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生往往理解困難，無(wú)法在腦海中形成直觀的概念，這在一定程度上增加了學(xué)習(xí)難度，造成學(xué)生學(xué)習(xí)積極性差，因此需要通過(guò)工程訓(xùn)練的形式輔助消化教學(xué)理論，將抽象的概念形象化，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)不僅停留在理論層面。但是在工程實(shí)踐過(guò)程當(dāng)中往往需要投入大量的成本，再加上實(shí)驗(yàn)設(shè)備的缺乏，無(wú)法滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求。同時(shí)受到時(shí)間、空間等多方面的限制，即使開(kāi)展實(shí)踐活動(dòng)也幾乎不可能實(shí)現(xiàn)工廠中全流程、全職位的實(shí)踐學(xué)習(xí)，造成學(xué)生體驗(yàn)感不佳，實(shí)習(xí)的效果不理想[11]。搭建虛擬仿真平臺(tái)則可以發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，將抽象的實(shí)驗(yàn)原理和繁瑣的工藝流程具體化、形象化，有效地幫助學(xué)生對(duì)工程類課程的理解。一些極端條件下的操作、大型儀器的操控也能夠相對(duì)輕松地實(shí)現(xiàn)。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生先對(duì)整體流程進(jìn)行熟悉，然后自行訓(xùn)練，過(guò)程中還可以自主選擇沒(méi)有理解透徹的環(huán)節(jié)進(jìn)行有針對(duì)的反復(fù)練習(xí)[12]。同時(shí)，學(xué)生通過(guò)在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中的故障解決模塊的學(xué)習(xí)逐步積累經(jīng)驗(yàn)，啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并培養(yǎng)解決問(wèn)題的能力，為實(shí)操打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，這些都在很大程度上推動(dòng)了教學(xué)的有序開(kāi)展。因此，高效地利用虛擬仿真工程實(shí)踐對(duì)于保障食品專業(yè)的教學(xué)十分必要。

3.2 農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏專業(yè)中虛擬仿真的應(yīng)用舉例

實(shí)踐能力的培養(yǎng)始終貫穿于食品科學(xué)相關(guān)專業(yè)的培養(yǎng)當(dāng)中，為了提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力，天津科技大學(xué)已經(jīng)擁有了包裝工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、天津科技大學(xué)化工基礎(chǔ)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、1 000 t/d 毛麥清理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、港口物流虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目等，構(gòu)建虛實(shí)互補(bǔ)的教學(xué)體系。

以毛麥處理為例，在實(shí)際教學(xué)中，書本的知識(shí)是抽象的，學(xué)生無(wú)法清晰地理解工藝流程，即使進(jìn)行參觀實(shí)習(xí)，也是在遠(yuǎn)離生產(chǎn)區(qū)的地方觀察，缺少動(dòng)手的機(jī)會(huì)，而且并不能針對(duì)毛麥處理的每一個(gè)環(huán)節(jié)和情況進(jìn)行實(shí)習(xí)。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)當(dāng)中則能夠克服操作實(shí)施困難，從小麥的清理、設(shè)備的操作、質(zhì)量控制到緊急情況的處理和工廠設(shè)計(jì)等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行仿真，沉浸式觀察和動(dòng)手操作可以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)整體小麥制粉工藝的理解，掌握糧食清理核心設(shè)備的工作原理，并提高分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。再如，食品包裝環(huán)節(jié)的實(shí)習(xí)，由于原材料的需求量大、生產(chǎn)線復(fù)雜、包裝機(jī)械昂貴、種類繁多等因素的限制，更有必要采取虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。在接近真實(shí)的包裝印刷生產(chǎn)環(huán)境中，利用包裝設(shè)計(jì)軟件和數(shù)字模切平臺(tái)完成各種類型的包裝盒的裝潢設(shè)計(jì)、展示，生動(dòng)形象地演示包裝流程，強(qiáng)化理論學(xué)習(xí)效果。

在“能實(shí)不需、虛實(shí)互補(bǔ)”的前提下，學(xué)校需要做到教研結(jié)合，積極鼓勵(lì)校企合作，與企業(yè)緊密配合，推進(jìn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心的構(gòu)建，利用這些虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)合工廠實(shí)地實(shí)習(xí)培養(yǎng)農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏專業(yè)研究生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，切實(shí)提高學(xué)生的工程素養(yǎng)。

4 結(jié)語(yǔ)

科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，研究生擔(dān)負(fù)著開(kāi)拓創(chuàng)新的重任，需要在夯實(shí)專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上培養(yǎng)創(chuàng)新思維，做到能創(chuàng)新、敢創(chuàng)新，充分提升創(chuàng)業(yè)技能和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，通過(guò)創(chuàng)業(yè)解決就業(yè)問(wèn)題。雖然從國(guó)際上來(lái)看，我國(guó)在教育方面對(duì)虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用起步晚，但是在一系列政策的支持下正加快發(fā)展步伐，實(shí)現(xiàn)教育信息化發(fā)展。從學(xué)校角度來(lái)看，各院校也應(yīng)當(dāng)十分重視學(xué)生工程能力的培養(yǎng)，利用好虛擬仿真平臺(tái)，優(yōu)化人才培養(yǎng)方案，打通學(xué)校和企業(yè)之間的壁壘，提升農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新應(yīng)用能力，為社會(huì)、企業(yè)增添新的創(chuàng)新動(dòng)力。