麦-玉两熟绿色耕作管理虚拟仿真综合实验

项目简介

      麦-玉两熟绿色耕作管理虚拟仿真综合实验,以“作物学”国家重点学科为依托,以“小麦玉米作物学国家重点实验室”为原型,整合多年来在小麦玉米复种两熟耕作栽培技术方面取得科研成果,利用虚拟现实技术,对麦玉两熟农田绿色耕管技术体系以形象化、具象化的教学描述,构建“麦-玉两熟绿色耕作管理过程”交互式虚拟仿真平台,目的是突破实验材料的季节性和地域性限制,解决“作物耕作学与栽培学”教学因“时间跨度广、涉及因素多、野外工作量大、操作体验性强而学生离地化程度严重”形成的新时期的“麦苗韭菜分不清”的“纸上谈兵”困局,全面提升学生感性认识、实践能力和创新精神。

      本项目具有科学性和知识性、启发性和挑战性、通识性和体验性三大特点。依据小麦玉米生长发育特点和不同生育阶段管理目标,以作物田间生长过程为序,虚拟仿真了小麦玉米大田耕作管理全过程,并按实验操作过程完成交互,完整再现了小麦玉米“产前整地,产中管理和产后收获”三大环节十四个生育阶段的周年生产过程及相应耕作管理技术体系和农事操作过程。

实验目的

小麦、玉米不仅是我国的两大粮食作物,而且小麦、玉米一年两熟也是中原地区最主要的种植模式,对保障国家粮食安全意义重大。因此小麦玉米一年两熟绿色生产耕作管理技术一直是作物学教学和科研工作的重点和热点。

本实验以小麦玉米两大作物田间生长过程为主线,将小麦玉米生产管理知识和技术有机融合,形成“小麦玉米复种两熟生产系统”,通过对“小麦玉米复种两熟生产系统”知识的归纳学习和相应环节农事活动的操作训练,达到以下目的:

(1)使学生进一步明确“作物与作物、作物与环境、作物与技术”之间的相互关系,树立农业生产系统观和整体观。

(2)强化学生对小麦玉米生长发育特点、不同生育阶段的管理目标和相应阶段关键技术等知识的学习,使学生全面掌握具有显著“长时间、多时空”特征的小麦玉米两熟生产技术体系。

(3)提高学生对农业生产管理和农事操作活动的感性认识与生产实践操作能力,提升学生的综合素养和创新创业能力。

(4)突破实验设备、实验材料、实验季节和实验场地的限制,解决实验教学过程中因“时间跨度广(两季作物,周年生产)、涉及因素多(作物-天气-土壤-技术)、野外工作量大(大田作物生产)、操作体验性强而学生离地化程度严重”形成的新时期的“麦苗韭菜分不清”的“纸上谈兵”困局。

实验原理

        作物的生产系统是一个 “天-地-作物-人”相互作用、相互制约的复杂生态系统。“小麦玉米复种两熟生产”系统包涵了“温、光、水等气候要素(天)、土壤环境(地)、技术条件(人)和作物”等多重要素,其最终产量与效益取决于“气候与作物、土壤与作物、作物与作物、技术与作物”之间的相互关系。本实验依据以上“小麦玉米复种两熟生产”系统各要素之间的关系和作物由此而呈现的生长发育特点,以作物田间生长过程为序,虚拟仿真了小麦玉米生产大田耕作管理全过程,并按实验操作过程完成交互,完整再现了小麦玉米的“产前整地,产中管理和产后收获”“两大作物、三大环节、十四个生育阶段”的生产过程及相应耕作管理技术体系,实现了对不同阶段相应的关键农事活动的虚拟操作训练。

本实验主要包括对玉米的播前准备、播种期、苗期、穗期、花粒期、收获期等六个生育阶段和小麦备播期、播种期、冬前期、越冬期、返青拔节期、拔节抽穗期、灌浆期、成熟期等八个生育阶段,共14个生育阶段对应知识点的互动(视频解说、分镜展示、虚拟操作、声音解说等)。具体知识点如下:

知识点:共 14 个

(1) 玉米播前准备,包括“种子质量的标准、种子筛选、种子包衣”三部分知识学习、判断和相应技术操作训练。

(2) 玉米播种期,包括“秸秆还田、种肥同播、浇蒙头水、草害配药、药剂的喷洒”五部分知识的学习、配套耕管措施的确定和相应农事管理机械的操作训练。

(3) 玉米苗期,包括“间苗定苗、病害发现、苗期配药、苗期药剂的喷洒”四部分农情诊断、耕管措施配套和耕作管理技术及相应机械的操作训练。

(4) 玉米穗期,包括“水肥管理、病害发现、穗期配药、穗期药剂的喷洒”四部分,涉及农情诊断、水肥管理和病害防治技术及相应机械的操作训练等任务。

(5) 玉米花粒期,包括此生育阶段农情的判断、“追肥培土、防旱排涝、花粒期配药、花粒期药剂的喷洒”等耕管措施的确定与配套、技术及相应农机的操作训练。

(6) 玉米收获期,包括成熟标准和入仓标准的判断、机械收割技术及机械的操作与训练等知识。

(7) 小麦备播期,包括“秸秆还田、拌肥施肥、土壤处理、耕翻入土、耱耙压实”等五部分,耕管环节技术的确定和相应整地机械的操作,涉及玉米秸秆处理、土地平整、肥料选择、土壤耕作措施和耕作时机的选择、判断和耕作管理技术的配套学习和操作。

(8) 小麦播种期,包括选种拌种知识学习、判断和操作、播种深度确定与掌控、苗情诊断与查苗补缺等知识学习与技术操作过程。

(9) 小麦冬前分蘖期,主要包括根据苗情、天气和区域特点, 进行“化学除草、浇越冬水、镇压控旺”等关键耕管措施的确定以及相应药剂、机械、耕作措施的使用技术配套的学习与操作。

(10) 小麦越冬期,在苗期耕管措施的基础上,重点进行“镇压控旺、浇越冬水、驱赶牲畜”等技术确定的学习与操作。

(11) 小麦返青拔节期,主要包括以“化学除草、水肥运筹、麦田控旺、预防倒春寒”为中心进行的“中耕、灌溉、施肥和植保”等麦田耕作管理配套技术的学习及相应农业机械的操作。

(12) 小麦拔节抽穗期,包括“虫害防治、病害防治、叶面喷雾”三部分管理配套技术的学习及相应农业机械的操作。

(13) 麦开花成熟期,包括“防干热风、水肥管理、一喷三防”三部分耕作管理配套技术的学习及相应农业机械的操作。

(14) 小麦成熟期,包括“驾驶农机、机械收割、切抛麦茬”三部分耕作管理配套技术的学习及相应农业机械的操作。

实验方法

(1)实验方法描述:

实验日常教学可在具备计算机教学环境、网络正常连接的实验室进行,在2个学时时间内,学生以第一人称视角,采用类游戏的实验操作方法,通过动画观摩、问题回答、计算机虚拟操作等方法,进行沉浸式体验,借助键盘与鼠标协同操作,完成问题的回答和知识模块的选择、农事活动的操作等主线任务。

实验场景主要包括玉米耕作栽培虚拟可视化和小麦耕作栽培虚拟可视化两大模块,两大模块相互独立又有机融合,在实验操作过程中,须顺序完成玉米   “播前准备、播种期、苗期、穗期、花粒期、收获期”6个生育阶段相应实验操作任务后,再进入小麦“备播期、播种期、冬前期、越冬期、返青拔节期、拔节抽穗期、开花成熟期、成熟期”8个生育阶段的耕作栽培管理操作;通过以上环环相扣的虚拟仿真和计算机操作,在给学生以身临其境的感性认识和直观体验的同时,增添了学习的趣味性、激发了学生的学习兴趣。学生利用此资源,可以在2个学时有限的时间内,了解小麦和玉米的生长发育特点和关键技术环节,全面掌握小麦玉米两熟生产耕管技术体系,熟练相应农事操作过程。

(2)学生交互性操作步骤说明:

本仿真实验的操作以小麦玉米复种两熟生产系统为整体,以小麦收获后玉米备播开始至次年小麦收获为一个生产周期,根据作物不同生长发育阶段生育特点及其与天气、土壤等的关系,确定管理目标并组装相应的关键技术顺次进行。共14个作物生产发育阶段。每个阶段有3-5个相应的生产管理操作任务需要完成,相应阶段的任务完成后方可进入下一个阶段训练。

玉米仿真学习

小麦仿真学习

实验步骤说明

      1、点击“进入实验”获取并解压实验程序,解压后,点击“麦-玉两熟绿色耕作管理虚拟仿真综合实验.exe”进行实验;

      2、如实验操作中遇到操作问题,请下载操作说明文档,文档内有功能操作的详细说明,请仔细阅读。

      3、操作说明如下图

进入实验

下载操作文档

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