果樹栽培學(xué)虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)模式構(gòu)想

周娜娜 王剛

[摘? ? ? ? ? ?要]? 傳統(tǒng)教學(xué)模式下，果樹栽培學(xué)實(shí)踐教學(xué)的開展受限制因素較多，而虛擬仿真教學(xué)模式可以避開這些問題，具有明顯的教學(xué)優(yōu)勢(shì)。結(jié)合果樹栽培學(xué)的教學(xué)特點(diǎn)，對(duì)果樹栽培學(xué)虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)模式的構(gòu)建進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)，并對(duì)虛擬場(chǎng)景和動(dòng)畫的制作、實(shí)踐項(xiàng)目的評(píng)分指標(biāo)都進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，將果樹栽培學(xué)的實(shí)踐內(nèi)容與虛擬仿真技術(shù)有機(jī)結(jié)合，為該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目虛擬仿真教學(xué)軟件的開發(fā)提供參考。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 果樹栽培學(xué);實(shí)踐課;虛擬仿真教學(xué)模式

[中圖分類號(hào)]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號(hào)]? 2096-0603（2021）15-0100-02

從2013年8月教育部號(hào)召開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作[1]，到現(xiàn)在，已批準(zhǔn)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心超過300個(gè)，學(xué)科涉及哲學(xué)、理工、農(nóng)林醫(yī)藥、人文社科等[2]，虛擬仿真教學(xué)已成為高等教育改革的熱點(diǎn)之一。應(yīng)用型人才培養(yǎng)對(duì)本科學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力提出了更高的要求，果樹栽培學(xué)是應(yīng)用型人才培養(yǎng)中一門重要的實(shí)踐類課程，在傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)中，存在實(shí)踐課準(zhǔn)備環(huán)節(jié)消耗時(shí)間長(zhǎng)、上課場(chǎng)所要求高等不足，迫切需要有效的教學(xué)改革。但由于研發(fā)果樹栽培學(xué)實(shí)踐課的虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)，不僅要求構(gòu)建者團(tuán)隊(duì)具有淵博的果樹栽培學(xué)專業(yè)知識(shí)，還要熟悉多種電腦軟件，是跨學(xué)科高難度的結(jié)合。本文結(jié)合當(dāng)前虛擬仿真技術(shù)的浪潮，設(shè)計(jì)了果樹栽培學(xué)實(shí)踐項(xiàng)目虛擬仿真教學(xué)模式的構(gòu)建方法，為實(shí)現(xiàn)果樹栽培學(xué)實(shí)踐課程虛擬仿真教學(xué)軟件的開發(fā)提供參考。

一、果樹栽培學(xué)虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)的意義

果樹栽培學(xué)是一門具有很強(qiáng)的季節(jié)性和實(shí)踐性的應(yīng)用型課程[3]，涉及多種果樹的生長(zhǎng)發(fā)育周期和栽培技術(shù)管理，其實(shí)踐課的開展有助于消化理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為動(dòng)手操作能力，完善系統(tǒng)的知識(shí)體系。果樹栽培學(xué)的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容包括常規(guī)果樹的繁殖技術(shù)、田間水肥管理、整形修剪和病蟲害防治等[4]，課程對(duì)課時(shí)量、涵蓋的果樹生育期、果樹種類和數(shù)量等都有要求，實(shí)際操作時(shí)還要進(jìn)行不計(jì)成本的多次驗(yàn)證。傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)模式下，果樹栽培學(xué)實(shí)踐課的開設(shè)成本較高，只能有選擇性地開設(shè)部分實(shí)踐項(xiàng)目，如繁殖技術(shù)中的種子育苗、嫁接、扦插等，準(zhǔn)備的時(shí)間相對(duì)較短，成本相對(duì)較低。而缺素癥狀判斷、花果管理和高接換冠等實(shí)踐項(xiàng)目要求的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，對(duì)果樹的生育時(shí)期和樹齡都有較高的要求，很難同時(shí)收集多種果樹，也不可能準(zhǔn)備幾年一節(jié)課毀掉多棵大樹，所以進(jìn)行觀摩的比較多。缺乏全面的果樹技能培訓(xùn)導(dǎo)致一些本科生在就業(yè)時(shí)，理論知識(shí)與實(shí)踐技能脫節(jié)，難以滿足崗位招聘的即用需求。而采用虛擬仿真教學(xué)模式可以不受傳統(tǒng)教學(xué)在時(shí)間、空間上的限制，采用模擬的場(chǎng)景完成操作過程[5]。

虛擬仿真是指通過計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)來創(chuàng)建一個(gè)視覺化環(huán)境，置身場(chǎng)景具有真實(shí)感受，能重復(fù)利用[6]，卻不會(huì)受到現(xiàn)實(shí)世界的諸多限制。虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)可以把虛擬與現(xiàn)實(shí)結(jié)合，操作者置身于虛擬系統(tǒng)中，能感知到跟現(xiàn)實(shí)世界十分接近的場(chǎng)地環(huán)境和目標(biāo)對(duì)象，借助計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行與現(xiàn)實(shí)十分接近的實(shí)驗(yàn)操作[7]。克服了現(xiàn)實(shí)中實(shí)踐課的前期準(zhǔn)備難、實(shí)踐時(shí)間不足、場(chǎng)地條件不達(dá)標(biāo)等因素限制，通過信息技術(shù)模擬果園的真實(shí)環(huán)境，學(xué)生可以自主性進(jìn)行實(shí)踐項(xiàng)目，為果樹栽培學(xué)實(shí)踐課教學(xué)提供新的方法。通過虛擬仿真平臺(tái)的模塊設(shè)計(jì)，教師發(fā)布任務(wù)，學(xué)生了解各環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)要求，并完成任務(wù);教師通過平臺(tái)了解學(xué)生的構(gòu)思和完成進(jìn)度，及時(shí)為學(xué)生提供指導(dǎo)。所以，虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)現(xiàn)代應(yīng)用型人才的一種新型教學(xué)模式，是人類進(jìn)入虛擬空間進(jìn)行教育活動(dòng)的一種新的教學(xué)方式[7]，對(duì)于強(qiáng)化果樹栽培學(xué)實(shí)踐教學(xué)方法、提升學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)具有十分重要的意義。

二、果樹栽培學(xué)虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)思路

果樹栽培學(xué)傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)中，每次實(shí)踐課都要求每位學(xué)生獨(dú)立完成一個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目，實(shí)踐項(xiàng)目包括：果樹種類及品種特性的識(shí)別、果樹的種子育苗技術(shù)、果樹嫁接技術(shù)、果樹的扦插和壓條、果樹的整形修剪技術(shù)、果樹的花果管理技術(shù)、果樹的缺素癥狀觀察與防治、果樹的病蟲草害防治等。虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容與課程教學(xué)大綱要求一致，只是教學(xué)場(chǎng)景由現(xiàn)實(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樘摂M。

（二）虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)模塊設(shè)計(jì)

在虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)頁面，設(shè)置果樹栽培學(xué)虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的登錄主界面模塊和具體實(shí)踐教學(xué)模塊，登錄界面包括學(xué)生用戶和教師用戶，實(shí)踐教學(xué)模塊下設(shè)實(shí)踐項(xiàng)目選擇、果樹種類選擇、農(nóng)資工具選擇、具體實(shí)驗(yàn)操作和結(jié)果與分析5個(gè)子菜單選項(xiàng)。

實(shí)踐項(xiàng)目根據(jù)大綱要求，決定著后面的操作流程;果樹種類主要設(shè)置當(dāng)?shù)爻Ｒ姌浞N;不同的實(shí)踐項(xiàng)目還可以自主選擇用到的農(nóng)資工具，有鐵鍬、耙子、鐵鏟、嫁接刀、嫁接夾、遮陽網(wǎng)、塑料薄膜、水管、有機(jī)肥、各種化肥、農(nóng)藥、黃藍(lán)板、紙袋、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等;具體實(shí)踐操作是教學(xué)模塊的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可以采用二維圖片、三維虛擬模型或動(dòng)畫等素材，按照教學(xué)大綱要求的實(shí)踐操作流程，整合成計(jì)算機(jī)語言，形成虛擬的實(shí)踐操作程序[7];最后的結(jié)果與分析，可根據(jù)學(xué)生的實(shí)踐操作，自動(dòng)生成總結(jié)報(bào)告，包括實(shí)踐中出現(xiàn)的錯(cuò)誤及注意事項(xiàng)，分析錯(cuò)誤操作產(chǎn)生的結(jié)果。

（三）虛擬場(chǎng)景和動(dòng)畫的確定及制作

實(shí)踐操作所處的場(chǎng)景，根據(jù)學(xué)生選擇的果樹種類進(jìn)行搭配，通過鼠標(biāo)或手柄可以進(jìn)行四周環(huán)境的觀察，讓學(xué)生有置身于果園的感受，可以用Photoshop等軟件制作完成的二維圖。實(shí)踐操作時(shí)用到的農(nóng)資工具，應(yīng)用3DS Max等軟件設(shè)計(jì)與構(gòu)建的三維虛擬模型，并設(shè)置鼠標(biāo)點(diǎn)擊選擇。而結(jié)果觀察與演示，則需要用Flash等軟件制作的動(dòng)畫素材。部分情景，如提示、標(biāo)識(shí)等，還要輔以文字、配音等補(bǔ)充信息，使教學(xué)內(nèi)容更豐富地呈現(xiàn)出來。

（四）實(shí)踐項(xiàng)目評(píng)分指標(biāo)

1.果樹種類的識(shí)別

制作10種當(dāng)?shù)爻Ｒ姽麡渌夭?，從樹形、枝干、葉、花、果的形態(tài)分別進(jìn)行對(duì)比，識(shí)別果樹的種類，根據(jù)識(shí)別的正確率打分。果實(shí)形態(tài)差異較大的可以繼續(xù)進(jìn)行品種間的識(shí)別。

2.果樹的種子育苗技術(shù)

果樹種子的形態(tài)及大小要真實(shí)，種子播前處理方法可以篩選。如果育種條件不充分、覆土過厚或種子育苗時(shí)澆水量達(dá)不到要求，結(jié)果觀察時(shí)，不能發(fā)芽或延遲發(fā)芽。而且出苗后沒有及時(shí)撤掉覆蓋物，結(jié)果觀察時(shí)，種苗長(zhǎng)得瘦弱且變黃。根據(jù)學(xué)生操作的完整性和標(biāo)準(zhǔn)性進(jìn)行評(píng)分。

3.果樹嫁接技術(shù)

在進(jìn)行果樹嫁接時(shí)，可以觀察莖的解剖結(jié)構(gòu)，清晰地判斷形成層的位置，接穗與砧木嵌合時(shí)，嫁接刀沒消毒，形成層沒有對(duì)齊或?qū)R但后期管理?xiàng)l件不滿足等，結(jié)果觀察時(shí)，接穗枯萎嫁接失敗。根據(jù)學(xué)生操作的完整性和注意事項(xiàng)進(jìn)行評(píng)分。

4.果樹的扦插和壓條

扦插時(shí)，插條的選擇、截取和激素處理，只要操作完整就得滿分;扦插的深度影響得分。壓條時(shí)枝條的選擇、枝條環(huán)剝的深度、高空壓條發(fā)根材料的篩選等，都有不同的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。

5.果樹的整形修剪技術(shù)

不同的果樹種類，整形修剪的操作差異比較大。首先要進(jìn)行果樹種類的選擇，不同的果樹都有常用的樹形和修剪方式;然后才進(jìn)入修剪操作。素材制作時(shí)，果樹要有主干、側(cè)枝、上層枝、直立枝、短果枝等區(qū)別，增加學(xué)生選擇的難度，鍛煉學(xué)生應(yīng)用修剪的理論知識(shí)，根據(jù)學(xué)生修剪的枝條種類、修剪后枝條的傷口處理、工具消毒等進(jìn)行評(píng)分。

6.果樹的花果管理技術(shù)

這個(gè)項(xiàng)目可以分幾個(gè)小實(shí)驗(yàn)，包括果樹的人工輔助授粉、果樹的環(huán)割、果樹的花果期管理、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的使用等，學(xué)生選擇其一進(jìn)行。根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)操作完成情況和關(guān)鍵技術(shù)的注意事項(xiàng)進(jìn)行評(píng)分。

7.果樹的缺素癥狀觀察與防治

這個(gè)項(xiàng)目制作簡(jiǎn)單，操作結(jié)果呈現(xiàn)得比較直觀，采集不同的缺素癥狀，考查學(xué)生對(duì)缺素癥狀的識(shí)別情況，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊營(yíng)養(yǎng)元素或者具體的肥料，選擇正確癥狀消失健康生長(zhǎng)，選擇錯(cuò)誤癥狀加重甚至枯萎死亡。最后根據(jù)正確率進(jìn)行評(píng)分。

8.果樹的病蟲草害防治

制作5種常見病害、3種常見蟲害和2種常見草害的素材，考查學(xué)生的識(shí)別及防治方法。根據(jù)其選擇的農(nóng)藥或除草劑種類，呈現(xiàn)加重還是消失等不同的結(jié)果，根據(jù)學(xué)生操作的完整性和準(zhǔn)確性進(jìn)行評(píng)分。

三、結(jié)語

果樹栽培學(xué)虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)的平臺(tái)建設(shè)，除了課程教學(xué)模式的總體設(shè)計(jì)，還要進(jìn)行主要的模塊構(gòu)建，要求具有豐富的果樹栽培學(xué)及相關(guān)課程的理論知識(shí)，豐富的網(wǎng)頁制作、動(dòng)畫設(shè)計(jì)等技術(shù)，并創(chuàng)建各種虛擬素材[8]，讓操作者能與之形象的互動(dòng)，甚至要進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，工作量大且跨行業(yè)進(jìn)行，建設(shè)難度相對(duì)較大，需要較長(zhǎng)時(shí)間的積累和完善。目前還沒有成熟的果樹栽培學(xué)虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)案例，可借鑒的資源相對(duì)較少，要構(gòu)建出良好的教學(xué)效果，還需要實(shí)踐檢驗(yàn)后再完善補(bǔ)充。但是果樹栽培學(xué)虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)，不僅能幫助學(xué)生完成實(shí)踐項(xiàng)目中的操作流程，還能觀察到微觀的植物解剖結(jié)構(gòu)，了解操作原理，對(duì)于果樹栽培學(xué)的實(shí)踐教學(xué)具有十分重要的作用。虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢(shì)明顯，尤其虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)能激發(fā)學(xué)生的興趣，培養(yǎng)其實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力[9]。隨著教育和農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展，虛擬資源的建設(shè)越來越成熟，應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)技術(shù)搭建平臺(tái)應(yīng)用于果樹栽培學(xué)的實(shí)踐教學(xué)，已成為現(xiàn)代高等教育的必然趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉彥權(quán)，周華蓉，付海英，等.虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)診斷學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中華醫(yī)學(xué)教育探索雜志，2020（1）：46-49.

[2]唐超智，劉慶薈，張順利.免疫熒光實(shí)驗(yàn)虛擬仿真教學(xué)模式構(gòu)想[J].中國(guó)免疫學(xué)雜志，2018，34（12）：1888-1890.

[3]高英，彭立新，李愛，等.果樹栽培學(xué)實(shí)踐教學(xué)改革探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2016，13（3）：149，151.

[4]馮一峰，袁宇堯，吳翠云，等.淺談果樹栽培學(xué)實(shí)踐教學(xué)過程中存在的問題與思考[J].教育教學(xué)論壇，2018（35）：237-238.

[5]趙悅，王倩，張英華，等.植物生長(zhǎng)與田間管理虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)的建設(shè)[J].高等農(nóng)業(yè)教育，2019（1）：87-91.

[6]高疏寒.基于VR技術(shù)下虛擬教學(xué)應(yīng)用的思考[J].視聽，2018（1）：202-203.

[7]劉亞豐，蘇莉，吳元喜，等.虛擬仿真教學(xué)資源建設(shè)原則與標(biāo)準(zhǔn)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2017，34（5）：8-10.

[8]郭穎奇.云計(jì)算和虛擬技術(shù)推動(dòng)高校專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的研究[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2018，16（3）：110-114.

[9]李兵，王玉鳳，賀占魁，等.生物學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2016，33（12）：171-173，176.

◎編輯 魯翠紅

Conception of Virtual Simulation Teaching Mode on Practical Course of Fruit Tree Cultivation

Zhou Na-na，Wang Gang

Abstract：Under the traditional teaching mode，the practice teaching of fruit tree cultivation is restricted by many factors，while the virtual simulation teaching mode can avoid these problems，and has obvious teaching advantages. Combined with the teaching characteristics of fruit tree cultivation，this paper designs the construction of virtual simulation practice teaching mode of fruit tree cultivation，and expounds the production of virtual scene and animation，and the evaluation index of practical projects in detail. It combines the practical content of fruit tree cultivation with virtual simulation technology organically，which provides the development of virtual simulation teaching software for this experi-mental project for reference.

Key words：fruit tree cultivation;practice course;virtual simulation teaching mode