虚拟仿真技术在森林培育学实践教学中的应用设想.docx

虚拟仿真技术在森林培育学实践教学中的应用设想摘要：本文基于森林培育实践教学目标与特点构建了森林培育技术虚拟仿真实践教学设计内容讨论了虚拟仿真实验对于培养学生创新能力与提高实践教学效果方面的作用和效果。关键词：仿真技术；实践教学；森林培育中图分类号：G642.41文献标志码：A文章编号：1674-9324（2016）03-0283-02森林培育学是一门实践性很强的学科包括林木种苗繁育、森林营造、森林抚育、主伐更新等技术内容[12]。实践教学作为理论教学延伸和验证更具有直观性在提高学生吸收理论知识、掌握基本技能、增强操作能力方面起着重要作用[3]。如何将新的教学手段与这门传统课程结合、更好地服务于教学活动、提高森林培育学实践教学效果是当务之急。虚拟仿真实验将网络通讯技术、多媒体教学、数据库结合起来实现人机交互能够实现传统实验教学模式不能达到或难以实现的教学效果。随着虚拟仿真实验教学在各种教育领域的应用逐渐增多必将对传统的实验教学的教学体系、教学模式、教学内容、教学手段等产生深刻的影响[4]。一、森林培育虚拟仿真实践教学建设提出的背景森林培育是从林木种子、苗木、造林到林木成林、成熟的整个培育过程中按既定培育目标和客观自然规律所进行的综合培育活动是森林经营活动的主要组成部分和基础环节。森林培育学包括良种壮苗培育、造林、林分抚育、主伐更新等内容具有明显的技术性、实践性、区域性和学科前沿性是林学专业的主干课程和重点课程。由于森林培育过程周期长、工序复杂有些实验因存在危险性而难以在现实场景中实施理论教学内容与生产实践需求不同步使得学生不能全程参与和体验生产实践技术与效果而静态的多媒体课堂教学和片断化的实验实习容易导致学生形成惰性造成思维能力下降。现代林业的整体发展森林培育规模和质量的提高科技成果在生产中的推广应用生产基地的布局和项目管理的运行等所提供的经验没有完全充实到森林培育的教学去也限制了学生生产实践能力的提高。通过虚拟仿真实验将森林营造与培育过程置于直观、生动、形象的生产实践场景中课程教学与实践教学相吻合实现教与学的互动性使学生的想象力、思维能力得以充分发挥在此过程中思考如何利用森林培育技术提高森林生产力从而进一步完善学生的知识结构和技能培养、提升教学质量和效果。二、森林培育虚拟仿真实践教学设计1.森林培育虚拟仿真实践教学模块设计。森林培育是一门综合性的实践性强的课程涉及与林木生长相关的基础理论及林分经营的专业课程同时又需要应用3S技术以解决营林设计的问题因此在进行森林培育虚拟仿真实践教学设计时根据林木的生长发育阶段及相应的技术要点设置了三个模块的仿真实验见表1。2.林木工厂化育苗技术虚拟仿真实验。随着林业科技的发展在林木良种化和无性系化的基础上林木育苗已实现了工厂化生产包括组培育苗和轻基质容器育苗技术。该部分对于学生学习现代化育苗生产作业方式、掌握规模化组织苗木生产和经营具有重要的指导作用。由于育苗技术繁锁、培育时间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关键技术。通过模拟林木组织培养以及容器育苗等过程使学生在学习理论课的同时通过直观演示与操作系统地掌握工厂化育苗的全过程。3.人工林造林技术虚拟仿真实验。人工林造林技术包括造林规划设计、林地清理、整地、种植点配置、施基肥、密度设置、栽植等环节这是人工林高产栽培的首要部分。在课程授课中讲解了造林技术并进行了部分环节的操作但由于造林技术环节跨越冬季、春季以至夏季三个季节生产时间长个别工序与理论教学时间不能匹配且涉及范围广、技术内容多、实习成本高等因素使学生不能深刻理解和感知工程造林的环境与技术要求不能将基础理论与实践相结合。选择南方种植面积最大的桉树、杉木、马尾松作为培育对象采用虚拟仿真技术对人工林造林各个环节进行模拟从而激发学生的学习兴趣和积极性提高学习效果。4.人工林抚育技术虚拟仿真实验。加强人工林的抚育管理创造良好的环境条件及时调控林木的生长发育是保证桉树成活、成材的关键。一般在造林后的三年内需要进行林分抚育主要包括除草、施肥、修枝、间伐等技术。各技术环节所实施的季节不同而且林木资源消耗大、技术复杂、成本高在有限的学习周期内无法全程参与、跟踪和感知林分抚育的实施及效果并且除草剂的使用涉及用药危险性和林分安全性的问题这些因素学生实训实验受到限制。采用虚拟现实技术通过人机互动、场景重现的方式综合运用相关的理论知识体验和掌握人工林抚育各个环节过程。三、森林培育虚拟仿真实践教学的功能与效果虚拟仿真实验教学平台建设是丰富森林培育实践教学资源推动信息化条件下传统教学方法的转变强化对学生实践能力、创新能力和科学素养的重要途径同