植物化學保護虛擬仿真實踐教學改革新探索

路偉　趙娜娜　馬德英　蔡超

摘 要：植物化學保護是植物保護專業必修的核心專業課，然而該門課程知識體系龐雜、內容多樣，開展實踐教學活動受到時空、成本等因素的影響，給學生的學習帶來很大的障礙。文章從課程實踐教學的現狀、存在的問題進行探討，積極探索虛擬仿真實踐教學的新模式，以期通過虛擬仿真技術構建植物化學保護網絡教學課堂，增強學生的學習興趣，提高教學效果，加深學生對理論知識的理解和實踐技能的綜合應用。

關鍵詞：植物化學保護；虛擬仿真；實踐教學；教學模式

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）03-0110-02

隨著科技的發展，新媒體技術的層出不窮，電腦已成為大學生的標配，這使得課堂不再是大學生獲得知識的主陣地，當代大學生有了更多獲得知識的途徑。自1989年虛擬仿真教學的概念被首次提出以后，國內外若干高校都陸續開始建設虛擬環境下的教學平臺[1]。虛擬仿真教學依托虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫和網絡通訊等技術，構建高度仿真的虛擬環境和實驗對象，學生在虛擬環境中開展教學，達到教學大綱所要求的教學效果[2]。虛擬仿真實驗教學是高等教育信息化建設的重要內容，是學科專業與信息技術深度融合的產物，有助于提高高校教育實踐教學水平。

一、植物化學保護實踐教學的現狀

植物化學保護是科學的應用農藥來防治害蟲、害螨、線蟲、病原菌、雜草及鼠類等有害生物，保護農林業生產安全的一門科學，是有害生物綜合防治的重要環節。植物化學保護也是植物保護專業、動植物檢疫專業本科生的必修核心課程，主要介紹植物化學保護的基本概念與原理，常見農藥劑型和使用方法，各類農藥特點、作用機理與應用，有害生物抗藥性及其治理，農藥環境毒理學，新農藥開發與管理等基本知識，強調農藥與環境安全、食品安全的關系[3]。這門科學涉及到生物學、化學、物理學、植物病理學、昆蟲學、雜草學、遺傳學、氣象學、分子生物學及其他許多分支學科。本科生通過學習本課程能夠掌握應用化學防治法，防治植物病、蟲、草害的理論知識和實踐技能，掌握主要農藥的理化性質、作用機理及合理使用的基本知識；植物化學保護的主要實驗技術和研究方法；能夠獨立設計有關化學防治實驗方案，培養其獨立思考和勇于創新的能力；理論聯系實際地解決一些化學防治中的重要問題。

通過植物化學保護課程的教學改革與實踐，新增農藥安全使用及貯運、生物農藥等理論知識；通過增加實驗課學時數、增補田間綜合性試驗等，加強學生動手能力和實踐能力鍛煉和培養。改變了過去“滿堂灌”的授課形式，形成以教師講授和學生自學相結合的引導式教學模式，通過課程辯論賽、討論會、圖片展和知識競賽等多種形式推動學生自主學習氣氛的形成和能力培養。以閉卷筆試50%、實驗課成績30%和自學綜合成績20%三種形式結合的方式構建新的評價體系，將考核貫穿在整個學習過程。從2014年教學授課開始，增加話劇的形式進行人物模擬、場景和角色塑造，鍛煉學生的田間應用能力和隨機應變能力等。

二、植物化學保護實踐教學存在的問題

雖然對本課程進行了大量的教學改革，取得了長足的進步，但在強化過程學習、實踐鍛煉方面還不能滿足教學要求。尤其是本課程與普通昆蟲學、普通植物病理學、農業昆蟲學、農業植物病理學、生物防治、植物學、植物生理學等課程的相關知識聯系緊密，在采取科學的化學防治措施前，必須綜合運用昆蟲學、病理學、植物學和植物生理學等知識進行病、蟲、草害及凍害、缺素等生理異常的田間識別與診斷，然后做出防治決策。而這一過程在課堂教學中是無法實現的。

（一）供試生物

植物化學保護學實踐教學的對象往往是活體生物，如殺蟲劑胃毒毒力的測定、觸殺毒力的測定；2，4-D丁酯對高粱種苗活性的測定；殺螨劑室內毒力測定（玻片浸漬法）等實驗的對象均是活體生物，從實驗前的準備到完成實驗都需要確保這些供試生物能夠進行的正常生理活動。

（二）季節性和不確定性

病、蟲、草害的發生發展主要集中在農林作物的生長季，而植物化學保護的開課學期一般都在秋季，理論課與實踐課季節不統一，只能以展示圖片、播放視頻等方式，在有限的時間內向學生灌輸大量的知識。由于田間作物種類多、分布廣，且作物的生長發育具有很強的季節性，沒有實踐基礎，學生很難掌握，學習起來十分困難。病、蟲、草害的發生發展還受到環境因素的影響，如棉蚜在光照充足、連續干旱的條件下發生危害加劇，而2016年新疆地區降水比往年偏多，棉蚜在田間的發生量不大。即便在經費允許的條件下安排學生去進行田間防治，未必能達到預期的教學效果。

（三）危險性

農作物病、蟲、草害的化學防治是有害生物綜合防治的一種常規手段，但是此類田間實踐教學活動需要使用大量的化學農藥，有毒化學農藥的排放對人體健康造成威脅。涉及的一些大型噴霧機械設備，需要相應的專業技能、操作復雜，不能做到每個學生都能上手操作，學生短時間內很難掌握，因而類似的實踐教學過程難以開展。

三、植物化學保護虛擬仿真實踐教學的必要性

虛擬仿真實踐教學是對以教師講授為主，向學生灌輸知識的傳統課堂在思想體系、實踐教學方法上的顛覆性變革[4]。它綜合應用虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫以及網絡通訊等多種技術，通過構建一個虛擬可視化的操作環境，使學生在開放、自主、交互的虛擬環境中開展高效、安全且經濟的實踐教學活動，進而達到預期的教學效果[5]。

為了適應生產實踐的需要，培養基礎知識扎實、田間綜合分析能力和應用能力強的植物保護專業人才，通過對植物化學保護課程中作物病、蟲、草害、尤其是新疆特色作物病、蟲、草害的圖片進行分類收集，打破實踐教學中一些受到場地、季節、實驗成本、危險性以及不可再重現等方面的限制，模擬農田環境、特色作物及病蟲草害和生理異常等常見植保問題，并結合相關的施藥時期及方法進行虛擬仿真整合，對病蟲草害的發生發展過程、施藥方法配備簡短講解。積極采用多媒體、計算機和網絡輔助教學等手段，實現網絡在線觀摩、動態講解、獨立操作、綜合分析及應用的授課形式，幫助學生對知識的理解，同時也加深記憶，定期更新完善虛擬仿真教學內容，可以使學生獲得全面的訓練，對培養學生動手能力、觀察能力、獨立思考能力和創新能力具有重要意義。構建高質量的植物化學保護虛擬仿真教學網絡課堂，力求為今后建立植物化學保護虛擬仿真教學平臺打好基礎。

四、植物化學保護學虛擬仿真實踐教學體系的構建

秉持“屯墾戍邊辦大學，穩疆興疆育人才”的使命，堅持“理論聯系實際，教學結合生產”的辦學方針，突出農業特色，開展農教結合、虛實互補、綠色共享、虛擬仿真的實踐教學活動，旨在不斷豐富和完善植物化學保護理論和實踐教學體系，積極探索高素質創新人才培養新體系和新機制。

主要針對新疆常見害蟲的生活習性、危害特征和綜合防治等方面進行虛擬仿真。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，在內取食并能轉移為害。但這一過程無法在常規實驗課中讓學生觀察到。通過虛擬仿真技術將這一動態過程進行直觀呈現，并配以真實照片，提高學生對棉鈴蟲的識別鑒定能力和科學用藥的方法。

針對病害病原菌的分離鑒定、發生發展規律和綜合防治等方面進行虛擬仿真。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狀物，正面無異常表現；隨病情發展，葉正面逐漸出現黃綠色病斑，邊緣不明顯，葉背白色霜霉狀物常布滿葉片大部，甚至整個葉背；隨后病部變黃枯死，葉正面常呈現多角形病斑。通過虛擬仿真技術，提高學生對葡萄霜霉病的診斷和防控技術水平。

針對雜草的檢疫鑒定、發生發展規律和綜合防治等方面進行虛擬仿真。例如農田雜草灰藜根系發達，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四周形成單一群落。灰藜通過分泌次生代謝產物抑制作物的生長發育，或與作物爭奪地上和地下空間、空氣、水分等影響作物的生長，降低作物的產量和品質。同時灰藜也是致病微生物和害蟲的中間寄主或寄宿地，會導致病蟲害的發生。通過虛擬仿真技術，對除草劑施藥方法配備簡短講解，做到概念清楚、重點突出、邏輯嚴謹、條理分明、語言生動精煉、具有啟發性。

五、結束語

采用虛擬仿真技術用于實踐教學，可以極大的拓展實踐教學的內容，可以讓學生突破現實教學中時空的限制，做到成本低、無污染，有利于提高實踐教學的效果，培養學生創新能力和解決問題的能力。但虛擬仿真實踐教學必須要與傳統真實實驗教學相結合，才能使學生獲得更為全面的知識。

參考文獻

[1]周世杰，吉家成，王華，等.虛擬仿真實驗教學中心建設與實踐[J].計算機教育，2015（9）：5-11.

[2]徐漢虹.植物化學保護（第4版）[M].北京：中國農業出版社，2007.

[3]張煒，崔瑾，成丹.農業生物學虛擬仿真實驗教學資源建設[J].高校生物學教學研究，2015，5（1）：51-56.

[4]馬德英，蔡超，路偉.新媒體技術下課堂教學管理初探[J].科教導刊，2016，263（4）：142-143+171.

[5]楊振德.玉舒中.森林保護學虛擬仿真實驗教學體系的構建[J].教育教學論壇，2016，21（5）：268-270.