杂交稻制种播期预测虚拟仿真实验的设计与实现

2020-12-28胡凝肖薇李永秀

现代电子技术 2020年24期

胡凝　肖薇　李永秀

摘要：作物光温反应特性是农业气象学重要的知识点，在指导花期调控方面具有很强的应用价值。鉴于传统的实验教学存在的诸多不足，将混合式学习理论应用于实践教学，基于杂交稻制种过程中的花期相遇和气象灾害问题，设计杂交稻制种播期预测虚拟仿真实验。该实验以Unity3D为开发平台，实现了水稻生长发育过程的虚拟展示，改变光温条件后可以直接观察到发育速度的变化，输入不同的父母本播种期后可以显示制种结果的差异性。实验结果表明，通过人机交互不仅加深了学生对光温反应特性的理解，更提高了学生的系统分析和综合设计能力。

关键词：杂交稻; 播期预测; 虚拟仿真; 光温反应; 开发平台; 人机交互

中图分类号： TN911?34; TP391; S16 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2020）24?0079?03

Design and implementation of virtual simulation experiment for prediction of sowing time for hybrid rice seed production

HU Ning， XIAO Wei， LI Yongxiu

（School of Applied Meteorology， Nanjing University of Information Science and Technology， Nanjing 210044， China）

Abstract： The characteristic of photo?thermo reaction of the crop is an important knowledge point in agricultural meteorology， which has a high application value in florescence control. In view of the fact that the traditional experimental teaching has many shortcomings， the blended learning theory is applied to practice teaching. The virtual simulation experiment for prediction of the sowing time for hybrid rice seed production was written on the basis of florescence synchronization and meteorological disasters in the seed production process of hybrid rice. In this experiment， the Unity3D is used as the development platform to realize the virtual display of growth and development process of the rice. Students can directly observe the change of growth speed after changing the photo?thermo conditions. The difference of seed production results can be displayed after inputting different sowing time of rice male and female parents. The experimental results show that， with the human?computer interaction， students′understanding of the characteristics of photo?thermo reaction is deepened， and students′abilities of system analysis and comprehensive design are improved.

Keywords： hybrid rice; sowing time prediction; virtual simulation; photo?thermo reaction; development platform; human?computer interaction

0 引言

虚拟仿真实验是我国高校实践教学的重要发展方向[1]，突破了传统教育的壁垒，可以为学生的探究式自主实验、合作式学习和创新性实践提供先进的手段和开放的平台，随时应对新冠病毒等突发事件对线下教学的影响[2?4]。结合虚拟仿真实验的线上线下混合式教学，不仅可以帮助学生更好地理解知识点，培养学生理论联系实际的思维方式，增强学生解决问题的能力，全面提高教学质量。

南京信息工程大学响应国家加速推进实验教学与理论教学平衡发展的要求，拓展实验教学的广度和深度，推进虚拟仿真实验教学项目建设[5?8]，成立了国家级大气科学类虚拟仿真实验教学中心——大气科学与气象信息虚拟仿真实验教学中心，建成了地球科学省级虚拟仿真实验教学共享平台[9]，这对于大气科学创新型专业人才培养具有重要意义。

为了体现仿真实验的容错性，学生可以任意地设置光温条件。比如，水稻的下限温度为12 ℃，当学生设置的温度为8 ℃时，系统就会提示水稻不能正常生长。这里采用了探究式教学，当学生设计的温度水平越高时，水稻的生长发育速度越快，生育期长度越短。从而使学生在不断地尝试中找出规律，理解基本营养生长性、感光性和感温性的概念。

通过实验加强了学生的主体地位、主动能力，锻炼数据分析能力和逻辑思维能力。

3）杂交稻制种

在这个环节里，采用探究式和问题式教学方式。学生要归纳总结杂交稻父本和母本的播种期与抽穗期的规律，推测在哪个时间播种既能保证父母本的开花期会相遇，同时又能够避免遭遇农业气象灾害，以此设计最佳的播种期，达到杂交稻制种稳产、高产的目的。不同的播种期设计方案会产生不同的制种结果。如果父本、母本的花期相遇，同时又未遭遇农业气象灾害，则制种成功;如果父本、母本的花期相遇，但遭遇了农业气象灾害，则水稻减产;如果父本、母本的花期不遇，则制种失败。

通过实验，不仅激发了学生自动探索的欲望，还能帮助学生了解农业生产中的实际问题，理论联系实际，增强其分析解决问题的能力。

2 结语

杂交稻制种播期预测虚拟仿真实验是农业气象学的虚拟仿真课程体系的一个部分。其突破了传统实验的限制，将在实验室、试验田的教学活动延伸到网络，不仅可以服务于各大高校的学生，提高学生动手实践能力，让枯燥的课堂教学变得有趣、生动，也可以和水稻育种人员共享实验课程，在水稻新品种的引种和推广过程中，帮助解析各种气象灾害的风险程度，减少经济损失和贸易摩擦。

未来课程将丰富软件中的作物种类，增加不同的实习场景，进一步开展农业自然资源评价与利用、种植制度的优化和布局、作物长势监测和产量预报、农业防灾减灾、设施农业环境调控、农业病虫害气象监测预测、农业应对气候变化等实验项目。

参考文献

[1] 苏晓勇，徐送林.虚拟仿真实验教学中心建设的解读与思考[J].实验室科学，2018，21（1）：188?190.

[2] 祖强，魏永军，熊宏齐.省级在线开放虚拟仿真实验教学项目建设探讨[J].实验技术与管理，2017（10）：153?157.

[3] 熊宏齐.国家虚拟仿真实验教学项目的新时代教学特征[J].实验技术与管理，2019（9）：1?4.

[4] 王志华，张继红，曹广胜.优质实验资源共享环境下的虚拟仿真教学实践[J].实验科学与技术，2017，15（5）：73?76.

[5] 张敬林，谭惠文，张国宇.论虚拟现实技术在大气科学实践教学中的应用[J].科学与信息化，2018（4）：147?148.

[6] 方巍，刘琦.气象云计算虚拟仿真实验教学研究与探索[J].实验技术与管理，2017（1）：124?128.

[7] 彭丽霞，倪东鸿，周顺武，等.短期气候预测虚拟仿真实验教学平台建设思路[J].实验技术与管理，2017（1）：136?139.

[8] 袁欣，程丹.虚拟仿真实验教学中心辅助下项目式学习在大学英语教学中的应用[J].英语广场，2016（12）：110?111.

[9] 姚菊香，华兴夏，吴立保，等.大气科学与环境气象实验教学中心的改革实践[J].实验技术与管理，2015，32（2）：163?166.

[10] 申双和，景元书，张建新.农业气象学课程教学的理论思考[J].高等農业教育，2011（10）：71?73.