實驗簡介：

松材線蟲病是國際重大檢疫性病害，也是新中國成立以來發(fā)生最嚴重的森林病害，對我國林業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展及生態(tài)安全造成巨大威脅。加強松材線蟲病防控工作，對于維護國家生物安全和森林綠色可持續(xù)健康發(fā)展至關重要。注干施藥具有施藥精準、減藥增效、對環(huán)境友好的特點，是近年來發(fā)展起來的森林病蟲害綠色防控新技術。松材線蟲病的防控對象多為成年大樹，天然生長環(huán)境多分布于山區(qū)以及貧瘠的山坡，對場所要求高；實驗通常需要1~3年，學生難以在課程期完成整個實驗；注干施藥防效評價需砍樹取樣，破壞性實驗不可逆。因此，基于以往的實驗教學方法很難實現(xiàn)全過程教學，教學效果不佳。本實驗項目依托森林保護學國家級教學團隊、生物農藥高效制備技術國家地方聯(lián)合工程實驗室等平臺，利用虛擬仿真技術真實開發(fā)了“松材線蟲病注干施藥綠色防控新技術虛擬仿真實驗”，將多年研究取得的先進科技成果固化為實踐教學內容，通過虛擬仿真實驗，把藥劑配置、施藥技術、防效評估等注干施藥過程簡單化、形象化，還原了極富吸引力的游戲操作式虛擬動畫，已成為林學、森林保護學等專業(yè)的重要教學內容。實驗教學項目已引入森林保護學、植物檢疫學等相關課程，學生普遍反應學習興趣顯著提升，有效激發(fā)了課程學習欲望。與此同時，廣泛應用于林技人員培訓，為森林健康、林業(yè)生物安全、產(chǎn)業(yè)振興提供技術支撐。

實驗背景：

松材線蟲病是國際重大檢疫性病害，對我國生態(tài)安全構成嚴重威脅，造成經(jīng)濟損失上千億元，年均防治經(jīng)費近百億元。本實驗項目依托森林保護學國家級教學團隊、生物農藥高效制備技術國家地方聯(lián)合工程實驗室等平臺，將學科多年來取得的先進科技成果——2.3%甲維鹽注干劑防控松材線蟲病，固化為實踐教學內容，利用虛擬仿真技術真實重建了甲維鹽注干劑配制到林間施藥防治松材線蟲病的整個過程。解決了該實驗對象具有生物危險性、實驗周期長、成本高等難題。可廣泛應用于林業(yè)系統(tǒng)、海關系統(tǒng)相關人員的技術培訓，助力國家生物安全和森林綠色可持續(xù)健康發(fā)展。

1.松材線蟲病注干施藥虛擬仿真實驗的必要性

注干施藥防治松材線蟲是林學專業(yè)核心課程《森林保護學》的重要實踐教學內容，但在實際實驗教學開展的過程中存在諸多問題：

①高危險、高能耗（風險高）：大部分松林山險溝深、樹高林密、路遠地滑，危險性大、能耗高，學生難以到達現(xiàn)場進行沉浸式實體體驗教學；

② 防治周期長（耗時長）：為避免松脂的分泌對藥劑輸送的影響，林間實際注干施藥最佳時間是每年12月至來年2月，這段時間正好是學生寒假期間，而施藥后要到10月份才能進行藥效檢查，與正常教學周期不能對應，采用虛擬仿真可以壓縮“時光卷軸”；（季節(jié)性強：以空間換時間？）

③操作不可逆（不可逆）：注干施藥防治效果評價采用松材線蟲檢測的方法，需要砍樹進行取樣，操作不可逆，存在著對森林的破壞等問題。

采用虛擬仿真形式開展松材線蟲病注干施藥技術的實驗教學，可以有效解決以上問題，因此非常必要。

2.松材線蟲病注干施藥虛擬仿真實驗的適用性

該項目可用于校內外林學、森林保護、植物保護本科生、研究生等實驗教學，也可用于相關企業(yè)人員的技術培訓。學生通過該實驗掌握的樹干注藥技術，畢業(yè)后除了可用于指導培訓松材線蟲專業(yè)施工隊外，還可在古樹名木、城鎮(zhèn)公園、美麗鄉(xiāng)村、傳統(tǒng)古村落、自然保護區(qū)、森林公園、風景名勝區(qū)等重要區(qū)域大力推廣應用。

設計原則：

（1）科研反哺教學，符合創(chuàng)新型人才培養(yǎng)規(guī)律的實驗設計

項目選題面向國家生態(tài)安全重大需求，針對松林最重大的檢疫性病害“松材線蟲病”注干施藥防控開展，實驗后臺數(shù)據(jù)來源于本學科團隊多年科研成果，包括國家教育部科技進步二等獎1項，梁希林業(yè)科技進步二等獎1項，為本實驗項目的開發(fā)提供了強大的數(shù)據(jù)支撐，促進最新成果和知識向課堂的轉移，體現(xiàn)了創(chuàng)新性和高階性，是科研反哺教學的典型案例。各實驗模塊和環(huán)節(jié)均精心構思和設計，層層遞進、環(huán)環(huán)相扣，將知識學習和能力提升有機融合，培養(yǎng)學生科學嚴謹?shù)乃季S方式和解決復雜問題的綜合能力。

（2）以學生為中心，教學方法突出自主性和探索性

采用“情景浸入式+自主探究式”的互動式實驗教學方法，構建認知、實踐和探索模塊，引導學生在虛擬仿真項目中探索各種實驗可能性，激發(fā)學生的學習興趣和主觀能動性。實驗首先模擬接到國家林草局的病害防治任務，學生進入高度仿真的虛擬環(huán)境中，身臨其境地參與松材線蟲病樣地調查、注干施藥及防效檢查的全過程，在完成各環(huán)節(jié)任務和解決問題的過程中，通過自主學習、自主設計、自主探索，獲取知識，增強了學生的創(chuàng)新意識和能力。

（3）全過程、多層次考核，成績評價客觀合理

采用多層次考核方式全面評價學生的實驗效果，注重對學生自主學習能力、實驗能力及綜合學習成果的考核。自主學習考察學生容錯式探究實驗中分析問題、解決問題的能力等；實驗能力考察學生的實驗參與度、實驗的操作規(guī)范性、儀器操作和實驗報告等；綜合學習能力主要考察探究式學習過程中對實驗結果與現(xiàn)象的分析能力。

（4）加強生態(tài)育人思政元素

以松材線蟲病導致大面積松樹枯死、引發(fā)生態(tài)災難的震撼場景開場，通過提供豐富的松材線蟲病相關資訊，激發(fā)學生投身保護森林、守護綠水青山的情懷；實驗過程中注干施藥量過多或過少均會給松林帶來毀滅性災難，引導學生嚴謹治學、熱愛專業(yè)、為行業(yè)發(fā)展和生態(tài)安全作出貢獻，增強學生的社會責任感和使命感。

實驗目標：

本實驗以我國重大檢疫性病害松材線蟲病為例，依托多年科學研究積累的數(shù)據(jù)構建高度仿真的實驗教學場景，呈現(xiàn)2.3%甲維鹽注干劑防治松材線蟲病的全過程，在接近真實的場景中開展病害防治實驗，通過層層遞進、環(huán)環(huán)相扣的內容設計，以及任務驅動式、容錯式、自主探究式等教學方法，最大限度激發(fā)學生的學習興趣，引導學生自主學習、自主設計、自主探索，力求實現(xiàn)以下教學目標：

知識目標：掌握松材線蟲病的典型癥狀特點、松材線蟲的形態(tài)鑒別關鍵特征，松材線蟲病侵染機制；掌握注干施藥的操作過程和要點；了解2.3%甲維鹽藥劑進入樹體的原理和在樹體內的傳導與分布。

能力目標：掌握注干施藥的藥劑選擇與配制方法，注干施藥技術與防治效果評估方法，綜合運用知識解決實際問題的能力；具備自主學習、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)與科學研究能力；

素質目標：讓學生體驗松材線蟲病對我國生態(tài)安全與森林健康的威脅，激發(fā)學生投身保護森林、守護綠水青山的情懷；實驗過程中注干施藥量過多或過少均會給松林帶來毀滅性災難，引導學生嚴謹治學、熱愛專業(yè)、為行業(yè)發(fā)展和生態(tài)安全作出貢獻，增強學生的社會責任感和使命感。

實驗要求：

1）專業(yè)與年級要求

專業(yè)要求：林學、森林保護學、生物技術等相關專業(yè)。 年級要求：大二至大四的本科生級相關專業(yè)研究生。

（2）基本知識和能力要求

基本知識：具備一定的微生物學、植物學、普通生物學、樹木學、植物病理學、試驗設計與統(tǒng)計等專業(yè)基礎知識；

能力要求：掌握計算機基礎和應用能力、實驗方案設計能力、實驗結果的綜合分析等能力。具備查閱文獻能力，了解該病害的國內外最新研究進展。