动物生产学虚拟仿真教学系统建设研究

摘  要：推动信息技术与高等教育深度融合，创新人才培养模式，成为现代教育事业发展的全新趋势。为提高学生培养质量，基于动物科学专业及动物生产学教学的特点，将虚拟仿真教学技术引入动物生产学理论与实验教学，构建动物生产学虚拟仿真教学系统：理论教学采用“互联网+”智慧课堂模式；实验教学采用“互联网+”VR虚拟仿真模式，建立“实景+虚拟仿真”创新教学资源平台；实习引入“互联网+”产教融合模式。将有助于改善教学模式，促进“高等教育内涵式发展”，实现“以学生为中心”的教学理念。

关键词：虚拟仿真技术；动物生产学；虚拟仿真教学系统；教学模式；人才培养

中图分类号：G640      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2025）01-0120-04

Abstract： Promoting the deep integration of information technology and higher education， innovating talent cultivation models has become a new trend in the development of modern education. In order to improve the quality of student training， based on the characteristics of animal science and the teaching of animal production science， virtual simulation teaching technology is introduced into the theoretical and experimental teaching of animal production science. And a virtual simulation teaching system of animal production is constructed： the theoretical teaching adopts the "Internet +" smart classroom mode; The experimental teaching adopts the "Internet +" VR virtual simulation mode， and establishes the "live+virtual simulation" innovative teaching resource platform; The practice introduces the "Internet +" integration mode of production and teaching. The studywill help improve the teaching mode， promote the "connotation based development of higher education"， and achieve the teaching concept of "student-centered".

Keywords： virtual simulation technology; animal production science; virtual simulation teaching system; teaching mode; talent cultivation

习近平总书记指出，必须把教育事业放在优先位置。其中，重点要放在教育方法、手段和模式的创新上，信息技术为现代教育跨越式发展带来了新机遇。目前已基本实现“三全两高一大”的发展目标：教学应用覆盖全体教师、学习应用覆盖全体适龄学生、数字校园建设覆盖全体学校。在智慧教学改革研究方面，鼓励学校试点建设一批虚拟教研室，以加强跨专业、跨学校、跨地域的教研交流，提升教师在信息化条件下的教学研究意识。

动物生产学包括牛羊生产学、禽生产学、猪生产学等，均为动物科学专业的核心课，要求掌握相关基本知识、操作技能，实验课具有很强的实践性和应用性，是培养学生动手能力、创新能力和良好素质的有力手段[1]。而目前国内院校动物生产学教学得不到足够重视，教学现状基本是重理论、轻实践、“满堂灌”的教学模式[2]，同时，由于实验动物、教学场地的缺失，动物生产实验教学内容和教学手段相对落后，知识体系连贯性差；考核方式死板、学生积极性不高。针对这种现状，将虚拟仿真技术应用于动物生产学教学与实践，建立课程虚拟仿真教学资源对人才培养意义深远。

一  虚拟仿真技术加快动物生产学课程体系升级

推动信息技术与高等教育深度融合，创新人才培养模式，促进高校教学信息化的创建成为目前教育事业发展的全新趋势[3]。教学信息化能够有效实现教学资源管理工作信息化，以此为高校教学工作提供了更加方便的工作平台。随着现代科技的迅猛发展、计算机多媒体技术的推广和普及以及教学理念和方法的更新，不断涌现出各种新的教学手段，虚拟仿真技术作为一种全新的教学媒体开始出现在教育教学领域。

2013年教育部发布了《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》[4]，指出提高实验教学水平，深化教学知识体系融合，突破实验教学中成本高、周期长、时空局限等因素的限制。虚拟仿真技术可提高学生思维的跳跃性，培养学生自主学习及实践能力。虚拟仿真技术教学综合运用虚拟现实、人机交互等多种信息技术，通过虚拟技术模拟构建一个可视化的实验操作环境，形成了一个优于传统教学方法的实验教学平台，使学生能在虚拟、自主的实验环境中开展高效、安全的实验，实现了在真实实验情况下不具备或难于达到的教学效果[5-8]。

虚拟仿真具有沉浸性、交互性、虚幻性及逼真性，正在发展成为人类认识、改造和创造客观世界的一项通用性技术[9]，为我们带来了全新的教学理念和教学模式，使教学和实验、实训手段产生了革命性的变化[10]。虚拟仿真技术在信息化教学中的应用，创新了信息化教学模式——虚拟化教学模式。学生可自主探究、发现学习，学生在接近真实的环境中发现、解决问题，能够有效培养学生的发散性、创新性思维。3D虚拟仿真技术在信息化教学模式中的应用，使得现代信息技术教学模式更加丰富，在信息化教学中发挥重要的作用。教师将3D虚拟仿真技术融合于信息化教学中，可以利用3D虚拟仿真技术来构建一个虚拟空间，让学生于生产场区漫游，掌握实践生产流程，提高其认知能力，帮助学生探索新知、感受未知，提升其学习兴趣，有效促进信息化教学的效果[11-13]。

此外，虚拟仿真技术创新了信息化教学模式，转变了传统课堂的教学模式。特别是微课、微视频等现代信息技术、资源的运用，促进了课堂教学模式的发展。而虚拟仿真技术在信息化教学中的应用，可结合具体的知识点建设微视频资源，就一个复杂知识点进行模拟分析，将其利用于课堂教学模式中。不仅能刺激学生的求知欲，更可增强学生的学习兴趣，突破学生技能学习在时间与空间上的限制，达到信息化教学改革的目标，促进学生的全面、全方位发展。虚拟仿真技术的应用对于营造创新型人才培养环境，激发学生学习动力等方面意义重大，将有效提高学生的实验技能，使抽象枯燥的课堂理论教学结合生动的实际生产过程，让学生在快乐中学习知识，开拓视野，增强教学效果，提高学生的素质，培养有知识、重实践的社会主义现代化建设新型人才，同时使学科得到发展。同时，将为高校提供低成本、高效率的教学实验手段，为本科教育带来了全新的教学理念和教学模式。

在教育与技术飞跃发展的今天，传统的教学方法已不能满足当代教育的需求，在课堂讲授过程中合理地运用实验教学方法能很好地弥补传统教学方法的不足。动物生产学作为农业大学动物科学专业学生必修课，是动物科学专业的核心课程，教学大纲要求掌握相关基本知识、操作技能以及新的养殖技术，尤其是实验课具有很强的实践性和应用性，是课程体系的重要组成部分。作为培养学生动手能力、创新能力和良好素质的有力手段，对教学内容和教学方法有很高的要求，对将来从事畜牧业生产的学生来说是实践性很强的课程。

目前，动物科学专业本科“3+1”人才培养模式在各个院校广泛应用，加大了实验基地的建设力度，但仍存在以下问题：首先，教材知识滞后、理论教学与实际生产脱节，并没有真正接触生产实践，对生产实际的认识只是停留在课本的概念上，难以多维度、全方位对真正的动物生产形成完整的概念，影响了教学效果，也阻碍了学生的就业和事业的发展。其次，目前动物科学专业教材较多偏重理论知识，实践内容较少，且教材更新速度较慢，最新的研究成果、方法技术和实际案例并未及时体现在教材中，导致学生理论知识较多而实践应用能力不足，不能满足现代畜牧业对掌握前沿技术和生产的高级人才的迫切需求。

虚拟现实仿真平台，具有强大的实时功能，能够真实模拟生产过程，提供多种交互手段。将3D虚拟仿真技术引入动物生产学教学，运用实验手段提高课堂教学的有效性，为理论教学带来仿真手段和技术实现水平的革命性进步。必将提高教学实践效果，调动学生学习的积极性，在学生科学素养和能力培养中起到了积极作用。对于全面贯彻落实党的教育方针，发展素质教育，培养适应社会发展需要的动物科学高素质专业人才，也是大势所趋。

3D虚拟仿真技术引入动物生产学的教学，创新了信息化教学模式。运用实验手段提高课堂理论教学的有效性，创新教学方法，建立了理论联系实际的新型教学模式。课堂理论教学的同时加入企业的实际案例分析，把枯燥的理论变为鲜活影像，加快理解和吸收；该体系运用了虚拟化教学模式。通过虚拟技术平台，增加信息输入渠道和方式，把抽象的理论结合形象化的信息，增强理解和记忆。纳入现代通信的技术，通过3D虚拟技术平台，把生产实际应用于课堂教学，将大大增加形象性和说服力，增强教学效果，提高本科教学水平。

二  动物生产学虚拟仿真技术教学体系构建

通过3D虚拟仿真技术等现代科技手段构建教学新系统，构建新的学习评价系统，从而改善课堂教学模式，丰富教学内容，改进教学效果，以提高教育现代化水平，培养高素质的专业人才，促进“高等教育内涵式发展”。

以高校动物生产学教学需求为导向，聚焦高等教育高质量发展的迫切需要，深入探索 “动物生产学科领域知识图谱的自适应学习研究型”智慧化教育教学改革，现就动物生产学3D虚拟仿真教学体系的总结如下。

（一）  理论教学采用“互联网+”智慧课堂模式

动物生产学借助“一平三端智慧教学系统”可以实施线上线下教学，进而开展翻转课堂，形成混合式教学模式，由此弥补传统线下课堂教学的不足。其中，“一平三端”指“互联网云平台”“移动端、教室端和管理端”。“一平三端智慧教学系统”是一个贯穿教学各环节，教学数据整体融会贯通的全过程教学系统。

教师可在“云平台”备课，学生则在“云平台”进行学习；教师利用“移动端”课堂备课，学生可在“移动端”拓展知识、交流共享；在“教室端”， 教师在讲解动物生产理论课时，遇到不易描述的细节内容，可通过互联网调出动物生产企业生产和管理的视频信息，有针对性地形象解释其结构、功能、运行等具体细节。使远程和近程“合体”，理论和实践“结合”，抽象与具体“相融”，构建“全息”教学系统，加快学生的理解，增强课堂教学效果。最后所有数据汇集到“管理端”，管理者通过多终端实现监控、听评课、诊改，所有的教、学、诊等数据传输给网络平台进行分析，形成大数据，最终构建成为智慧教学系统，为教学质量和人才培养的质量提升提供保障。

课程组与现代化养殖企业：河南花花牛畜牧科技有限公司、洛阳龙须坡农牧有限公司等建立信息共享，构建动物生产学教学共享新系统；通过互联网调入企业生产视频信息，结合实际案例分析，服务教学。通过合理的协调、统筹和管理，使某一个区域内的实验室及其所属资源得到最优化的利用。在“互联网+”背景下，牧原、正大、花花牛等企业的生产场房均安装了监控视频，这些视频可以使企业的管理者实时掌握生产一线的动态信息，随时观察动物的采食、活动和生产状况，保证动物健康和产品质量安全。以保持企业生产的规范性、稳定性和可追溯性，提高管理效率。合作企业有各种生产监控设备和数据交换机，具备共享的条件，项目组通过共享其IP地址，可获取其视频资料，为高校教学服务。“教室端”老师在讲授动物生产学课程时引入企业生产一线视频。较高的参与度和鲜活的生产场面，使学生对畜舍结构、饲料配制、机械上料、饲养管理和清粪处理等生产管理一目了然，同时对养殖业的认识有很大的改观，增加了学习的维度，摆脱了枯燥乏味的理论讲授方式，结合生产实际，印象深刻。通过该方法既学了知识，又激发了学生们的创造性思维，提升了教学效果，提高了动物科学专业学生的专业认可度。