農(nóng)藥學虛擬仿真實驗教學體系的構建

劉祥英 劉開林 胡利鋒 羅坤 劉敏

摘 要：從農(nóng)藥學實驗課程的特點和目前存在的問題出發(fā)，構建農(nóng)藥學虛擬仿真實驗教學的新模式，以期通過虛擬仿真技術構建農(nóng)藥學網(wǎng)絡教學課堂，提高教學效果。

關鍵詞：農(nóng)藥學；虛擬仿真；實驗教學體系

農(nóng)藥學實驗是植物保護專業(yè)的一門主干技術基礎課程，在培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維、鞏固農(nóng)藥學理論知識、提高學生實踐能力方面占有重要的地位。然而，該門課程知識體系龐雜、內(nèi)容多樣，教學活動受到時空、成本、儀器設備、環(huán)境污染等因素的影響，一些實驗在傳統(tǒng)真實的實驗條件下難以實現(xiàn)，這無疑大大降低了學生的培養(yǎng)效果。因此，構建虛擬仿真教學體系，開展虛擬仿真實驗教學，打破農(nóng)藥學實踐教學中受到場地、季節(jié)、實驗成本、危險性以及不可再重現(xiàn)等方面的限制，進而達到預期的教學效果，對培養(yǎng)現(xiàn)代植保創(chuàng)新人才及農(nóng)藥學學科的發(fā)展具有重要的實際意義。

一、 農(nóng)藥學實驗課程的特點和存在的問題

在植物保護一級學科下，農(nóng)藥學是繼植物病理學和農(nóng)業(yè)昆蟲學后的第三大二級學科。中國幾乎所有農(nóng)業(yè)院校都開設了農(nóng)藥學及農(nóng)藥學實驗的相關課程，且大多為必修課，課程名稱常見的有“農(nóng)藥殘留檢測”“農(nóng)藥學概論”“農(nóng)藥生物測定”等，用來培養(yǎng)具有現(xiàn)代思想的應用研究型植保科技人才。該門課程內(nèi)容多樣，涉及生物學、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，部分實驗教學內(nèi)容受到季節(jié)性、供試生物、實驗成本、實驗儀器設備和環(huán)境污染等方面的限制，在真實的教學模式下難以實現(xiàn)。如農(nóng)藥合成、農(nóng)藥加工等實驗教學受經(jīng)費和實驗儀器的限制，難以開設。再如部分實驗會涉及劇毒農(nóng)藥，操作不當會危害學生身體，引起環(huán)境污染，不宜開設。這些不足給學生的學習帶來較大的障礙，難以滿足對知識、能力、素質(zhì)并重的人才培養(yǎng)要求。

二、 開展虛擬仿真實驗教學的必要性

近年來，國家對教育信息化十分重視。2010年《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010～2020年）》被審核通過，其中明確指出：“信息技術對教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視”。隨后，教育部又出臺了《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011～2020年）》，從宏觀戰(zhàn)略的高度提出了建立具有中國特色的教育信息化體系。2013年高等教育司正式發(fā)布“關于開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知（教高司函〔2013〕94號）”，正式?jīng)Q定開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作，要求在涉及高危或極端的環(huán)境、不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或綜合訓練等情況時，根據(jù)虛實結合、相互補充、能實不虛的原則，開展虛擬仿真實驗教學。大量研究表明，虛擬實驗教學在醫(yī)學、計算機、農(nóng)學等諸多領域進行了實踐，的確能達到真實實驗條件下難以實現(xiàn)的教學效果。基于農(nóng)藥學實驗教學的特點和存在的問題，一些實驗受到場地、大型實驗儀器、時間季節(jié)、危險性以及實驗成本等方面的限制，難以在真實實驗教學中實施。因此，構建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象，臨摹實物，拓展實踐領域，降低成本和風險，達到教學大綱所要求的教學目標，提高教學效果，是十分必要的。

三、 虛擬仿真實驗教學體系的構建

（一） 虛擬仿真實驗的模塊

根據(jù)虛實結合、相互補充、能實不虛的原則，構建農(nóng)業(yè)昆蟲、植物病理、農(nóng)田雜草3個模塊，每個模塊包含基礎實驗、專業(yè)技能實驗和綜合創(chuàng)新實驗3個層次。在此基礎上，以農(nóng)藥合成、農(nóng)藥劑型加工、有害生物防控為仿真內(nèi)容，形成了虛實融合，多層次、多模塊、銜接緊密的農(nóng)藥學虛擬仿真實驗教學體系（如圖1）。

（二） 虛擬實驗教學模式應用

為了檢驗虛擬仿真實驗教學模式在實際教學中的應用效果，擬以植物保護（卓越）班為檢驗班，采取虛擬仿真實驗與真實實驗教學相結合的模式；擬選取一個與卓越班人數(shù)相當?shù)闹参锉Ｗo普通班為對照班，僅采取真實實驗教學的模式。在授課前一天布置檢測班學生完成了預習任務，包括觀看虛擬實驗演示并思考實驗改進方案，復習教學目標、實驗原理及側重點，以上任務都在虛擬實驗平臺完成，對照班則由學生自主進行常規(guī)預習。課堂上，檢測班先按照教材方案真實實驗，再播放其微觀實驗原理虛擬視頻，并要求學生在虛擬實驗平臺上進行創(chuàng)新優(yōu)化實驗設計，并完成優(yōu)化實驗。課后根據(jù)需要無限制地重播實驗，直到徹底掌握實驗原理，隨時在線問答，教師掌握學生學習動態(tài)。對照班的學生只通過課件觀看優(yōu)化實驗，在課堂進行真實實驗教學，允許后面的學生上臺觀察現(xiàn)象。

（三） 教學效果評價體系

根據(jù)檢測班和對照班學生的課堂表現(xiàn)、實驗操作技能的掌握、分析問題和解決問題的能力等評價應用效果。教學效果評價包括三個部分：第一部分是學生平時實驗操作和實驗報告的成績，主要考查學生的動手能力和分析問題的能力。第二部分是期末考核，采用現(xiàn)場答題和操作相結合，以抽簽方式隨機抽取問題，主要考查分析問題和解決問題的能力。第一部分和第二部分的成績比重分別為70%和30%。第三部分是問卷調(diào)查，此部分不記入考核成績，僅供實驗教師了解學生對虛擬仿真實驗教學的看法、心得和對學生課堂專注力、學生對實驗課的興趣、學生學習自主性的影響等。

四、 結語

采用虛擬仿真技術用于實驗教學，可以突破真實教學中的限制，提高教學效果，但是虛擬仿真實驗只能作為真實實驗的補充和拓展，并不能完全替代傳統(tǒng)的真實實驗。因此，農(nóng)藥學虛擬仿真實驗必須與傳統(tǒng)的真實實驗相結合，使學生獲得全面的實驗訓練，為深化教學改革和培養(yǎng)卓越、專業(yè)的植保人才開辟了一條新的途徑。（通訊作者：胡利鋒）

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作者簡介：

劉祥英，劉開林，胡利鋒，羅坤，劉敏，湖南省長沙市，湖南農(nóng)業(yè)大學植物保護學院。