1. 实验的必要性

高等教育与信息技术的深度融合。随着现代信息技术的快速发展，社会对人才需求呈现出多样化的特点，这就需要高校传统教学体系加快变革以适应时代发展。虚拟现实技术（Virtual Reality Technology，简称VR、虚拟现实），是一种能创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。它能模拟现实沉浸式环境，为用户提供多种感官刺激，营造一种身临其境的沉浸式体验。虚拟仿真实验教学响应信息时代高等教育开放办学、资源共享的变革要求，为学生开展探究性学习、自主实验和创新实践提供了先进手段、开放平台和优质资源，在提高人才培养质量的同时，也为实验教学改革和实验室建设增添了活力和动力。可见，将虚拟现实技术应用于课程实验教学过程，据此设计实验教学资源并形成一种创新型的实验教学模式和教学方法，不仅是未来教育发展的必然方向，也是当下推进教育教学改革所面临的重大时代课题。

是我校动物科学专业“农工相融”特色的重要支撑。工程实训作为高等院校开展工程实践教学的必修课程，在培养大学生工程实践能力与创新能力中发挥着巨大作用。《饲料工程生产实习》课程是我校动物科学、水产养殖学、饲料工程专业的核心工程实践课，是我校国家一流本科专业“动物科学”与“水产养殖学”“农工相融”特色的重要支撑，也是我校新批饲料工程专业的核心课程。在长期的教学过程中，深深体会到学生学习该课程有一定的难度，主要表现为基本理论知识掌握程度较差，特别是涉及到设备机械结构、工作原理部分的知识点不理解。如何使学生获得清晰、明了、直观、有效的学习效果，加强虚拟仿真实验建设是必要且有效的手段。学生通过“饲料工程生产实习虚拟仿真实验”实验操作，可身临其境的感受饲料企业的生产场景，感触饲料工业作为我国国民经济的支柱产业在新时代经济发展中助力实现中国梦的科技自信力量，培养同学们对于专业的认同感和兴趣；引导学生树立爱国情怀，培育大国工匠精神。

传统实验无法真实还原饲料加工设备结构和加工过程。由于课程专业实践性较强，需要到饲料生产一线进行操作训练，但是传统课程实训具有以下局限性：受实习地点的限制，需要协调本地饲料生产企业，在不影响企业正常生产前提下进行短期参观学习，学生无法动手操作，现场设备噪音大，讲解效果不佳；只能观察设备外部特征，其内部结构及实际运转情况难以观察；一个饲料厂的设备和工艺有限，需要去多家饲料生产企业实习才能满足教学需要，相应增加了经费和时间成本；安全措施配置即使再齐全的实习基地仍会有实验实训安全风险，如机械伤人、高空坠落、高温烫伤，甚至最高危的粉尘爆炸。此外，随着社会进步和科技发展，学校现有的教学实验基地设备和条件日趋老化和落后，难以满足创新性高水平人才培养的需要。为改善教学条件，提高教学效果，适应国家和社会对复合应用型卓越动物科学和饲料工程专业人才的需求，饲料工程生产实习虚拟仿真实验教学资源建设势在必行。

2. 实验的实用性

基于以大型饲料生产企业生产场景的“饲料工程生产实习虚拟仿真实验”满足虚拟仿真实验建设的“高危险、高成本、高消耗、操作不可逆、大型综合训练”等多个要素。在信息时代，借助信息技术为学生提供简洁、直观、具有人机交互功能的虚拟仿真实验平台，可帮助学生在有限的时间内获取更为丰富的知识，提高教学效果。因此，“饲料工程生产实习虚拟仿真实验”设计及应用具有较高的实用性，项目的建设可弥补国内饲料加工类虚拟仿真实验的空白。

3. 教学设计的合理性

实验背景和实际企业生产场景高度吻合。校内实训实验室对培养学生工程实践能力发挥了重要作用，但诸多条件限制其综合性实验和创新性实验的开出率。同时成套实训设备具有自动化、环境封闭、工艺复杂等特点，学生在进行实训时往往不能及时对整套设备结构、工艺流程和参数设置等全面了解，容易造成只见树木而不见森林的弊端。“饲料工程生产实习虚拟仿真实验”按照“以虚补实、以实为主、能实不虚、虚实结合”的原则，通过构建仿真软件模拟饲料加工工艺与设备的虚拟仿真，虚拟界面可以进行饲料加工设备结构和工作原理查看和设备工艺参数设计。项目建设主要包括设备认知、学习模块和考核模块，其中学习模块包括“饲料原料接收”、“饲料原料粉碎”、“饲料配料与混合”、“饲料制粒” “成品发放”及“颗粒饲料粉化率检测”等内容，充分发挥“线上”和“线下”两个实践教学平台优势，强化对学生工程能力的培养。

“线上”与“线下”质量监控体系有效配合保障了实验教学质量的持续改进。以学生为中心的“饲料工程生产实习虚拟仿真实验项目”建成了卓有成效的质量监控体系，包括网络签到、登录次数、在线时间，网络实时评分系统和在线答疑等。实验过程结束后，学生可下载实验记录和实验数据进行分析。指导老师也可以登录系统，在网上实时参与实验指导或离线指导，了解学生实验参与情况和实验报告完成情况。通过这些质量保障措施，指导老师不仅可以及时解决学生在操作中遇到的问题，也可及时掌握学生的进展情况和学习效果；以“线上”与“线下”质量监控措施构建了实践教学质量监控体系，有效保障了实践质量的持续改进。

4. 实验系统的先进性

模型具有先进性和典型性。“饲料工程生产实习虚拟仿真实验”以饲料生产企业为模型，模拟饲料生产过程，遵循先进性、实用性、开放性、共享性的设计原则，以现实实验为依据，综合运用Unity3D、Maya、Visual Studio等工具开发了形象逼真、便于操作的饲料工程生产实习虚拟仿真实验。在真实还原传统实验的同时，实现了异地操作和资源共享，并支持计算机操作。

交互式访问设计。在虚拟仿真实验平台设置交互式访问窗口，学生可进行虚拟仿真交互式操作饲料加工设备、设计饲料加工工艺参数，还可近距离观察设备运行过程。

以虚补实。虚拟仿真以实际饲料生产企业为模型，以虚拟场景模拟真实场景，线上教学弥补线下实训不足，通过操作提高学生自主设计能力和创新实践能力，识别、分析、判断和解决复杂的饲料工程问题。

系统的共享性高。实验具备虚拟仿真实验的“高危险、高成本、高消耗、操作不可逆、大型工程实训”等多个核心要素，兼具仿真度高、趣味性和在线共享性等优点，不仅可为国内其他高校院所学生提供服务，还可为饲料企业提供服务。

考核公平公正。系统后台配有智能评分系统，可自动对学生的操作过程、操作质量进行智能评定，根据学生的操作形成实验报告，其包含了实操性客观考核和理论回答的主观考核，对学生的考核公平、可观，教师可通过实验操作结果了解学生对相关教学内容的理解和掌握程度，及时查缺补漏。