胡凝　肖薇　李永秀

摘 ?要： 作物光溫反應特性是農業(yè)氣象學重要的知識點，在指導花期調控方面具有很強的應用價值。鑒于傳統(tǒng)的實驗教學存在的諸多不足，將混合式學習理論應用于實踐教學，基于雜交稻制種過程中的花期相遇和氣象災害問題，設計雜交稻制種播期預測虛擬仿真實驗。該實驗以Unity3D為開發(fā)平臺，實現(xiàn)了水稻生長發(fā)育過程的虛擬展示，改變光溫條件后可以直接觀察到發(fā)育速度的變化，輸入不同的父母本播種期后可以顯示制種結果的差異性。實驗結果表明，通過人機交互不僅加深了學生對光溫反應特性的理解，更提高了學生的系統(tǒng)分析和綜合設計能力。

關鍵詞： 雜交稻; 播期預測; 虛擬仿真; 光溫反應; 開發(fā)平臺; 人機交互

中圖分類號： TN911?34; TP391; S16 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2020）24?0079?03

Design and implementation of virtual simulation experiment for prediction of sowing time for hybrid rice seed production

HU Ning， XIAO Wei， LI Yongxiu

（School of Applied Meteorology， Nanjing University of Information Science and Technology， Nanjing 210044， China）

Abstract： The characteristic of photo?thermo reaction of the crop is an important knowledge point in agricultural meteorology， which has a high application value in florescence control. In view of the fact that the traditional experimental teaching has many shortcomings， the blended learning theory is applied to practice teaching. The virtual simulation experiment for prediction of the sowing time for hybrid rice seed production was written on the basis of florescence synchronization and meteorological disasters in the seed production process of hybrid rice. In this experiment， the Unity3D is used as the development platform to realize the virtual display of growth and development process of the rice. Students can directly observe the change of growth speed after changing the photo?thermo conditions. The difference of seed production results can be displayed after inputting different sowing time of rice male and female parents. The experimental results show that， with the human?computer interaction， students′understanding of the characteristics of photo?thermo reaction is deepened， and students′abilities of system analysis and comprehensive design are improved.

Keywords： hybrid rice; sowing time prediction; virtual simulation; photo?thermo reaction; development platform; human?computer interaction

0 ?引 ?言

虛擬仿真實驗是我國高校實踐教學的重要發(fā)展方向[1]，突破了傳統(tǒng)教育的壁壘，可以為學生的探究式自主實驗、合作式學習和創(chuàng)新性實踐提供先進的手段和開放的平臺，隨時應對新冠病毒等突發(fā)事件對線下教學的影響[2?4]。結合虛擬仿真實驗的線上線下混合式教學，不僅可以幫助學生更好地理解知識點，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的思維方式，增強學生解決問題的能力，全面提高教學質量。

南京信息工程大學響應國家加速推進實驗教學與理論教學平衡發(fā)展的要求，拓展實驗教學的廣度和深度，推進虛擬仿真實驗教學項目建設[5?8]，成立了國家級大氣科學類虛擬仿真實驗教學中心——大氣科學與氣象信息虛擬仿真實驗教學中心，建成了地球科學省級虛擬仿真實驗教學共享平臺[9]，這對于大氣科學創(chuàng)新型專業(yè)人才培養(yǎng)具有重要意義。

為了體現(xiàn)仿真實驗的容錯性，學生可以任意地設置光溫條件。比如，水稻的下限溫度為12 ℃，當學生設置的溫度為8 ℃時，系統(tǒng)就會提示水稻不能正常生長。這里采用了探究式教學，當學生設計的溫度水平越高時，水稻的生長發(fā)育速度越快，生育期長度越短。從而使學生在不斷地嘗試中找出規(guī)律，理解基本營養(yǎng)生長性、感光性和感溫性的概念。

通過實驗加強了學生的主體地位、主動能力，鍛煉數(shù)據分析能力和邏輯思維能力。

3） 雜交稻制種

在這個環(huán)節(jié)里，采用探究式和問題式教學方式。學生要歸納總結雜交稻父本和母本的播種期與抽穗期的規(guī)律，推測在哪個時間播種既能保證父母本的開花期會相遇，同時又能夠避免遭遇農業(yè)氣象災害，以此設計最佳的播種期，達到雜交稻制種穩(wěn)產、高產的目的。不同的播種期設計方案會產生不同的制種結果。如果父本、母本的花期相遇，同時又未遭遇農業(yè)氣象災害，則制種成功;如果父本、母本的花期相遇，但遭遇了農業(yè)氣象災害，則水稻減產;如果父本、母本的花期不遇，則制種失敗。

通過實驗，不僅激發(fā)了學生自動探索的欲望，還能幫助學生了解農業(yè)生產中的實際問題，理論聯(lián)系實際，增強其分析解決問題的能力。

2 ?結 ?語

雜交稻制種播期預測虛擬仿真實驗是農業(yè)氣象學的虛擬仿真課程體系的一個部分。其突破了傳統(tǒng)實驗的限制，將在實驗室、試驗田的教學活動延伸到網絡，不僅可以服務于各大高校的學生，提高學生動手實踐能力，讓枯燥的課堂教學變得有趣、生動，也可以和水稻育種人員共享實驗課程，在水稻新品種的引種和推廣過程中，幫助解析各種氣象災害的風險程度，減少經濟損失和貿易摩擦。

未來課程將豐富軟件中的作物種類，增加不同的實習場景，進一步開展農業(yè)自然資源評價與利用、種植制度的優(yōu)化和布局、作物長勢監(jiān)測和產量預報、農業(yè)防災減災、設施農業(yè)環(huán)境調控、農業(yè)病蟲害氣象監(jiān)測預測、農業(yè)應對氣候變化等實驗項目。

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作者簡介：胡 ?凝（1978—），女，浙江安吉人，博士，講師，研究方向為農業(yè)氣象學。

肖 ?薇（1982—），女，黑龍江綏化人，博士，教授，研究方向為生物圈與大氣圈之間的相互作用。

李永秀（1979—），女，甘肅武威人，碩士，高級實驗師，研究方向為農業(yè)氣象學。