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行业特色院校构建虚拟仿真实验平台研究

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行业特色院校构建虚拟仿真实验平台研究

我国传统的行业特色院校数量多,分布广,为我国培养了大量高素质的专业人才。随着互联网信息技术的飞速发展,行业特色院校人才培养也面临着新的机遇和挑战。如何发挥行业学科专业固有优势,借助先进的信息技术手段提升实验教学质量,这对于行业特色院校进一步深化教育改革提高教育质量和效益具有深远意义。

一、行业特色院校专业实验平台建设的现状

(一)仪器设备使用效能低,尚未形成共享使用机制

目前植物保护学实验平台硬件条件建设已成规模,但是存在较为分散的分布格局,同时,由于相关建设经费来源不同,专业建设经费管理体制僵化,存在着重复建设现象,如植物病理学实验室与昆虫生理生化实验室有同样的实验设备,数量表现比较好看,但尚未形成仪器使用的共享机制,造成实验资源分散与浪费,无法充分满足实际专业人才培养过程中的实验教学需要。

(二)实验平台建设盲目性大,无法满足专业实验需要

由于缺少系统规划,实验平台建设存在较大的盲目性,尤其是植物保护学专业多数实验具有长周期等特殊性,碎片化的实验内容安排已经很难提高学生实验动手能力。以昆虫生长发育实验为例,因其生活周期比较长,静态化的标本展示难以动态化展现昆虫生物体的发育全过程,导致学生不能整体把握昆虫不同虫态的变化,学生缺乏系统的专业实验训练,使学生走向实际工作岗位时不知所措。

(三)实验标本相对不足难以支撑实际教学需要

植物保护专业需要的实验标本种类繁多,且各标本有着不同的理化性质,很容易受外界温度、湿度、空气、日光等方面的影响,从而引起变异现象,所以,即便花费了很多精力采集到实验标本,但由于种种因素导致合格有效的实验标本损坏,难以满足日益增长的实验教学要求。

二、行业特色院校构建虚拟仿真实验平台的必要性

随着科学技术飞速发展,虚拟仿真实验平台应运而生,它有效缓解传统实验时间与空间之间的矛盾。借助电子信息技术手段,可以全景式展示实验对象的动态变化规律,对于提高学生的比较鉴别力具有积极作用。同时,从节约实验时间、经济成本上看,虚拟仿真实验平台也具有其他传统实验无法比拟的优势,借助仿真实验能够显著提高教学质量和效率。因此,积极构建仿真实验平台已经成为众多行业院校的一个发展趋势。由于林业行业本身的特色,林木生长过程、野外病虫害调查等通常需要耗费大量的时间,许多相关实验内容通常难以在实验室中按时完成,依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通信等技术,构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象,使学生可以在虚拟环境中开展实验,可以更进一步理解、掌握课堂所学的知识,进一步提高人才培养质量。因此,加强虚拟仿真实验教学中心建设,拓展丰富的虚拟仿真实验项目,将更有利于知识的传播,对于真正培养和提高学生的创新能力和实践能力将会发挥不可替代的作用。

三、行业特色院校构建虚拟仿真实验平台的途径

南京林业大学植物保护学专业始建于20世纪50年代,依托树木学、生态学、森林昆虫学和植物病理学等骨干学科支撑,该专业在师资力量,实验平台建设等方面已经形成了较强的社会影响力。2009年,植物保护学专业充分借助现有的实验教学资源,围绕“树—森林—病虫害—综合防控”开展了虚拟仿真实验平台基础建设,充分体现虚实结合、相互补充、能实不虚的原则,实现了真实实验不具备或难以完成的教学功能。

(一)构建重大检疫性病害虫仿真实验体系

结合林业行业本身的特色,林木生长过程、森林生长、重大检疫性病虫害发生情况的调查等通常需要耗费大量的时间,学校依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通信等技术,构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象,构建松树线虫虚拟仿真、林木常见害虫危害仿真、害虫综合防治虚拟仿真等模块化实验内容,同时配套跟进了资源、平台、队伍和制度等方面的建设,建立了虚拟仿真实验教学资源开放共享管理平台,形成了持续服务实验教学、保障品质实验教学资源开放共享的有机整体。

(二)构建“植物保护学虚拟仿真实验教学中心”管理平台

建立南京林业大学植物保护学虚拟仿真实验教学中心网站,实现了实验室信息的网络化管理。为满足实验教学办公网络化和实验管理信息化的要求,建立了中心信息开放平台。通过网络化的管理使实验室基本信息、相关规章制度、实验课程简介、实验教材、多媒体课件、教学案例、仪器使用手册及教学成果图片等实验教学资源实现了共享。方便学生进行网上学习和资源共享。

(三)构建植物病虫害标本管理信息系统

植物保护学专业还可与校内其他部门合作,利用JSP(Javaserverpages)和Microsoftofficeaccess等软件开发工具,构建植物病害标本管理信息系统。近年来,南京林业大学依托我国南方地区重大检疫性病虫害实验建设项目,组织专业化的人员对危害杨树、柳树、马尾松、黑松等寄主植物上的松墨天牛、光肩星天牛、大袋蛾、尺蛾、日本松干蚧、松突圆蚧、华山松大小蠹、美国白蛾害虫的标本进行电子数据的入库建档工作,通过建设高质量的害虫标本信息库,有效支撑了林学、植物保护、园林学等专业的实验教学需要。

(四)构建网络管理平台

教师或学生进入相关网站进行注册或登录后,即可及时查阅实验室,了解实验仪器名称、数量和使用状态,选择所需要的实验设备和实验室房间进行预约;同时可以查阅相关设备的主要性能和使用方法说明。这就为使用者及实验管理人员提供了方便,也明显提高了设备和实验室的使用率。学校教务处主管学生的教学和毕业设计、毕业实习、毕业论文的质量管理。教师和学生可以轻易地通过教务网查询实验教学、毕业论文等各种相关信息。学生可以充分利用学校网络资源,从毕业论文研究的选题、开题,到论文中期检查、提交、评审、修改,以及成绩考评和登录等,全部实行网络化管理。

四、构建虚拟仿真实验平台的效果

通过构建植物保护学专业仿真实验平台,不仅提升了实验教学条件,也有力提升了人才培养质量。近年来,学校主要围绕植物保护学专业基础实验内容,在森林培育、森林病虫害防治、林木遗传育种、森林经理、水土保持等学科领域,以虚拟仿真的手段和方式拓展实验项目,开发设计了50余项虚拟仿真实验项目,目前已完成详细设计说明书15项,制作完成后将逐渐形成了具有一定特色的植保虚拟仿真实验教学内容。总之,行业特色院校构建虚拟仿真实验平台有效推动了实验教学内容、方法、手段的改革,在实验教学中发挥了不可替代的作用。行业特色院校应该紧紧围绕学校的转型发展和“应用技术型”人才培养目标,着力打造虚拟仿真实验平台,为培养学生的应用实践能力、专业综合能力和创新创业能力创造优势条件,这样才能应对经济发展方式的转变对人才需求的变化。