南方山区浅层滑坡植物防治虚拟仿真实验

南方山区浅层滑坡植物防治虚拟仿真实验

本实验本着“能实不虚、虚实结合”的原则，以学生为主体，通过场景再现和过程仿真的形式，理解浅层滑坡影响因素，根系生长与抗剪抗拉、林木生长耗水规律等基础知识，培养学生设计植物防治滑坡方案的能力。系统融“虚拟与现实”、“理论与实践”于一体，采用“探究性实验+自主性设计”的实验教学方法，通过场景模拟展现不同特征的三维坡面，克服地理空间的限制，实现根系生长仿真，林木蒸腾耗水模拟，激发学生兴趣，促使学生自主学习、自主设计防治方案，充分调动学生学习的积极性和主动性，使学生在学习和反思的交互的过程中，架构自己的知识体系，实现知识的有效迁移，从而实现培养具备解决复杂问题的能力和创新思维的高层次专门人才的目标。 仿真度高：具体指内容真、场景与原理真。内容真：本项目的教学内容是水土保持与荒漠化防治专业开设的“土壤侵蚀原理”课程的基本单元，教学目标和教学要求与真实课程完全一致；场景与原理真：系统是基于国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目，开展了近十年实验，获取了大量真实可靠根系生长数据、林木蒸腾耗水数据，通过数学建模建立根系抗剪抗拉、林木蒸腾耗水与边坡稳定性的关系，因此虚拟仿真实验结果真实可靠。 交互性强：系统设立滑坡风险评估、林木生长固坡分析、植物防治实践等三个环节，让实验者以第一人称视角自然快速地融入场景中，身临其境地体验环节。滑坡风险评估环节，学生通过观察判断法了解坡体的特征参数，对坡体稳定性作出初步的定性评估，判断结束后，系统自动评分，实现人机交互。林木固坡分析环节，运用控制变量法，可以在树种筛选、密度调控、固土优化3个子环节之间反复多次操作。每个子环节学生自主设计3个对比实验方案，探索植物根系生长过程对坡体稳定性的影响，实现自我评价与提升。植物防治实践环节，系统给定特定场景的参数以及任务要求。学生在分析场景参数的基础上，查看林木固坡分析环节的结果，也可以查看其他同学的试验结果。分析规律后，在特定坡面设计树种、搭配比例、及栽植模式等，通过对比结果，实现生生交互。