產(chǎn)教融合視域下虛擬仿真技術(shù)在項(xiàng)目化教學(xué)中的應(yīng)用探討

一、引言

隨著社會(huì)對(duì)應(yīng)用型人才需求的增加，項(xiàng)目化教學(xué)作為一種以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，受到應(yīng)用型本科的重視。項(xiàng)目化教學(xué)不僅增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度，還幫助他們將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐中，深化對(duì)知識(shí)的理解。然而，這種教學(xué)方法也面臨挑戰(zhàn)。如對(duì)教師的高要求，教師須具備豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和項(xiàng)目管理能力。此外，項(xiàng)目化教學(xué)的效果評(píng)估難以與傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)體系匹配]。

在此背景下，產(chǎn)教融合成為提升應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要途徑。產(chǎn)教融合指高等院校與企業(yè)建立緊密合作關(guān)系，通過共享資源、共同開發(fā)課程和項(xiàng)目，促進(jìn)教育與產(chǎn)業(yè)的結(jié)合。項(xiàng)目化教學(xué)與產(chǎn)教融合密切相關(guān)，前者為后者提供實(shí)踐平臺(tái)，后者則為前者提供真實(shí)項(xiàng)目資源和實(shí)踐機(jī)會(huì)[2。虛擬仿真技術(shù)的引入，為項(xiàng)目化教學(xué)改革提供了新可能。該技術(shù)能夠創(chuàng)建安全、可控的學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生在模擬真實(shí)情境中進(jìn)行實(shí)踐操作，降低實(shí)際操作風(fēng)險(xiǎn)和成本，提供多樣化學(xué)習(xí)體驗(yàn)[。因此，應(yīng)用型高校利用校企合作資源開展基于真實(shí)項(xiàng)目的項(xiàng)目化教學(xué)，是提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要舉措。結(jié)合虛擬仿真技術(shù)與項(xiàng)目化教學(xué)，可以有效克服傳統(tǒng)教學(xué)不足，推動(dòng)應(yīng)用型本科高校教學(xué)質(zhì)量的改革與發(fā)展。本文將，探討在產(chǎn)教融合背景下，如何通過虛擬仿真技術(shù)推動(dòng)項(xiàng)目化教學(xué)改革，為地方高校的生物工程專業(yè)發(fā)展提供借鑒。

二、傳統(tǒng)項(xiàng)目化教學(xué)存在的主要問題

傳統(tǒng)項(xiàng)目化教學(xué)存在多個(gè)問題。以白酒釀造為例，學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中難以直觀理解發(fā)酵過程的原理和物料變化，尤其在核心環(huán)節(jié)的發(fā)酵控制上缺乏有效實(shí)踐，導(dǎo)致教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度低；此外，傳統(tǒng)考核方式注重實(shí)驗(yàn)流程，多為實(shí)踐報(bào)告，不能有效考核學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性差、接受度低；教學(xué)空間和時(shí)間的限制也影響了學(xué)生的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，以生物工程設(shè)備課程為例，復(fù)雜的設(shè)備結(jié)構(gòu)和流程使學(xué)生難以全面掌握。虛擬仿真技術(shù)的引入可以真實(shí)還原生產(chǎn)過程，提供安全、低成本的實(shí)踐環(huán)境，幫助學(xué)生理解設(shè)備原理，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維，為后續(xù)實(shí)際操作打下基礎(chǔ)。

三、產(chǎn)教融合背景下生物工程專業(yè)項(xiàng)目化教學(xué)改革

黃淮學(xué)院生物工程專業(yè)于1989年開設(shè)生物學(xué)專業(yè)（?？疲?，2014年開設(shè)生物工程本科專業(yè)，2019年遴選為校級(jí)一流專業(yè)，2020年成為省級(jí)一流專業(yè)建設(shè)點(diǎn)。為推動(dòng)生物工程專業(yè)的工程認(rèn)證和爭(zhēng)創(chuàng)國(guó)家一流專業(yè)，提出三個(gè)關(guān)鍵問題：一是如何貫徹產(chǎn)教融合的發(fā)展理念，開展項(xiàng)目化教學(xué)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品育人和校企合作育人；二是在項(xiàng)目化教學(xué)中如何做好課程思政，強(qiáng)化立德樹人的根本任務(wù)；三是在教育信息化背景下，如何將虛擬仿真技術(shù)與項(xiàng)目化教學(xué)結(jié)合，打造地方高校生物工程專業(yè)特色。本文將以《農(nóng)副產(chǎn)品資源化利用》和《生物工程設(shè)備》兩門課程為例，總結(jié)近三年的改革，以推動(dòng)黃淮學(xué)院生物工程專業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

（一）依托產(chǎn)業(yè)辦專業(yè)，人才培養(yǎng)與地方產(chǎn)業(yè)需求融合

黃淮學(xué)院位于河南省駐馬店市，市政府根據(jù)資源稟賦，提出了“593460”發(fā)力方向，其中打造國(guó)際農(nóng)都和中國(guó)藥谷是重要舉措3]。生物工程專業(yè)積極響應(yīng)這一戰(zhàn)略規(guī)劃，致力于將人才培養(yǎng)與地方產(chǎn)業(yè)需求緊密結(jié)合。學(xué)院通過深入調(diào)研地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，了解農(nóng)業(yè)、食品加工和生物醫(yī)藥等行業(yè)的具體需求，制定相應(yīng)的人才培養(yǎng)方案。同時(shí)，邀請(qǐng)企業(yè)專家參與課程設(shè)計(jì)和教學(xué)，確保課程內(nèi)容與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和市場(chǎng)需求相一致，注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維，使他們能夠快速適應(yīng)工作崗位，滿足地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。此外，學(xué)院通過校企合作，提供實(shí)習(xí)和實(shí)訓(xùn)機(jī)會(huì)，讓學(xué)生在真實(shí)工作環(huán)境中積累經(jīng)驗(yàn)，提升就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

（二）加強(qiáng)校企融合，促進(jìn)項(xiàng)目化教學(xué)與企業(yè)深度對(duì)接

生物工程專業(yè)長(zhǎng)期堅(jiān)持“三化一制”人才培養(yǎng)模式，即核心課程工程化、實(shí)驗(yàn)課程項(xiàng)目化、綜合實(shí)訓(xùn)產(chǎn)品化和本科生分類培養(yǎng)導(dǎo)師制。在產(chǎn)教融合背景下，生物工程專業(yè)通過聘請(qǐng)企業(yè)行業(yè)班主任，優(yōu)化面向產(chǎn)業(yè)需求的人才培養(yǎng)目標(biāo)，確保培養(yǎng)方案與市場(chǎng)需求相匹配。同時(shí)，聯(lián)合企業(yè)專家參與課程設(shè)計(jì)和教學(xué)，確保課程內(nèi)容與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一致。

（三）虛擬仿真與項(xiàng)目化融合，教學(xué)內(nèi)容的解析與重構(gòu)

生物工程專業(yè)依據(jù)駐馬店市政府國(guó)際農(nóng)都的規(guī)劃，開設(shè)了多個(gè)相關(guān)課程，其中《農(nóng)副產(chǎn)品資源化利用綜合實(shí)驗(yàn)》是重要的實(shí)踐課程，具有強(qiáng)實(shí)踐性和應(yīng)用性。該課程面向大三下學(xué)期的生物工程專業(yè)學(xué)生，共1學(xué)分，32學(xué)時(shí)，包括白酒釀造等四個(gè)完整獨(dú)立實(shí)驗(yàn)。自2021年起，生物工程專業(yè)白酒研發(fā)團(tuán)隊(duì)與河南省隋唐酒業(yè)合作，開發(fā)出以優(yōu)質(zhì)小麥為原料的黃淮·麥香型白酒，并于2023年成功上市銷售。自2022年起，研發(fā)團(tuán)隊(duì)將該釀造工藝融入課程實(shí)驗(yàn)中，以隋唐酒業(yè)生產(chǎn)車間為原型，開發(fā)了黃淮純糧虛擬仿真軟件，實(shí)施線上虛擬仿真與線下實(shí)操的新模式，受到學(xué)生的廣泛好評(píng)。

同樣，駐馬店華中正大有限公司是一家生物發(fā)酵藥物企業(yè)，其產(chǎn)品金霉素產(chǎn)銷量居全國(guó)首位，是生物工程專業(yè)重要的校企合作單位。2021年開始，生物工程設(shè)備教學(xué)團(tuán)隊(duì)與華中正大技術(shù)人員組成聯(lián)合教學(xué)團(tuán)隊(duì)，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行項(xiàng)目化重構(gòu)，以駐馬店華中正大有限公司金霉素預(yù)混劑車間為原型開發(fā)了《金霉素預(yù)混劑生產(chǎn)過程虛擬仿真》軟件。項(xiàng)目采用先進(jìn)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)金霉素的全生產(chǎn)流程進(jìn)行線上還原，已經(jīng)用于課堂教學(xué)的第1-4章、學(xué)生實(shí)習(xí)和企業(yè)宣傳等方面。

四、基于產(chǎn)教融合，虛擬仿真技術(shù)五個(gè)維度推動(dòng)項(xiàng)目化創(chuàng)新改革

在課程教學(xué)改革過程中，始終突出“以學(xué)生為中心”的教育理念。教學(xué)團(tuán)隊(duì)以合作企業(yè)的生產(chǎn)工藝為基礎(chǔ)，將虛擬仿真技術(shù)與項(xiàng)目化教學(xué)相結(jié)合，在教學(xué)內(nèi)容、方法、工具、環(huán)境和評(píng)價(jià)五個(gè)方面進(jìn)行創(chuàng)新。

（一）教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新與思政融入

課程思政是思政教育的重要組成部分，通過將思政教育融入各學(xué)科課程，可以更有效地實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)4。通過校企合作，可以對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行項(xiàng)目化重構(gòu)，將教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)與合作企業(yè)的生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)“產(chǎn)品育人”的理念，推動(dòng)項(xiàng)目化思政內(nèi)容的有效實(shí)施。同時(shí)，在開發(fā)虛擬仿真軟件時(shí)，應(yīng)有機(jī)融入思政元素，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感和職業(yè)道德。

（二）教學(xué)方法創(chuàng)新

參與式學(xué)習(xí)方式是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主動(dòng)參與和互動(dòng)。這種學(xué)習(xí)方式鼓勵(lì)學(xué)生通過實(shí)踐、討論和合作來獲取知識(shí)和技能，而不是僅僅依賴于教師的講授[5。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要在教師的布置下進(jìn)行，而基于虛擬仿真技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)則鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)參與，隨時(shí)隨地進(jìn)入感興趣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行體驗(yàn)學(xué)習(xí)。在這一過程中，學(xué)生通過人機(jī)互動(dòng)與數(shù)據(jù)交錯(cuò)，積極探索和解決問題，促進(jìn)工程思維與技術(shù)思維的結(jié)合，形成以數(shù)據(jù)為中心的復(fù)合型應(yīng)用數(shù)據(jù)思維方式。這種“沉浸式”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和參與感，使他們?cè)诤献髋c互動(dòng)中更深入地理解知識(shí)。

（三）教學(xué)工具創(chuàng)新

黃淮純糧虛擬仿真軟件和金霉素預(yù)混劑生產(chǎn)過程虛擬仿真軟件，使用Unity3D、Visual Studio等開發(fā)工具，構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)空間車間，提供可視化和形象化的環(huán)境漫游，制造身臨其境的感受。同時(shí)，設(shè)計(jì)人機(jī)交互步驟，提高課程的挑戰(zhàn)性和趣味性，體現(xiàn)“二性一度”的金課標(biāo)準(zhǔn)。

（四）教學(xué)環(huán)境創(chuàng)新

虛擬仿真軟件使學(xué)生熟練掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)，通過對(duì)廠區(qū)設(shè)計(jì)、發(fā)酵工藝條件選擇、優(yōu)化和物料衡算等操作，以“探索 實(shí)踐”的方式開展實(shí)驗(yàn)探索，設(shè)置多種考核方式，有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升解決實(shí)際復(fù)雜問題的能力和創(chuàng)新思維。在沉浸式虛擬環(huán)境中，學(xué)生可以與虛擬物體進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，教學(xué)場(chǎng)景通過三維立體模型再現(xiàn)，提升了學(xué)生對(duì)技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景的理解，符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)定位。

（五）教學(xué)評(píng)價(jià)創(chuàng)新

在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)過程中，系統(tǒng)記錄學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的全過程，并依據(jù)此進(jìn)行評(píng)分。若學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)操作階段評(píng)分過低，則需返回上一階段重新學(xué)習(xí)。評(píng)價(jià)結(jié)果根據(jù)學(xué)生的自我評(píng)價(jià)、生生互評(píng)及系統(tǒng)評(píng)價(jià)得分按比例計(jì)算，確保全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。學(xué)生成績(jī)合格后進(jìn)入實(shí)訓(xùn)中心進(jìn)行實(shí)際操作，以生產(chǎn)出合格產(chǎn)品為評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)訓(xùn)課程整體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)為：平時(shí)成績(jī)（ 2 0 % ） + 仿真系統(tǒng)考核得分（ 4 0 % ） + 實(shí)訓(xùn)產(chǎn)品（ 4 0 % ），解決了實(shí)訓(xùn)課程難以評(píng)價(jià)的問題，實(shí)現(xiàn)校企合作育人和產(chǎn)品育人。

五、結(jié)語(yǔ)

自2022年起，黃淮學(xué)院生物工程專業(yè)開發(fā)的《金霉素預(yù)混劑生產(chǎn)過程虛擬仿真軟件》和《黃淮純糧虛擬仿真軟件》分別支撐了《生產(chǎn)工程設(shè)備》和《農(nóng)副產(chǎn)品資源化利用綜合實(shí)驗(yàn)》課程的改革創(chuàng)新。其中，《金霉素預(yù)混劑生產(chǎn)過程虛擬仿真軟件》獲批為2023年河南省本科高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，《農(nóng)副產(chǎn)品資源化利用綜合實(shí)驗(yàn)》在2024年第五屆河南省本科高校教師課堂教學(xué)創(chuàng)新大賽中獲得虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)賽道二等獎(jiǎng)。這些創(chuàng)新顯著提升了教學(xué)質(zhì)量，《生物工程設(shè)備》課程學(xué)生評(píng)價(jià)從83分提高至95分，《農(nóng)副產(chǎn)品資源化利用綜合實(shí)驗(yàn)》從79分提升至96分，獲得師生一致肯定。本文總結(jié)的改革實(shí)踐為地方高校生物工程專業(yè)的持續(xù)改革提供了可借鑒的方案。

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基金項(xiàng)目：

2024年度河南省高等教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目，項(xiàng)目名稱：新工科背景下生物類專業(yè)“三化一制”人才培養(yǎng)模式改革研究與實(shí)踐（項(xiàng)目編號(hào)：2024SJGLX0482）

河南省2023年度本科高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，項(xiàng)目名稱金霉素預(yù)混劑生產(chǎn)過程虛擬仿真項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：247）

2024年度黃淮學(xué)院高等教育教學(xué)改革研究，項(xiàng)目名稱：校企合作背景下地方高校項(xiàng)目化教學(xué)問題及對(duì)策研究（項(xiàng)目編號(hào)：2024XJGLX53）

2024年度黃淮學(xué)院高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目，項(xiàng)目名稱：新工科背景下地方應(yīng)用型高校項(xiàng)目化教學(xué)探索一一以黃淮學(xué)院《食品分析》課程為例（項(xiàng)目編號(hào)：2024XJGLX29）

2023年度黃淮學(xué)院在線精品開放課程，項(xiàng)目名稱：生物工程設(shè)備（項(xiàng)目編號(hào)：23）

作者簡(jiǎn)介：

郭紅偉（1987.12-），男，漢族，河南新蔡人，博士，副教授，研究方向：微生物資源開發(fā)與利用;

李源馨（1995.04-），女，漢族，河南駐馬店人，碩士，助教，研究方向：食品營(yíng)養(yǎng)與骨骼健康;

喬柱（1991.01-），男，漢族，河南駐馬店人，博士，講師，研究方向：功能食品微生物的開發(fā)；

李云（1987.07-），女，漢族，河南遂平人，博士，副教授，研究方向：發(fā)酵工程。

通訊作者：李大紅（1969.09-），男，漢族，安徽肥東人，博士，教授，研究方向：植物逆境生理。 蘭