草坪管理專(zhuān)業(yè)“網(wǎng)絡(luò)虛擬教學(xué)實(shí)訓(xùn)基地”的設(shè)計(jì)

王鳳萍，李 毅，2，柳小妮，任正超，劉丹陽(yáng)，岳曉霞

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院 草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室 中－美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州730070；2.蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州730070；3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，甘肅 蘭州730070）

我國(guó)草坪業(yè)目前已步入全面發(fā)展的新階段，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，無(wú)論在草坪規(guī)模、草坪產(chǎn)品生產(chǎn)、服務(wù)項(xiàng)目以及相關(guān)科研教育等方面都存在很大的差距［1－4］。在教學(xué)方面，受傳統(tǒng)教學(xué)模式的限制，草坪管理專(zhuān)業(yè)的教學(xué)、生產(chǎn)和畢業(yè)實(shí)習(xí)的時(shí)間有限，實(shí)踐和實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱。同時(shí)，隨著招生規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，現(xiàn)有的草坪實(shí)訓(xùn)基地?zé)o法滿(mǎn)足教學(xué)的需要，而且受教學(xué)設(shè)施及資源的限制，學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)較少［5］。因此，借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境來(lái)開(kāi)展大規(guī)模實(shí)踐實(shí)訓(xùn)教學(xué)，解決場(chǎng)地、設(shè)備、師資和經(jīng)費(fèi)短缺等問(wèn)題，成為草坪管理專(zhuān)業(yè)本科教學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)。

目前，國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者進(jìn)行了基于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)踐教學(xué)改革，而且隨著仿真技術(shù)、虛擬儀器、網(wǎng)絡(luò)科技的飛速發(fā)展，構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室成為一種高效、經(jīng)濟(jì)的首選方案［6］。虛擬實(shí)驗(yàn)室（Virt ual Laboratory）也稱(chēng)“合作實(shí)驗(yàn)室”，1989 年由美國(guó)佛吉尼亞大學(xué)的Willia m Wolf教授首次提出［6］。其實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與儀器技術(shù)的結(jié)合，不僅降低了科研成本，還彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)模式受時(shí)間、地點(diǎn)限制的缺陷，提高了教學(xué)效率［7－9］。國(guó)內(nèi)外許多科研單位也進(jìn)行了虛擬實(shí)驗(yàn)室技術(shù)的有益嘗試，如美國(guó)Clar kson大學(xué)用Java Applet設(shè)計(jì)了基本電路教學(xué)課程實(shí)驗(yàn)室（Electr onic Teaching Assistant），意大利帕瓦多大學(xué)的遠(yuǎn)程虛擬教育實(shí)驗(yàn)室［10］，北京大學(xué)計(jì)算機(jī)系開(kāi)發(fā)的網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室（3 WNVLAB）［11］等，但目前并沒(méi)有針對(duì)草坪專(zhuān)業(yè)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)研究。

本研究以網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐教學(xué)環(huán)境建設(shè)為基礎(chǔ)，開(kāi)展草坪管理專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)法研究，即構(gòu)建一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的草坪管理專(zhuān)業(yè)“虛擬教學(xué)實(shí)訓(xùn)基地”仿真實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，囊括實(shí)踐教學(xué)所需的儀器、設(shè)備及實(shí)踐環(huán)境等虛擬元素，以及各類(lèi)素材、材料資源和各種操作流程規(guī)范等，并設(shè)計(jì)完整的教學(xué)活動(dòng)與環(huán)節(jié)，在“相對(duì)固定”的學(xué)時(shí)內(nèi)依托“校園網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合平臺(tái)”，將實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容放置到平臺(tái)上供學(xué)生開(kāi)展在線(xiàn)的“觀摩、模擬、仿真”學(xué)習(xí)，增加學(xué)生親自動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)，提高其實(shí)踐技術(shù)和能力。

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

虛擬實(shí)驗(yàn)室是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)等高新技術(shù)的有機(jī)組合和應(yīng)用。草坪管理專(zhuān)業(yè)“網(wǎng)絡(luò)虛擬教學(xué)實(shí)訓(xùn)基地”以計(jì)算機(jī)為基本組件，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為體系結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)建立與管理為核心，包括網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)訓(xùn)和交流區(qū)三大部分（圖1）。

1.1 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

“網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)”主要依靠甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)“校園網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合平臺(tái)”。草坪管理專(zhuān)業(yè)的各種教學(xué)資源，如教學(xué)計(jì)劃和大綱、講義、多媒體教案、試題集錦、教學(xué)錄像、實(shí)驗(yàn)教學(xué)資料、教學(xué)參考資料以及專(zhuān)題課件等，都可通過(guò)甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)“校園網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合平臺(tái)”實(shí)現(xiàn)信息共享。

“網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)”教學(xué)資源豐富多樣，文字、錄像、圖片等多媒體資料應(yīng)有盡有，學(xué)生登錄系統(tǒng)后進(jìn)入虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，選擇專(zhuān)業(yè)課程，學(xué)習(xí)多媒體課件或者觀看實(shí)踐訓(xùn)練錄像視頻等，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和主動(dòng)性，打破了傳統(tǒng)教學(xué)“教師講學(xué)生聽(tīng)”的模式，有益于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制，學(xué)生可以隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)，教師也可自由地輔導(dǎo)學(xué)生。而且用戶(hù)可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，將一系列的教學(xué)活動(dòng)安排、遇到的問(wèn)題或者學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)等及時(shí)上傳、反饋和分享。這種互動(dòng)學(xué)習(xí)方式，進(jìn)一步促進(jìn)了學(xué)生與教師之間、學(xué)生與學(xué)生之間的交流和學(xué)習(xí)。

1.2 網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)訓(xùn)

考慮到實(shí)際應(yīng)用所需的相關(guān)草坪學(xué)知識(shí)，“網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)訓(xùn)”體系中，設(shè)計(jì)了草坪草種形態(tài)鑒別、草坪建植以及草坪養(yǎng)護(hù)管理3個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室。

草坪草種形態(tài)鑒別虛擬實(shí)驗(yàn)室，將原本在真實(shí)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程，同步制作成能夠在虛擬實(shí)驗(yàn)室供學(xué)生觀摩和學(xué)習(xí)的多媒體課件或教學(xué)錄像、圖片等資料，實(shí)施網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

圖1 草坪管理專(zhuān)業(yè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)基地結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure chart of practical training base in net wor k f or turf management major

同樣，學(xué)生可以在虛擬的實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地“建植草坪”，并及時(shí)上網(wǎng)進(jìn)行草坪的“養(yǎng)護(hù)管理”，通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的具體操作，了解和掌握草坪建植與養(yǎng)護(hù)管理的流程和技術(shù)。而系統(tǒng)可以通過(guò)學(xué)生建植操作是否得當(dāng)，管理手段是否及時(shí)、正確，以積分、升級(jí)、獎(jiǎng)勵(lì)的方式，考核學(xué)生建植草坪和養(yǎng)護(hù)管理的水平。

1.3 交流區(qū)

交流區(qū)主要分3部分：在線(xiàn)解答區(qū)、論壇區(qū)和資源共享區(qū)，不僅和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)訓(xùn)基地進(jìn)行三庫(kù)連接，同時(shí)，鏈接了許多草坪相關(guān)網(wǎng)站，如百綠公司（百綠中文網(wǎng)）、北京克勞沃草業(yè)公司、美國(guó)亨特公司中國(guó)分公司（亨特公司中文網(wǎng)）、云南生態(tài)技術(shù)有限公司、成都時(shí)代百匯草業(yè)公司等全國(guó)多家著名的草坪企業(yè)，可以使用戶(hù)隨時(shí)關(guān)注這些草坪網(wǎng)站的動(dòng)態(tài)，了解相關(guān)草坪信息。

2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)主要借助“校園網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合平臺(tái)”以及網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)訓(xùn)體系，實(shí)現(xiàn)了瀏覽查詢(xún)、智能決策、仿真操作等功能，設(shè)有教學(xué)信息共享、決策支持和查詢(xún)、模擬操作、系統(tǒng)管理四大功能模塊。

2.1 教學(xué)信息共享模塊

教學(xué)信息共享功能主要通過(guò)校園網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，學(xué)生可登錄系統(tǒng)，進(jìn)行課程相關(guān)資源的查詢(xún)和學(xué)習(xí)，下載和操作都非常簡(jiǎn)單、方便。

2.2 決策支持和查詢(xún)模塊

決策支持功能模塊主要通過(guò)推理機(jī)推理、判斷，最終展示從坪床制備、草坪草品種選擇、建植細(xì)節(jié)、養(yǎng)護(hù)管理等全過(guò)程，為用戶(hù)提供了一個(gè)詳細(xì)全面的草坪建植養(yǎng)護(hù)方案。

除可進(jìn)行草坪建植管理的決策支持外，系統(tǒng)也提供了草坪的病蟲(chóng)害、草坪雜草、草坪機(jī)械、觀賞植物和草坪質(zhì)量評(píng)價(jià)等資料的查詢(xún)功能。

另外，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以直接通過(guò)在線(xiàn)解答區(qū)，及時(shí)向?qū)＜易稍?xún)，專(zhuān)家將在線(xiàn)解答疑問(wèn)，幫助學(xué)生解決相關(guān)問(wèn)題。

2.3 模擬操作模塊

因傳統(tǒng)教學(xué)模式采用統(tǒng)一安排的方式，實(shí)踐和實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)難以貫穿教學(xué)的全過(guò)程，導(dǎo)致草坪管理專(zhuān)業(yè)的教學(xué)、生產(chǎn)和實(shí)習(xí)受時(shí)間的限制。而仿真實(shí)驗(yàn)克服了這一缺陷，并且具有良好的人機(jī)交互性，通過(guò)動(dòng)態(tài)交互、可視化等手段，模擬草坪生長(zhǎng)和養(yǎng)護(hù)的全程，用戶(hù)扮演草坪建植管理者，通過(guò)類(lèi)似游戲的方式，模擬完成從種植到養(yǎng)護(hù)的全過(guò)程。該方法不僅可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且彌補(bǔ)了實(shí)踐教學(xué)受時(shí)間和空間限制的不足［12］。

2.3.1 草坪草種形態(tài)鑒別 由于修剪頻率較高，草坪草很少抽穗開(kāi)花，要鑒別草坪草種主要依靠草坪草的營(yíng)養(yǎng)器官特征來(lái)進(jìn)行，而且草坪草的形態(tài)特征和特性有一定的關(guān)系［13－16］，掌握草坪草種的形態(tài)特征是鑒別草坪草種的關(guān)鍵。

學(xué)生主要通過(guò)知識(shí)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)不同草坪草種特定的具有遺傳特性的營(yíng)養(yǎng)器官如葉片、葉舌、葉耳、根系、莖稈等部位的圖片的觀察，及一些文本資料的查閱和學(xué)習(xí)，掌握不同草坪草種的特征，區(qū)分和鑒別不同草坪草種。系統(tǒng)也設(shè)計(jì)了回答問(wèn)題和圖片識(shí)別的考核環(huán)節(jié)，通過(guò)打分判定學(xué)生的實(shí)習(xí)效果。

2.3.2 草坪建植 草坪建植仿真實(shí)驗(yàn)室操作過(guò)程分為3步，即坪床的制備、草種的選擇和建植方法（圖2）。坪床的制備流程包括場(chǎng)地的清理、土壤的改良、平整、排灌系統(tǒng)的安裝等［17］。每一步操作完成后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提示下一步如何操作。

圖2 草坪建植流程圖Fig.2 Flow chart of turf establish ment

草坪的建植方法分為種子播種和營(yíng)養(yǎng)繁殖［18］。利用Java、Flash、Author ware、Visual Basic（VB）與Visual C＋＋（VC）等計(jì)算機(jī)技術(shù)，模擬草坪建植的全過(guò)程，每完成一步，系統(tǒng)會(huì)跳出一個(gè)選擇界面，提示何時(shí)和如何進(jìn)行下一步操作。如“播種”完成后便會(huì)提示“馬上覆蓋”、“澆水”等操作。若不及時(shí)管理或管理不當(dāng)，系統(tǒng)也會(huì)提醒；若超過(guò)一定的時(shí)限仍未進(jìn)行相應(yīng)的操作，系統(tǒng)將會(huì)提示“建植失敗、重新開(kāi)始或任務(wù)失敗，不及格”等，并根據(jù)用戶(hù)的操作水平判定模擬實(shí)習(xí)成績(jī)。

2.3.3 草坪養(yǎng)護(hù)管理 草坪的養(yǎng)護(hù)管理直接影響其品質(zhì)與效果［19］，掌握養(yǎng)護(hù)技術(shù)是管理草坪的關(guān)鍵。該模塊主要利用計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬草坪的幼坪和成坪養(yǎng)護(hù)技術(shù)（圖3）。幼坪階段“澆水”頻率高，少“施肥”，這樣“草坪”才能健康成長(zhǎng)。隨著對(duì)“草坪”不斷且及時(shí)、正確地養(yǎng)護(hù)管理，用戶(hù)的積分也不斷增加，一定積分后便可進(jìn)入“成坪”養(yǎng)護(hù)階段?！俺善骸币话恪皾菜鳖l率降低，但是“施肥量”增大，要多關(guān)注“病蟲(chóng)害”對(duì)“草坪”的危害。

在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，用戶(hù)需隨時(shí)查看系統(tǒng)的提示信息，及時(shí)、正確地完成“草坪”的養(yǎng)護(hù)，“草坪”才能生機(jī)勃勃，同時(shí)用戶(hù)可以得到獎(jiǎng)勵(lì)升級(jí)，進(jìn)入下一個(gè)階段的養(yǎng)護(hù)管理。

2.4 系統(tǒng)管理模塊

“系統(tǒng)管理”模塊主要包括系統(tǒng)登錄、修改密碼、系統(tǒng)設(shè)置以及系統(tǒng)的利用和維護(hù)。系統(tǒng)登錄主要是從相關(guān)的學(xué)生管理系統(tǒng)中調(diào)用用戶(hù)信息，對(duì)用戶(hù)進(jìn)行添加、刪除管理。用戶(hù)自己也可以進(jìn)行相關(guān)的注冊(cè)、密碼設(shè)置、信息修改等操作。

圖3 草坪養(yǎng)護(hù)技術(shù)Fig.3 Technology of turf maintencnce

系統(tǒng)的利用和維護(hù)包括系統(tǒng)三庫(kù)的聯(lián)結(jié)、修改與增刪等，根據(jù)需要把各項(xiàng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示在系統(tǒng)后臺(tái)首頁(yè)，并進(jìn)行相應(yīng)的操作（添加、刪除、瀏覽系統(tǒng)信息）；根據(jù)需要發(fā)布、修改、刪除系統(tǒng)公告，進(jìn)行添加、修改、刪除友情鏈接（包括圖片、文字鏈接）。

3 小結(jié)

考慮到草坪管理專(zhuān)業(yè)傳統(tǒng)教學(xué)、生產(chǎn)和畢業(yè)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)受時(shí)間和場(chǎng)地限制的缺陷，設(shè)計(jì)了包括“網(wǎng)絡(luò)教學(xué)”系統(tǒng)、“網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)訓(xùn)”體系等內(nèi)容的“網(wǎng)絡(luò)虛擬教學(xué)實(shí)訓(xùn)基地”。學(xué)生不僅可以通過(guò)系統(tǒng)，及時(shí)掌握、了解有關(guān)課程內(nèi)容的新動(dòng)向，反饋遇到的問(wèn)題，分享成功的經(jīng)驗(yàn)；同時(shí)可通過(guò)系統(tǒng)的模擬操作，提高技術(shù)應(yīng)用能力。系統(tǒng)還提供了普通查詢(xún)和決策支持功能，從簡(jiǎn)單、全面的信息查閱到智能、專(zhuān)業(yè)的決策指導(dǎo)，信息量大，功能全面，方便使用。

“草坪管理專(zhuān)業(yè)網(wǎng)絡(luò)虛擬教學(xué)實(shí)訓(xùn)基地”以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，綜合利用草坪管理專(zhuān)業(yè)各方面的知識(shí)，并結(jié)合先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，功能更加強(qiáng)大，內(nèi)容更完善，是對(duì)草坪管理專(zhuān)業(yè)傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)方式的改革和創(chuàng)新，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］ 吳超峰，馬雪梅.21世紀(jì)中國(guó)草坪業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.天津農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，15（3）：74－77.

［2］ 張珺，易自力.我國(guó)草坪業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、開(kāi)發(fā)前景與措施［J］.湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2001（4）：62－63.

［3］ 單華佳，李夢(mèng)璐，孫彥，周禾.近10年中國(guó)草坪業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀［J］.草地學(xué)報(bào)，2013，21（2）：222－229.

［4］ 吳振南，趙永利.關(guān)于我國(guó)草坪業(yè)發(fā)展的建議［J］.現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，2004（11）：15－16.

［5］ 董樹(shù)宇.基于網(wǎng)絡(luò)的仿真實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)建構(gòu)的探索［J］.黑龍江科技信息，2013（5）：107－108.

［6］ 劉杰.基于WEB的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研究與設(shè)計(jì)［D］.西安：西安電子科技大學(xué)，2009.

［7］ 唐詠.網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)［J］.考試周刊，2011（41）：140－141.

［8］ 羅崇光.基于Inter net的虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.武漢：華中科技大學(xué)，2006.

［9］ 鄔厚民.《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》高職課程仿真實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.北京：北京工業(yè)大學(xué)，2007.

［10］ 宋象軍.虛擬實(shí)驗(yàn)室在高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用前景［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2005，22（1）：35－37.

［11］ 余鵬程，李晶.基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬實(shí)驗(yàn)室的研究［J］.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2011（12）：217－218.

［12］ 張小琴.基于JAVA 技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.電腦知識(shí)與技術(shù)，2011（16）：1－3.

［13］ 袁長(zhǎng)春，丁利明，李伍榮，楊秀堅(jiān)，陳燕.廣東南亞熱帶廣泛種植的5種草坪草的生物學(xué)特性及抗旱性比較［J］.草業(yè)科學(xué)，2005，22（9）：86－91.

［14］ 丁小球，胡玉佳.假儉草的形態(tài)特征及其草坪質(zhì)量評(píng)價(jià)［J］.草原與草坪，2006（1）：49－53.

［15］ 霍尚峰，白史且，張新全，李志丹.我國(guó)假儉草的特性和開(kāi)發(fā)利用［J］.四川草原，2003（6）：32－34.

［16］ 朱昊，阿不來(lái)提·阿不都熱依木，李培英，孫宗玖，亞里坤，阿力木.10份偃麥草形態(tài)生物學(xué)特性及其坪用性研究［J］.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，31（1）：16－21.

［17］ 朱向濤，吳筱羽.草坪建植研究［J］.北方園藝，2011（17）：117－119.

［18］ 李永清.草坪建植［J］.山西林業(yè)科技，2002（3）：47－48.

［19］ 袁照蓉.草坪管理與建植之見(jiàn)解［J］.科技資訊，2008（1）：154.