高等教育改革的本质是提高教学质量,其关键问题是加强大学生综合创新能力的培养,而实践性教学环节又是培养学生综合创新能力的关键步骤。生命科学是21世纪自然科学的核心学科之一,对人类社会的可持续发展具有重大影响。生物学野外综合实习是生物科学、生物技术、生态学等相关专业实践性教学不可分割的组成部分,是培养生命科学综合创新性人才不可或缺的重要环节,也是大学生实践能力培养的重要方面,因而生物学野外综合实习课程在我校生命科学相关专业本科生培养方案中被列为必修内容(3学分),年均超过250名学生进行课程学习。

秦岭的地理位置特殊,是中国最重要的16个生物多样性保护热点地区之一。“秦岭生物学野外实践教育虚拟仿真实验教学项目”利用虚拟3D技术,搭建动物学、植物学、生态学综合实践教学平台,生动形象地展现秦岭丰富的物种类群、复杂多样的栖息环境、鲜明的动植物垂直分布特征,实现课程之间知识体系的交叉融合,强化学生对生物及其生境一体性的认知,提升学生保护生态环境重要性的意识,并牢固树立现代生态文明观(图1)。

图1 “秦岭生物学野外实践教育虚拟仿真实验教学项目”的定位

常规野外实习是在有限的地域范围和时间内进行,然而,动植物的生长发育,种群动态,特征演化,物种分布,以及所处的生态环境往往受温度、降水、光照、海拔,地形和人为活动等多种因素影响,此外,物种的时空分布格局及其对环境变化的响应常常需要在大空间尺度和长时间尺度上展开观察和比较。因此,尽管传统的实地野外实习能够针对性地选择有代表性的地区开展,学生在实践中也学到了调查取样、系统分类、数据分析等重要的方法,提升了实践能力,但是由于时间、地点和人力等方面的局限,学生一般只能获得有限的、局部片段化和短暂时间范围内的信息,很难充分拓展实地考察的地域范围,特别是无法从长时程的角度充分了解宏观生物学和生态学现象的发展和演化过程。陕西师范大学生物学虚拟仿真实验教学中心依托“秦岭国家级生物学野外实习基地”,本着“长时程实验短时化,大尺度实验微缩化”的建设理念,开发的“秦岭生物学野外实践教育虚拟仿真实验教学项目”,以虚补实、以虚拓实,有效弥补了常规野外实习的不足。生物学野外综合实习、生态学专业野外实习课程将虚拟教学单元与现实实践单元有机结合,提高学生自主学习积极性、显著提升了实习效果。