《1000吨/日毛麦清理虚拟仿真实验》——首批国家级虚拟仿真实验教学一流本科课程推介

《1000吨/日毛麦清理虚拟仿真实验》课程是我校首批虚拟仿真课程之一，为我校首个获批国家虚拟仿真实验教学项目，并被认定为首批国家级虚拟仿真实验教学一流本科课程。

 

课程负责人：

李文钊

课程团队其他主要成员：

陈野、李昌模、张焱、张颖、韩小龙、张民、刘锐、陈文、李贞景、李风娟、杨瑞、孟祥柱、胡学文

课程介绍

毛麦清理（含毛麦清理生产线设计）、小麦制粉工厂虚拟仿真实验，解决粮油工程及相关专业学生因小麦加工规模大、设备投资高、管线繁杂且存在粉尘易爆等操作危险性的实训困难。原国家级虚拟仿真实验教学项目以具有代表性的日处理量1000吨毛麦清理工段为例，以小麦加工生产线为原型，重点结合本科生必修课程《食品工程技能实习》关键点，采用虚实结合，3D实景再现的教学方法，围绕毛麦清理工艺即三筛三打两去石一精选两次着水的基本原理，以实验任务-设备巡检人机交互模式认识不同工艺参数对清理效果的影响，学习振动筛、比重去石机、滚筒精选机等核心设备原理和结构，虚拟设置若干个故障点巩固学生所学习的设备操作技能及注意事项，在此基础上，通过仿真进一步要求学生完成物料衡算、设备选型等任务，自主设计一个日处理量为2000t的毛麦清理线。该虚拟仿真教学实验探索融合工程设计理念，线上线下混合式、交互式、开放式的实验教学新模式，有效补充学生专业知识盲区。

根据课程需要，尤其是2019年突发疫情严重影响本科生到厂毕业实习实践之困难，在ilab-x.com实验空间原国家级虚拟仿真实验项目平台上迅速增加了“小麦制粉工厂”、以及“振动筛虚拟仿真实习软”件、“去石机虚拟仿真实习软件”等实验模块，助力学生工厂实习、设备实践等环节的在线教学与学习。

 

看工厂

 

看设备

 

实验任务

实验目的：

巩固《食品工程技能实习》课程的关键知识点，并可向《食品工程课程设计》、《食品机械与设备》等食品科学与工程专业核心课程拓展，基于工程实际案例培养学生分析解决复杂工程问题能力。具体如下：

(1)通过工艺学习任务，使学生加深理解毛麦清理工艺的基本原理；

(2)通过设备学习任务，使学生掌握毛麦清理工艺过程中所用核心设备原理和结构、操作技能及注意事项；

(3)通过故障巡检任务，分析与解决设置的若干故障点，使毛麦杂质含量达标以提高学生过程处理能力；

(4)通过设备选型任务，掌握设备选型基本原则，为学生自主设计一条毛麦清理线打基础。

素质目标：

毛麦清理工段是小麦制粉工艺中的第一步，在整个小麦制粉工艺中具有非常重要的地位，具有粮食加工工艺和设备的特殊性与代表性。近年来，随着一系列新技术的应用，使小麦加工能力和工艺水平得到了质的飞跃。本实验模块将毛麦清理的工艺和设备融入实验步骤，通过实验任务的形式，让学生动手操作，激发学生学习兴趣与潜能。通过对毛麦清理典型设备加工原理的模拟，将粮食清理的生产工艺和设备有机的结合起来，让学生可以更加直观的认识设备，掌握核心设备的结构与原理。特别是要求学生按照工艺流程对去石机、精选机等设备进行巡检，通过取样、分析，判断设备运行情况，并可以针对设备非正常运行状态进行调整，锻炼了学生对设备的操作能力，提高了学生应用所学知识分析与解决实际问题的能力。本项目克服了学生无法对工厂设备进行实际操作，对工艺和设备认知不深，无法将理论和实际结合的难点。明晰粮食清理工艺与工程设计，明确关键点控制，品质控制，设备原理及结构解析。

《1000吨/日毛麦清理虚拟仿真实验》3D教学系统构建了多个清理设备3D模型和生产区场景模型，学生可以直观地看到厂区的布局和设备的摆放及连接方式。实验内容主要包括任务系统、评分系统、知识点系统及微课系统等。任务系统指引学生进行工艺学习；评分系统对学生的操作进行判定；知识点系统包括生产工艺的知识点、设备工作原理及维护知识点、杂质处理及安全生产的知识点等。

其中，任务系统内设置了工厂巡检任务和设备选型任务：

(1)工厂巡检任务：定期对小麦的清理效果进行检查，检测设备的除杂效率。

①振动筛筛理效果检查：需找到正确的取样点进行取样，对得到的样品进行分析判断是否合格，若检测到大杂中含有小麦粒，可对振动筛的振幅进行调节；

②去石机去石效果检查：需找到正确的取样点进行取样，对得到的样品进行分析判断是否合格，当去石机的出石管道中检测到小麦粒，可模拟调整去石机风量排除故障；

③精选机效果检查：需找到正确的取样点进行取样，分析判断得到的样品是否合格，如出料中含有短粒、异粮时，模拟调节精选机下滚筒收集槽的手轮开度排除故障。

(2) 设备选型任务：

本实验中设定的毛麦日清理量是1000t，要求学生根据本工艺流程设计一个日处理2000t的毛麦清理线，对相应的清理设备进行设备选型。其中振动筛和洗麦机每道工序有两台，精选机、去石机和打麦机等每道工序有四台，日工作时长24h，计算每台设备的处理量并进行选择。

实验教学方法

本实验项目采用“基于翻转课堂的线上线下混合式”教学模式（图1），线上虚拟教学依托虚拟实验教学网络平台，学生自主完成实验教学视频观看，了解毛麦清理工艺的基本步骤与原理；通过设计交互式虚拟实验操作，使学生掌握毛麦清理工艺参数调整技术，提高其分析与解决工程问题的能力；在学生完成并掌握毛麦清理工艺实验基础上，激发学生个性化学习，锻炼学生的物料衡算和设备选型能力，为学生自主设计毛麦清理线打下良好的基础。线下课堂教学基于翻转课堂的教学活动设计，学生教师形成良好互动，通过教师讲授和协作，激发学生学习兴趣和探索欲望，促进学生的自主学习和个性化学习。

图1 教学实施过程

具体实施过程分为课前准备、课上强化和课后实践三个阶段。

课前准备阶段：在虚拟实验教学网络平台上，教师引导学生完成实验项目相关视频的观看。

课上强化阶段：课堂教学采用翻转课堂模式，教师引入实验项目的学习任务，启发学生完成工艺讲解，针对学生在虚拟实验演练中遇到的难点重点问题，师生互动，进行探讨式强化分析，教师制定新的课程能力评价标准，应用布鲁姆目标分类法制定多元化课程评价体系，根据学生表现分析学生的课堂表现，将分析结果反馈给学生，有利于学生自主规划学习内容、学习节奏和学习方式，获得更深层次的理解。

课后实践阶段：学生根据翻转课堂学习效果进行个性化学习，并按照教师设定的实验任务自主操作完成所有实验内容，掌握毛麦清理工艺参数调节及故障点分析，根据任务主动学习实践，完成设备选型，综合提升学生工程设计与实践的能力。最终，完成实验报告，虚拟教学系统记录学生操作步骤并自动给出评价分数。

截止目前，该虚拟仿真实验浏览量22729人次，做实验人数3264人，实验资源数量5个，即：

实验模块1：1000吨/日毛麦清理虚拟仿真实验

实验模块2：振动筛虚拟仿真实习软件

实验模块3：去石机虚拟仿真实习软件

实验模块4：小麦制粉工厂

实验模块5：精选机虚拟仿真实习软件

实验网址：

http://www.ilab-x.com/details?id=2860&prev=1

客户端到服务器的带宽要求（需提供测试带宽服务）2Mb/s以上，仿真程序客户端操作系统采用Windows 7及其以上版本；管理平台服务器操作系统采用Windows Server 2008及其以上版本。移动客户端建议使用Android 5.0以上版本，以通过扫网页上的二维码下载设备内构来通过手机运行设备拆分的操作。

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文字来源｜食品科学与工程学院

本期编辑｜刘海

审校编辑｜袁芳

本期监制｜徐娜