“秦嶺生物學野外實踐教育虛擬仿真實驗教學項目”,由陜西師范大學生物學國家級虛擬仿真實驗教學中心根據本科生培養方案規劃開發,是《生物學野外綜合實習》課程的重要教學模塊,是生物科學、生物技術、生態學等相關專業人才培養中不可缺少的一環,也為“西北瀕危藥材資源開發國家工程實驗室”教學、科研和科技扶貧工作提供了基礎性支撐。
教學團隊在項目負責人李金鋼教授的帶領下建設了“秦嶺國家級生物學野外實習基地”。隨著信息技術、智能化技術等的發展,教學團隊在國內率先提出并開發了“秦嶺生物學野外實踐教育虛擬仿真實驗教學項目”。該項目與“野外實習基地”的實地野外實習虛實結合,以虛補實、以虛拓實,實現了動物學、植物學、生態學知識體系的交叉融合,強化學生對生物及其生境一體性的認知,在創新型人才培養、實驗實訓、平臺輻射等方面,取得了較好成效。
常規的生物學野外實習易受復雜多樣的氣候、地形因素和人為干擾活動的影響。“秦嶺生物學野外實踐教育虛擬仿真實驗教學項目”依托的軟件系統重點刻畫秦嶺地區代表性動植物及生態環境,將“長時程實驗短時化,大尺度實驗微縮化”,使學生完整了解和掌握上述宏觀生物學和生態學現象與過程,有效補充了常規生物學野外實習的不足。
“秦嶺生物學野外實踐教育虛擬仿真實驗教學項目”包括“虛擬實訓” 和“虛擬考核”兩個功能模塊。秦嶺主峰太白山海拔3771米,具有我國青藏高原以東最完整的動植物物種垂直分布帶譜。本項目的虛擬實訓模塊根據該地區5種典型生態類型構建出“農林經濟帶”、“闊葉林帶”、“針葉林帶”、“亞高山灌叢草甸帶”和“高山流石灘帶”5個場景。系統預設95種秦嶺地區代表性植物,45種秦嶺地區代表性動物。學生進入該模塊后可以自主實踐野外實習課程中所有實驗項目,不僅可以宏觀查看該地區(場景)的大尺度地形、地貌及區域生態環境,也可近距離放大查看場景中每個動植物的結構形態細節,完成動植物特征識別、分布規律、演化過程及生態統計等等實驗內容。
本項目的虛擬考核模塊要求學生自主完成與考核場景匹配且符合生態分布規律的動植物模型選擇,并根據地形布置出合理的三維生境,通過軟件自帶的拍照功能截取圖片,上傳至教師端服務器,完成考核。虛擬考核模塊可綜合評價學生野外實踐教育中的物種識別、生態系統組成等知識點以及生物學知識體系的完整性。
本項目的虛擬仿真系統支持教師實時監測學生學習進度、指導學生學習過程、評價學生學習效果,實現了教學全過程的師生互動。本項目自投入使用之后,已累計服務生物科學、生物技術及生態學專業本科生1700余人,受到了師生廣泛好評。
本項目將跨越海拔3000米的典型動植物和歷經億萬年形成的生態環境“搬”到課堂,構建動物學、植物學、生態學的立體交叉知識網絡,打造出具有鮮明綜合特征和區域特色的虛擬仿真實驗教學項目。將秦嶺這一生物資源寶庫向社會開放、資源共享、共同提高。
“科學設計、重點突出、開放發共享”。我們將繼續圍繞秦嶺典型生物特點豐富虛擬資源;圍繞教學科研使用需求推進系統便捷性;圍繞資源開放共享提高平臺通用性。讓秦嶺不僅僅在我們的腳下,更在我們的課堂,跨越時空,走向未來。
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