作物栽培学是农学专业的核心课程，是以植物生理学、植物保护学、植物学、农业气象学和土壤肥料学等为基础的综合应用型学科，具有较强的理论性、实践性[1-2]。学生通过对该课程的学习，可掌握作物生长发育规律及其与环境条件的关联，明晰调控技术及原理，实现作物优质、高产、安全等目标。目前，作物栽培学课程存在教学内容繁杂、不同作物学时分配不均、实践教学系统性与完整性不足等问题[3]。如何有效运用教学方法来提高作物栽培学课程教学效果，培养理论基础扎实、科研能力突出的创新型人才尤为重要。虚拟仿真实验技术作为一种新型的教学手段，能有效弥补常规教学的不足，已在部分农林类专业课程中应用。在多层次、立体化、三位一体教学体系的基础上，加强虚拟仿真教学系统的建设是培养新时期农学类创新型人才的重要保障。
虚拟仿真教学模式推动了高校实验教学改革和创新，是“虚拟现实+教育”的深度融合[4]。邹堂斌等[5]研究表明，课前开展虚拟实验教学的学生，其作业完成质量、自主学习能力及实验课效率均明显优于未参与学生。苏雄等[6]研究发现，虚拟仿真教学模式下的90%以上学生成绩高于80分，说明该方式有助于学生快速掌握知识，有效培养其发现、分析与解决问题的能力。朱新开等[7]研究指出，虚拟仿真教学能生动直观地呈现真实教学与实验难以表达的内容（水稻幼穗分化过程、叶片与分蘖同伸关系等），助力学习者沉浸式体验，深化知识理解。赵悦等[8]研究指出，虚拟仿真教学不仅可实现作物栽培核心实验操作的可视化与标准化，还能突破常规实践教学的时空限制，支持学生完成现有教学条件下难以开展的实验项目。因此，虚拟仿真教学有利于提高实践性较强的课程教学效果与质量。本文结合作物栽培学课程教学体系要求，依托网络、多媒体及计算机仿真技术，提出“课堂讲解+虚拟仿真+知识测验+生产实践”的教学模式，丰富了常规实验教学内容，拓展了专业知识边界，充分契合创新人才培养的教学需求。
1 作物栽培学课程教学现状
作物栽培学课程内容丰富，涵盖水稻、棉花、油菜、玉米、小麦等主要农作物的生产概况、栽培生物学基础及关键栽培技术。课程内容紧扣现代作物生产实际需求，旨在培养学生掌握作物栽培技术，提升其面向生产实际的科技创新与成果转化能力。
1.1 授课内容方面
随着教学改革的推进，常规专业课的学时有所压缩。作物栽培学课程学时由80学时调整为48学时，其中理论课32学时、实验课16学时。受学时限制，该课程仅能重点讲授主要粮食作物（水稻、小麦、玉米）、经济作物（棉花）及油料作物（油菜）的生产概况、生物学基础与关键栽培技术。水稻授课学时为14学时，导致其他作物授课学时相对不足。在有限的课堂教学中，教师难以全面掌握每位学生的学习效果与难点。以讲授为主的常规教学模式，易出现学生学习需求难以充分满足的情况，不利于充分调动学生学习积极性与主动性。这一模式也使得学生对作物栽培学基础理论与栽培技术的掌握不够系统扎实，难以充分培养学生发现、分析及解决作物生产实际问题的能力。
1.2 实践教学方面
作物生产具有季节性与地域性，其生育周期多跨越数月，如油菜（10月至次年5月）、小麦（11月至次年5月）、水稻（3—10月）、棉花（4—10月）等，均超出本课程大三下学期（3—6月）的修读时间。尽管教师在教学中已尽量贴合作物生育期安排内容，但作物种类繁多，学生难以系统掌握各类作物的生长发育动态及全生育期田间管理措施，导致教学完整性不足。例如，油菜冻害的症状表现（叶片受冻，缩茎受冻，根部受冻，蕾薹受冻），棉花蕾铃脱落规律及现蕾开花特性（由内向外，螺旋式递增）等知识点，对应的作物生育阶段多处于寒、暑假，未纳入教学周期，学生仅能通过理论学习获取相关信息，缺乏直观认知，影响知识的深度内化。
作物栽培学课程揭示了作物生长发育、环境条件与栽培措施的有机联系。作物生产从播种到收获的全流程中，任一环节管理不当或遭遇不良气候（干旱、低温、高温、渍害）及病虫草害，均会导致其产量与品质下降，因此实践教学是课程的重要组成部分。然而，多数作物生长旺盛期与田间管理关键期集中在7—8月雨季，与学生在校时间冲突，导致其无法参与实践；同时，受实践场地、学生人数等的限制，多数学生实践参与度较低，难以真正投入田间操作。此外，学校缺乏播种、植保、收获等机械化生产相关教学设备，相关知识仅通过理论讲授传递，进一步影响实践教学效果。
1.3 评价体系方面
作物栽培学作为实践性较强的课程，其考核体系应突出实践导向，需到田间观察作物生长发育规律（叶龄记载，分蘖调查）和肥水需求。经多次大纲修订与改革，课程已改变了单一卷面考核模式，最终成绩由考勤（10%）、随堂测试（10%）、作业（20%）及卷面成绩（60%）构成，但仍缺乏对学生实操能力的针对性考核。这导致学生多以应试为导向，侧重考前突击背诵知识点，忽视课堂学习与知识内化，影响后续毕业设计的开展与毕业论文的撰写。
2 作物栽培学课程教学改革策略
相对于常规的教学方式，虚拟现实技术通过调动学习者的各种感官进入交互式3D虚拟现实环境，亲手操作并产生互动、沟通交流，激发参与者的学习兴趣和创新意识。事实上，虚拟仿真教学已在土木工程、化学基础、水利工程、作物生产等重要的教学和科研领域成功应用[9-12]。农林院校的高校教师需充分考虑本专业特色，从专业人才培养的实际需求出发，将一些实际难以理解（作物器官同伸关系）、高成本（机械化作业）、持续性（幼穗分化观察）和大型综合实训内容，通过虚拟仿真实验教学呈现出来，学生能够通过听觉、视觉等多感官感知与自主探究，逐步加深对课本理论知识的掌握。另一方面，对一些危险系数较低、操作较简单的内容（种子萌发浸种），学生需亲身参与体验，加深感知，使虚拟和现实有机融合。例如，麦—玉两熟绿色耕作管理虚拟仿真综合实验，突破了实验材料的地域性限制，有效提升了学生实践操作能力和利用现代信息化技术学习的能力；水稻叶龄模式虚拟仿真实验，运用三维动画模拟技术，通过将主茎叶片与分蘖进行颜色区分、放大根部分蘖节的生长过程，引导学生掌握抽象的叶蘖和叶根“N—3”同伸规律。通过“认知—实践—自主探索”3个层次的实验学习过程，实现学生知识、能力、素质全面提升的教学目标。
2.1 基于虚拟仿真技术的作物栽培学教学方法
以水稻栽培为例，针对教学内容受时空和生产季节性限制的特点，采用Unity 3D开发引擎，将水稻浸种催芽、水稻育秧、各生育期水肥管理、病虫害防治和机械收获5大模块进行有机整合，提出“课堂讲解+虚拟仿真+知识测验+生产实践”的实验教学理念，让学生在虚拟仿真平台上实现水稻全生育期栽培技术的学习与操作。根据实际教学内容要求，建立的虚拟仿真教学体系包括教学、练习、考核3个模式，学习了解实验目的和实验原理后即可进行水稻的播种至收获全生育期的操作。
线下实践教学前，教师先结合虚拟仿真实验统计的易错步骤与核心知识点进行巩固教学，学生则结合水稻实际生育期，运用所学实验技能开展实操训练。若存在知识疑问，学生可重返虚拟实验平台复习，或通过实时互动向师生提问，师生均可在线回复。该项目包含30余个知识考点（籼粳稻种子萌发最低温度、水稻晒田技术、病虫害识别、理论产量测定等）及18个交互式操作步骤。相较于常规教学，该模式可持续强化学生实践操作技能，有效提升其实践创新能力，为后续课程学习及植物生产类相关工作奠定坚实基础。
2.2 基于虚拟仿真技术的作物栽培学教学特色
常规大田实践教学采用固定实验基地集中授课模式，不仅面临学生人数多、学时有限等问题，还受时空条件严格约束。水稻生育周期长、生产具有季节性与不可逆性，单次田间实验难以让学生全面掌握知识点，且学习过程无法重复与再现，错过关键生育期需等待次年才能开展相关教学。虚拟仿真技术可有效弥补实体实验中“难以开展、效果不佳、流程不完整”的不足。针对上述问题，依托网络与PC终端，学生可在线完成观摩、操作、答题及互动，突破时空限制实现随时随地学习。通过虚实结合的反复训练与实验设计，学生的创新思维及实验技能得以提升。
2.3 基于虚拟仿真技术的作物栽培学教学评价
虚拟仿真实验可全程追踪学生操作过程，记录各步骤实验结果，仅允许学生在当前操作完全正确后进入下一环节。系统通过识别操作正确率与熟练程度，结合操作时长、交互步骤完成质量、出错率等指标对学生进行过程性评分，实现全程动态学习管理，精准反映其真实能力水平。学生完成全流程操作后，可即时开展在线测试并获取评价反馈，构建“以虚促实，虚实结合”的综合评价体系，有效提升其实际操作能力与信息化学习能力。该教学模式兼具经济、高效、安全的优势，突破时空限制，实现教学实用性、教育性与趣味性的有机融合，提升学生知识掌握程度与实践创新能力，达成常规教学难以实现的教学效果。
3 作物栽培学课程教学改革成效
作物栽培学课程混合式教学实施以来，本校累计500余名学生参与课程虚拟仿真实验。“虚实结合”教学模式拓展了学生的专业视野，丰富了教学内容，提升了课程目标达成度与专业知识综合实践能力，实现了虚拟仿真平台与校外实习基地的互补互促。数字化教学对高校教师综合素质提出了更高要求，该模式培养了一批兼具农业专业知识与现代网络信息技术能力的中青年教师，助力复合型教师队伍建设。其中“多熟制水稻高产高效栽培技术虚拟仿真实验”获批江西省虚拟仿真项目，于2024年上线国家虚拟仿真实验教学课程共享平台。截至目前，该课程累计实验812人次，覆盖全国13省、1自治区、1直辖市的21所高校，达成资源开放共享。
4 结语
虚拟仿真融合教学虽已取得一定成效，但也存在一些不足。首先，单套完整虚拟仿真教学系统开发成本较高，且对教学软硬件设备要求较高，开发需坚守“服务教学、培养学生”原则，严格遵循“能实不虚、虚实结合”理念，避免将可线下开展的简易教学过程过度虚拟化。其次，虚拟仿真教学活动的开展多依赖系统程序，教师主要承担监督管理职责，这要求专业教师既具备扎实的专业素养，又需掌握一定的平台操作能力。最后，若以虚拟仿真完全替代实际操作，可能在一定程度上削弱学生的实操能力。因此，虚拟仿真融合教学需注重3个方面的优化：教学内容设计突出专业特色，系统更新契合新农科建设导向，师资配备体现多学科融合特质，为新形势下农科类人才培养探索有效路径。
本文以作物栽培学课程为实践示范，借助现代信息技术模拟真实田间场景，实现“虚拟现实+教育”的深度融合。该模式契合数字信息化时代知识获取与传授方式、教与学关系的变化需求，对农学专业“宽口径、厚基础、高素质、强应用”复合型人才的培养具有重要意义。