水是农业发展之关键，又是发展之瓶颈，关乎国家粮食安全。新时代国家治水思路明确将“节水优先”作为治水的重要内容。绿色智能节水灌溉是水资源高效利用的重要内容，是实现农业水精准高效配置的有效措施，节水、控肥、减污、省工效果明显，是现代农业绿色发展的必然选择，也是保障国家粮食安全和水安全的有力支撑。

《现代农业绿色智能节水灌溉虚拟仿真实验》聚焦现代农田灌溉的高效节约、实时在线、绿色生态理念，是集节水灌溉技术、实时监测技术、数据传输技术、灌溉预报技术、水肥运移模拟技术、控制技术等先进技术为一体的综合性创新实验。项目以虚拟仿真平台为载体，全景再现现代农田智能节水灌溉实景和工作过程，学生通过原理学习、场景感知、灌溉方案设计、灌水决策判定等实验操作，夯实作物需水及节水灌溉的专业理论基础，全面掌握现代智能节水灌溉技术和原理，提升融会贯通应用和创新实践思维，增强解决农田灌溉实际问题的能力。

一 实验必要性及实用性

由于场地、时间等限制，我国高校节水灌溉理论与技术相关课程普遍采用视教为主的教学方法。受实地实验对场地和设施要求高，作物生长周期长、生长过程不可逆、作物管养难度大、实验失败无法补救，与天气情况、作物生理密切相关等问题所限，传统实验教学长期以来存在着：

（1）教学期间学生无法体验灌溉实践等“做不到”问题；

（2）全生育过程灌溉“做不好”问题；

（3）水分和养分的运移过程直观展示“做不了”问题；

（4）学生多人单独实验“做不上”问题。

长期以来传统实践教学效果不甚理想，无法有效促进学生对节水灌溉理论、节水技术与方法的认知和理解，有必要采用虚拟仿真实验进行教学补充和改进。

基于国家一流专业—水文与水资源工程专业和农业水利工程专业的人才培养目标，依托其专业核心课《节水灌溉理论与技术》，结合我校10余年来在农田水资源高效智能配置方面的最新研究成果，聚焦先进智能节水灌溉技术和绿色生态灌区发展等行业发展前沿，独立开发了集节水技术、实时监测技术、数据传输技术、智能灌溉技术、水肥运移模拟技术、云端决策技术等先进技术的现代绿色智能灌溉虚拟仿真实验系统。系统突破时间和空间维度，全面解决实地灌溉实验中普遍存在的“做不到、做不好、做不了、做不上”等4大技术难题，实现对节水灌溉理论和方法的综合训练，全面提高学生的知识应用能力和科研创新能力，有力提升学生专业技能和综合素养。

项目自2018年上线，并在实践教学应用中不断改进和完善。特别是在2022-2023年的运行中，完善了虚拟仿真实验场景，丰富了灌溉实验设备，让学生更深刻感知现代智慧农田实验场景；增加了平整土地、播种、无人机喷药等场景，让学生更清晰的了解作物生长管理过程；增加了极端情景拓展案例，通过水旱灾害案例增加学生的使命感和责任感；完善了水文与水资源工程专业、农田水利工程专业的授课大纲，明确不同的授课重点和实验重点；优化了网络环境，系统运行更为快速和便捷。

二 教学设计的合理性

项目基于实地农田灌溉实验，以虚拟仿真平台为载体，涵盖了节水理论、智能节水灌溉原理、实时灌溉预报、节水灌溉方案设计、方案比选等核心知识点，共计4学时，包含原理学习、场景认知、案例仿真、方案比选4大模块，21个实验步骤，实验设计遵循学生认知规律，从理论到实践，从认知到实操，将课程知识点紧密融入，实现课程学习的理论知识与节水实践相结合，完成对水资源高效配置原理的理解和综合应用。实验以“学生中心、问题导向、教研融合、创新实践”为教学理念，构建“实景+仿真+案例+反思”四位一体的实践教学模式，高度还原农田作物生长全景，精确模拟智能节水灌溉过程，精心设计多环节实践互动，以线下线上教学的有效衔接，促进学生掌握节水理论与技术理论，达到提高节水相关知识综合应用能力，提升自主创新能力等教学目标；采用“知识点考核+过程考核+结果分析”的综合评价方式，提高了实践教学效果，促进学生对实验知识的理解与掌握。教学设计合理，有效提升学生实践能力和创新能力。

三 实验系统的先进性

构建了三维虚拟仿真农田灌溉实践全景，实现传统教学与现代信息技术的有效融合。通过虚仿技术再现智慧农田节水灌溉全景，仿真农田灌溉设备、水土环境监测设备、气象监测系统、智能灌溉控制系统等，高度还原智能节水灌溉工作流程；生动模拟作物生长发育、土壤水分变化等微观不可见过程，依托“实景+仿真+案例+反思”四位一体的实践教学，实现了传统教学与现代信息技术的有效融合。

融入了先进科研创新成果，实现科研与教学的有机融合。实验首次将节水灌溉先进科研成果转化为实践教学内容，以科研创新成果引领仿真实验，以实时节水灌溉最新理论和技术方法拓展学生对专业认知和理解，真正实现了科教融合，有效促进了新型高质量水利人才的培养，是行业推动教学、科研反哺教学的体现。