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摘要：实践教学是巩固理论知识和深化理论与实际相结合的有效途径，目的在于培养学生研究能力、实践能力和创新能力。为深化南京农业大学动物科学专业本科生实践教学改革与创新，优化现有资源配置，动物科技学院拟将国家级动物科学类实验教学中心、虚拟仿真实验平台和实习基地多层次“三位一体”有机结合，形成新型动物科学实践教学平台。
关键词：实践教学；改革创新；本科生人才培养
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）26-0151-03
在高等教育大众化的背景下，随着社会的进步，科学技术推陈出新，全面培养具有创新意识和实践能力的高素质人才，是新世纪经济社会发展对高等教育的迫切要求。在教学中，实践教学作为提高学生的综合素质的重要手段，对加深理论教学的理解运用和增强学生的实践和创新能力有特殊的作用。本文根据普通高校实践教学中普遍存在的问题及动物科学专业的实践教学现状，结合当前的物联网技术、虚拟仿真平台及我院大学生实验教学基地情况，对动物科学本科生实验实践教学平台的建设做了新的思考。
一、普通高等院校实践教学中存在的问题
中国传统教育一直重理论而轻实践，随着全球化进程的深化，对高校人才培养提出了新的要求，要求我们在理论的基础上更加重视实践。目前，我国农科类人才培养模式还不完善，实践教学中存在的共性问题如下：（1）实践教学基本从属于各门理论课，实践教学重视不够[1]；（2）实践教学环节与实际应用脱节，流于形式；（3）实践教学质量监控和考核评价体系不完善；（4）实践教学教材建设落后，内容缺乏系统性、教学形式简单[2]；（5）实践教学投入少，条件差，设施及基地不健全，教学质量得不到有效保证[3]；（6）实践教学基地与实验教学脱节，内容上无科学衔接。
二、物聯网技术及其在教学中心管理上的应用
1999年，MIT Auto ID Center给出较早的物联网定义：在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的网络（Internet of Things），以实现物品的自动识别和信息的互联共享[4，5]。此概念的提出，立即受到了各国各界的高度重视，迅速成为热点话题。2009年，我国国务院已将物联网上升为国家五大战略性新兴产业中第二位[6]。
物联网技术利用局部网络或互联网等通信技术把红外感应器、激光扫描器等信息传感设备按约定的协议通过新的方式联在一起，进行信息交换和通讯，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络[7，8]。物联网平台具备三个特性：（1）全面感知，客户可以通过客户端实时地将设备的运行状态和相关数据传送至应用程序处理层的服务器，即利用各种可用的感知手段，实现随时即时采集物体动态；（2）可靠传递，通过与互联网的融合，将感知的信息实时准确可靠地传递出去，负责数据库操作、接受处理客户端的请求，以及系统的业务逻辑处理以及提供各类应用服务；（3）智能处理，这是本平台的核心特性，利用云计算等智能计算技术对系统数据和信息进行存储与管理，对仪器设备实施智能化控制[9，10]。
目前，在高校及一些农业企业的管理上普遍使用物联网技术。其中我校动物科学类国家级实验教学中心采用物联网技术，对“中心”下设的动物遗传育种学实验室、动物疾病诊断实验室、动物繁殖学实验室、动物营养与饲料学实验室、水产学实验室等16个功能实验室，2000多万元的仪器设备等进行了管理，构建包含设备信息、网络预约、数据统计、动态监控等管理要素的现代大型仪器设备共享平台管理系统[11]（图1）。实践证明，该技术对于仪器平台和中心的日常管理发挥了重大作用。
三、虚拟仿真实验平台建设
在本科生教学中，由于教学条件及实践操作时间的限制，学生专业学习多停留于书本层面，实践创新能力不强，生产实习与社会实际脱节，传统教学模式和教学手段已经很难满足教学的需要。例如，很多动物科学专业的同学在毕业之后会进入畜牧养殖行业工作，其中有相当一部分学生不懂养殖技术，理论联系不上实际，这是很多高校目前面临的主要问题之一。为了解决理论与实践之间的矛盾，我院实验教学中心提出运用虚拟仿真技术引入到动物科学本科生产实践课程的思路，探索如何将虚拟仿真技术引入到动物科学专业本科生理论课教学、实验课教学、综合性实习等三个重要教学环节之中。
1.虚拟仿真。虚拟仿真又称虚拟现实，是随着电子技术的迅猛发展新兴的一种技术，已在军事、航天、设计、生产制造、医疗等领域得到应用，是一项极具前景的多学科综合技术。学者J.Laniar最早提出虚拟现实的说法，并称其为假想现实。虚拟仿真技术就是用计算机再现一个现实三维世界，或者创造一个构想出的三维世界，使用者可以用触觉、视觉、听觉等多种感官途径与虚拟世界进行互动，如同身临其境一般，在三维空间内观察操作[12]。因此，虚拟仿真实验平台可以为学生提供一个类似于实际生产的虚拟环境，学习者通过对实验仪器的实时交互操作来完成实验。
2.虚拟仿真实验平台建设概况。为深化实验教学改革，本着以人为本，知识、能力、素质协调发展的实验教学理念，南京农业大学动物科技学院在虚拟仿真实验平台的建设方面进行了探索和实践，自主研发了动物科学类虚拟仿真实验教学平台。平台中设有猪场（图2）、鸡场、牛场、羊场以及鱼塘地等场景（可根据需要增加）。以猪场为例，我们设计了两条养猪的生产工艺流程：“空怀—配种—产仔”和“哺乳仔猪—保育仔猪—生产猪肥育—上市”，其中包含猪场选址、猪场布局与设计、品种选择、各阶段猪饲料营养与饲养管理、发情与配种、分娩与接产、种猪选种保育、商品猪出栏8个部分，涵盖了动物生产管理、动物营养与饲料科学、动物繁殖和动物遗传改良以及动物疾病防治和动物产品经营管理五大方面的内容。
目前虚拟仿真实验猪场已初具规模，并继续筹划虚拟仿真鸡场等后续畜牧场的建设，最终将建成包含饲料学、饲料配方与检验、动物遗传育种与繁殖、水产养殖学、动物营养学、家畜环境卫生学、牛羊生产学、猪生产学、禽生产学、动物解剖学、兽医学概论等学科的70多门实验课程的500多个实验项目的动物科学类综合性平台。我们还将开发相应的手机APP软件，突破时间和空间的限制，方便学生课下学习。最后一个阶段的建设将会将实验项目扩展到植物、环境等其他领域，构建一个跨行业多学科的综合性实验平台。此平台打破了空间和地域的限制，创造开放式生产环境，实现生产各环节一条龙，学生不受时空的限制完成相关的教学实验和实习，并整合动物科学专业课程群，提高实践教学效果。 四、大学生校外基地实践教学
教育部印发的《教育部关于开展“本科教学工程”大学生校外实践教育基地建设工作通知》明确指出：通过建设实践基地，承担高校学生的校外实践教育任务，促进高校和行业、企事业单位、科研院所、政法机关联合培养人才新机制的建立；推动高校改变教育思想观念，改革人才培养模式，加强实践教学环节，提升高校学生的创新精神、实践能力、社会责任感和就业能力。校外基地实习时强化学生专业知识、理论联系实际的综合性教学环节，是提高教学和人才培养的有效途径[13，14]。完全依靠高校自身来进行实践教学改革，培养具有实践和创新能力的大学生已不适应社会发展，进行校企合作，建立校外实践教学基地，实现与社会资源共享，是我国高等教育大众化的必然要求。南京农业大学动物科技学院于2012年申请了两个教育部立项建设农科教合作人才培养基地：中国江苏康乐农牧集团股份有限公司实践教学基地和江苏立华牧业有限公司实践教学基地。其中江苏康乐农牧集团股份有限公司实践教学基地总面积为1800多亩。基地主要开展猪生产实习、课程实习、毕业实习、创新创业训练计划和其他实践教学活动。通过实践教学，可使学生可了解现代化、规模化猪场建设的常规知识，了解现代化种猪场育种工作基本内涵，了解养猪科学研究和生产技术的最新进展及掌握现代化设施设备的使用和仔猪的生产与管理方法。江苏立华牧业有限公司实践教学基地依托于国家级农业产业化龙头企业——江苏立华牧业有限公司，占地总面积500亩。基地承担了南京农业大学动物科学专业的家禽实践教学、社会实践、课程实践和毕业实习任务。
五、实验教学示范中心、虚拟仿真实验教学平台和大学生校外实习基地“三位一体”有机结合的思考
教學基地是教学实习的载体，与课堂教学相辅相成但又有所区别。如何整合实验教学示范中心、虚拟仿真实验平台和大学生校外实习基地，形成“三位一体”实践教学模式（图3），是当前实践教学的一个重要问题。通过多年的尝试与思考，学院决定从三方面入手，整合实践教学资源，构建“三位一体”实践教学模式。
建设完善的校内外实践教学实习基地是提高专业实习质量的有效途径，是产、学、研结合实现人才培养目标的重要保障[15]。物联网技术将我院畜禽养殖基地的情况实时反馈到课堂，学生根据采集到的视频和数据资料，在学校就能掌握动物生产的各项技术要点和养殖细节，并对其进行分析，一方面将理论知识转化为实际生产技能，学以致用，另一方面也缓解了学校学生数量多、实习经费紧张的压力。此外，动物科学类大型仪器共享平台的构建，整合了院内的所有仪器资源，使用者可以24小时使用仪器，极大地增加了大型仪器的使用效率，同时也解决了本院师生科研经费紧张、各自主实验室大型仪器短缺影响科研进度的问题。而虚拟仿真实验平台则通过虚拟实验，改变实践教学模式，对校内课堂教学和校外基地教学进行补充。学生通过了解生产中的一些实际问题，而后带着问题在中心平台上开展实验教学、科研实验与创新。
“三位一体”旨在解决动物科学实践教学过程中长期存在的实验与实践相互制约的难题，对于培养适应畜牧科技发展需要和创新能力强的高质量专业技术人才具有重要作用。我校作为具有行业特色的农业大学，把动物科学示范中心、虚拟仿真实验平台和大学生校外实践教学基地建设有机结合起来，作为强化实践教学的主要手段，对大力改善实验教学条件，努力提高学生的实践创新能力必将起到非常重要的作用。
参考文献：
[1]王维凯.借鉴国外经验改革实践教学[J].实验室研究与探索，2005，（12）：90-93.
[2]杨正平.浅论地方普通高等院校生物学科教学中存在的问题和改革建议[J].黑龙江科技信息，2011，（33）：249.
[3]梁俊.我国高职院校实践教学中存在的问题与对策[J].四川职业技术学院学报，2009，（4）：87-91.
[4]Sanjay Sarma，David L Brock，Kevin Ashton. MIT Auto IDWH-001：The Networked Physical World[R].Massachusetts：MIT Press，2000.
[5]Harald Sundmaeker，Patrick Guillemin，et al. Vision and Challenges for Realising the Internet of Things[M]. Luxemborg：Publications Office of the European Union，2010.
[6]宁焕生.全球物联网发展及中国物联网建设若干思考[J].电子学报，2010，（11）：2590-2598.
[7]杨震.物联网发展研究[J].南京邮电大学学报：社会科学版，2010，（2）：1-10.
[8]黄映辉，李冠宇.物联网：标志性特征与模型描述[J].计算机科学，2011，（10A）：4-17.
[9]朱洪波，杨龙祥，朱琦.物联网技术进展与应用[J].南京邮电大学学报：自然科学版，2011，（1）：1-9.
[10]朱洪波，杨龙祥，于全.物联网的技术思想与应用策略研究[J].通信学报，2010，（11）：1-8.
[11]周建国，黄云，孟繁星.运用物联网技术构建现代大型仪器共享平台[J].实验室研究与探索，2013，（4）：206-209.
[12]王宇飞.虚拟现实技术及其在实验教学中的应用[J].教学与管理，2005，（1）：88-89.
[13]柴娟，郑艳，陈锋.校外实习基地评价指标和评估模型研究[J].重庆工商大学学报：自然科学版，2010，（4）：349-353.
[14]吴功宜.对物联网工程专业教学体系建设的思考[J].计算机教育，2010，（21）：26-29.
[15]杨镇光.高等院校校外实习基地建设探讨[J].实验室研究与探索，2011，（8）：366-368.
关键词：实践教学；改革创新；本科生人才培养
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）26-0151-03
在高等教育大众化的背景下，随着社会的进步，科学技术推陈出新，全面培养具有创新意识和实践能力的高素质人才，是新世纪经济社会发展对高等教育的迫切要求。在教学中，实践教学作为提高学生的综合素质的重要手段，对加深理论教学的理解运用和增强学生的实践和创新能力有特殊的作用。本文根据普通高校实践教学中普遍存在的问题及动物科学专业的实践教学现状，结合当前的物联网技术、虚拟仿真平台及我院大学生实验教学基地情况，对动物科学本科生实验实践教学平台的建设做了新的思考。
一、普通高等院校实践教学中存在的问题
中国传统教育一直重理论而轻实践，随着全球化进程的深化，对高校人才培养提出了新的要求，要求我们在理论的基础上更加重视实践。目前，我国农科类人才培养模式还不完善，实践教学中存在的共性问题如下：（1）实践教学基本从属于各门理论课，实践教学重视不够[1]；（2）实践教学环节与实际应用脱节，流于形式；（3）实践教学质量监控和考核评价体系不完善；（4）实践教学教材建设落后，内容缺乏系统性、教学形式简单[2]；（5）实践教学投入少，条件差，设施及基地不健全，教学质量得不到有效保证[3]；（6）实践教学基地与实验教学脱节，内容上无科学衔接。
二、物聯网技术及其在教学中心管理上的应用
1999年，MIT Auto ID Center给出较早的物联网定义：在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的网络（Internet of Things），以实现物品的自动识别和信息的互联共享[4，5]。此概念的提出，立即受到了各国各界的高度重视，迅速成为热点话题。2009年，我国国务院已将物联网上升为国家五大战略性新兴产业中第二位[6]。
物联网技术利用局部网络或互联网等通信技术把红外感应器、激光扫描器等信息传感设备按约定的协议通过新的方式联在一起，进行信息交换和通讯，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络[7，8]。物联网平台具备三个特性：（1）全面感知，客户可以通过客户端实时地将设备的运行状态和相关数据传送至应用程序处理层的服务器，即利用各种可用的感知手段，实现随时即时采集物体动态；（2）可靠传递，通过与互联网的融合，将感知的信息实时准确可靠地传递出去，负责数据库操作、接受处理客户端的请求，以及系统的业务逻辑处理以及提供各类应用服务；（3）智能处理，这是本平台的核心特性，利用云计算等智能计算技术对系统数据和信息进行存储与管理，对仪器设备实施智能化控制[9，10]。
目前，在高校及一些农业企业的管理上普遍使用物联网技术。其中我校动物科学类国家级实验教学中心采用物联网技术，对“中心”下设的动物遗传育种学实验室、动物疾病诊断实验室、动物繁殖学实验室、动物营养与饲料学实验室、水产学实验室等16个功能实验室，2000多万元的仪器设备等进行了管理，构建包含设备信息、网络预约、数据统计、动态监控等管理要素的现代大型仪器设备共享平台管理系统[11]（图1）。实践证明，该技术对于仪器平台和中心的日常管理发挥了重大作用。
三、虚拟仿真实验平台建设
在本科生教学中，由于教学条件及实践操作时间的限制，学生专业学习多停留于书本层面，实践创新能力不强，生产实习与社会实际脱节，传统教学模式和教学手段已经很难满足教学的需要。例如，很多动物科学专业的同学在毕业之后会进入畜牧养殖行业工作，其中有相当一部分学生不懂养殖技术，理论联系不上实际，这是很多高校目前面临的主要问题之一。为了解决理论与实践之间的矛盾，我院实验教学中心提出运用虚拟仿真技术引入到动物科学本科生产实践课程的思路，探索如何将虚拟仿真技术引入到动物科学专业本科生理论课教学、实验课教学、综合性实习等三个重要教学环节之中。
1.虚拟仿真。虚拟仿真又称虚拟现实，是随着电子技术的迅猛发展新兴的一种技术，已在军事、航天、设计、生产制造、医疗等领域得到应用，是一项极具前景的多学科综合技术。学者J.Laniar最早提出虚拟现实的说法，并称其为假想现实。虚拟仿真技术就是用计算机再现一个现实三维世界，或者创造一个构想出的三维世界，使用者可以用触觉、视觉、听觉等多种感官途径与虚拟世界进行互动，如同身临其境一般，在三维空间内观察操作[12]。因此，虚拟仿真实验平台可以为学生提供一个类似于实际生产的虚拟环境，学习者通过对实验仪器的实时交互操作来完成实验。
2.虚拟仿真实验平台建设概况。为深化实验教学改革，本着以人为本，知识、能力、素质协调发展的实验教学理念，南京农业大学动物科技学院在虚拟仿真实验平台的建设方面进行了探索和实践，自主研发了动物科学类虚拟仿真实验教学平台。平台中设有猪场（图2）、鸡场、牛场、羊场以及鱼塘地等场景（可根据需要增加）。以猪场为例，我们设计了两条养猪的生产工艺流程：“空怀—配种—产仔”和“哺乳仔猪—保育仔猪—生产猪肥育—上市”，其中包含猪场选址、猪场布局与设计、品种选择、各阶段猪饲料营养与饲养管理、发情与配种、分娩与接产、种猪选种保育、商品猪出栏8个部分，涵盖了动物生产管理、动物营养与饲料科学、动物繁殖和动物遗传改良以及动物疾病防治和动物产品经营管理五大方面的内容。
目前虚拟仿真实验猪场已初具规模，并继续筹划虚拟仿真鸡场等后续畜牧场的建设，最终将建成包含饲料学、饲料配方与检验、动物遗传育种与繁殖、水产养殖学、动物营养学、家畜环境卫生学、牛羊生产学、猪生产学、禽生产学、动物解剖学、兽医学概论等学科的70多门实验课程的500多个实验项目的动物科学类综合性平台。我们还将开发相应的手机APP软件，突破时间和空间的限制，方便学生课下学习。最后一个阶段的建设将会将实验项目扩展到植物、环境等其他领域，构建一个跨行业多学科的综合性实验平台。此平台打破了空间和地域的限制，创造开放式生产环境，实现生产各环节一条龙，学生不受时空的限制完成相关的教学实验和实习，并整合动物科学专业课程群，提高实践教学效果。 四、大学生校外基地实践教学
教育部印发的《教育部关于开展“本科教学工程”大学生校外实践教育基地建设工作通知》明确指出：通过建设实践基地，承担高校学生的校外实践教育任务，促进高校和行业、企事业单位、科研院所、政法机关联合培养人才新机制的建立；推动高校改变教育思想观念，改革人才培养模式，加强实践教学环节，提升高校学生的创新精神、实践能力、社会责任感和就业能力。校外基地实习时强化学生专业知识、理论联系实际的综合性教学环节，是提高教学和人才培养的有效途径[13，14]。完全依靠高校自身来进行实践教学改革，培养具有实践和创新能力的大学生已不适应社会发展，进行校企合作，建立校外实践教学基地，实现与社会资源共享，是我国高等教育大众化的必然要求。南京农业大学动物科技学院于2012年申请了两个教育部立项建设农科教合作人才培养基地：中国江苏康乐农牧集团股份有限公司实践教学基地和江苏立华牧业有限公司实践教学基地。其中江苏康乐农牧集团股份有限公司实践教学基地总面积为1800多亩。基地主要开展猪生产实习、课程实习、毕业实习、创新创业训练计划和其他实践教学活动。通过实践教学，可使学生可了解现代化、规模化猪场建设的常规知识，了解现代化种猪场育种工作基本内涵，了解养猪科学研究和生产技术的最新进展及掌握现代化设施设备的使用和仔猪的生产与管理方法。江苏立华牧业有限公司实践教学基地依托于国家级农业产业化龙头企业——江苏立华牧业有限公司，占地总面积500亩。基地承担了南京农业大学动物科学专业的家禽实践教学、社会实践、课程实践和毕业实习任务。
五、实验教学示范中心、虚拟仿真实验教学平台和大学生校外实习基地“三位一体”有机结合的思考
教學基地是教学实习的载体，与课堂教学相辅相成但又有所区别。如何整合实验教学示范中心、虚拟仿真实验平台和大学生校外实习基地，形成“三位一体”实践教学模式（图3），是当前实践教学的一个重要问题。通过多年的尝试与思考，学院决定从三方面入手，整合实践教学资源，构建“三位一体”实践教学模式。
建设完善的校内外实践教学实习基地是提高专业实习质量的有效途径，是产、学、研结合实现人才培养目标的重要保障[15]。物联网技术将我院畜禽养殖基地的情况实时反馈到课堂，学生根据采集到的视频和数据资料，在学校就能掌握动物生产的各项技术要点和养殖细节，并对其进行分析，一方面将理论知识转化为实际生产技能，学以致用，另一方面也缓解了学校学生数量多、实习经费紧张的压力。此外，动物科学类大型仪器共享平台的构建，整合了院内的所有仪器资源，使用者可以24小时使用仪器，极大地增加了大型仪器的使用效率，同时也解决了本院师生科研经费紧张、各自主实验室大型仪器短缺影响科研进度的问题。而虚拟仿真实验平台则通过虚拟实验，改变实践教学模式，对校内课堂教学和校外基地教学进行补充。学生通过了解生产中的一些实际问题，而后带着问题在中心平台上开展实验教学、科研实验与创新。
“三位一体”旨在解决动物科学实践教学过程中长期存在的实验与实践相互制约的难题，对于培养适应畜牧科技发展需要和创新能力强的高质量专业技术人才具有重要作用。我校作为具有行业特色的农业大学，把动物科学示范中心、虚拟仿真实验平台和大学生校外实践教学基地建设有机结合起来，作为强化实践教学的主要手段，对大力改善实验教学条件，努力提高学生的实践创新能力必将起到非常重要的作用。
参考文献：
[1]王维凯.借鉴国外经验改革实践教学[J].实验室研究与探索，2005，（12）：90-93.
[2]杨正平.浅论地方普通高等院校生物学科教学中存在的问题和改革建议[J].黑龙江科技信息，2011，（33）：249.
[3]梁俊.我国高职院校实践教学中存在的问题与对策[J].四川职业技术学院学报，2009，（4）：87-91.
[4]Sanjay Sarma，David L Brock，Kevin Ashton. MIT Auto IDWH-001：The Networked Physical World[R].Massachusetts：MIT Press，2000.
[5]Harald Sundmaeker，Patrick Guillemin，et al. Vision and Challenges for Realising the Internet of Things[M]. Luxemborg：Publications Office of the European Union，2010.
[6]宁焕生.全球物联网发展及中国物联网建设若干思考[J].电子学报，2010，（11）：2590-2598.
[7]杨震.物联网发展研究[J].南京邮电大学学报：社会科学版，2010，（2）：1-10.
[8]黄映辉，李冠宇.物联网：标志性特征与模型描述[J].计算机科学，2011，（10A）：4-17.
[9]朱洪波，杨龙祥，朱琦.物联网技术进展与应用[J].南京邮电大学学报：自然科学版，2011，（1）：1-9.
[10]朱洪波，杨龙祥，于全.物联网的技术思想与应用策略研究[J].通信学报，2010，（11）：1-8.
[11]周建国，黄云，孟繁星.运用物联网技术构建现代大型仪器共享平台[J].实验室研究与探索，2013，（4）：206-209.
[12]王宇飞.虚拟现实技术及其在实验教学中的应用[J].教学与管理，2005，（1）：88-89.
[13]柴娟，郑艳，陈锋.校外实习基地评价指标和评估模型研究[J].重庆工商大学学报：自然科学版，2010，（4）：349-353.
[14]吴功宜.对物联网工程专业教学体系建设的思考[J].计算机教育，2010，（21）：26-29.
[15]杨镇光.高等院校校外实习基地建设探讨[J].实验室研究与探索，2011，（8）：366-368.