实验简介：
松材线虫病是国际重大检疫性病害，也是新中国成立以来发生最严重的森林病害，对我国林业健康可持续发展及生态安全造成巨大威胁。加强松材线虫病防控工作，对于维护国家生物安全和森林绿色可持续健康发展至关重要。注干施药具有施药精准、减药增效、对环境友好的特点，是近年来发展起来的森林病虫害绿色防控新技术。松材线虫病的防控对象多为成年大树，天然生长环境多分布于山区以及贫瘠的山坡，对场所要求高；实验通常需要1~3年，学生难以在课程期完成整个实验；注干施药防效评价需砍树取样，破坏性实验不可逆。因此，基于以往的实验教学方法很难实现全过程教学，教学效果不佳。本实验项目依托森林保护学国家级教学团队、生物农药高效制备技术国家地方联合工程实验室等平台，利用虚拟仿真技术真实开发了“松材线虫病注干施药绿色防控新技术虚拟仿真实验”，将多年研究取得的先进科技成果固化为实践教学内容，通过虚拟仿真实验，把药剂配置、施药技术、防效评估等注干施药过程简单化、形象化，还原了极富吸引力的游戏操作式虚拟动画，已成为林学、森林保护学等专业的重要教学内容。实验教学项目已引入森林保护学、植物检疫学等相关课程，学生普遍反应学习兴趣显著提升，有效激发了课程学习欲望。与此同时，广泛应用于林技人员培训，为森林健康、林业生物安全、产业振兴提供技术支撑。
实验背景：
松材线虫病是国际重大检疫性病害，对我国生态安全构成严重威胁，造成经济损失上千亿元，年均防治经费近百亿元。本实验项目依托森林保护学国家级教学团队、生物农药高效制备技术国家地方联合工程实验室等平台，将学科多年来取得的先进科技成果——2.3%甲维盐注干剂防控松材线虫病，固化为实践教学内容，利用虚拟仿真技术真实重建了甲维盐注干剂配制到林间施药防治松材线虫病的整个过程。解决了该实验对象具有生物危险性、实验周期长、成本高等难题。可广泛应用于林业系统、海关系统相关人员的技术培训，助力国家生物安全和森林绿色可持续健康发展。
1.松材线虫病注干施药虚拟仿真实验的必要性
注干施药防治松材线虫是林学专业核心课程《森林保护学》的重要实践教学内容，但在实际实验教学开展的过程中存在诸多问题：
①高危险、高能耗（风险高）：大部分松林山险沟深、树高林密、路远地滑，危险性大、能耗高，学生难以到达现场进行沉浸式实体体验教学；
② 防治周期长（耗时长）：为避免松脂的分泌对药剂输送的影响，林间实际注干施药最佳时间是每年12月至来年2月，这段时间正好是学生寒假期间，而施药后要到10月份才能进行药效检查，与正常教学周期不能对应，采用虚拟仿真可以压缩“时光卷轴”；（季节性强：以空间换时间？）
③操作不可逆（不可逆）：注干施药防治效果评价采用松材线虫检测的方法，需要砍树进行取样，操作不可逆，存在着对森林的破坏等问题。
采用虚拟仿真形式开展松材线虫病注干施药技术的实验教学，可以有效解决以上问题，因此非常必要。
2.松材线虫病注干施药虚拟仿真实验的适用性
该项目可用于校内外林学、森林保护、植物保护本科生、研究生等实验教学，也可用于相关企业人员的技术培训。学生通过该实验掌握的树干注药技术，毕业后除了可用于指导培训松材线虫专业施工队外，还可在古树名木、城镇公园、美丽乡村、传统古村落、自然保护区、森林公园、风景名胜区等重要区域大力推广应用。
设计原则：
（1）科研反哺教学，符合创新型人才培养规律的实验设计
项目选题面向国家生态安全重大需求，针对松林最重大的检疫性病害“松材线虫病”注干施药防控开展，实验后台数据来源于本学科团队多年科研成果，包括国家教育部科技进步二等奖1项，梁希林业科技进步二等奖1项，为本实验项目的开发提供了强大的数据支撑，促进最新成果和知识向课堂的转移，体现了创新性和高阶性，是科研反哺教学的典型案例。各实验模块和环节均精心构思和设计，层层递进、环环相扣，将知识学习和能力提升有机融合，培养学生科学严谨的思维方式和解决复杂问题的综合能力。
（2）以学生为中心，教学方法突出自主性和探索性
采用“情景浸入式+自主探究式”的互动式实验教学方法，构建认知、实践和探索模块，引导学生在虚拟仿真项目中探索各种实验可能性，激发学生的学习兴趣和主观能动性。实验首先模拟接到国家林草局的病害防治任务，学生进入高度仿真的虚拟环境中，身临其境地参与松材线虫病样地调查、注干施药及防效检查的全过程，在完成各环节任务和解决问题的过程中，通过自主学习、自主设计、自主探索，获取知识，增强了学生的创新意识和能力。
（3）全过程、多层次考核，成绩评价客观合理
采用多层次考核方式全面评价学生的实验效果，注重对学生自主学习能力、实验能力及综合学习成果的考核。自主学习考察学生容错式探究实验中分析问题、解决问题的能力等；实验能力考察学生的实验参与度、实验的操作规范性、仪器操作和实验报告等；综合学习能力主要考察探究式学习过程中对实验结果与现象的分析能力。
（4）加强生态育人思政元素
以松材线虫病导致大面积松树枯死、引发生态灾难的震撼场景开场，通过提供丰富的松材线虫病相关资讯，激发学生投身保护森林、守护绿水青山的情怀；实验过程中注干施药量过多或过少均会给松林带来毁灭性灾难，引导学生严谨治学、热爱专业、为行业发展和生态安全作出贡献，增强学生的社会责任感和使命感。
实验目标：
本实验以我国重大检疫性病害松材线虫病为例，依托多年科学研究积累的数据构建高度仿真的实验教学场景，呈现2.3%甲维盐注干剂防治松材线虫病的全过程，在接近真实的场景中开展病害防治实验，通过层层递进、环环相扣的内容设计，以及任务驱动式、容错式、自主探究式等教学方法，最大限度激发学生的学习兴趣，引导学生自主学习、自主设计、自主探索，力求实现以下教学目标：
知识目标：掌握松材线虫病的典型症状特点、松材线虫的形态鉴别关键特征，松材线虫病侵染机制；掌握注干施药的操作过程和要点；了解2.3%甲维盐药剂进入树体的原理和在树体内的传导与分布。
能力目标：掌握注干施药的药剂选择与配制方法，注干施药技术与防治效果评估方法，综合运用知识解决实际问题的能力；具备自主学习、创新创业与科学研究能力；
素质目标：让学生体验松材线虫病对我国生态安全与森林健康的威胁，激发学生投身保护森林、守护绿水青山的情怀；实验过程中注干施药量过多或过少均会给松林带来毁灭性灾难，引导学生严谨治学、热爱专业、为行业发展和生态安全作出贡献，增强学生的社会责任感和使命感。
实验要求：
1）专业与年级要求
专业要求：林学、森林保护学、生物技术等相关专业。 年级要求：大二至大四的本科生级相关专业研究生。
（2）基本知识和能力要求
基本知识：具备一定的微生物学、植物学、普通生物学、树木学、植物病理学、试验设计与统计等专业基础知识；
能力要求：掌握计算机基础和应用能力、实验方案设计能力、实验结果的综合分析等能力。具备查阅文献能力，了解该病害的国内外最新研究进展。
