實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介
滑坡是南方山丘區(qū)主要的一種山地災(zāi)害類型，嚴(yán)重威脅著人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。植物防治措施，通過根系穿插和林冠蒸騰耗水，對(duì)提高滑坡穩(wěn)定性作用顯著。南方山區(qū)淺層滑坡植物防治虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，是南京林業(yè)大學(xué)水土保持團(tuán)隊(duì)，按照“虛實(shí)結(jié)合”的設(shè)計(jì)理念，學(xué)生在線下實(shí)體實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過認(rèn)知、探究、實(shí)踐三個(gè)環(huán)節(jié)的線上實(shí)驗(yàn)，掌握植物根系和林冠蒸騰在滑坡防治中的作用機(jī)理，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)淺層滑坡植物防治方案與防災(zāi)減災(zāi)的能力。
設(shè)計(jì)原則
本實(shí)驗(yàn)本著“能實(shí)不虛、虛實(shí)結(jié)合”的原則，以學(xué)生為主體，通過場(chǎng)景再現(xiàn)和過程仿真的形式，理解淺層滑坡影響因素，根系生長(zhǎng)與抗剪抗拉、林木生長(zhǎng)耗水規(guī)律等基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)植物防治滑坡方案的能力。系統(tǒng)融“虛擬與現(xiàn)實(shí)”、“理論與實(shí)踐”于一體，采用“探究性實(shí)驗(yàn)+自主性設(shè)計(jì)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，通過場(chǎng)景模擬展現(xiàn)不同特征的三維坡面，克服地理空間的限制，實(shí)現(xiàn)根系生長(zhǎng)仿真，林木蒸騰耗水模擬，激發(fā)學(xué)生興趣，促使學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主設(shè)計(jì)防治方案，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，使學(xué)生在學(xué)習(xí)和反思的交互的過程中，架構(gòu)自己的知識(shí)體系，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的有效遷移，從而實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)具備解決復(fù)雜問題的能力和創(chuàng)新思維的高層次專門人才的目標(biāo)。
仿真度高：具體指內(nèi)容真、場(chǎng)景與原理真。內(nèi)容真：本項(xiàng)目的教學(xué)內(nèi)容是水土保持與荒漠化防治專業(yè)開設(shè)的“土壤侵蝕原理”課程的基本單元，教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)要求與真實(shí)課程完全一致；場(chǎng)景與原理真：系統(tǒng)是基于國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目，開展了近十年實(shí)驗(yàn)，獲取了大量真實(shí)可靠根系生長(zhǎng)數(shù)據(jù)、林木蒸騰耗水?dāng)?shù)據(jù)，通過數(shù)學(xué)建模建立根系抗剪抗拉、林木蒸騰耗水與邊坡穩(wěn)定性的關(guān)系，因此虛擬仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果真實(shí)可靠。
交互性強(qiáng)：系統(tǒng)設(shè)立滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、林木生長(zhǎng)固坡分析、植物防治實(shí)踐等三個(gè)環(huán)節(jié)，讓實(shí)驗(yàn)者以第一人稱視角自然快速地融入場(chǎng)景中，身臨其境地體驗(yàn)環(huán)節(jié)?；嘛L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估環(huán)節(jié)，學(xué)生通過觀察判斷法了解坡體的特征參數(shù)，對(duì)坡體穩(wěn)定性作出初步的定性評(píng)估，判斷結(jié)束后，系統(tǒng)自動(dòng)評(píng)分，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。林木固坡分析環(huán)節(jié)，運(yùn)用控制變量法，可以在樹種篩選、密度調(diào)控、固土優(yōu)化3個(gè)子環(huán)節(jié)之間反復(fù)多次操作。每個(gè)子環(huán)節(jié)學(xué)生自主設(shè)計(jì)3個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)方案，探索植物根系生長(zhǎng)過程對(duì)坡體穩(wěn)定性的影響，實(shí)現(xiàn)自我評(píng)價(jià)與提升。植物防治實(shí)踐環(huán)節(jié)，系統(tǒng)給定特定場(chǎng)景的參數(shù)以及任務(wù)要求。學(xué)生在分析場(chǎng)景參數(shù)的基礎(chǔ)上，查看林木固坡分析環(huán)節(jié)的結(jié)果，也可以查看其他同學(xué)的試驗(yàn)結(jié)果。分析規(guī)律后，在特定坡面設(shè)計(jì)樹種、搭配比例、及栽植模式等，通過對(duì)比結(jié)果，實(shí)現(xiàn)生生交互。
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/b>
本實(shí)驗(yàn)從單因素辨析、多因素綜合到方案設(shè)計(jì)三個(gè)不同層次展開，涉及原理、方法、技術(shù)三個(gè)方面，培養(yǎng)學(xué)生研究學(xué)習(xí)與防治減災(zāi)能力。
1）通過植物防治虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，鞏固和加深學(xué)生對(duì)所學(xué)課程《土壤侵蝕原理》、《山地災(zāi)害防治工程學(xué)》和《土力學(xué)》等基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解
2）通過滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估環(huán)節(jié)，學(xué)生了解滑坡發(fā)生的機(jī)制及影響滑坡的重要因素，獨(dú)立完成滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。
3）模擬根系生長(zhǎng)過程，理解并掌握林木根系生長(zhǎng)規(guī)律、根系抗拉/抗剪能力與淺層滑坡關(guān)系，掌握樹種選擇與密度控制對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響作用。
4）模擬林木蒸騰耗水過程，了解林木蒸騰作用與土壤含水量變化規(guī)律，理解并掌握土壤含水量變化與邊坡穩(wěn)定性之間的關(guān)系。
5）通過虛擬植物防治環(huán)節(jié)，理解并掌握不同混交比例、樹種配置和密度設(shè)置對(duì)淺層滑坡防治效果，提高學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)植物防治措施能力。
實(shí)驗(yàn)要求
（1）專業(yè)與年級(jí)要求
專業(yè)要求：水土保持與荒漠化防治及林學(xué)、地學(xué)、生態(tài)學(xué)等相關(guān)專業(yè)
年級(jí)要求：大二至大四的本科生
（2）基本知識(shí)和能力要求
基本知識(shí)：具備一定的高等數(shù)學(xué)、氣象學(xué)、土壤學(xué)、植物學(xué)、生態(tài)學(xué)、土力學(xué)、工程力學(xué)等相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)
能力要求：掌握基本的計(jì)算機(jī)操作，具備初步的專業(yè)分析能力
