森林保护专业的开设对维护森林生态安全和生物安全具有重要意义。随着林业生物灾害的发生情况越加复杂和频繁，当前，该领域面临科技管理体制改革、科技创新、本科专业建设等方面的机遇和挑战[1]。为此，该专业亟需加强科技创新，提升人才培养质量，加强交流与合作。常规教学模式受时间和空间限制，难以满足现代化教育需求，而数字化技术的快速发展为该专业教学模式创新提供了新的可能，数字化标本资源与虚拟仿真实验的融合应用是其教学模式改革的重点。
将数字化标本融入教学资源是数字化技术不断进步与更新的体现。梁小红[2]对标本数字化在林学实践教学中的应用进行了分析，证明了标本数字化可使标本保存井然有序，便于科学管理和查找利用，有效提升了分类统计和数据共享效率，对提升教学效果和科研价值具有积极作用。梁亚萍等[3]研究发现，昆虫数字化标本具有直观、方便、易于保存和分享等优势，是保护昆虫标本的有效方法和获取昆虫基础知识、信息资源的重要途径之一。数字化标本资源的建设和利用为教育模式提供了新途径，李朝霞等[4]对微生物学数字化智慧教育模式进行创新实践，挖掘了该模式在提升教学质量、促进教育资源共享和教育公平方面的潜力。马荣等[5]对林业有害生物标本进行影像采集和数字化处理，并将典型病害和害虫标本进行二维码标识，实现了标本资源的数字化共享。
虚拟仿真实验教学可直观反映难以观察到的现象或规律，达到人与虚拟系统的交互[6]，有助于缓解常规实验教学形式单一，教学内容综合性和探究性不足，以及实验周期长、操作复杂等问题。何虎军等[7]构建野外地质实习虚拟仿真教学平台，实现了“互联网+”野外地质自主实践学习研究及双向互动式教学。基于森林保护专业常规教学模式下存在的理论与实践脱节、资源利用不足和学生参与度低等问题，数字化标本资源和虚拟仿真技术的应用为该专业教学模式的创新和人才培养提供了实践案例，本文在森林保护专业教学中融合应用数字化标本和虚拟仿真技术，对二者建设现状和应用模式进行探讨，并分析教学效果评估与反馈的具体方法，提升了教学资源的可获取性和课堂教学的互动性，加强了学生学习体验的丰富度和直观性。
1 数字化标本与虚拟仿真系统的建设现状
1.1 数字化标本资源库建设
数字化标本资源在实践教学中以数字化方式保存和利用图像资料，解决教学形式和内容受限等问题，增强视觉体验。森林保护专业教学的数字化标本可将昆虫、植物病害实物标本通过数码相机、高清晰度扫描仪或3D建模等设备或技术进行数字化处理，形成高清晰度图像、电子文件或模型，或通过数字化平台、多媒体教学资源将文本、图像和动画资源进行收集、整理和整合，创建成可在线访问的数字化标本资源库，实现标本数据的在线发布和共享[8]，访问者可利用该线上平台随时随地访问数据资源，还可通过网络上传图片进行辅助对照或诊断；同时，数字化标本还使易受损或难以长期贮藏的标本在虚拟空间中得到保存和传承。
借鉴高校和科研院开展和推进的数字化标本项目，特别是在植物标本的数字化方面取得的成果开展相应建设。例如，参考由中国科学院植物研究所维护、各大院校参与建设的在线共享平台“国家植物标本资源库《中国数字植物标本馆》”（https://www.cvh.ac.cn/），收录涵盖模式标本和彩色照片的数字标本；刘慧圆等[9]开展植物标本的数字化精度、采集时间和采集地区规律等研究，为继续挖掘馆藏标本，加强信息共享提供参考。实现数字化标本资源的共享和高效利用，需加强数字化建设、管理和更新，提升数据质量，加强新技术引入和区域合作等。
1.2 虚拟仿真实验模型构建
虚拟仿真实验教学项目建设有助于深化信息技术与教育教学的融合，强调以学生为中心的教学理念，推动实验教学内容和方式创新。利用虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术，模拟真实操作环境，让学生在安全环境下实验，为其带来身临其境的深度学习体验，有助于提高学生的实践操作技能，具有绿色、安全、可共享等优势[10]。何虎军等[7]采用先进的三维建模和可视化技术，通过背景模拟、野外场景真实再现、路线布设、实物标本资源等仿真模块单元的建设平台，构建了实景三维模型。这为模拟森林生态系统的虚拟仿真实验模型提供了新的思路，如建设森林病虫害的发生、发展和防治，以及森林火灾的扑救等单元模块，通过模拟复杂的现实问题，让学生在虚拟环境中尝试应用不同的解决方案。韩丽琼等[11]利用三维虚拟模拟技术建立森林火灾风险评估模型，通过致灾因子选取、评估模型建立、林火蔓延及林火行为演化、损失评价及灾后评估等环节，提高了教学互动性、趣味性，培养了学生的批判性思维和解决问题的能力。
此外，设计一个沉浸式和交互式的虚拟博物馆，作为展示数字化标本和虚拟仿真实验成果的平台。该虚拟博物馆能够在超大范围内访问和探索虚拟森林资源，体验者在虚拟环境中参与互动讨论和观看3D演示，为研究者和学习者提供更加直观丰富和更具吸引力的互动学习体验[12]，为其深入理解和掌握森林保护专业知识提供高效平台。
2 技术融合在教学模式中的应用探索
常规教学模式较为注重对理论知识的讲授，对实践操作的重视度有待提升，部分现有教学资源暂未得到充分利用，使得部分学生学习参与度和积极性不高，课堂有效互动较少。将数字化标本与虚拟仿真技术有效融合并应用于教学模式，设计更加丰富多样的教学活动，让学生在虚拟环境中获得接近真实的学习体验，有助于提高教学质量与效果。将两项技术融合应用于案例驱动教学、项目式学习与实践、互动讨论3种教学模式，具体如下。
2.1 案例驱动教学法
在森林保护专业教学中，选取与数字化标本资源相关的松材线虫病等实际案例，讲解病虫害的生物学特性、诊断方法和防治措施等重要知识点，并充分利用高清图片、3D模型、分布地图和历史数据等数字化标本资源。实践中，可将上述相关数字化标本资源上传至在线教学平台，应用虚拟仿真实验模型模拟松材线虫病的采样、检测和分析过程[1]。依托虚拟仿真实验教学管理平台，在小蠹虫数字化标本资源库基础上构建了“小蠹虫发生规律”的虚拟仿真模型，主要用于森林昆虫学蛀干害虫的讲解教学，通过动画形式展示小蠹虫钻蛀、取食、释放性信息素招引配偶交尾和产卵等过程，并设置语音提醒和问答环节；让学生利用该资源库测试应用不同防治技术、管理策略和干预措施的结果，并就结论进行共享讨论。此外，选择与数字化标本资源相关的实际案例，引导学生通过分析案例来理解专业理论知识，并应用虚拟仿真实验模型进行模拟操作，以提升学生的实践操作能力。
2.2 项目式学习与实践法
通过设计解决实际森林保护问题的项目，利用数字化资源和虚拟仿真技术，进行项目规划、实施和评估，以培养学生的批判性思维、团队合作精神和自主学习能力[13]。例如，设计关于某地某虫害发生的监测与防控项目，学生需先通过数字化标本资源库访问相关资源，了解该地区此类虫害的发生情况，进行数据收集、分析和研究，明确项目实施的目标、策略和方法，预期成果以及评估标准。借鉴昝庆安等[14]关于烟蚜种群空间格局和取样方法虚拟仿真实验项目实践，设计集昆虫科普、用户漫游、交互仿真、教学管理为一体的实验系统，包括选择工具、样地，确定样方、取样位置，采样，计算平均密度和样本方差，判断种群空间格局类型，选择合适的抽样方法，抽样等步骤。学生根据虚拟仿真实验结果，撰写案例分析报告，通过项目式学习与实践法，学生不仅能将理论知识应用于实际问题的解决，还可显著提升解决实际问题的综合能力，为其从事森林保护工作奠定基础。
2.3 互动讨论法
利用在线教育平台，创建一个互动讨论和协作的学习环境，鼓励学生就数字化标本资源和虚拟仿真实验中的问题进行讨论。教师提出引导性问题或设计开放性问题，如“如何利用数字化标本资源有效进行森林生物多样性监测”“虚拟仿真技术在森林保护中的潜在应用”，激发学生深入思考和讨论。学生在交流和讨论中发表观点、辨析问题。同时，教师还可设计灵活的互动教学活动，如利用线上线下混合式课堂、翻转课堂和虚拟现场考察等，提高教学质量和效果。
上述3种教学模式可单独使用，也可串联整合、相互补充，形成全面互动的学习体验，尤其基于数字化标本和虚拟仿真技术的融合应用，有助于突显教学模式的多维度化和强互动性。
3 技术融合下的教学效果评估与反馈
在数字化标本和虚拟仿真融合教学模式下，学生的学习效果评价是多维度过程，可从以下方面进行分析和评价。
3.1 学生学习效果评估
3.1.1 学习成果评估
一是测试理论知识掌握程度。采用在线测试、卷面考试或实际操作等方式来评估学生对所学知识的掌握程度，包括对数字化标本和虚拟仿真技术的理解。二是考核实践技能应用情况。考察学生使用数字化标本和虚拟仿真平台的熟练程度和操作能力，评估其在虚拟环境中将理论知识应用于问题解决、实验设计和实验操作等的能力；要求学生提交实验报告或项目成果，评估其分析能力和创新思维。三是比较学生开展虚拟仿真实验前后的成绩变化，或与常规实验教学模式的成绩进行对比分析。
3.1.2 学习参与度分析
一是利用学习管理系统或虚拟仿真平台的数据分析工具，追踪学生的学习进度和成效，通过学习行为数据（如登录频率、停留时间、互动次数等指标）评估其学习参与度和活跃度。二是通过学习日志，分析学生在数字化标本和虚拟仿真课堂中的自主学习态度和兴趣，考核其主动探索、资料查阅和问题解决等能力。三是通过问卷调查、访谈或收集反馈等途径，了解学生对数字化标本和虚拟仿真实验课堂的体验和满意度，以及调查其接受度和学习偏好。
3.1.3 创新协作能力评估
一是通过创新实验设计、研究项目或案例分析报告来评估学生的创新思维，考察其在虚拟仿真实验中提出新观点、新方法和解决问题的能力。二是考察学生在数字化标本资源和虚拟仿真实验中的团队合作情况，包括沟通协调、分工合作、小组讨论和团队成果共享等方面。
3.2 师生反馈评价
3.2.1 教师层面
基于数字化标本资源和虚拟仿真技术的融合应用，不仅提升了学生的学习体验，更对教师教学能力提升产生了积极影响。教师不断学习和探索新教学方法，提高了教学内容的丰富性和多样性，使教学更适应信息时代的教育环境和需求。教师通过数字化标本平台快速获取和展示大量教学资源，并将其高效整合后应用于课堂教学实践，增加与学生的互动并保持教学的时效性和相关性。通过虚拟仿真技术的应用，采用以学生为中心的教学模式，教师能够更好地理解学生的学习需求以及面临的挑战，从而调整教学策略。
3.2.2 学生层面
学生对数字化标本资源和虚拟仿真技术的融合应用给予了高度评价，认为多样化的教学模式使学习变得更加直观、生动和有趣。参与虚拟仿真实验，有助于激发其学习兴趣和提高参与度，实践操作能力和创新思维得到了有效锻炼，学习效率有所提高，能够更深刻地理解森林保护中的实际问题。
综上，本文深入探讨了数字化标本资源和虚拟仿真系统的建设现状，对其在森林保护专业教学模式中的融合应用进行探索。二者的融合应用不仅突破了常规教学模式在时间和空间上的限制，而且提升了教学质量，激发了学生的学习积极性。随着人工智能、大数据等新技术的不断涌现和发展，教学团队将继续探索创新森林保护专业教学模式，进一步与环境科学、生态学等学科相结合，以培养学生的综合素质和解决复杂问题的能力。同时，建立持续有效的评估与反馈机制，加强资源共享，为培养森林保护领域的创新型人才提供参考。