薛 偉，郭德禹 (東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱150040)

森林工程是森林資源建設(shè)與保護(hù)、開發(fā)與利用中的非生物工程［1］。森工規(guī)劃是森林工程專業(yè)必修的一門專業(yè)重點(diǎn)課程，主要涉及林業(yè)區(qū)劃與林業(yè)生產(chǎn)規(guī)劃、森林經(jīng)營(yíng)方針與生產(chǎn)規(guī)模、伐區(qū)規(guī)劃、運(yùn)輸規(guī)劃、貯木場(chǎng)規(guī)劃、天然林擇伐采運(yùn)技術(shù)、林分改造、林產(chǎn)品加工規(guī)劃及多種經(jīng)營(yíng)規(guī)劃、森林經(jīng)營(yíng)方案的附屬工程規(guī)劃等幾個(gè)方面。由于森工作業(yè)的特殊性，相關(guān)實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)受到自然條件及生態(tài)條件的限制［2］，如木材生產(chǎn)作業(yè)的高危性、森林采伐的不可逆性以及采伐對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞性等。為了有效解決野外實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的受限性，利用多媒體程控沙盤結(jié)合聲光電一體化控制，模擬林區(qū)真實(shí)作業(yè)場(chǎng)景，為學(xué)生真實(shí)再現(xiàn)林區(qū)作業(yè)情景。

1 森工規(guī)劃虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用

早在2003年，森林工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心就開始探索虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開發(fā)，2005年在國(guó)內(nèi)同行業(yè)率先開發(fā)了森工規(guī)劃虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)［3］，利用多媒體程控沙盤結(jié)合聲光電一體化控制技術(shù)，模擬林區(qū)真實(shí)作業(yè)場(chǎng)景，為學(xué)生真實(shí)再現(xiàn)林區(qū)作業(yè)情景。把虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用到森工規(guī)劃教學(xué)中，用以模擬森工規(guī)劃作業(yè)的各個(gè)過程。

1.1 模擬森林采伐作業(yè) 森林采伐是對(duì)森林進(jìn)行的一項(xiàng)經(jīng)營(yíng)管理活動(dòng)，是森工作業(yè)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)［4－6］。森林的采伐方式(主要包括皆伐、擇伐和漸伐)、采伐強(qiáng)度的選擇受到地勢(shì)條件、光照條件、土壤條件、周圍環(huán)境等因素的影響。為了更好地讓學(xué)生深刻地理解森林采伐作業(yè)，合理地選擇采伐方式及采伐強(qiáng)度，利用沙盤模擬林地真實(shí)環(huán)境，結(jié)合聲光電一體化控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)模擬森林不同采伐方式及不同采伐強(qiáng)度，并且在沙盤的森林采伐作業(yè)區(qū)域內(nèi)，可以模擬用油鋸伐倒單木的過程，使學(xué)生更加了解伐木過程及伐木技術(shù)。

1.2 模擬原條集材作業(yè) 集材作業(yè)是繼采伐作業(yè)后的一道重要工序，是指將木材從采伐作業(yè)地點(diǎn)匯集到山上楞場(chǎng)或裝車場(chǎng)的作業(yè)［7］。在我國(guó)東北林區(qū)主要采取原條集材作業(yè)方式，即將林木打枝后直接運(yùn)往山上楞場(chǎng)或裝車場(chǎng)。目前我國(guó)主要的集材方式有蓄力集材、拖拉機(jī)集材、架空索道集材等集材方式，集材方式的選擇受到山地條件、林地狀況、采伐區(qū)域等因素的影響。在沙盤上山地條件、林地狀況、采伐區(qū)域等均可直觀顯示，學(xué)生綜合利用沙盤可較好地模擬出不同狀況下的集材方式。

1.3 模擬木材運(yùn)輸作業(yè) 木材運(yùn)輸是指將山上楞堆或裝車場(chǎng)的木材運(yùn)輸?shù)缴较沦A木場(chǎng)的過程。目前我國(guó)主要采用林區(qū)公路運(yùn)輸、森鐵運(yùn)輸、水陸運(yùn)輸?shù)饶静倪\(yùn)輸方式，使用沙盤并且結(jié)合聲光電一體化控制技術(shù)可以逼真地再現(xiàn)木材運(yùn)輸?shù)娜^程。

1.4 模擬貯木場(chǎng)生產(chǎn)作業(yè) 貯木場(chǎng)具有木材生產(chǎn)、貯存和銷售三大特性，在木材的產(chǎn)銷之間起調(diào)節(jié)和緩沖作用［8］。貯木場(chǎng)生產(chǎn)作業(yè)主要包括裝卸車、造材、選材、歸楞等生產(chǎn)工藝。森工規(guī)劃虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的沙盤中安放有起重機(jī)模型，結(jié)合聲光電一體化控制可模擬起重機(jī)起吊及卸載過程;沙盤中同時(shí)內(nèi)置了原條自動(dòng)化生產(chǎn)線模型，可逼真地模擬造材、選材的過程。

1.5 模擬林業(yè)局局場(chǎng)址優(yōu)化設(shè)計(jì)及林區(qū)道路選線 林業(yè)局局場(chǎng)址的選擇受到所規(guī)劃的伐區(qū)的地勢(shì)地貌、森林資源分布、樹種組成和森林蓄積量、林業(yè)生產(chǎn)要求等因素的影響，合理地對(duì)林業(yè)局局場(chǎng)址進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)森工生產(chǎn)作業(yè)的有序進(jìn)行起到了保障作用?？衫蒙ひ?guī)劃虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)模擬林業(yè)局局場(chǎng)址優(yōu)化設(shè)計(jì)。

林區(qū)道路是林區(qū)的血脈，是林區(qū)人民生活和木材生產(chǎn)利用及資源開發(fā)的紐帶。林區(qū)道路的狀況直接關(guān)系到整個(gè)林區(qū)的交通運(yùn)輸、木材的生產(chǎn)成本、森林防火等一系列問題［9］?？衫蒙ひ?guī)劃虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)現(xiàn)有的林區(qū)道路、地勢(shì)地貌模擬林區(qū)道路選線。

2 森工規(guī)劃虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)在森工規(guī)劃教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

森工規(guī)劃虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)在森工規(guī)劃教學(xué)中的應(yīng)用彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足，在森工規(guī)劃教學(xué)中發(fā)揮著極其重要的作用。利用多媒體程控沙盤模擬真實(shí)過程，在教學(xué)中存在著諸多優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

2.1 實(shí)時(shí)評(píng)判學(xué)生設(shè)計(jì)作業(yè) 森工規(guī)劃虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)具有自身的評(píng)價(jià)體系，學(xué)生在完成相關(guān)的規(guī)劃設(shè)計(jì)后，系統(tǒng)可根據(jù)學(xué)生設(shè)計(jì)的合理與否，輸出一個(gè)成績(jī)，這能夠使學(xué)生實(shí)時(shí)了解自己規(guī)劃設(shè)計(jì)的效果，便于學(xué)生及時(shí)修改，同時(shí)也減輕了教師的工作負(fù)擔(dān)，有利于提高課堂授課效率。

2.2 改變了傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式 傳統(tǒng)的教學(xué)模式基本上只局限于教師課堂講解［10－12］，學(xué)生只是根據(jù)教師所提供的文本、圖片、音頻、視頻等輔助資料進(jìn)行學(xué)習(xí)，對(duì)所學(xué)知識(shí)不能達(dá)到一個(gè)客觀的認(rèn)識(shí)。多媒體程控沙盤可以幫助學(xué)生客觀認(rèn)識(shí)，更容易接受教師所教授的內(nèi)容，對(duì)所學(xué)到的知識(shí)記憶深刻。這種教學(xué)方式使人才培養(yǎng)模式由“教師為主，學(xué)生為輔”到“師生互動(dòng)”方向轉(zhuǎn)變，不但激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，而且教師所教授的知識(shí)更易被學(xué)生接受。在“師生互動(dòng)”的過程中必然會(huì)出現(xiàn)一系列的問題，通過學(xué)生之間相互討論及教師的適當(dāng)點(diǎn)撥和引導(dǎo)，使問題得以解決，收到了良好的教學(xué)效果。

2.3 培養(yǎng)了學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力 森工規(guī)劃虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)涉及較廣的基礎(chǔ)知識(shí)及專業(yè)知識(shí)，學(xué)生想要更好地利用該系統(tǒng)模擬實(shí)際問題，需要綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析。比如:模擬木材運(yùn)輸過程時(shí)，學(xué)生應(yīng)當(dāng)掌握林區(qū)道路網(wǎng)、運(yùn)輸車輛的性質(zhì)及優(yōu)缺點(diǎn)、優(yōu)化設(shè)計(jì)理論等一系列理論知識(shí)，才能更好地設(shè)計(jì)出最優(yōu)路線，選擇出最優(yōu)運(yùn)輸方式，達(dá)到最佳的效益。森工規(guī)劃虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)在森工規(guī)劃教學(xué)中的成功應(yīng)用，為培養(yǎng)和提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、解決實(shí)際問題的能力起到了良好的作用。

2.4 提高了學(xué)生的動(dòng)手能力 森工規(guī)劃是一門理論緊密結(jié)合實(shí)際的課程，在課程教學(xué)結(jié)束之后，會(huì)安排學(xué)生進(jìn)行一次課程設(shè)計(jì)。森工規(guī)劃課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生綜合利用所學(xué)知識(shí)，通過動(dòng)手操作，獨(dú)立或協(xié)同完成。森工規(guī)劃虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)為學(xué)生提供了一個(gè)良好的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生可根據(jù)各自的需要在沙盤上自行進(jìn)行設(shè)計(jì)模擬。學(xué)生通過實(shí)踐學(xué)習(xí)，能很好地提高自己的動(dòng)手能力［13－14］。

2.5 培養(yǎng)了學(xué)生協(xié)同合作的精神 森工規(guī)劃虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)是一套可對(duì)森工規(guī)劃課程所講授內(nèi)容進(jìn)行模擬的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生對(duì)森工作業(yè)各個(gè)過程進(jìn)行模擬時(shí)，需要多人進(jìn)行相互合作，共同完成。在模擬過程中遇到問題及產(chǎn)生不同的觀點(diǎn)，就需要相互溝通交流，這一過程對(duì)學(xué)生表達(dá)能力的提高及溝通技能的提升起到了很好的鍛煉作用。讓學(xué)生協(xié)同合作解決一個(gè)甚至幾個(gè)問題，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神起到了極其重要的作用，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到協(xié)同合作的重要性。

3 森工規(guī)劃虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)在森工規(guī)劃教學(xué)中的局限性

3.1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)畢竟是“模擬” 森工規(guī)劃是一個(gè)系統(tǒng)、復(fù)雜的作業(yè)過程，想要達(dá)到對(duì)其完全的模擬是難以實(shí)現(xiàn)的。森工規(guī)劃虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)只能對(duì)森工規(guī)劃所涉及的具有代表性的作業(yè)過程進(jìn)行模擬，而不能對(duì)其所有作業(yè)過程進(jìn)行模擬。此虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的目的是讓學(xué)生對(duì)森工規(guī)劃主要作業(yè)過程有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)，學(xué)生不應(yīng)把在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)中進(jìn)行的模擬實(shí)驗(yàn)過程視為實(shí)際作業(yè)過程，因此學(xué)生要正確看待虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用［15］。

3.2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)以特定林區(qū)為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)森工規(guī)劃虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)是以我國(guó)東北林區(qū)大興安嶺林管局某一林場(chǎng)的地勢(shì)地貌、林相組成等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，雖然能較好地代表大興安嶺林區(qū)的地勢(shì)地貌、林相基本情況，但是不能代表內(nèi)蒙古林區(qū)、長(zhǎng)白山林區(qū)、小興安嶺林區(qū)等地的地勢(shì)地貌、林相情況。在建設(shè)經(jīng)費(fèi)及資源允許的情況下，應(yīng)該考慮以多個(gè)林區(qū)為依據(jù)設(shè)計(jì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，這樣能夠拓寬學(xué)生的知識(shí)面，有利于為國(guó)家培養(yǎng)出應(yīng)用復(fù)合型人才。

3.3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)是以林區(qū)的簡(jiǎn)化模型為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì) 森工規(guī)劃虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)建立的是我國(guó)東北林區(qū)大興安嶺林管局某一林場(chǎng)的簡(jiǎn)化模型，因此林區(qū)個(gè)別細(xì)節(jié)被忽略，不能夠完全代表林區(qū)的實(shí)際情況。學(xué)生應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到在實(shí)際森工規(guī)劃作業(yè)時(shí)不能照搬在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)中用到的方法，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況并結(jié)合教師上課講授的理論進(jìn)行森工規(guī)劃作業(yè)。

4 結(jié)語(yǔ)

森工規(guī)劃虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)是融合了多媒體技術(shù)、聲光電一體化控制技術(shù)等技術(shù)的綜合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。將森工規(guī)劃虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用到森工規(guī)劃課程教學(xué)當(dāng)中，對(duì)培養(yǎng)應(yīng)用復(fù)合型人才，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生協(xié)同合作的精神等方面起到了極其重要的作用。盡管存在一些不足，但是森工規(guī)劃虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)為模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)搭起了一個(gè)逼真、生動(dòng)的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以節(jié)省大量的實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，為提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)高水平人才發(fā)揮著其自身的作用。該研究只是對(duì)森工規(guī)劃虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)在森工規(guī)劃教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了初步研究分析，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)高校相關(guān)專業(yè)、森工企業(yè)培訓(xùn)部門、林管局培訓(xùn)部門等相關(guān)單位的模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到一定的指導(dǎo)、參考作用。

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