森林培育学虚拟仿真实验教学体系构建的思考与建议

李树斌　景芸　倪川

摘 要：近年来，虚拟仿真教学在实验教学中发挥了越来越大的作用，该文基于森林培育学实验内容多样、周期长、实践性强、系统性强及实验场所开放性强的特点及存在的问题，论述了森林培育学虚拟仿真实验教学体系的特点与优势，提出了有利于森林培育学虚拟仿真实验教学体系建设可持续发展的建议。

关键词：森林培育学；虚拟仿真；实验教学；必要性

中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）17-0170-03

Abstract：In recent years，virtual simulation teaching plays a more and more important role in experiment teaching.Based on the characteristics with content diversification，long period，strong practicality，strong system and experiment places strong openness and existing problems of silviculture experiment，this paper discusses the characteristics and advantages of silviculture virtual simulation experiment teaching system and puts forward some suggestions on the sustainable development of silviculture virtual simulation experiment teaching system construction.

Key words：Silviculture；Virtual simulation；Experiment Teaching；Necessity

森林培育学是一门实践性很强的学科，主要论述森林营造及培育的理论及技术，实践教学在该学科的教学中占有举足轻重的地位[1]。为了满足现代林业生产对高等林业类专业人才的需求，就要不断地对传统的实验教学模式进行改革与创新。近些年，虚拟仿真技术的兴起，为森林培育实验教学模式的变革提供了新的契机，虚拟仿真技术综合应用虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库以及网络通讯等技术，通过构建逼真的实验操作环境和实验对象，使学生在开放、自主、交互的虚拟环境中开展高效、安全且经济的实验，进而达到真实实验不具备或难以实现的教学效果[2-3]，将虚拟仿真技术引入森林培育实践教学，实现虚拟仿真技术与实践教学有机结合，不仅可以实现森林培育学实践教学模式的深层次变革，而且也是推动教育信息化建设的重要力量。

1 森林培育学实验的特点及存在的问题

森林培育学在我国农林院校广泛开课，主要目的是使学生明确我国造林工作的方针、任务，系统掌握造林和营林的基本理论和生产技术的学科[4]。作为一门实践性很强的学科，森林培育学实验具有以下主要特点和问题：

1.1 实验内容多样 森林培育学是一门实践性很强的学科，内容涉及森林培育的全过程，包括林木种子生产、苗木培育、森林营造、森林抚育及主伐更新等技术内容。每块技术内容又包括多项更小的技术内容，例如，现代苗木培育主要采用组培育苗和轻基质育苗技术，组培育苗和轻基质育苗有着完全不同的生产要求，组培育苗又包括温度控制、光照控制、激素种类及浓度调节、培养基种类选择及生产时间节点选择等技术内容；森林营造包括造林规划设计、林地清理及整地、种植点配置、基肥配施、密度设置、栽植方式等多个环节。

1.2 实验周期长 林木的生长需要遵循一定的自然生长规律，特别是木本植物的生长需要更长的时间周期，很多林业生产环节的进度无法进行人为干预。例如育苗技术，学生可以短时间了解现代化苗木生产作业方式，但是育苗技术繁琐，周期长，学生难以完成整个苗木培育过程的实验，往往不能理解或掌握育苗技术关键的问题[5]。在营林设计上，学生可以选择纯林或不同比例、不同树种的混交林，进行不同林分类型设计，但是现实中无法实现各种林分类型的快速评价，因为这可能需要在营林多年后才能去获得评价结果。

1.3 实验实践性强 按照培养计划安排，学生可以通过以教师为中心的传授式教学模式，较为系统的学习森林培育课程的相关理论知识和林业生产过程，但是，传统静态的多媒体课堂教学和片段化的实验实习很难激发起学生的学习热情，反而会使学生形成惰性，造成思维能力下降，限制了学生思维能力和想象力的发挥[5]。往往会出现在学期间考试成绩很好，但是真正走向相关林业生产岗位的时候，在林业生产实践中动手能力不足，很难得到用人单位的认可，就业满意率不高，反过来学生又对学校的培养模式表现出不满。因此，在现代化林业人才的培养过程中必须要不断加大生产实践环节在森林培育教学中占的比重。

1.4 实验系统性强 森林培育是一门系统性的实践性课程，从一粒小小的种子的产生到最后的林木成材的获得，中间经历了苗木培育、森林营造、森林抚育及林木采伐等多个连续性的生产环节，每一个环节都有其特定的生产时间和技术规范，任何一个环节出现问题，都会直接影响到整个林业生产过程的进行，例如森林抚育过程中的病虫害防治环节，如果没有进行病虫害预防或出现病虫害后没有及时采取有针对性的防治措施，可能会造成林木的大面积发病或最终死亡，导致整个林业生产过程的失败。

1.5 实验场所开放 森林培育的培养目标是培养适应新时期创新型、复合型的林业人才，最终服务于林业生产实践。这就决定了森林培育实验教学的场所不能仅是局限于室内，而是要创造更多的条件，让学生走出实验室，走进教学苗圃、教学实验林场，深入生产一线，开展更为多样化的实验及生产实践活动。

2 森林培育学虚拟仿真实验教学体系的特点与优势

森林培育虚拟仿真实验教学体系的构建，不仅推动传统森林培育实验教学在教学思想、教学方法、实验内容、实验手段等方面的改革和创新[6]，而且可以激发学生创新性思维和学习热情，稳步提升人才培养质量。

2.1 改善以教师讲授为中心的教学模式，提高学生的教学参与度 随着现代科学技术进步，学生对各种新的科学技术产生浓厚兴趣，将虚拟仿真技术引入森林培育实验教学，实现虚拟现实和人机交互，提高了实验教学过程的趣味性，极大地提高了学生的主动学习和教学参与热情。学生可以实现理论知识和生产实践的有机结合，在这种结合过程中发现问题，在与老师的交流中解决问题，使学生通过观察、联想、识别，从感性到理性，从直观到思维，对整个林业生产过程形成系统性的认识。

2.2 可进行长周期、系统性的实验 虚拟仿真技术可以让学生身临其境，能直观地进行无法全程参与的实验或实践活动，可以有效解决森林培育实验或实践活动周期长和系统性强的问题。在林分抚育上，学生可以通过虚拟仿真系统，开展抚育措施的相关虚拟仿真实验，现实中不同抚育措施对林分产生的影响，需要很长一段时间才能体现出来，但通过虚拟仿真系统程序，可以直接获取预定时间后的实验结果，有效节省了时间。时间成本的降低，可以让学生在有限的时间内开展多方面的实验或实践活动，有效保证了森林培育实验教学的系统性。

2.3 课前课后可重复进行实验 虚拟仿真系统可以完全向学生开放，学生可以通过自己的学号登录仿真系统，在课前预习阶段就可以自己尝试开展相关虚拟仿真实验，提高了预习效果，课上及课下可以根据教师的理论知识讲授，再次进入系统进行更加全面及合理的仿真实验，既可以加深对书本枯燥理论知识的理解程度，又可以对实验步骤和林业生产环节产生更加直观的认识。虚拟仿真技术前期投入较大，后期主要依靠电子计算机运行即可，在很大程度上节约了实践教学的成本和师资成本的投入。

2.4 实验场所更加开放 传统的森林培育实验教学或实践活动，主要是在教学实验林场、实验室、教学实习苗圃及温室内进行，在场地和时间上具有一定的约束性，例如在实验林场开展的生产实践活动，往往会因为天气、生产需要及人力问题等因素，不得不缩短时间、更改时间甚或取消，达不到预期的培养目标。虚拟仿真技术完全可以摆脱场地、时间、天气等因素的影响，学生既可以通过实验室机房电脑，又可以通过自己的电脑或手机登陆系统，按照教师安排有序开展相关教学实验或实践活动，虚拟仿真技术在极大程度上拓展了森林培育实验教学的时空空间。

3 森林培育学虚拟仿真实验教学体系构建的思考与建议

3.1 建立和完善优质实验教学资源共享的长效机制 目前，全国各大高校都加大了网络教学实验室建设，建设了大量实验教学资源，但是由于资源信息渠道不畅，管理体制和运行机制不完善，优质教学资源的持续性共享受到很大限制，资源不均衡现象依然严重。森林培育学虚拟仿真实验教学体系的构建要充分发挥教育部门、高校、科研机构、企业和其他社会力量的多元主体作用[2]，建立一支由一线教师、实验技术人员、专业队伍及企业工程师组成的技术队伍，共同开发，协同推进虚拟仿真实验教学资源建设。积极利用云计算、云存储等先进的计算机网络技术，将分散的多个虚拟仿真实验中心互联互通，构建开放、互动、智能型的云平台，实现更多资源的优化与分享[7]。

3.2 提升教师信息技术应用能力 将以信息技术为主导的新技术、新媒介和新概念引入到传统学科的实验教学中，首要的问题是提高教师有效应用信息技术的能力素质，否则难以取得实效[2]。这需要学校或学院既要对教师提出明确要求，又要采取强有力的措施，加大对相关任课教师相关技能的培训力度，并制定相应的激励政策，鼓励教师积极投入到实验教学改革、实验模式创新和新技能的应用研究中来。

3.3 虚实结合完善森林培育学实验教学内容 虽然虚拟仿真技术实现了通过构建逼真的实验操作环境和实验对象，使学生在开放、自主、交互的虚拟环境中开展高效、安全且经济的实验，进而达到真实实验不具备或难以实现的教学效果[2-3]，但是在现实的实验教学中，还是需要根据学科特点，科学规划、统筹安排虚拟仿真实验教学所占的比重，不能把任何实体实验都进行简单虚拟化，应以提高学生实践创新能力为根本出发点，将虚拟实验与实体实验紧密结合，提高实体实验效果。

4 结语

推动森林培育学虚拟仿真实验教学体系建设，既是解决实践教学环节薄弱的有效途径，又是高等教育信息化的必然趋势。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》和《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》对高等教育信息化提出了明确的要求[2]。推动现代信息技术与教育教学的深度融合，既为实验室注入了新的活力，又为推进实验教学改革与创新型农林人才的培养增添了新的动力。

参考文献

[1]赵桂玲，刘明国，陆秀君，等.森林培育学实践教学创新体系构建及实现初探[J].中国林业教育，2005（4）：16-18.

[2]王卫国.虚拟仿真实验教学中心建设思考与建议[J].实验室研究与探索，2013，32（12）：5-8.

[3]张敬南，张镠钟.实验教学中虚拟仿真技术应用的研究[J].实验技术与管理，2013，30（12）：101-104.

[4]余旋，赵忠.森林培育学课程实践教学体系的构建与实践[J].大学教育，2016（3）：121-123.

[5]杨梅，吴英，潘晓芳，等.虚拟仿真技术在森林培育学实践教学中的应用设想[J].教育教学论坛，2016（3）：283-284.

[6]杨振德，玉舒中.森林保护学虚拟仿真实验教学体系的构建[J].教育教学论坛，2016（21）：268-270.

[7]刘亚丰，余龙江.虚拟仿真实验教学中心建设理念及发展模式探索[J].实验技术与管理，2016，33（04）：108-114.

（责编：徐焕斗）