發布時間：2021-07-20所屬分類：教育論文瀏覽：1次
摘 要： 【摘要】針對中醫院校食品質量管理學課程傳統實踐教學存在的諸多問題，探索虛擬仿真在食品質量管理學實踐教學應用的可能性。采用VR、3D虛擬仿真、多媒體、網絡通訊等技術構建軟飲料生產虛擬仿真車間和加工生產線，引入食品質量安全問題場景，為學生提供一個
【摘要】針對中醫院校食品質量管理學課程傳統實踐教學存在的諸多問題，探索虛擬仿真在食品質量管理學實踐教學應用的可能性。采用VR、3D虛擬仿真、多媒體、網絡通訊等技術構建軟飲料生產虛擬仿真車間和加工生產線，引入食品質量安全問題場景，為學生提供一個智能、趣味式的平臺，以提高學生的創新精神和實踐能力。本文對這一教學研究實踐過程進行總結，旨在為進一步促進食品質量管理學實踐教學改革提供一種可行的思路。
【關鍵詞】食品質量管理學;虛擬仿真;實踐教學
《食品質量管理學》是食品質量與安全專業一門實踐性、綜合性很強的專業必修課;通過課程的學習，要求學生具備食品質量與安全管理的基本崗位能力[1]，符合本專業應用型專業人才培養計劃的要求[2]。在教學過程中需積極采用各種有效的教學手段提高學生發現問題、分析問題、解決問題的綜合應用能力[3];如何充分運用各種有效的教學手段，生動的呈現食品企業實際生產現狀，提高實踐教學效果，是教學工作者長期關注并積極探索的熱點[4]。
虛擬仿真(VirtualReality，VR)實驗，使學生在虛擬環境中利用計算機生成的全方位多感官的交互式認知環境里，沉浸其中，加深感受，啟發認知[5]。目前虛擬仿真教學已成為現代教育研究關注的焦點[6]，被廣泛地應用于工科、醫學相關院校的實踐教學[7-10]。國內2017-2020年示范性虛擬仿真實驗教學項目建設規劃共1000家，但有在食品安全管理體系領域的虛擬仿真教學鮮有成熟的建設案例報道。
本研究以軟飲料生產及質量安全控制仿真教學系統為例，探索虛擬仿真系統在《食品質量管理學》課程實踐教學中應用的可能性。通過建立軟飲料生產及食品質量安全管理仿真系統，為開設食品相關專業的院校提供一個開放式、智能式、趣味式的教學實踐平臺，以提高學生的創新精神和實踐能力。
1中醫院校探索食品質量管理學虛擬仿真實踐教學的意義
采用VR、3D虛擬仿真技術、多媒體、網絡通訊等技術，能夠較好地解決在實際教學中，學校資金、場地、人力及設備維護與運行費用等需大量投入的問題[11]，也能解決實際教學中，學生無法進入生產一線，而對所需的質量安全管理知識感到枯燥、不解的難題。
1.1可彌補《食品質量管理學》教學過程中實踐教學的不足
研究互動式的虛擬食品質量安全管理仿真平臺，可以為食品質量安全管理教學和培訓提供一個虛擬的實踐操作環境，有助于彌補當前食品質量安全實踐教學不足的缺陷。
1.2虛擬仿真教學系統是一種互動式教學，能夠有效提高學習效果
通過該平臺的使用，學生可將質量管理原理的知識與虛擬仿真平臺上看到的生產設備、工藝過程、質量安全控制生動形象的聯系，便于理解和參與，有效的提高學習效果。
1.3有助于提高學生解決問題的能力，激發學生的創新性學習
學生可通過虛擬仿真操作，掌握食品生產HACCP(危害分析與關鍵控制點)、質量安全關鍵控制點(CCPs)，能夠針對虛擬的軟飲料生產質量安全事件，分析可能會影響食品質量安全的5M1E(人、機、料、法、環)因素，具備解決生產現場質量安全問題的綜合能力，激發思維能力和創新能力;同時，通過失敗經驗，分析失敗的原因，鞏固所學的知識，提高對知識的綜合應用能力;激發自發的、創新性學習的熱情。
1.4可增強食品工廠實踐環節的學習效果
學生首先通過虛擬仿真平臺了解食品生產的基本原理、工業化生產流程及各工序的主要參數，通過虛擬仿真平臺向老師提出自己的疑問;老師通過教師管理系統對這些問題進行梳理，在參觀食品生產企業的時候可結合食品企業的真實情形予以解答。讓學生帶著問題去學習，能夠增強實踐學習效果。
綜上，虛擬仿真平臺可以通過虛擬技術與真實場景相結合，使學生在實驗操作過程中感受真實的食品生產場景，掌握食品生產、流通、消費環節食品安全管理的操作過程,提高學生的認知效果，培養學生綜合能力，有效的提高《食品質量管理學》實踐教學環節學習效果。
2食品質量管理學虛擬仿真實踐平臺的構建及實施——以軟飲料生產加工為例
在成都中醫藥大學國家級虛擬仿真教學中心及《食品質量管理學》校級在線精品課程建設的基礎上，依托上海曼恒數字技術股份有限公司開發虛擬仿真模擬實踐教學軟件。以軟飲料加工為例，通過構建一個軟飲料虛擬仿真車間和加工生產線場景，通過VR3D虛擬仿真及Flash動畫技術實現人機互動，創造一個學生可以實際方便動手操作的虛擬仿真教學實訓平臺[12]。該平臺可充分發揮虛擬仿真試驗生動、直觀、沉浸式體驗特殊功能，使學生全面掌握軟飲料的生產加工技術和質量安全管理技術。構建的平臺示意圖如圖1所示：
2.1場景預設
構建飲料公司日生產1噸的果汁飲料生產線，模擬生產周期為一批次(8-10個小時)，學生實施生產過程中的質量安全管理。利用VR3D虛擬仿真技術，構建軟飲料生產交互式虛擬食品安全管理仿真平臺，讓學生在軟飲料虛擬仿真生產環境中模擬質量安全管控者，“身臨其境”的體會生產流程仿真、質量安全問題案例仿真、質量管理決策仿真。
2.2前端展示子系統的構建
虛擬場景為某飲料公司軟飲料生產車間、軟飲料生產線，日產量1噸，配備質量管理部門、生產部門、采購部門、售后部門等完整質量管理組織結構設置。用戶登錄后選擇QC身份，系統隨機給出質量安全問題，學生通過可視化現場互動對問題進行分析、提出改進思路，以加深對食品安全管理的認識。
2.3IdeaVR2.0技術的應用
支持異地分布式多人協同工作，每個參與者帶上頭盔或者立體眼鏡，帶著各自的視角，瀏覽和操作同一場景，相互協作地共同完成某項復雜的工作。使用零編程和圖形化的拖拽操作方式，學生可以快速搭建虛擬場景，并制定其中的行為和交互邏輯。
IdeaVR2.0提供了一系列資源分享和內容發布的功能：基于互聯網的曼恒共享云平臺，不但可以把來自學校各專業優質的素材資源按學科分類進行聚合，方便快速地制作VR內容;也可以把制作好的VR內容分享到云平臺。
2.4Web端子系統的構建
本系統主要使用JSP語言開發，嵌入質量安全控制模塊，學生采用VR虛擬交互操作，在虛擬生產過程中完成原輔料質量控制、各工序質量抽樣核查、食品衛生管理、無菌車間管理、成品出入庫質量控制過程;通過對工序質量數據的分析，給出質量管理思路。調用HACCP模塊，確立每個CCP點，根據監控程序，對CCP點進行監控和測量，獲取安全控制數據。
系統隨機給出質量安全事件，學生扮演質量管理人員角色，迅速組織QC小組，運用所學的知識和對虛擬現場的研究，分析原因，消除造成質量安全的因素，使生產恢復正常秩序，提高對知識的綜合應用能力。
2.5軟飲料質量安全管理知識庫、仿真模型庫子系統的構建
圍繞食品質量與安全管理不同的知識點，初步構建完成食品質量與安全管理知識庫。儲存食品質量與安全管理的知識要點，主要涉及GMP知識點、HACCP知識點、軟飲料生產設備知識點、質量安全案例背景知識、相關試題等，以供學生學習和參考。
相關期刊推薦：《輕工科技》雜志前身為《廣西輕工業》，創刊于1984年，是由廣西壯族自治區人民政府國有資產監督管理委員會主管，廣西輕工業科學技術研究院主辦的優秀學術期刊。設有：食品與生物、化工與材料、機械與電氣、計算機與信息技術、資源與環境、紡織與服裝、包裝與印刷、家具與設計、檢測與分析、經濟與管理、理論探討等欄目。
模擬選擇不同的原料選擇、進廠檢驗、預處理和原料復配;并模擬進行原料浸提、飲料調配、灌裝、殺菌、裝箱、入庫這一系列生產工藝流程，通過調節設備參數，建成模擬生產線，以在規定的時間內達到一定的生產量。建設質量安全事件模擬案例庫，以供前端調用。
2.6考核評價模塊的構建構建
考核評價系統，圍繞相關知識點輸入一定的問題，學生在每步操作完成時系統會給出相應的問題，學生點選回答，系統給出正確或錯誤評判，并給出參考答案。學生操作分、答題分、實踐完成情況均在考核評價模塊進行記錄。整個虛擬仿真實驗完成后，系統給出整體成績。
2.7教師管理系統的構建
背景知識主要介紹果汁飲料的基本知識，其他知識模塊包含教師上傳資源及學習輔助資源，教師上傳資源模塊主要是方便教師自主上傳教學資源用于教學，本平臺支持各類視頻、音頻資料以及常見圖片的上傳及在線查看;學生和教師可自主查看、下載此模塊中的資源，同時可打印文檔資源。
2.8學生虛擬仿真實踐教學操作
步驟一：隨機點選質量安全控制按鍵，啟動相應的數據庫。
步驟二：根據產品質量要求，按照抽樣流程模擬進料抽樣、工序抽樣和成品抽樣的方式，進行樣品抽取。
步驟三：對所得到的質量數據進行整理和分析，得到質量信息。
步驟四：根據質量信息，做出質量判定，尋找質量缺陷項，制定控制措施，采取質量控制措施，確保質量合格。
步驟五：調用HACCP模塊，根據軟飲料生產流程，確定CCPs，建立CCP控制計劃。針對每個CCP點進行監控，獲取監控數據。
步驟六：點擊質量安全事件按鍵，系統隨機給出3-5個模擬的質量安全問題。模擬組織QC小組，根據5M1E因素進行調查，結合前期的質量監控數據，利用因果圖、排列圖等質量控制工具進行分析，協調各虛擬部門的工作，尋找解決問題的方法。
步驟七：實施軟飲料質量安全問題解決措施，使質量安全問題得到有效的解決。
3食品質量管理學虛擬仿真實踐平臺的實施效果
自2019年以來，面向我院食品質量與安全專業學生開設食品質量管理學虛擬仿真試驗，采用虛擬互動教學與工廠實際參觀模式相結合的教學模式，已經取得良好的教學效果。
3.1實踐教學效果有了很大的提升2017級食品質量與安全專業學生開展虛擬仿真教學作為工廠實踐的補充，2016級食品質量與安全專業學生只進行了工廠實踐。
結果表明，2017級同學們通過虛擬仿真實驗操作后，在工廠參觀實踐過程中，可以提出更多有價值且深入的問題，獲得企業人員的耐心講解和好評，在參觀時同學們興趣非常高，實踐報告的寫作也更加的深入。而2016級同學由于事先對工廠實際生產情況不熟悉，在工廠參觀時只是聽一聽、看一看，并沒有提出太多的問題，熱情度也明顯不如下一屆同學。這表明虛擬仿真實踐教學和實際工廠參觀實踐的虛實結合，是有效的教學方式。
3.2學生學習興趣增強，成績普遍提高
通過對軟飲料生產工藝流程、質量安全管理的關鍵環節的虛擬現實場景，學生沉浸在角色和場景里，脫離書本和課堂的束縛和知識的陌生枯燥，真正體現“沉浸式”“自主式”“探索式”的教學;與實踐教學的有機結合，加快了學生對學科知識的整合、轉化和綜合運用。在理論課堂的教學過程中，學生對知識學習的熱情和興趣明顯增強，參與課堂討論和互動的積極性提高。
通過2017級和2016級食品質量與安全專業的課程綜合成績對比可知，實施虛擬仿真實踐教學的班級在及格率和優良率上均明顯提高，從而可以看出，虛擬仿真實踐教學對質量管理學學習效果的提升有良好的促進作用。
3.3學生的反饋情況
我們通過學生的問卷調查、評教系統、平時反饋信息可知，學生在虛擬仿真實踐過程中，充分體會到了食品質量管理在食品行業中的重要意義。
4結語
食品質量管理是一門理論和實踐聯系緊密的課程。本研究以軟飲料生產及質量安全控制仿真教學系統為例，探索虛擬仿真系統在《食品質量管理學》課程實踐教學中應用的可能性;采用VR、3D虛擬仿真技術、多媒體、網絡通訊等技術，有效的將食品工藝學、食品質量學、食品安全控制學三個主要學科的知識融為一體，構建了一個開放式、智能式、趣味式的教學實踐平臺。
該平臺集理論與實踐教學于一體，使學生能夠身臨其境地通過模擬軟飲料的生產過程中的質量安全控制，提高對理論知識的掌握和綜合能力的提升。通過虛擬仿真實驗，很好地解決實際教學中學生無法進入生產一線，而對所需的質量安全管理知識感到枯燥、不解的難題，具有良好的現實意義。——論文作者：王娟，左蕾蕾，孟曉，蔣麗施，陳艷
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