果树栽培学虚拟仿真实践教学模式构想

周娜娜 王刚

[摘           要]  传统教学模式下，果树栽培学实践教学的开展受限制因素较多，而虚拟仿真教学模式可以避开这些问题，具有明显的教学优势。结合果树栽培学的教学特点，對果树栽培学虚拟仿真实践教学模式的构建进行了总体设计，并对虚拟场景和动画的制作、实践项目的评分指标都进行了详细的阐述，将果树栽培学的实践内容与虚拟仿真技术有机结合，为该实验项目虚拟仿真教学软件的开发提供参考。

[关    键   词]  果树栽培学;实践课;虚拟仿真教学模式

[中图分类号]  G642                   [文献标志码]  A                      [文章编号]  2096-0603（2021）15-0100-02

从2013年8月教育部号召开展虚拟仿真实验教学中心建设工作[1]，到现在，已批准国家级虚拟仿真实验教学中心超过300个，学科涉及哲学、理工、农林医药、人文社科等[2]，虚拟仿真教学已成为高等教育改革的热点之一。应用型人才培养对本科学生的实践能力和创新能力提出了更高的要求，果树栽培学是应用型人才培养中一门重要的实践类课程，在传统的实践教学中，存在实践课准备环节消耗时间长、上课场所要求高等不足，迫切需要有效的教学改革。但由于研发果树栽培学实践课的虚拟仿真教学系统，不仅要求构建者团队具有渊博的果树栽培学专业知识，还要熟悉多种电脑软件，是跨学科高难度的结合。本文结合当前虚拟仿真技术的浪潮，设计了果树栽培学实践项目虚拟仿真教学模式的构建方法，为实现果树栽培学实践课程虚拟仿真教学软件的开发提供参考。

一、果树栽培学虚拟仿真实践教学的意义

果树栽培学是一门具有很强的季节性和实践性的应用型课程[3]，涉及多种果树的生长发育周期和栽培技术管理，其实践课的开展有助于消化理论知识转化为动手操作能力，完善系统的知识体系。果树栽培学的实践教学内容包括常规果树的繁殖技术、田间水肥管理、整形修剪和病虫害防治等[4]，课程对课时量、涵盖的果树生育期、果树种类和数量等都有要求，实际操作时还要进行不计成本的多次验证。传统的实践教学模式下，果树栽培学实践课的开设成本较高，只能有选择性地开设部分实践项目，如繁殖技术中的种子育苗、嫁接、扦插等，准备的时间相对较短，成本相对较低。而缺素症状判断、花果管理和高接换冠等实践项目要求的时间相对较长，对果树的生育时期和树龄都有较高的要求，很难同时收集多种果树，也不可能准备几年一节课毁掉多棵大树，所以进行观摩的比较多。缺乏全面的果树技能培训导致一些本科生在就业时，理论知识与实践技能脱节，难以满足岗位招聘的即用需求。而采用虚拟仿真教学模式可以不受传统教学在时间、空间上的限制，采用模拟的场景完成操作过程[5]。

虚拟仿真是指通过计算机模拟技术来创建一个视觉化环境，置身场景具有真实感受，能重复利用[6]，却不会受到现实世界的诸多限制。虚拟仿真实践教学可以把虚拟与现实结合，操作者置身于虚拟系统中，能感知到跟现实世界十分接近的场地环境和目标对象，借助计算机和网络进行与现实十分接近的实验操作[7]。克服了现实中实践课的前期准备难、实践时间不足、场地条件不达标等因素限制，通过信息技术模拟果园的真实环境，学生可以自主性进行实践项目，为果树栽培学实践课教学提供新的方法。通过虚拟仿真平台的模块设计，教师发布任务，学生了解各环节的设计要求，并完成任务;教师通过平台了解学生的构思和完成进度，及时为学生提供指导。所以，虚拟仿真实践教学是培养现代应用型人才的一种新型教学模式，是人类进入虚拟空间进行教育活动的一种新的教学方式[7]，对于强化果树栽培学实践教学方法、提升学生的专业素质具有十分重要的意义。

二、果树栽培学虚拟仿真实践教学设计

（一）实践教学设计思路

果树栽培学传统的实践教学中，每次实践课都要求每位学生独立完成一个实践项目，实践项目包括：果树种类及品种特性的识别、果树的种子育苗技术、果树嫁接技术、果树的扦插和压条、果树的整形修剪技术、果树的花果管理技术、果树的缺素症状观察与防治、果树的病虫草害防治等。虚拟仿真实践教学的内容与课程教学大纲要求一致，只是教学场景由现实转变为虚拟。

（二）虚拟仿真实践教学平台模块设计

在虚拟仿真实践教学页面，设置果树栽培学虚拟仿真实践教学平台的登录主界面模块和具体实践教学模块，登录界面包括学生用户和教师用户，实践教学模块下设实践项目选择、果树种类选择、农资工具选择、具体实验操作和结果与分析5个子菜单选项。

实践项目根据大纲要求，决定着后面的操作流程;果树种类主要设置当地常见树种;不同的实践项目还可以自主选择用到的农资工具，有铁锹、耙子、铁铲、嫁接刀、嫁接夹、遮阳网、塑料薄膜、水管、有机肥、各种化肥、农药、黄蓝板、纸袋、植物生长调节剂等;具体实践操作是教学模块的关键环节，可以采用二维图片、三维虚拟模型或动画等素材，按照教学大纲要求的实践操作流程，整合成计算机语言，形成虚拟的实践操作程序[7];最后的结果与分析，可根据学生的实践操作，自动生成总结报告，包括实践中出现的错误及注意事项，分析错误操作产生的结果。

（三）虚拟场景和动画的确定及制作

实践操作所处的场景，根据学生选择的果树种类进行搭配，通过鼠标或手柄可以进行四周环境的观察，让学生有置身于果园的感受，可以用Photoshop等软件制作完成的二维图。实践操作时用到的农资工具，应用3DS Max等软件设计与构建的三维虚拟模型，并设置鼠标点击选择。而结果观察与演示，则需要用Flash等软件制作的动画素材。部分情景，如提示、标识等，还要辅以文字、配音等补充信息，使教学内容更丰富地呈现出来。

（四）实践项目评分指标

1.果树种类的识别

制作10种当地常见果树素材，从树形、枝干、叶、花、果的形态分别进行对比，识别果树的种类，根据识别的正确率打分。果实形态差异较大的可以继续进行品种间的识别。

2.果树的种子育苗技术

果树种子的形态及大小要真实，种子播前处理方法可以筛选。如果育种条件不充分、覆土过厚或种子育苗时浇水量达不到要求，结果观察时，不能发芽或延迟发芽。而且出苗后没有及时撤掉覆盖物，结果观察时，种苗长得瘦弱且变黄。根据学生操作的完整性和标准性进行评分。

3.果树嫁接技术

在进行果树嫁接时，可以观察茎的解剖结构，清晰地判断形成层的位置，接穗与砧木嵌合时，嫁接刀没消毒，形成层没有对齐或对齐但后期管理条件不满足等，结果观察时，接穗枯萎嫁接失败。根据学生操作的完整性和注意事项进行评分。

4.果树的扦插和压条

扦插时，插条的选择、截取和激素处理，只要操作完整就得满分;扦插的深度影响得分。压条时枝条的选择、枝条环剥的深度、高空压条发根材料的筛选等，都有不同的评分标准。

5.果树的整形修剪技术

不同的果树种类，整形修剪的操作差异比较大。首先要进行果树种类的选择，不同的果树都有常用的树形和修剪方式;然后才进入修剪操作。素材制作时，果树要有主干、侧枝、上层枝、直立枝、短果枝等区别，增加学生选择的难度，锻炼学生应用修剪的理论知识，根据学生修剪的枝条种类、修剪后枝条的伤口处理、工具消毒等进行评分。

6.果树的花果管理技术

这个项目可以分几个小实验，包括果树的人工辅助授粉、果树的环割、果树的花果期管理、植物生长调节剂的使用等，学生选择其一进行。根据具体的实验操作完成情况和关键技术的注意事项进行评分。

7.果树的缺素症状观察与防治

这个项目制作简单，操作结果呈现得比较直观，采集不同的缺素症状，考查学生对缺素症状的识别情况，用鼠标点击营养元素或者具体的肥料，选择正确症状消失健康生长，选择错误症状加重甚至枯萎死亡。最后根据正确率进行评分。

8.果树的病虫草害防治

制作5种常见病害、3种常见虫害和2种常见草害的素材，考查学生的识别及防治方法。根据其选择的农药或除草剂种类，呈现加重还是消失等不同的结果，根据学生操作的完整性和准确性进行评分。

三、结语

果树栽培学虚拟仿真实践教学的平台建设，除了课程教学模式的总体设计，还要进行主要的模块构建，要求具有丰富的果树栽培学及相关课程的理论知识，丰富的网页制作、动画设计等技术，并创建各种虚拟素材[8]，让操作者能与之形象的互动，甚至要进行数据库的建设，工作量大且跨行业进行，建设难度相对较大，需要较长时间的积累和完善。目前还没有成熟的果树栽培学虚拟仿真实践教学案例，可借鑒的资源相对较少，要构建出良好的教学效果，还需要实践检验后再完善补充。但是果树栽培学虚拟仿真实践教学，不仅能帮助学生完成实践项目中的操作流程，还能观察到微观的植物解剖结构，了解操作原理，对于果树栽培学的实践教学具有十分重要的作用。虚拟仿真技术的优势明显，尤其虚实结合的实验教学能激发学生的兴趣，培养其实践能力和创新能力[9]。随着教育和农业信息化的发展，虚拟资源的建设越来越成熟，应用虚拟仿真实验教学技术搭建平台应用于果树栽培学的实践教学，已成为现代高等教育的必然趋势。

参考文献：

[1]刘彦权，周华蓉，付海英，等.虚拟仿真技术在医学诊断学教学中的应用[J].中华医学教育探索杂志，2020（1）：46-49.

[2]唐超智，刘庆荟，张顺利.免疫荧光实验虚拟仿真教学模式构想[J].中国免疫学杂志，2018，34（12）：1888-1890.

[3]高英，彭立新，李爱，等.果树栽培学实践教学改革探讨[J].科技创新导报，2016，13（3）：149，151.

[4]冯一峰，袁宇尧，吴翠云，等.浅谈果树栽培学实践教学过程中存在的问题与思考[J].教育教学论坛，2018（35）：237-238.

[5]赵悦，王倩，张英华，等.植物生长与田间管理虚拟仿真教学系统的建设[J].高等农业教育，2019（1）：87-91.

[6]高疏寒.基于VR技术下虚拟教学应用的思考[J].视听，2018（1）：202-203.

[7]刘亚丰，苏莉，吴元喜，等.虚拟仿真教学资源建设原则与标准[J].实验技术与管理，2017，34（5）：8-10.

[8]郭颖奇.云计算和虚拟技术推动高校专业实验教学发展的研究[J].实验科学与技术，2018，16（3）：110-114.

[9]李兵，王玉凤，贺占魁，等.生物学虚拟仿真实验教学资源建设[J].实验技术与管理，2016，33（12）：171-173，176.

◎编辑 鲁翠红

Conception of Virtual Simulation Teaching Mode on Practical Course of Fruit Tree Cultivation

Zhou Na-na，Wang Gang

Abstract：Under the traditional teaching mode，the practice teaching of fruit tree cultivation is restricted by many factors，while the virtual simulation teaching mode can avoid these problems，and has obvious teaching advantages. Combined with the teaching characteristics of fruit tree cultivation，this paper designs the construction of virtual simulation practice teaching mode of fruit tree cultivation，and expounds the production of virtual scene and animation，and the evaluation index of practical projects in detail. It combines the practical content of fruit tree cultivation with virtual simulation technology organically，which provides the development of virtual simulation teaching software for this experi-mental project for reference.

Key words：fruit tree cultivation;practice course;virtual simulation teaching mode