森林培育學虛擬仿真實驗教學體系構(gòu)建的思考與建議

李樹斌　景蕓　倪川

摘 要：近年來，虛擬仿真教學在實驗教學中發(fā)揮了越來越大的作用，該文基于森林培育學實驗內(nèi)容多樣、周期長、實踐性強、系統(tǒng)性強及實驗場所開放性強的特點及存在的問題，論述了森林培育學虛擬仿真實驗教學體系的特點與優(yōu)勢，提出了有利于森林培育學虛擬仿真實驗教學體系建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的建議。

關(guān)鍵詞：森林培育學；虛擬仿真；實驗教學；必要性

中圖分類號 G642.0 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）17-0170-03

Abstract：In recent years，virtual simulation teaching plays a more and more important role in experiment teaching.Based on the characteristics with content diversification，long period，strong practicality，strong system and experiment places strong openness and existing problems of silviculture experiment，this paper discusses the characteristics and advantages of silviculture virtual simulation experiment teaching system and puts forward some suggestions on the sustainable development of silviculture virtual simulation experiment teaching system construction.

Key words：Silviculture；Virtual simulation；Experiment Teaching；Necessity

森林培育學是一門實踐性很強的學科，主要論述森林營造及培育的理論及技術(shù)，實踐教學在該學科的教學中占有舉足輕重的地位[1]。為了滿足現(xiàn)代林業(yè)生產(chǎn)對高等林業(yè)類專業(yè)人才的需求，就要不斷地對傳統(tǒng)的實驗教學模式進行改革與創(chuàng)新。近些年，虛擬仿真技術(shù)的興起，為森林培育實驗教學模式的變革提供了新的契機，虛擬仿真技術(shù)綜合應用虛擬現(xiàn)實、多媒體、人機交互、數(shù)據(jù)庫以及網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，通過構(gòu)建逼真的實驗操作環(huán)境和實驗對象，使學生在開放、自主、交互的虛擬環(huán)境中開展高效、安全且經(jīng)濟的實驗，進而達到真實實驗不具備或難以實現(xiàn)的教學效果[2-3]，將虛擬仿真技術(shù)引入森林培育實踐教學，實現(xiàn)虛擬仿真技術(shù)與實踐教學有機結(jié)合，不僅可以實現(xiàn)森林培育學實踐教學模式的深層次變革，而且也是推動教育信息化建設(shè)的重要力量。

1 森林培育學實驗的特點及存在的問題

森林培育學在我國農(nóng)林院校廣泛開課，主要目的是使學生明確我國造林工作的方針、任務，系統(tǒng)掌握造林和營林的基本理論和生產(chǎn)技術(shù)的學科[4]。作為一門實踐性很強的學科，森林培育學實驗具有以下主要特點和問題：

1.1 實驗內(nèi)容多樣 森林培育學是一門實踐性很強的學科，內(nèi)容涉及森林培育的全過程，包括林木種子生產(chǎn)、苗木培育、森林營造、森林撫育及主伐更新等技術(shù)內(nèi)容。每塊技術(shù)內(nèi)容又包括多項更小的技術(shù)內(nèi)容，例如，現(xiàn)代苗木培育主要采用組培育苗和輕基質(zhì)育苗技術(shù)，組培育苗和輕基質(zhì)育苗有著完全不同的生產(chǎn)要求，組培育苗又包括溫度控制、光照控制、激素種類及濃度調(diào)節(jié)、培養(yǎng)基種類選擇及生產(chǎn)時間節(jié)點選擇等技術(shù)內(nèi)容；森林營造包括造林規(guī)劃設(shè)計、林地清理及整地、種植點配置、基肥配施、密度設(shè)置、栽植方式等多個環(huán)節(jié)。

1.2 實驗周期長 林木的生長需要遵循一定的自然生長規(guī)律，特別是木本植物的生長需要更長的時間周期，很多林業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的進度無法進行人為干預。例如育苗技術(shù)，學生可以短時間了解現(xiàn)代化苗木生產(chǎn)作業(yè)方式，但是育苗技術(shù)繁瑣，周期長，學生難以完成整個苗木培育過程的實驗，往往不能理解或掌握育苗技術(shù)關(guān)鍵的問題[5]。在營林設(shè)計上，學生可以選擇純林或不同比例、不同樹種的混交林，進行不同林分類型設(shè)計，但是現(xiàn)實中無法實現(xiàn)各種林分類型的快速評價，因為這可能需要在營林多年后才能去獲得評價結(jié)果。

1.3 實驗實踐性強 按照培養(yǎng)計劃安排，學生可以通過以教師為中心的傳授式教學模式，較為系統(tǒng)的學習森林培育課程的相關(guān)理論知識和林業(yè)生產(chǎn)過程，但是，傳統(tǒng)靜態(tài)的多媒體課堂教學和片段化的實驗實習很難激發(fā)起學生的學習熱情，反而會使學生形成惰性，造成思維能力下降，限制了學生思維能力和想象力的發(fā)揮[5]。往往會出現(xiàn)在學期間考試成績很好，但是真正走向相關(guān)林業(yè)生產(chǎn)崗位的時候，在林業(yè)生產(chǎn)實踐中動手能力不足，很難得到用人單位的認可，就業(yè)滿意率不高，反過來學生又對學校的培養(yǎng)模式表現(xiàn)出不滿。因此，在現(xiàn)代化林業(yè)人才的培養(yǎng)過程中必須要不斷加大生產(chǎn)實踐環(huán)節(jié)在森林培育教學中占的比重。

1.4 實驗系統(tǒng)性強 森林培育是一門系統(tǒng)性的實踐性課程，從一粒小小的種子的產(chǎn)生到最后的林木成材的獲得，中間經(jīng)歷了苗木培育、森林營造、森林撫育及林木采伐等多個連續(xù)性的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，每一個環(huán)節(jié)都有其特定的生產(chǎn)時間和技術(shù)規(guī)范，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會直接影響到整個林業(yè)生產(chǎn)過程的進行，例如森林撫育過程中的病蟲害防治環(huán)節(jié)，如果沒有進行病蟲害預防或出現(xiàn)病蟲害后沒有及時采取有針對性的防治措施，可能會造成林木的大面積發(fā)病或最終死亡，導致整個林業(yè)生產(chǎn)過程的失敗。

1.5 實驗場所開放 森林培育的培養(yǎng)目標是培養(yǎng)適應新時期創(chuàng)新型、復合型的林業(yè)人才，最終服務于林業(yè)生產(chǎn)實踐。這就決定了森林培育實驗教學的場所不能僅是局限于室內(nèi)，而是要創(chuàng)造更多的條件，讓學生走出實驗室，走進教學苗圃、教學實驗林場，深入生產(chǎn)一線，開展更為多樣化的實驗及生產(chǎn)實踐活動。

2 森林培育學虛擬仿真實驗教學體系的特點與優(yōu)勢

森林培育虛擬仿真實驗教學體系的構(gòu)建，不僅推動傳統(tǒng)森林培育實驗教學在教學思想、教學方法、實驗內(nèi)容、實驗手段等方面的改革和創(chuàng)新[6]，而且可以激發(fā)學生創(chuàng)新性思維和學習熱情，穩(wěn)步提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。

2.1 改善以教師講授為中心的教學模式，提高學生的教學參與度 隨著現(xiàn)代科學技術(shù)進步，學生對各種新的科學技術(shù)產(chǎn)生濃厚興趣，將虛擬仿真技術(shù)引入森林培育實驗教學，實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實和人機交互，提高了實驗教學過程的趣味性，極大地提高了學生的主動學習和教學參與熱情。學生可以實現(xiàn)理論知識和生產(chǎn)實踐的有機結(jié)合，在這種結(jié)合過程中發(fā)現(xiàn)問題，在與老師的交流中解決問題，使學生通過觀察、聯(lián)想、識別，從感性到理性，從直觀到思維，對整個林業(yè)生產(chǎn)過程形成系統(tǒng)性的認識。

2.2 可進行長周期、系統(tǒng)性的實驗 虛擬仿真技術(shù)可以讓學生身臨其境，能直觀地進行無法全程參與的實驗或?qū)嵺`活動，可以有效解決森林培育實驗或?qū)嵺`活動周期長和系統(tǒng)性強的問題。在林分撫育上，學生可以通過虛擬仿真系統(tǒng)，開展撫育措施的相關(guān)虛擬仿真實驗，現(xiàn)實中不同撫育措施對林分產(chǎn)生的影響，需要很長一段時間才能體現(xiàn)出來，但通過虛擬仿真系統(tǒng)程序，可以直接獲取預定時間后的實驗結(jié)果，有效節(jié)省了時間。時間成本的降低，可以讓學生在有限的時間內(nèi)開展多方面的實驗或?qū)嵺`活動，有效保證了森林培育實驗教學的系統(tǒng)性。

2.3 課前課后可重復進行實驗 虛擬仿真系統(tǒng)可以完全向?qū)W生開放，學生可以通過自己的學號登錄仿真系統(tǒng)，在課前預習階段就可以自己嘗試開展相關(guān)虛擬仿真實驗，提高了預習效果，課上及課下可以根據(jù)教師的理論知識講授，再次進入系統(tǒng)進行更加全面及合理的仿真實驗，既可以加深對書本枯燥理論知識的理解程度，又可以對實驗步驟和林業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生更加直觀的認識。虛擬仿真技術(shù)前期投入較大，后期主要依靠電子計算機運行即可，在很大程度上節(jié)約了實踐教學的成本和師資成本的投入。

2.4 實驗場所更加開放 傳統(tǒng)的森林培育實驗教學或?qū)嵺`活動，主要是在教學實驗林場、實驗室、教學實習苗圃及溫室內(nèi)進行，在場地和時間上具有一定的約束性，例如在實驗林場開展的生產(chǎn)實踐活動，往往會因為天氣、生產(chǎn)需要及人力問題等因素，不得不縮短時間、更改時間甚或取消，達不到預期的培養(yǎng)目標。虛擬仿真技術(shù)完全可以擺脫場地、時間、天氣等因素的影響，學生既可以通過實驗室機房電腦，又可以通過自己的電腦或手機登陸系統(tǒng)，按照教師安排有序開展相關(guān)教學實驗或?qū)嵺`活動，虛擬仿真技術(shù)在極大程度上拓展了森林培育實驗教學的時空空間。

3 森林培育學虛擬仿真實驗教學體系構(gòu)建的思考與建議

3.1 建立和完善優(yōu)質(zhì)實驗教學資源共享的長效機制 目前，全國各大高校都加大了網(wǎng)絡(luò)教學實驗室建設(shè)，建設(shè)了大量實驗教學資源，但是由于資源信息渠道不暢，管理體制和運行機制不完善，優(yōu)質(zhì)教學資源的持續(xù)性共享受到很大限制，資源不均衡現(xiàn)象依然嚴重。森林培育學虛擬仿真實驗教學體系的構(gòu)建要充分發(fā)揮教育部門、高校、科研機構(gòu)、企業(yè)和其他社會力量的多元主體作用[2]，建立一支由一線教師、實驗技術(shù)人員、專業(yè)隊伍及企業(yè)工程師組成的技術(shù)隊伍，共同開發(fā)，協(xié)同推進虛擬仿真實驗教學資源建設(shè)。積極利用云計算、云存儲等先進的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將分散的多個虛擬仿真實驗中心互聯(lián)互通，構(gòu)建開放、互動、智能型的云平臺，實現(xiàn)更多資源的優(yōu)化與分享[7]。

3.2 提升教師信息技術(shù)應用能力 將以信息技術(shù)為主導的新技術(shù)、新媒介和新概念引入到傳統(tǒng)學科的實驗教學中，首要的問題是提高教師有效應用信息技術(shù)的能力素質(zhì)，否則難以取得實效[2]。這需要學校或?qū)W院既要對教師提出明確要求，又要采取強有力的措施，加大對相關(guān)任課教師相關(guān)技能的培訓力度，并制定相應的激勵政策，鼓勵教師積極投入到實驗教學改革、實驗模式創(chuàng)新和新技能的應用研究中來。

3.3 虛實結(jié)合完善森林培育學實驗教學內(nèi)容 雖然虛擬仿真技術(shù)實現(xiàn)了通過構(gòu)建逼真的實驗操作環(huán)境和實驗對象，使學生在開放、自主、交互的虛擬環(huán)境中開展高效、安全且經(jīng)濟的實驗，進而達到真實實驗不具備或難以實現(xiàn)的教學效果[2-3]，但是在現(xiàn)實的實驗教學中，還是需要根據(jù)學科特點，科學規(guī)劃、統(tǒng)籌安排虛擬仿真實驗教學所占的比重，不能把任何實體實驗都進行簡單虛擬化，應以提高學生實踐創(chuàng)新能力為根本出發(fā)點，將虛擬實驗與實體實驗緊密結(jié)合，提高實體實驗效果。

4 結(jié)語

推動森林培育學虛擬仿真實驗教學體系建設(shè)，既是解決實踐教學環(huán)節(jié)薄弱的有效途徑，又是高等教育信息化的必然趨勢。《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》和《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》對高等教育信息化提出了明確的要求[2]。推動現(xiàn)代信息技術(shù)與教育教學的深度融合，既為實驗室注入了新的活力，又為推進實驗教學改革與創(chuàng)新型農(nóng)林人才的培養(yǎng)增添了新的動力。

參考文獻

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（責編：徐煥斗）