虛擬仿真技術(shù)賦能無人機實訓(xùn)教學(xué)的實踐探究

中圖分類號：G63 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：0450-9889（2025）20-0119-05

隨著信息技術(shù)的深入發(fā)展，“信息技術(shù)+教育”成了教育領(lǐng)域深度發(fā)展的主流趨勢，也是我國實現(xiàn)教育現(xiàn)代化的主要手段。在此背景下，我國教育事業(yè)近年來發(fā)生了深刻的變革，尤其是職業(yè)教育領(lǐng)域，在信息技術(shù)的加持下，無論是教育理論還是教育方式都發(fā)生了很大的變化。信息技術(shù)賦能實訓(xùn)教學(xué)，有效解決了實訓(xùn)設(shè)備不足、實訓(xùn)效果低下、部分專業(yè)實訓(xùn)危險性較高等問題，有效提高了我國職業(yè)教育的發(fā)展質(zhì)量。虛擬仿真技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展的成果之一，也是推進職業(yè)教育教學(xué)改革的重要技術(shù)手段。虛擬仿真技術(shù)以其經(jīng)濟性、可重復(fù)性等優(yōu)勢，可在無人機訓(xùn)練中發(fā)揮重要的輔助作用，可以極大地降低無人機試飛風(fēng)險，提高科研和訓(xùn)練效率[1]。

一、虛擬仿真技術(shù)在職業(yè)教育中的應(yīng)用情況

虛擬仿真技術(shù)是一種通過計算機生成多源信息融合的交互式三維動態(tài)視景，從而構(gòu)建逼真虛擬環(huán)境并實現(xiàn)用戶自然交互的綜合性技術(shù)。目前，該技術(shù)廣泛運用于教育教學(xué)領(lǐng)域，使學(xué)生能夠在虛擬環(huán)境中進行各類操作和實驗，獲得身臨其境的學(xué)習(xí)體驗。特別是在實訓(xùn)教學(xué)中，虛擬仿真技術(shù)的運用能有效降低訓(xùn)練和測試的成本，提升實操安全性，同時便于教師對學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進行科學(xué)分析，從而為學(xué)生制訂個性化學(xué)習(xí)方案。在無人機實訓(xùn)教學(xué)中，教師可借助虛擬仿真技術(shù)模擬各種各樣的操作環(huán)境，學(xué)生在這種情境中操作遙控器，可以有效沉浸到知識、技能的學(xué)習(xí)中，自然地實現(xiàn)與虛擬環(huán)境的人機交互[2，從而大大提高無人機實訓(xùn)教學(xué)的效果。

近年來，國內(nèi)學(xué)者、專家、職業(yè)學(xué)校教師對虛擬仿真技術(shù)在職業(yè)教育的運用進行了深入研究，取得了較為豐碩的研究成果。為了充分了解研究成效，筆者分別以“虛擬仿真+職業(yè)教育”“虛擬仿真 + 實訓(xùn)教學(xué)\"“虛擬仿真 + 無人機專業(yè)”為主題，在中國知網(wǎng)上進行搜索。搜索結(jié)果如下：以“虛擬仿真+職業(yè)教育”為主題進行搜索，得到1420條結(jié)果（從2005年至2025年5月28日），其中與二者均有關(guān)聯(lián)的約有1415篇文章；以“虛擬仿真 + 實訓(xùn)教學(xué)”為主題進行搜索，得到1141條結(jié)果（從2001年至2025年5月28日），其中與二者均有關(guān)聯(lián)的文章約有1135篇；以“虛擬仿真+無人機專業(yè)”為主題進行搜索，得到84條結(jié)果（從2017年至2025年5月28日），其中與二者均有關(guān)聯(lián)的文章約有75篇。從搜索結(jié)果可知，虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)被廣泛運用于職業(yè)教育教學(xué)。

對上述搜索結(jié)果進行整理、分析，筆者發(fā)展研究主要集中在以下三個方面。其一，探討如何利用虛擬仿真技術(shù)進行實訓(xùn)基地建設(shè)，如嚴(yán)世濤、梁彩芬等以道路橋梁技術(shù)虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)為例，在分析基地建設(shè)必要性、現(xiàn)實困境的基礎(chǔ)上，提出具體的建設(shè)思路以及建設(shè)“虛實結(jié)合”的實訓(xùn)環(huán)境條件、建設(shè)“虛實結(jié)合”的實訓(xùn)環(huán)境條件等具體有效的措施[3]。其二，探討開發(fā)虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)資源的舉措，如黃海平、李瑋謙等結(jié)合教育數(shù)字化的發(fā)展背景，在深入分析虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)資源建設(shè)現(xiàn)狀、應(yīng)用意義的基礎(chǔ)上，提出硬件先行構(gòu)建研究條件、育訓(xùn)結(jié)合創(chuàng)新教學(xué)模式等建設(shè)思路，同時提出虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)資源開放共享機制和改革路徑[4]。其三，探討虛擬仿真技術(shù)在具體教學(xué)實踐中的應(yīng)用，如王蓉結(jié)合建筑工程技術(shù)專業(yè)的教學(xué)現(xiàn)狀，以及虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于建筑工程技術(shù)專業(yè)綜合實訓(xùn)的特色亮點，論述虛擬仿真技術(shù)在建筑工程技術(shù)專業(yè)的教學(xué)實踐[5]。在這三類研究成果中，虛擬仿真技術(shù)在具體專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用研究是最廣泛的，成果是最豐富的。

上述研究成果為筆者運用虛擬仿真技術(shù)開展無人機實訓(xùn)教學(xué)提供了理論指導(dǎo)和實踐經(jīng)驗。然而，在過去的教學(xué)實踐中，筆者發(fā)現(xiàn)無人機實訓(xùn)教學(xué)存在實訓(xùn)方式單一、學(xué)生實操機會少、容易造成環(huán)境污染等問題。近年來，筆者在借鑒上述研究成果的基礎(chǔ)上，同時結(jié)合廣西崇左市廣泛種植甘蔗的實際，嘗試運用虛擬仿真技術(shù)開展植保無人機精準(zhǔn)噴灑技術(shù)實訓(xùn)教學(xué)，讓學(xué)生在虛擬仿真的環(huán)境中進行植保無人機精準(zhǔn)噴灑訓(xùn)練，目的是逐步提高學(xué)生的專業(yè)技能。

二、利用虛擬仿真技術(shù)開展植保無人機精準(zhǔn)噴灑技術(shù)實訓(xùn)教學(xué)

基于市場需求，國內(nèi)有些高職院校、中職學(xué)校設(shè)置了與無人機相關(guān)的專業(yè)，開設(shè)了相關(guān)課程，如無人機飛行原理與模擬操作、無人機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)、無人機測繪基礎(chǔ)、無人機飛行控制技術(shù)、無人機行業(yè)應(yīng)用技術(shù)等，目的是培養(yǎng)掌握無人機飛行原理、飛控技術(shù)、檢測維護等知識，具備無人機組裝、調(diào)試、任務(wù)作業(yè)和故障檢測與維護等能力，能夠從事無人機裝配調(diào)試、飛行操控、行業(yè)應(yīng)用、檢測維護等工作的技術(shù)技能人才。

近年來，我國持續(xù)深化“藏糧于地、藏糧于技”戰(zhàn)略，構(gòu)建谷物自給率超過 95% 、口糧 100% 自給的安全體系。而要實現(xiàn)這一宏偉目標(biāo)，就要推進智慧農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的深入發(fā)展。在此背景下，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的融合日益緊密，如無人機技術(shù)自前已被廣泛運用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的多個領(lǐng)域，包括作物生長監(jiān)測、病蟲害防治等植保任務(wù)，是推進精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)手段。廣西崇左市是我國的甘蔗和糖料生產(chǎn)基地，目前正在積極推行精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，特別是在植保無人機的應(yīng)用方面取得了顯著成效。但是，如何進一步提升無人機噴灑作業(yè)的精確性，確保農(nóng)藥精準(zhǔn)地作用于目標(biāo)區(qū)域，避免對非目標(biāo)區(qū)域造成污染，依然是一個亟待解決的問題。為此，筆者將YOLO算法（即YouOnlyLookOnce算法）與虛擬仿真技術(shù)相結(jié)合，以此開展植保無人機精準(zhǔn)噴灑技術(shù)的實訓(xùn)教學(xué)，目的是在不斷提升學(xué)生精準(zhǔn)噴灑技術(shù)的同時，降低農(nóng)業(yè)污染的風(fēng)險。

（一）利用YOLO算法進行甘蔗病害識別數(shù)據(jù)集構(gòu)建，為開展虛擬仿真教學(xué)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

YOLO算法是一種深度學(xué)習(xí)目標(biāo)檢測技術(shù)，以快速、簡潔和高效而著稱。YOLO算法通過將圖像分割成多個單元格來檢測物體，每個單元格負(fù)責(zé)識別其中的目標(biāo)，并預(yù)測目標(biāo)存在的概率。這種算法，因易于定制和優(yōu)化，已經(jīng)衍生出多個改進型號，并且因具有很強的實時目標(biāo)識別和分類能力，目前已經(jīng)被廣泛運用于各種生產(chǎn)場景。如在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，YOLO算法運用于無人機操作，可以實時識別農(nóng)作物病蟲害，實現(xiàn)農(nóng)藥精準(zhǔn)噴灑。這既提升了農(nóng)藥的利用效率，又減少了對環(huán)境的污染。

因此，在正式開展植保無人機精準(zhǔn)噴灑技術(shù)實訓(xùn)教學(xué)前，為了確保教學(xué)能夠達到預(yù)期效果，讓學(xué)生切實掌握利用先進技術(shù)進行農(nóng)業(yè)植保的核心技能，筆者采用YOLO算法開展甘蔗病害識別數(shù)據(jù)集的采集與標(biāo)注工作。在整個教學(xué)流程中，這一工作無疑是確保教學(xué)效果的關(guān)鍵且首要的一步，為后續(xù)實訓(xùn)教學(xué)的順利開展打下堅實基礎(chǔ)。

首先，數(shù)據(jù)采集必須做到全面且多樣化。筆者選取玉米、大豆、甘蔗等主要農(nóng)作物作為重點觀察對象。選擇這些作物的原因在于，它們在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)重要地位，且在生長過程中易受多種病蟲害侵襲，具有較高的研究價值。筆者持續(xù)采集這些作物從播種到成熟各個生長周期的圖像。作物會經(jīng)歷不同的生長階段，每個階段都可能呈現(xiàn)出獨特的病害特征。例如，在幼苗期，作物更易受到某些真菌病害的侵襲，葉片上會出現(xiàn)特定的斑點或變色；而在成熟期，則可能遭受害蟲啃食，導(dǎo)致果實受損。采集不同階段的圖像，能夠全面捕捉作物在不同生長時期可能出現(xiàn)的病害表現(xiàn)，為后續(xù)的病害識別提供豐富的素材。

在采集過程中，筆者不僅注重收集多種病蟲害類型的數(shù)據(jù)，如真菌、細(xì)菌、病毒和害蟲等各類對作物健康構(gòu)成威脅的數(shù)據(jù)，還充分考慮了各種可能影響病害識別的環(huán)境因素。不同的光照條件下，作物病害的特征表現(xiàn)可能會有所不同：在強光下，病害圖像的顏色可能更加鮮艷，而在弱光下則可能變得模糊不清。拍攝角度的差異也可能導(dǎo)致病害在圖像中的呈現(xiàn)方式發(fā)生變化，正面拍攝可能清晰地展現(xiàn)病害全貌，而側(cè)面拍攝則可能僅顯示部分特征。背景的復(fù)雜程度同樣會對病害識別產(chǎn)生影響，如果背景過于雜亂，可能會干擾識別，增加識別難度。因此，筆者設(shè)計了采集方案，確保在各種不同的光照條件、拍攝角度和背景環(huán)境下進行圖像采集，力求使數(shù)據(jù)模型能夠準(zhǔn)確識別各種可能影響作物健康的病害和環(huán)境因素，從而提高模型的泛化能力和準(zhǔn)確性。

其次，科學(xué)做好圖像標(biāo)注工作。這項工作需要在圖像上精確標(biāo)出農(nóng)作物受病害影響的邊界，這是后續(xù)進行模型訓(xùn)練和病害識別的關(guān)鍵依據(jù)。通常，通過在圖像上繪制矩形框來標(biāo)注病害區(qū)域，這種方式簡單直觀，便于后續(xù)數(shù)據(jù)處理和分析。然而，在實際操作中，僅繪制矩形框可能不夠精確，對形狀不規(guī)則的病害區(qū)域，可能要采用更復(fù)雜的標(biāo)注方式，如多邊形標(biāo)注，以更準(zhǔn)確地勾勒病害邊界。為提高標(biāo)注速度和精確度，筆者使用自動化或半自動化標(biāo)注軟件。這些軟件憑借強大算法和智能功能，能快速進行初步標(biāo)注，大幅減輕人工標(biāo)注的負(fù)擔(dān)。同時，這些軟件的內(nèi)置算法可以確保標(biāo)注結(jié)果的一致性和可靠性，避免人工標(biāo)注的誤差和不一致性。然而，自動化或半自動化工具并非萬能的，在實際運用中可能遇到復(fù)雜情況，如病害區(qū)域邊界模糊、與其他物體相互遮擋等，這些情況往往難以僅靠算法準(zhǔn)確處理。因此，在標(biāo)注過程中，筆者還邀請專家參與。農(nóng)業(yè)專家和植物病理學(xué)家憑其深厚的專業(yè)知識和豐富的實踐經(jīng)驗，提供病害識別的專業(yè)指導(dǎo)，確保標(biāo)注準(zhǔn)確性和可靠性。例如，對一些看似相似的病害，專家能憑經(jīng)驗準(zhǔn)確區(qū)分，并給出正確標(biāo)注的建議。專家參與不僅能有效提高標(biāo)注質(zhì)量，還能憑專業(yè)見解解釋和解決復(fù)雜問題，為標(biāo)注工作順利進行提供有力保障。

通過上述兩個步驟，筆者成功構(gòu)建了甘蔗病害識別數(shù)據(jù)集。這一數(shù)據(jù)集不僅包含了豐富多樣的病害圖像數(shù)據(jù)，還經(jīng)過了科學(xué)準(zhǔn)確的標(biāo)注，為后續(xù)開展植保無人機精準(zhǔn)噴灑技術(shù)虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)做好了充分鋪墊。它將成為學(xué)生學(xué)習(xí)和實踐的重要資源，幫助學(xué)生更好地掌握植保無人機精準(zhǔn)噴灑技術(shù)。

（二）基于YOLO模型進行植保無人機精準(zhǔn)噴灑技術(shù)的虛擬仿真實訓(xùn)

YOLO模型訓(xùn)練是一個復(fù)雜的過程，涉及多個步驟和參數(shù)的調(diào)整，加上學(xué)生難以經(jīng)常深入田間地頭進行操作實踐，因此嚴(yán)重影響了植保無人機精準(zhǔn)噴灑技術(shù)實訓(xùn)教學(xué)的效果。為此，筆者結(jié)合YOLO模型訓(xùn)練的特點、內(nèi)容與要求，利用虛擬仿真技術(shù)開展植保無人機精準(zhǔn)噴灑技術(shù)的實訓(xùn)教學(xué)。在開始訓(xùn)練之前，筆者先是對數(shù)據(jù)集進行標(biāo)注，包括將分類好的圖片分別放入訓(xùn)練集和驗證集文件夾中（通常這些文件夾位于項目目錄中的datasets目錄下）。

在完成全面且系統(tǒng)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作后，正式進入模型訓(xùn)練的關(guān)鍵階段。這一階段是學(xué)生在虛擬仿真實訓(xùn)室進行植保無人機精準(zhǔn)噴灑實訓(xùn)的關(guān)鍵階段，是學(xué)生提高自身技能的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。參數(shù)優(yōu)化是這一教學(xué)階段的起始環(huán)節(jié)。參數(shù)優(yōu)化并非一蹴而就，而是一個充滿挑戰(zhàn)的試錯與迭代過程。其中，學(xué)習(xí)速率、批次尺寸、迭代輪數(shù)是參數(shù)的主要組成內(nèi)容。學(xué)習(xí)速率作為模型學(xué)習(xí)的關(guān)鍵參數(shù)，其取值大小對模型學(xué)習(xí)效果影響顯著：取值過大，模型可能遺漏關(guān)鍵特征；取值過小，則可能會導(dǎo)致訓(xùn)練過程冗長且效率低下。批次尺寸決定了每次輸入模型進行訓(xùn)練的數(shù)據(jù)量，合適的批次尺寸能夠在計算資源與模型收斂速度之間取得平衡。迭代輪數(shù)即模型對整個訓(xùn)練數(shù)據(jù)集進行遍歷的次數(shù)，次數(shù)過多易引發(fā)過擬合，次數(shù)過少則可能導(dǎo)致模型欠擬合。為了更好地優(yōu)化參數(shù)，筆者利用虛擬仿真實訓(xùn)室進行多次實驗，在實驗中不斷調(diào)整各項參數(shù)，力求使模型達到最優(yōu)性能。

完成參數(shù)優(yōu)化后，筆者將虛擬仿真實訓(xùn)室作為學(xué)生實踐與成長的平臺。為使學(xué)生全面掌握植保無人機相關(guān)技術(shù)，筆者設(shè)計了多種情境。在病蟲害監(jiān)測情境中，筆者通過虛擬仿真實訓(xùn)室模擬了各類病蟲害在農(nóng)作物上的表現(xiàn)，涵蓋從細(xì)微葉片斑點到大面積植株枯萎等不同癥狀，讓學(xué)生置身虛擬的農(nóng)田中，運用所學(xué)知識準(zhǔn)確識別病蟲害。在植保無人機農(nóng)藥噴灑情境中，筆者設(shè)置了不同地形和農(nóng)作物種植密度的場景，學(xué)生需根據(jù)實際情況調(diào)整無人機的飛行高度、飛行速度和噴灑量，確保農(nóng)藥均勻且精準(zhǔn)地覆蓋目標(biāo)區(qū)域。同時，筆者利用虛擬仿真技術(shù)模擬了大風(fēng)、大雨等極端天氣操作情境，以考驗學(xué)生在復(fù)雜環(huán)境下的應(yīng)變能力和操作技巧。學(xué)生在這些多樣化的情境中，逐步熟悉YOLO模型的各項功能，提升對植保無人機的操控水平。

學(xué)生完成虛擬仿真訓(xùn)練后，筆者在虛擬仿真實訓(xùn)室布置了一項具有挑戰(zhàn)性的實訓(xùn)任務(wù)。任務(wù)場景設(shè)定為：一小片不規(guī)則形狀的甘蔗地出現(xiàn)嚴(yán)重傳染性病害，需使用無人機進行農(nóng)藥噴灑；然而，此時正值烈日高照，高溫和強光不僅影響農(nóng)藥藥效，還增加了無人機操作難度。筆者要求學(xué)生自由組成學(xué)習(xí)小組，共同設(shè)計農(nóng)藥精準(zhǔn)噴灑方案，并利用虛擬仿真實訓(xùn)室進行實踐操作，確保精準(zhǔn)噴灑。學(xué)生組成若干學(xué)習(xí)小組，各小組成員共同討論方案設(shè)計思路，有的負(fù)責(zé)分析甘蔗地地形和病害分布，有的研究無人機在不同天氣條件下的飛行特性，有的思考如何優(yōu)化農(nóng)藥噴灑量和路徑。經(jīng)過激烈討論和反復(fù)推敲，各小組完成設(shè)計方案并上傳至虛擬仿真實訓(xùn)平臺。

筆者與各小組代表登錄虛擬仿真實訓(xùn)平臺，對各小組提交的方案進行審核。審核過程中，筆者充分肯定了各小組方案的優(yōu)點，如部分小組考慮到風(fēng)向?qū)r(nóng)藥飄散的影響，設(shè)計了逆風(fēng)噴灑路徑；部分小組采用分段噴灑方式，提高了噴灑精準(zhǔn)度。同時，筆者也指出了各小組方案中存在的不足，如部分小組對農(nóng)藥用量估算不準(zhǔn)確，可能導(dǎo)致噴灑過量或不足；部分小組未充分考慮無人機續(xù)航能力，可能出現(xiàn)中途電量不足的情況。各小組根據(jù)教師給出的審核意見，完善方案并再次進行討論和修改。完善方案后，各小組依據(jù)方案完成實訓(xùn)任務(wù)。在實訓(xùn)過程中，小組成員分工明確，有的負(fù)責(zé)操控?zé)o人機，有的負(fù)責(zé)實時監(jiān)測噴灑效果，有的負(fù)責(zé)記錄數(shù)據(jù)。遇到問題時，小組成員共同協(xié)作尋找解決方案。通過此次虛擬仿真實訓(xùn)，學(xué)生不僅有效掌握了植保無人機農(nóng)藥精準(zhǔn)噴灑技術(shù)，還在團隊合作中培養(yǎng)了團隊精神，在解決實際問題過程中激發(fā)了創(chuàng)新意識，從而為未來職業(yè)發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

（三）布置課后虛擬仿真實訓(xùn)任務(wù)，不斷鞏固學(xué)生的專業(yè)技能

為深化學(xué)生對課堂理論知識的理解，強化學(xué)生的無人機實操技能，同時結(jié)合國家農(nóng)業(yè)技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，筆者設(shè)計了“調(diào)研一設(shè)計一實訓(xùn)一優(yōu)化”的閉環(huán)式課后作業(yè)完成路徑。基于此，筆者在虛擬仿真實訓(xùn)平臺上給學(xué)生布置了這樣一個課后學(xué)習(xí)任務(wù)：請你與同學(xué)自由組成學(xué)習(xí)小組，利用周末或假期時間進行田間調(diào)研，選擇某一種作物作為調(diào)研對象，觀察其常見病蟲害，并撰寫調(diào)研報告，根據(jù)報告設(shè)計農(nóng)藥精準(zhǔn)噴灑方案，然后將調(diào)研報告和農(nóng)藥噴灑方案上傳至虛擬仿真實訓(xùn)平臺。由于農(nóng)作物的生長周期均比較長，為了確保學(xué)生能夠更加有效、深入地完成這一探究任務(wù)，筆者將探究任務(wù)完成時間設(shè)定為3-4個月。

此外，為了讓學(xué)生更好地完成課后探究任務(wù)，筆者與作物栽培、植物保護、農(nóng)業(yè)機械等不同專業(yè)方向的教師合作，讓各專業(yè)方向的學(xué)生自由組成由4—6人組成的學(xué)習(xí)小組。通過混合編組，既促進學(xué)生跨學(xué)科交流，又模擬真實農(nóng)業(yè)技術(shù)團隊的工作模式。分組完成后，各小組需提交團隊分工表，明確調(diào)研員、數(shù)據(jù)分析員、方案設(shè)計師等角色職責(zé)。學(xué)生完成組隊后，筆者將探究任務(wù)分為實地調(diào)研和報告撰寫兩個階段。一是實地調(diào)研階段。筆者要求學(xué)生利用周末或假期深入田間地頭，選擇水稻、玉米等當(dāng)?shù)刂饕Z食作物或經(jīng)濟作物作為調(diào)研對象。調(diào)研內(nèi)容包含作物生長周期觀察、病蟲害種類識別（重點記錄5種以上常見病蟲害）發(fā)生規(guī)律分析（時間分布、空間分布）危害程度評估等。為確保調(diào)研質(zhì)量，筆者提供標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)研手冊，包含病蟲害圖譜、記錄表格、取樣規(guī)范等工具。二是報告撰寫階段。筆者要求調(diào)研報告包含作物基本信息、病蟲害發(fā)生情況、防治現(xiàn)狀分析、典型案例記錄等模塊。特別強調(diào)數(shù)據(jù)支撐，要求至少包含3組對比數(shù)據(jù)（如不同田塊病蟲害發(fā)生率、防治效果差異等），并配發(fā)現(xiàn)場照片、視頻等多媒體資料。

在此基礎(chǔ)上，筆者要求學(xué)生完成以下三個方面的工作。首先，學(xué)生要根據(jù)觀察研究結(jié)果，運用課堂所學(xué)的癥狀識別法、病原檢測法等，對調(diào)研發(fā)現(xiàn)的病蟲害進行科學(xué)診斷。其次，學(xué)生根據(jù)實際情況從筆者提供的50余種藥劑中選擇合適的藥劑，并說明用藥理由。最后，學(xué)生結(jié)合無人機或地面機械的作業(yè)特點，設(shè)置噴灑高度（1.5- -3m 、速度 3-6km/h 流量 （0.8-1.5L/min） 等關(guān)鍵參數(shù)。完成這些操作后，學(xué)生需要設(shè)計農(nóng)藥精準(zhǔn)噴灑方案，上傳至虛擬仿真實訓(xùn)平臺。筆者則通過平臺對各小組上傳的方案進行審核，并提出改進意見。學(xué)生根據(jù)意見，對方案做進一步的優(yōu)化。然后，學(xué)生根據(jù)改進后的方案，在虛擬仿真實訓(xùn)室進行實訓(xùn)。與此同時，筆者要求每個學(xué)習(xí)小組派出1一2名學(xué)生，與筆者一起組成評審團，對各組學(xué)生完成的調(diào)研報告、農(nóng)藥精準(zhǔn)噴灑方案及在虛擬仿真實訓(xùn)室進行實訓(xùn)的情況和效果進行評價。主要評價調(diào)研報告撰寫是否規(guī)范、相關(guān)數(shù)據(jù)是否科學(xué)有效、方案設(shè)計是否科學(xué)合理、實操是否到位、專業(yè)技術(shù)是否掌握，并評價學(xué)生的創(chuàng)新精神、合作精神、探究精神等。按照 30% 的比例從學(xué)生的方案中選出優(yōu)秀案例進行展示；按 40% 的比例評選出優(yōu)秀小組和優(yōu)秀學(xué)生個人，獲得優(yōu)秀的學(xué)生可獲得一個期末愿望。

通過采取“調(diào)研—設(shè)計一實訓(xùn)一優(yōu)化”的課后作業(yè)實施路徑完成這樣的課后探究任務(wù)，學(xué)生不僅系統(tǒng)掌握了利用植保無人機進行農(nóng)藥精準(zhǔn)噴灑的技術(shù)，掌握了一定的農(nóng)作物病蟲害防治技術(shù)，而且培養(yǎng)了數(shù)據(jù)采集分析、方案優(yōu)化迭代、團隊協(xié)作等能力。據(jù)后續(xù)跟蹤調(diào)查，約有 85% 的學(xué)生表示這樣的課后作業(yè)顯著提升了其解決實際問題的能力，為后續(xù)頂崗實習(xí)奠定了堅實基礎(chǔ)。

上述教學(xué)實踐證明，采用虛擬仿真技術(shù)進行無人機實訓(xùn)教學(xué)具有顯著優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在有效降低實訓(xùn)教學(xué)的成本（學(xué)校不需要再購置大量昂貴無人機及相關(guān)設(shè)備，也不用再花錢進行設(shè)備維護、維修），有效提升實訓(xùn)效果和提高實訓(xùn)教學(xué)的安全性等三個方面。同時，教師通過數(shù)據(jù)分析，能更精準(zhǔn)地把握學(xué)情，制訂個性化教學(xué)方案，進一步提升教學(xué)效果。另外，由于學(xué)生都是在虛擬仿真實訓(xùn)平臺進行實操訓(xùn)練，不用再到田間地頭實訓(xùn)，這就減少了使用農(nóng)藥進行實訓(xùn)的機會，從而降低了農(nóng)藥污染的風(fēng)險，保護了環(huán)境。如今，虛擬仿真技術(shù)在職業(yè)教育中的運用越來越廣泛，已經(jīng)成為提升教學(xué)質(zhì)量和效果的重要手段。未來，隨著技術(shù)的不斷進步，虛擬仿真技術(shù)在職業(yè)教育中的應(yīng)用將更加深入，為培養(yǎng)高素質(zhì)技術(shù)人才提供有力支撐。

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（責(zé)編蒙秀溪）