植物化學(xué)保護(hù)虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)改革新探索

路偉　趙娜娜　馬德英　蔡超

摘 要：植物化學(xué)保護(hù)是植物保護(hù)專業(yè)必修的核心專業(yè)課，然而該門課程知識(shí)體系龐雜、內(nèi)容多樣，開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)受到時(shí)空、成本等因素的影響，給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來(lái)很大的障礙。文章從課程實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀、存在的問(wèn)題進(jìn)行探討，積極探索虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)的新模式，以期通過(guò)虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建植物化學(xué)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課堂，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和實(shí)踐技能的綜合應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：植物化學(xué)保護(hù)；虛擬仿真；實(shí)踐教學(xué)；教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2017）03-0110-02

隨著科技的發(fā)展，新媒體技術(shù)的層出不窮，電腦已成為大學(xué)生的標(biāo)配，這使得課堂不再是大學(xué)生獲得知識(shí)的主陣地，當(dāng)代大學(xué)生有了更多獲得知識(shí)的途徑。自1989年虛擬仿真教學(xué)的概念被首次提出以后，國(guó)內(nèi)外若干高校都陸續(xù)開(kāi)始建設(shè)虛擬環(huán)境下的教學(xué)平臺(tái)[1]。虛擬仿真教學(xué)依托虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，構(gòu)建高度仿真的虛擬環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對(duì)象，學(xué)生在虛擬環(huán)境中開(kāi)展教學(xué)，達(dá)到教學(xué)大綱所要求的教學(xué)效果[2]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育信息化建設(shè)的重要內(nèi)容，是學(xué)科專業(yè)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物，有助于提高高校教育實(shí)踐教學(xué)水平。

一、植物化學(xué)保護(hù)實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀

植物化學(xué)保護(hù)是科學(xué)的應(yīng)用農(nóng)藥來(lái)防治害蟲、害螨、線蟲、病原菌、雜草及鼠類等有害生物，保護(hù)農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)安全的一門科學(xué)，是有害生物綜合防治的重要環(huán)節(jié)。植物化學(xué)保護(hù)也是植物保護(hù)專業(yè)、動(dòng)植物檢疫專業(yè)本科生的必修核心課程，主要介紹植物化學(xué)保護(hù)的基本概念與原理，常見(jiàn)農(nóng)藥劑型和使用方法，各類農(nóng)藥特點(diǎn)、作用機(jī)理與應(yīng)用，有害生物抗藥性及其治理，農(nóng)藥環(huán)境毒理學(xué)，新農(nóng)藥開(kāi)發(fā)與管理等基本知識(shí)，強(qiáng)調(diào)農(nóng)藥與環(huán)境安全、食品安全的關(guān)系[3]。這門科學(xué)涉及到生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、植物病理學(xué)、昆蟲學(xué)、雜草學(xué)、遺傳學(xué)、氣象學(xué)、分子生物學(xué)及其他許多分支學(xué)科。本科生通過(guò)學(xué)習(xí)本課程能夠掌握應(yīng)用化學(xué)防治法，防治植物病、蟲、草害的理論知識(shí)和實(shí)踐技能，掌握主要農(nóng)藥的理化性質(zhì)、作用機(jī)理及合理使用的基本知識(shí)；植物化學(xué)保護(hù)的主要實(shí)驗(yàn)技術(shù)和研究方法；能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)有關(guān)化學(xué)防治實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)其獨(dú)立思考和勇于創(chuàng)新的能力；理論聯(lián)系實(shí)際地解決一些化學(xué)防治中的重要問(wèn)題。

通過(guò)植物化學(xué)保護(hù)課程的教學(xué)改革與實(shí)踐，新增農(nóng)藥安全使用及貯運(yùn)、生物農(nóng)藥等理論知識(shí)；通過(guò)增加實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)數(shù)、增補(bǔ)田間綜合性試驗(yàn)等，加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力和實(shí)踐能力鍛煉和培養(yǎng)。改變了過(guò)去“滿堂灌”的授課形式，形成以教師講授和學(xué)生自學(xué)相結(jié)合的引導(dǎo)式教學(xué)模式，通過(guò)課程辯論賽、討論會(huì)、圖片展和知識(shí)競(jìng)賽等多種形式推動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)氣氛的形成和能力培養(yǎng)。以閉卷筆試50%、實(shí)驗(yàn)課成績(jī)30%和自學(xué)綜合成績(jī)20%三種形式結(jié)合的方式構(gòu)建新的評(píng)價(jià)體系，將考核貫穿在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程。從2014年教學(xué)授課開(kāi)始，增加話劇的形式進(jìn)行人物模擬、場(chǎng)景和角色塑造，鍛煉學(xué)生的田間應(yīng)用能力和隨機(jī)應(yīng)變能力等。

二、植物化學(xué)保護(hù)實(shí)踐教學(xué)存在的問(wèn)題

雖然對(duì)本課程進(jìn)行了大量的教學(xué)改革，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但在強(qiáng)化過(guò)程學(xué)習(xí)、實(shí)踐鍛煉方面還不能滿足教學(xué)要求。尤其是本課程與普通昆蟲學(xué)、普通植物病理學(xué)、農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)、農(nóng)業(yè)植物病理學(xué)、生物防治、植物學(xué)、植物生理學(xué)等課程的相關(guān)知識(shí)聯(lián)系緊密，在采取科學(xué)的化學(xué)防治措施前，必須綜合運(yùn)用昆蟲學(xué)、病理學(xué)、植物學(xué)和植物生理學(xué)等知識(shí)進(jìn)行病、蟲、草害及凍害、缺素等生理異常的田間識(shí)別與診斷，然后做出防治決策。而這一過(guò)程在課堂教學(xué)中是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

（一）供試生物

植物化學(xué)保護(hù)學(xué)實(shí)踐教學(xué)的對(duì)象往往是活體生物，如殺蟲劑胃毒毒力的測(cè)定、觸殺毒力的測(cè)定；2，4-D丁酯對(duì)高粱種苗活性的測(cè)定；殺螨劑室內(nèi)毒力測(cè)定（玻片浸漬法）等實(shí)驗(yàn)的對(duì)象均是活體生物，從實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備到完成實(shí)驗(yàn)都需要確保這些供試生物能夠進(jìn)行的正常生理活動(dòng)。

（二）季節(jié)性和不確定性

病、蟲、草害的發(fā)生發(fā)展主要集中在農(nóng)林作物的生長(zhǎng)季，而植物化學(xué)保護(hù)的開(kāi)課學(xué)期一般都在秋季，理論課與實(shí)踐課季節(jié)不統(tǒng)一，只能以展示圖片、播放視頻等方式，在有限的時(shí)間內(nèi)向?qū)W生灌輸大量的知識(shí)。由于田間作物種類多、分布廣，且作物的生長(zhǎng)發(fā)育具有很強(qiáng)的季節(jié)性，沒(méi)有實(shí)踐基礎(chǔ)，學(xué)生很難掌握，學(xué)習(xí)起來(lái)十分困難。病、蟲、草害的發(fā)生發(fā)展還受到環(huán)境因素的影響，如棉蚜在光照充足、連續(xù)干旱的條件下發(fā)生危害加劇，而2016年新疆地區(qū)降水比往年偏多，棉蚜在田間的發(fā)生量不大。即便在經(jīng)費(fèi)允許的條件下安排學(xué)生去進(jìn)行田間防治，未必能達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。

（三）危險(xiǎn)性

農(nóng)作物病、蟲、草害的化學(xué)防治是有害生物綜合防治的一種常規(guī)手段，但是此類田間實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)需要使用大量的化學(xué)農(nóng)藥，有毒化學(xué)農(nóng)藥的排放對(duì)人體健康造成威脅。涉及的一些大型噴霧機(jī)械設(shè)備，需要相應(yīng)的專業(yè)技能、操作復(fù)雜，不能做到每個(gè)學(xué)生都能上手操作，學(xué)生短時(shí)間內(nèi)很難掌握，因而類似的實(shí)踐教學(xué)過(guò)程難以開(kāi)展。

三、植物化學(xué)保護(hù)虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)的必要性

虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)是對(duì)以教師講授為主，向?qū)W生灌輸知識(shí)的傳統(tǒng)課堂在思想體系、實(shí)踐教學(xué)方法上的顛覆性變革[4]。它綜合應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫(kù)以及網(wǎng)絡(luò)通訊等多種技術(shù)，通過(guò)構(gòu)建一個(gè)虛擬可視化的操作環(huán)境，使學(xué)生在開(kāi)放、自主、交互的虛擬環(huán)境中開(kāi)展高效、安全且經(jīng)濟(jì)的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，進(jìn)而達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果[5]。

為了適應(yīng)生產(chǎn)實(shí)踐的需要，培養(yǎng)基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)、田間綜合分析能力和應(yīng)用能力強(qiáng)的植物保護(hù)專業(yè)人才，通過(guò)對(duì)植物化學(xué)保護(hù)課程中作物病、蟲、草害、尤其是新疆特色作物病、蟲、草害的圖片進(jìn)行分類收集，打破實(shí)踐教學(xué)中一些受到場(chǎng)地、季節(jié)、實(shí)驗(yàn)成本、危險(xiǎn)性以及不可再重現(xiàn)等方面的限制，模擬農(nóng)田環(huán)境、特色作物及病蟲草害和生理異常等常見(jiàn)植保問(wèn)題，并結(jié)合相關(guān)的施藥時(shí)期及方法進(jìn)行虛擬仿真整合，對(duì)病蟲草害的發(fā)生發(fā)展過(guò)程、施藥方法配備簡(jiǎn)短講解。積極采用多媒體、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)等手段，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在線觀摩、動(dòng)態(tài)講解、獨(dú)立操作、綜合分析及應(yīng)用的授課形式，幫助學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，同時(shí)也加深記憶，定期更新完善虛擬仿真教學(xué)內(nèi)容，可以使學(xué)生獲得全面的訓(xùn)練，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、觀察能力、獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新能力具有重要意義。構(gòu)建高質(zhì)量的植物化學(xué)保護(hù)虛擬仿真教學(xué)網(wǎng)絡(luò)課堂，力求為今后建立植物化學(xué)保護(hù)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)打好基礎(chǔ)。

四、植物化學(xué)保護(hù)學(xué)虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建

秉持“屯墾戍邊辦大學(xué)，穩(wěn)疆興疆育人才”的使命，堅(jiān)持“理論聯(lián)系實(shí)際，教學(xué)結(jié)合生產(chǎn)”的辦學(xué)方針，突出農(nóng)業(yè)特色，開(kāi)展農(nóng)教結(jié)合、虛實(shí)互補(bǔ)、綠色共享、虛擬仿真的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，旨在不斷豐富和完善植物化學(xué)保護(hù)理論和實(shí)踐教學(xué)體系，積極探索高素質(zhì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)新體系和新機(jī)制。

主要針對(duì)新疆常見(jiàn)害蟲的生活習(xí)性、危害特征和綜合防治等方面進(jìn)行虛擬仿真。例如棉鈴蟲低齡幼蟲喜歡取食嫩葉，其后危害蕾、花、鈴，多從基部蛀入蕾鈴，在內(nèi)取食并能轉(zhuǎn)移為害。但這一過(guò)程無(wú)法在常規(guī)實(shí)驗(yàn)課中讓學(xué)生觀察到。通過(guò)虛擬仿真技術(shù)將這一動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行直觀呈現(xiàn)，并配以真實(shí)照片，提高學(xué)生對(duì)棉鈴蟲的識(shí)別鑒定能力和科學(xué)用藥的方法。

針對(duì)病害病原菌的分離鑒定、發(fā)生發(fā)展規(guī)律和綜合防治等方面進(jìn)行虛擬仿真。例如葡萄霜霉病主要危害嫩葉，也能侵染新梢幼果等幼嫩組織。初期先在葉片背面看到白色霜霉?fàn)钗铮鏌o(wú)異常表現(xiàn)；隨病情發(fā)展，葉正面逐漸出現(xiàn)黃綠色病斑，邊緣不明顯，葉背白色霜霉?fàn)钗锍２紳M葉片大部，甚至整個(gè)葉背；隨后病部變黃枯死，葉正面常呈現(xiàn)多角形病斑。通過(guò)虛擬仿真技術(shù)，提高學(xué)生對(duì)葡萄霜霉病的診斷和防控技術(shù)水平。

針對(duì)雜草的檢疫鑒定、發(fā)生發(fā)展規(guī)律和綜合防治等方面進(jìn)行虛擬仿真。例如農(nóng)田雜草灰藜根系發(fā)達(dá)，常常在玉米、小麥、棉花、豆類、薯類、蔬菜、花生等旱生作物及果樹(shù)四周形成單一群落。灰藜通過(guò)分泌次生代謝產(chǎn)物抑制作物的生長(zhǎng)發(fā)育，或與作物爭(zhēng)奪地上和地下空間、空氣、水分等影響作物的生長(zhǎng)，降低作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。同時(shí)灰藜也是致病微生物和害蟲的中間寄主或寄宿地，會(huì)導(dǎo)致病蟲害的發(fā)生。通過(guò)虛擬仿真技術(shù)，對(duì)除草劑施藥方法配備簡(jiǎn)短講解，做到概念清楚、重點(diǎn)突出、邏輯嚴(yán)謹(jǐn)、條理分明、語(yǔ)言生動(dòng)精煉、具有啟發(fā)性。

五、結(jié)束語(yǔ)

采用虛擬仿真技術(shù)用于實(shí)踐教學(xué)，可以極大的拓展實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容，可以讓學(xué)生突破現(xiàn)實(shí)教學(xué)中時(shí)空的限制，做到成本低、無(wú)污染，有利于提高實(shí)踐教學(xué)的效果，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和解決問(wèn)題的能力。但虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)必須要與傳統(tǒng)真實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，才能使學(xué)生獲得更為全面的知識(shí)。

參考文獻(xiàn)

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