植物化学保护虚拟仿真实践教学改革新探索

路伟　赵娜娜　马德英　蔡超

摘 要：植物化学保护是植物保护专业必修的核心专业课，然而该门课程知识体系庞杂、内容多样，开展实践教学活动受到时空、成本等因素的影响，给学生的学习带来很大的障碍。文章从课程实践教学的现状、存在的问题进行探讨，积极探索虚拟仿真实践教学的新模式，以期通过虚拟仿真技术构建植物化学保护网络教学课堂，增强学生的学习兴趣，提高教学效果，加深学生对理论知识的理解和实践技能的综合应用。

关键词：植物化学保护；虚拟仿真；实践教学；教学模式

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2017）03-0110-02

随着科技的发展，新媒体技术的层出不穷，电脑已成为大学生的标配，这使得课堂不再是大学生获得知识的主阵地，当代大学生有了更多获得知识的途径。自1989年虚拟仿真教学的概念被首次提出以后，国内外若干高校都陆续开始建设虚拟环境下的教学平台[1]。虚拟仿真教学依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术，构建高度仿真的虚拟环境和实验对象，学生在虚拟环境中开展教学，达到教学大纲所要求的教学效果[2]。虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设的重要内容，是学科专业与信息技术深度融合的产物，有助于提高高校教育实践教学水平。

一、植物化学保护实践教学的现状

植物化学保护是科学的应用农药来防治害虫、害螨、线虫、病原菌、杂草及鼠类等有害生物，保护农林业生产安全的一门科学，是有害生物综合防治的重要环节。植物化学保护也是植物保护专业、动植物检疫专业本科生的必修核心课程，主要介绍植物化学保护的基本概念与原理，常见农药剂型和使用方法，各类农药特点、作用机理与应用，有害生物抗药性及其治理，农药环境毒理学，新农药开发与管理等基本知识，强调农药与环境安全、食品安全的关系[3]。这门科学涉及到生物学、化学、物理学、植物病理学、昆虫学、杂草学、遗传学、气象学、分子生物学及其他许多分支学科。本科生通过学习本课程能够掌握应用化学防治法，防治植物病、虫、草害的理论知识和实践技能，掌握主要农药的理化性质、作用机理及合理使用的基本知识；植物化学保护的主要实验技术和研究方法；能够独立设计有关化学防治实验方案，培养其独立思考和勇于创新的能力；理论联系实际地解决一些化学防治中的重要问题。

通过植物化学保护课程的教学改革与实践，新增农药安全使用及贮运、生物农药等理论知识；通过增加实验课学时数、增补田间综合性试验等，加强学生动手能力和实践能力锻炼和培养。改变了过去“满堂灌”的授课形式，形成以教师讲授和学生自学相结合的引导式教学模式，通过课程辩论赛、讨论会、图片展和知识竞赛等多种形式推动学生自主学习气氛的形成和能力培养。以闭卷笔试50%、实验课成绩30%和自学综合成绩20%三种形式结合的方式构建新的评价体系，将考核贯穿在整个学习过程。从2014年教学授课开始，增加话剧的形式进行人物模拟、场景和角色塑造，锻炼学生的田间应用能力和随机应变能力等。

二、植物化学保护实践教学存在的问题

虽然对本课程进行了大量的教学改革，取得了长足的进步，但在强化过程学习、实践锻炼方面还不能满足教学要求。尤其是本课程与普通昆虫学、普通植物病理学、农业昆虫学、农业植物病理学、生物防治、植物学、植物生理学等课程的相关知识联系紧密，在采取科学的化学防治措施前，必须综合运用昆虫学、病理学、植物学和植物生理学等知识进行病、虫、草害及冻害、缺素等生理异常的田间识别与诊断，然后做出防治决策。而这一過程在课堂教学中是无法实现的。

（一）供试生物

植物化学保护学实践教学的对象往往是活体生物，如杀虫剂胃毒毒力的测定、触杀毒力的测定；2，4-D丁酯对高粱种苗活性的测定；杀螨剂室内毒力测定（玻片浸渍法）等实验的对象均是活体生物，从实验前的准备到完成实验都需要确保这些供试生物能够进行的正常生理活动。

（二）季节性和不确定性

病、虫、草害的发生发展主要集中在农林作物的生长季，而植物化学保护的开课学期一般都在秋季，理论课与实践课季节不统一，只能以展示图片、播放视频等方式，在有限的时间内向学生灌输大量的知识。由于田间作物种类多、分布广，且作物的生长发育具有很强的季节性，没有实践基础，学生很难掌握，学习起来十分困难。病、虫、草害的发生发展还受到环境因素的影响，如棉蚜在光照充足、连续干旱的条件下发生危害加剧，而2016年新疆地区降水比往年偏多，棉蚜在田间的发生量不大。即便在经费允许的条件下安排学生去进行田间防治，未必能达到预期的教学效果。

（三）危险性

农作物病、虫、草害的化学防治是有害生物综合防治的一种常规手段，但是此类田间实践教学活动需要使用大量的化学农药，有毒化学农药的排放对人体健康造成威胁。涉及的一些大型喷雾机械设备，需要相应的专业技能、操作复杂，不能做到每个学生都能上手操作，学生短时间内很难掌握，因而类似的实践教学过程难以开展。

三、植物化学保护虚拟仿真实践教学的必要性

虚拟仿真实践教学是对以教师讲授为主，向学生灌输知识的传统课堂在思想体系、实践教学方法上的颠覆性变革[4]。它综合应用虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库以及网络通讯等多种技术，通过构建一个虚拟可视化的操作环境，使学生在开放、自主、交互的虚拟环境中开展高效、安全且经济的实践教学活动，进而达到预期的教学效果[5]。

为了适应生产实践的需要，培养基础知识扎实、田间综合分析能力和应用能力强的植物保护专业人才，通过对植物化学保护课程中作物病、虫、草害、尤其是新疆特色作物病、虫、草害的图片进行分类收集，打破实践教学中一些受到场地、季节、实验成本、危险性以及不可再重现等方面的限制，模拟农田环境、特色作物及病虫草害和生理异常等常见植保问题，并结合相关的施药时期及方法进行虚拟仿真整合，对病虫草害的发生发展过程、施药方法配备简短讲解。积极采用多媒体、计算机和网络辅助教学等手段，实现网络在线观摩、动态讲解、独立操作、综合分析及应用的授课形式，帮助学生对知识的理解，同时也加深记忆，定期更新完善虚拟仿真教学内容，可以使学生获得全面的训练，对培养学生动手能力、观察能力、独立思考能力和创新能力具有重要意义。构建高质量的植物化学保护虚拟仿真教学网络课堂，力求为今后建立植物化学保护虚拟仿真教学平台打好基础。

四、植物化学保护学虚拟仿真实践教学体系的构建

秉持“屯垦戍边办大学，稳疆兴疆育人才”的使命，坚持“理论联系实际，教学结合生产”的办学方针，突出农业特色，开展农教结合、虚实互补、绿色共享、虚拟仿真的实践教学活动，旨在不断丰富和完善植物化学保护理论和实践教学体系，积极探索高素质创新人才培养新体系和新机制。

主要针对新疆常见害虫的生活习性、危害特征和综合防治等方面进行虚拟仿真。例如棉铃虫低龄幼虫喜欢取食嫩叶，其后危害蕾、花、铃，多从基部蛀入蕾铃，在内取食并能转移为害。但这一过程无法在常规实验课中让学生观察到。通过虚拟仿真技术将这一动态过程进行直观呈现，并配以真实照片，提高学生对棉铃虫的识别鉴定能力和科学用药的方法。

针对病害病原菌的分离鉴定、发生发展规律和综合防治等方面进行虚拟仿真。例如葡萄霜霉病主要危害嫩叶，也能侵染新梢幼果等幼嫩组织。初期先在叶片背面看到白色霜霉状物，正面无异常表现；随病情发展，叶正面逐渐出现黄绿色病斑，边缘不明显，叶背白色霜霉状物常布满叶片大部，甚至整个叶背；随后病部变黄枯死，叶正面常呈现多角形病斑。通过虚拟仿真技术，提高学生对葡萄霜霉病的诊断和防控技术水平。

针对杂草的检疫鉴定、发生发展规律和综合防治等方面进行虚拟仿真。例如农田杂草灰藜根系发达，常常在玉米、小麦、棉花、豆类、薯类、蔬菜、花生等旱生作物及果树四周形成单一群落。灰藜通过分泌次生代谢产物抑制作物的生长发育，或与作物争夺地上和地下空间、空气、水分等影响作物的生长，降低作物的产量和品质。同时灰藜也是致病微生物和害虫的中间寄主或寄宿地，会导致病虫害的发生。通过虚拟仿真技术，对除草剂施药方法配备简短讲解，做到概念清楚、重点突出、逻辑严谨、条理分明、语言生动精炼、具有启发性。

五、结束语

采用虚拟仿真技术用于实践教学，可以极大的拓展实践教学的内容，可以让学生突破现实教学中时空的限制，做到成本低、无污染，有利于提高实践教学的效果，培养学生创新能力和解决问题的能力。但虚拟仿真实践教学必须要与传统真实實验教学相结合，才能使学生获得更为全面的知识。

参考文献

[1]周世杰，吉家成，王华，等.虚拟仿真实验教学中心建设与实践[J].计算机教育，2015（9）：5-11.

[2]徐汉虹.植物化学保护（第4版）[M].北京：中国农业出版社，2007.

[3]张炜，崔瑾，成丹.农业生物学虚拟仿真实验教学资源建设[J].高校生物学教学研究，2015，5（1）：51-56.

[4]马德英，蔡超，路伟.新媒体技术下课堂教学管理初探[J].科教导刊，2016，263（4）：142-143+171.

[5]杨振德.玉舒中.森林保护学虚拟仿真实验教学体系的构建[J].教育教学论坛，2016，21（5）：268-270.