“糧食儲藏”課程虛擬仿真實驗教學模式初探

李 雪，高紅梅，郭元新，丁志剛

（安徽科技學院食品工程學院，安徽滁州 233100）

隨著我國糧食加工產業的發展，對糧食工程畢業生的專業能力和綜合素質要求越來越高[1]，培養高層次、創新型人才和高技能型糧食專業人才，切實加強糧食行業人才隊伍建設成為糧食工程專業的首要任務[2]?！凹Z食儲藏”課程作為糧食工程專業一門必修課，是以微生物學、谷物加工工藝與設備、糧油品質檢驗與分析等多門學科為基礎的應用課程?！凹Z食儲藏”課程實驗是支撐“糧食儲藏”課程教學的重要內容，目的在于進一步加深學生理解糧食儲藏基礎知識的認知能力，提高學生應用糧食儲藏技術的實踐能力。虛擬仿真實驗平臺通過可視化的互聯網環境模擬糧食倉儲過程中的一系列過程，提高學生對糧食儲藏技術的應用能力；虛擬仿真實驗教學在“糧食儲藏”課程實驗教學中的應用還處于開發階段，主要論述“糧食儲藏”課程虛擬仿真實驗教學的方法，以彌補傳統實驗室教學模式的不足。

1 虛擬仿真實驗教學應用現狀

在互聯網技術蓬勃發展的背景下，教育部于2013年做出進一步建設國家級虛擬仿真實驗教學中心的部署[3]。目前，使用VRML和Flash技術的虛擬仿真技術占大多部分[4]，其中中國農業大學、同濟大學、中國科技大學等高校正在積極開發虛擬實驗室，已有部分軟件進入推廣實用階段。虛擬仿真實驗教學模式相比于實驗室教學而言具有較高的安全系數，同時激發學生學習自主性，提高實驗課教學的參與性，尤其是對新技術和新方法的推廣有較強的操作性。

2 “糧食儲藏”課程虛擬仿真實驗教學模式的構建

2.1 傳統“糧食儲藏”課程教學模式存在的問題

“糧食儲藏”課程通過講解糧食籽粒的化學特性和糧食儲藏技術，提高學生在糧食儲藏過程中解決實際問題的能力，由于涉及的知識面較廣泛且知識點繁瑣，學生多以機械記憶的方式來學習和考試，最終導致“糧食儲藏”課程教學效果不佳。多數“糧食儲藏”實驗課程中很難通過實踐環節感知糧食儲藏過程中的品質變化，尤其是外界環境條件變化對儲糧生態系統的全面影響，同時不同品種的糧食籽粒在儲藏過程中也會受到時間、地域條件等因素的影響，造成部分實驗無法在實驗室中開展。再者，涉及到儲藏技術的教學內容一般通過課堂講授的方式進行，缺乏設備的配合，如糧堆的濕熱擴散、吸附滯后現象、干燥技術、通風技術等儲糧技術的應用，即使通過參觀企業也無法全面了解，實驗環境和實驗設備的缺乏，對學生分析及解決問題的實踐能力也有所影響，難以激發學生的積極性和創造性。最后，在新技術和新方法方面無法及時學習更新，極大地影響了學生的學習興趣。因此，虛擬實驗教學平臺的建設也是對“糧食儲藏”課程教學改革的重要舉措。

2.2 “糧食儲藏”課程虛擬仿真實驗教學模式的構建理念

“糧食儲藏”課程虛擬仿真實驗教學模式的構建以“糧食儲藏”課程理論知識為基礎，融合虛擬仿真互聯網技術，構建一個具有“糧食儲藏”課程的學科特點、豐富糧食工程專業知識的虛擬平臺，應用到理論課和實驗課的教學活動中，豐富教師的教學手段、增強課堂的趣味性、提高學生的學習效率。

2.3 虛擬仿真實驗教學模式擬構建內容

擬應用“糧食儲藏”虛擬仿真實驗教學平臺，形成認知、技術和實踐3個模塊，涵蓋11個主題的實驗教學體系[5]。

“糧食儲藏”課程虛擬仿真實驗教學模式構建方案見圖1。

圖1 “糧食儲藏”課程虛擬仿真實驗教學模式構建方案

2.3.1 “糧食儲藏”課程虛擬仿真實驗教學的認知模塊

“糧食儲藏”課程認知模塊的虛擬仿真試驗將建立糧食籽粒、儲糧害蟲、儲糧微生物等儲糧生態系統中生物成分的數字切片系統，利用數碼顯微結合掃描軟件建立數字化儲糧生態系統的生物成分切片庫，為學生提供觀察糧食籽?；瘜W結構、儲糧微生物、儲糧害蟲的結構與形態，模擬糧食籽粒的萌發與后熟現象，更加系統全面地認識儲糧生態系統中生物的種類及其各自的形態特征和生活史。加深學生對基礎知識的掌握，為開展深入研究提供知識儲備。

2.3.2 “糧食儲藏”課程虛擬仿真實驗教學的技術模塊

“糧食儲藏”虛擬仿真實驗教學技術模塊擬進行糧食儲藏技術的虛擬仿真試驗，結合糧食儲藏管理技術、智慧糧庫、糧食加工設備等相關領域取得的先進技術和科研成果進行融合設計，具體包括模擬儲糧的通風與密閉試驗、糧食干燥試驗、糧食低溫儲藏試驗、糧食氣調儲藏試驗虛擬仿真操作系統，用計算機模擬儲糧生態系統在儲藏過程中的變化，學生可以真實地觀察到儲糧生態系統中的每個階段糧溫、倉溫、倉濕、氣體成分等非生物成分的變化，增強“糧食儲藏”課程實驗的直觀效果，包括模擬糧堆物理性質，儲藏過程中溫度、濕度、害蟲和水分含量的檢測，如何實現糧食的通風和密閉操作、如何實現糧食的氣調儲藏、如何實現糧食的低溫儲藏等操作，具有較強的操作性。

2.3.3 “糧食儲藏”課程虛擬仿真實驗教學的實踐模塊

糧食儲藏技術實踐模塊主要是針對不同儲藏環境中的儲糧生態系統的變化，選擇糧食儲藏技術進行人工調節，具體包括糧堆發熱控制、糧食結露控制、糧堆霉變控制、糧堆生蟲控制等糧情變化控制，通過自主尋找糧情變化的原因結合糧食儲藏技術制定控制措施，學生可以設定實驗條件如溫度、氣體成分、濕度等，觀察整個儲糧生態系統的變化。在虛擬仿真實驗平臺下進行操作，可以突破實驗室教學因實驗條件、實驗設備、實驗場地等條件限制無法完成的綜合設計性實驗，能使學生更準確地完成實驗并且學有所長，推動“糧食儲藏”課程在實踐應用方面的創新與改革。

虛擬實驗平臺可以模擬發生糧食安全事故的應急處理操作，例如對糧堆進行熏蒸操作時因熏蒸劑劑量控制不當引起的中毒事故、平整糧面時發生的掩埋事故、處理掛壁糧食時發生的砸人事故等安全事故，學生可通過模擬平臺避免因粗心大意引發的不必要問題，增強學生的自我保護意識和應急防范的能力，提高學生對突發事故的處理能力。

“糧食儲藏”課程虛擬仿真實驗教學模式的構建預期得到的如下效果：①豐富理論課教學模式，將理論課于虛擬實驗結合，讓書本的文字生動有趣，提高課堂互動性；②創新實驗課教學模式，由教師講授的被動學習轉變為以學生為主體的自主學習，突出實驗課教學的設計性和綜合性，增強“糧食儲藏”課程教學的開放性；③改進考核方式，虛擬實驗課程成績并入總評成績，使期末成績更加具有代表性[6]。

2.4 虛擬仿真實驗教學團隊建設

虛擬仿真實驗教學團隊建設是虛擬實驗教學運行的基礎?！凹Z食儲藏”課程虛擬仿真實驗教學團隊的組建需要具有糧食工程專業知識和互聯網教學基礎教師的參與，教學團隊包括學習能力強的青年教師作為后備力量；視野開闊、教學經驗豐富的教師作為中堅力量，負責虛擬實驗教學平臺教學期間的操作管理、系統的維護升級和優質教學資源融合與應用。

3 結語

隨著虛擬仿真實驗教學平臺的興起，未來這種融合高端的互聯網技術、高度的交互性、學習資源的共享性和開放性為學生的學習、實驗提供良好的資源基礎，讓學生有充足的學習空間和實驗條件，完成理論課與實驗課的完整契合。在實踐教學中有著顯著優勢和良好的應用前景，也為實驗室的發展帶來了新的方向。