草坪管理专业“网络虚拟教学实训基地”的设计

2015-04-08王凤萍柳小妮任正超刘丹阳岳晓霞

草业科学 2015年2期

王凤萍，李毅，2，柳小妮，任正超，刘丹阳，岳晓霞

（1.甘肃农业大学草业学院草业生态系统教育部重点实验室甘肃省草业工程实验室中－美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃兰州730070；2.兰州职业技术学院，甘肃兰州730070；3.甘肃农业大学经济管理学院，甘肃兰州730070）

我国草坪业目前已步入全面发展的新阶段，但与发达国家相比，无论在草坪规模、草坪产品生产、服务项目以及相关科研教育等方面都存在很大的差距［1－4］。在教学方面，受传统教学模式的限制，草坪管理专业的教学、生产和毕业实习的时间有限，实践和实训教学环节薄弱。同时，随着招生规模的逐渐扩大，现有的草坪实训基地无法满足教学的需要，而且受教学设施及资源的限制，学生动手实践的机会较少［5］。因此，借助网络教学环境来开展大规模实践实训教学，解决场地、设备、师资和经费短缺等问题，成为草坪管理专业本科教学的发展趋势。

目前，国内外不少学者进行了基于网络的实践教学改革，而且随着仿真技术、虚拟仪器、网络科技的飞速发展，构建虚拟实验室成为一种高效、经济的首选方案［6］。虚拟实验室（Virt ual Laboratory）也称“合作实验室”，1989 年由美国佛吉尼亚大学的Willia m Wolf教授首次提出［6］。其实现的基础是计算机技术、网络技术与仪器技术的结合，不仅降低了科研成本，还弥补了传统教学模式受时间、地点限制的缺陷，提高了教学效率［7－9］。国内外许多科研单位也进行了虚拟实验室技术的有益尝试，如美国Clar kson大学用Java Applet设计了基本电路教学课程实验室（Electr onic Teaching Assistant），意大利帕瓦多大学的远程虚拟教育实验室［10］，北京大学计算机系开发的网上虚拟实验室（3 WNVLAB）［11］等，但目前并没有针对草坪专业的网络教学研究。

本研究以网络实践教学环境建设为基础，开展草坪管理专业实践教学法研究，即构建一个基于网络的草坪管理专业“虚拟教学实训基地”仿真实验室平台，囊括实践教学所需的仪器、设备及实践环境等虚拟元素，以及各类素材、材料资源和各种操作流程规范等，并设计完整的教学活动与环节，在“相对固定”的学时内依托“校园网络教学综合平台”，将实践教学内容放置到平台上供学生开展在线的“观摩、模拟、仿真”学习，增加学生亲自动手实践的机会，提高其实践技术和能力。

1 系统架构设计

虚拟实验室是计算机仿真技术、多媒体技术等高新技术的有机组合和应用。草坪管理专业“网络虚拟教学实训基地”以计算机为基本组件，网络系统为体系结构，网络数据库建立与管理为核心，包括网络教学、网络虚拟实训和交流区三大部分（图1）。

1.1 网络教学

“网络教学系统”主要依靠甘肃农业大学“校园网络教学综合平台”。草坪管理专业的各种教学资源，如教学计划和大纲、讲义、多媒体教案、试题集锦、教学录像、实验教学资料、教学参考资料以及专题课件等，都可通过甘肃农业大学“校园网络教学综合平台”实现信息共享。

“网络教学系统”教学资源丰富多样，文字、录像、图片等多媒体资料应有尽有，学生登录系统后进入虚拟教学实验室，选择专业课程，学习多媒体课件或者观看实践训练录像视频等，提高了学生学习的兴趣和主动性，打破了传统教学“教师讲学生听”的模式，有益于培养学生学习的主动性。

网络教学不受时间、地点的限制，学生可以随时随地学习，教师也可自由地辅导学生。而且用户可通过网络教学系统，将一系列的教学活动安排、遇到的问题或者学习经验等及时上传、反馈和分享。这种互动学习方式，进一步促进了学生与教师之间、学生与学生之间的交流和学习。

1.2 网络虚拟实训

考虑到实际应用所需的相关草坪学知识，“网络虚拟实训”体系中，设计了草坪草种形态鉴别、草坪建植以及草坪养护管理3个虚拟实验室。

草坪草种形态鉴别虚拟实验室，将原本在真实实验室开展的实验教学过程，同步制作成能够在虚拟实验室供学生观摩和学习的多媒体课件或教学录像、图片等资料，实施网络虚拟实验教学模式。

图1 草坪管理专业网络实训基地结构图Fig.1 Structure chart of practical training base in net wor k f or turf management major

同样，学生可以在虚拟的实训场地“建植草坪”，并及时上网进行草坪的“养护管理”，通过虚拟实验室的具体操作，了解和掌握草坪建植与养护管理的流程和技术。而系统可以通过学生建植操作是否得当，管理手段是否及时、正确，以积分、升级、奖励的方式，考核学生建植草坪和养护管理的水平。

1.3 交流区

交流区主要分3部分：在线解答区、论坛区和资源共享区，不仅和网络教学系统、网络虚拟实训基地进行三库连接，同时，链接了许多草坪相关网站，如百绿公司（百绿中文网）、北京克劳沃草业公司、美国亨特公司中国分公司（亨特公司中文网）、云南生态技术有限公司、成都时代百汇草业公司等全国多家著名的草坪企业，可以使用户随时关注这些草坪网站的动态，了解相关草坪信息。

2 系统功能

系统主要借助“校园网络教学综合平台”以及网络虚拟实训体系，实现了浏览查询、智能决策、仿真操作等功能，设有教学信息共享、决策支持和查询、模拟操作、系统管理四大功能模块。

2.1 教学信息共享模块

教学信息共享功能主要通过校园网络教学系统平台实现，学生可登录系统，进行课程相关资源的查询和学习，下载和操作都非常简单、方便。

2.2 决策支持和查询模块

决策支持功能模块主要通过推理机推理、判断，最终展示从坪床制备、草坪草品种选择、建植细节、养护管理等全过程，为用户提供了一个详细全面的草坪建植养护方案。

除可进行草坪建植管理的决策支持外，系统也提供了草坪的病虫害、草坪杂草、草坪机械、观赏植物和草坪质量评价等资料的查询功能。

另外，学生在学习过程中遇到问题，可以直接通过在线解答区，及时向专家咨询，专家将在线解答疑问，帮助学生解决相关问题。

2.3 模拟操作模块

因传统教学模式采用统一安排的方式，实践和实训教学环节难以贯穿教学的全过程，导致草坪管理专业的教学、生产和实习受时间的限制。而仿真实验克服了这一缺陷，并且具有良好的人机交互性，通过动态交互、可视化等手段，模拟草坪生长和养护的全程，用户扮演草坪建植管理者，通过类似游戏的方式，模拟完成从种植到养护的全过程。该方法不仅可激发学生的学习兴趣，而且弥补了实践教学受时间和空间限制的不足［12］。

2.3.1 草坪草种形态鉴别由于修剪频率较高，草坪草很少抽穗开花，要鉴别草坪草种主要依靠草坪草的营养器官特征来进行，而且草坪草的形态特征和特性有一定的关系［13－16］，掌握草坪草种的形态特征是鉴别草坪草种的关键。

学生主要通过知识库和数据库，对不同草坪草种特定的具有遗传特性的营养器官如叶片、叶舌、叶耳、根系、茎秆等部位的图片的观察，及一些文本资料的查阅和学习，掌握不同草坪草种的特征，区分和鉴别不同草坪草种。系统也设计了回答问题和图片识别的考核环节，通过打分判定学生的实习效果。

2.3.2 草坪建植草坪建植仿真实验室操作过程分为3步，即坪床的制备、草种的选择和建植方法（图2）。坪床的制备流程包括场地的清理、土壤的改良、平整、排灌系统的安装等［17］。每一步操作完成后，系统会自动提示下一步如何操作。

图2 草坪建植流程图Fig.2 Flow chart of turf establish ment

草坪的建植方法分为种子播种和营养繁殖［18］。利用Java、Flash、Author ware、Visual Basic（VB）与Visual C＋＋（VC）等计算机技术，模拟草坪建植的全过程，每完成一步，系统会跳出一个选择界面，提示何时和如何进行下一步操作。如“播种”完成后便会提示“马上覆盖”、“浇水”等操作。若不及时管理或管理不当，系统也会提醒；若超过一定的时限仍未进行相应的操作，系统将会提示“建植失败、重新开始或任务失败，不及格”等，并根据用户的操作水平判定模拟实习成绩。

2.3.3 草坪养护管理草坪的养护管理直接影响其品质与效果［19］，掌握养护技术是管理草坪的关键。该模块主要利用计算机技术模拟草坪的幼坪和成坪养护技术（图3）。幼坪阶段“浇水”频率高，少“施肥”，这样“草坪”才能健康成长。随着对“草坪”不断且及时、正确地养护管理，用户的积分也不断增加，一定积分后便可进入“成坪”养护阶段。“成坪”一般“浇水”频率降低，但是“施肥量”增大，要多关注“病虫害”对“草坪”的危害。

在养护过程中，用户需随时查看系统的提示信息，及时、正确地完成“草坪”的养护，“草坪”才能生机勃勃，同时用户可以得到奖励升级，进入下一个阶段的养护管理。

2.4 系统管理模块

“系统管理”模块主要包括系统登录、修改密码、系统设置以及系统的利用和维护。系统登录主要是从相关的学生管理系统中调用用户信息，对用户进行添加、删除管理。用户自己也可以进行相关的注册、密码设置、信息修改等操作。

图3 草坪养护技术Fig.3 Technology of turf maintencnce

系统的利用和维护包括系统三库的联结、修改与增删等，根据需要把各项数据统计显示在系统后台首页，并进行相应的操作（添加、删除、浏览系统信息）；根据需要发布、修改、删除系统公告，进行添加、修改、删除友情链接（包括图片、文字链接）。

3 小结

考虑到草坪管理专业传统教学、生产和毕业实习环节受时间和场地限制的缺陷，设计了包括“网络教学”系统、“网络虚拟实训”体系等内容的“网络虚拟教学实训基地”。学生不仅可以通过系统，及时掌握、了解有关课程内容的新动向，反馈遇到的问题，分享成功的经验；同时可通过系统的模拟操作，提高技术应用能力。系统还提供了普通查询和决策支持功能，从简单、全面的信息查阅到智能、专业的决策指导，信息量大，功能全面，方便使用。

“草坪管理专业网络虚拟教学实训基地”以网络为基础，综合利用草坪管理专业各方面的知识，并结合先进的计算机技术，功能更加强大，内容更完善，是对草坪管理专业传统实践教学方式的改革和创新，具有重要的现实意义。

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