实验简介：
水土流失是我国农业可持续发展与生态文明建设的头号问题。南京林业大学依托“水土保持与荒漠化防治”一流专业的知识积淀和江苏省“水土保持与生态修复”重点实验室平台，坚持以学生为中心、以立德树人为根本的教学理念，科教融合，利用虚拟仿真技术构建了南方红壤区经济林水土流失小流域的观测场景。通过本实验课程，学生能够“身临其境”地开展土壤侵蚀原理与水土保持基础知识认知与技能应用的实验。本实验课程不仅有利于实现针对南方红壤区经济林改造与优化全过程的实验教学；也有利于培养学生采取正确、高效、低消耗的水土保持措施模式，提升维护国家生态安全的责任感和使命感，养成科学严谨的思维方式；同时促进了学生课后自主学习和移动学习的显著效率提升。
实验背景：
（1）国家生态文明建设和新时期水土保持行业发展对水土保持专业人才培养提出了更高要求。
水土保持是江河保护治理的根本措施，也是生态文明建设的必然要求。党的十八大以来，我国水土保持工作取得显著成效，水土流失面积和强度持续呈现“双下降”态势，但水土流失防治成效还不稳固，防治任务仍然繁重。我国南方红壤区人工林分布广泛，由于树种单一，在人为活动干扰下，普遍存在林下植被稀疏、土壤裸露、水土流失严重、生物多样性低、生态服务功能衰退等生态安全问题，呈现“远看绿油油，近看泥水流”的现象，严重制约了南方地区经济与社会的可持续发展，迫切需要具备扎实专业基础和实践创新能力的专业人才。2023年，中办国办印发《关于加强新时代水土保持工作的意见》、水利部等4部门联合印发《关于加快推进生态清洁小流域建设的指导意见》中要求，全面推动小流域综合治理提质增效，大力推进生态清洁小流域建设，助力乡村振兴和美丽中国建设。如何适应时代发展需要，将前沿科研成果反哺教学，将社会责任、职业道德植入教学项目，提高学生的知识综合运用能力、激发学生的使命感和社会责任感，将立德树人融入教学各环节，是生态文明建设背景下对水土保持专业人才培养提出的重要挑战。
（2）国家一流专业建设对水土保持核心课程的实验教学质量与效果提出了更高的要求。
传统的“小流域综合治理实验”教学环节内容只能通过书本、多媒体课件或者参观式教学等手段部分实现，严重影响了教学的质量和效果。本虚拟仿真实验内容来源于南京林业大学水土保持科研教学团队经长期教学、科研以及技术培训的积累，也是现阶段生产实践中最实用的方法和先进技术。通过高度逼真的多场景设置、理论知识回顾、实验模拟、在线交互、实验考核等环节设置，不仅可满足本实验教学内容系统性、完整性的需求，而且在开放、交互的虚拟环境中进行自主实验设计与操作，全面培养学生的综合能力和创新思维。
（3）常规生态清洁小流域综合治理实验受耗时长、成本高、因素多、不可逆和交叉强等因素限制，虚拟仿真技术能有效破解这些难题。
生态清洁小流域综合治理实验面临的困难：
a.耗时长。生态清洁小流域建设持续时间较长，工程设计与建设需要投入大量时间，改造成果短期内无法体现，因此小流域治理效果无法短时间在线下教学实验中得到响应。
b.成本高。生态清洁小流域建设需要投入大量的人力和物力和财力，生产实践中生态清洁小流域建设一般需要几千万元甚至上亿元的投入。
c.因素多。生态清洁小流域是专业化程度高的综合训练内容，教学涉及要素多，环节复杂，途径多样。如果仅有课堂演示或参观体验教学，无法全面掌握重要知识点。
d.不可逆。生态清洁小流域建设措施一旦失败，无法逆转，将造成人力、物力的浪费，也有可能对生态环境造成持久的不利影响。
e.交叉强。实验内容中的知识点涉及林学、环境科学、生态学、水利工程等多学科交叉，综合性强。
针对生态清洁小流域进行综合治理虚拟仿真实验，完整再现水土流失综合治理全过程，克服上述不足，解决实体实验面临的一系列问题，高质量完成整个实验环节，有效拓展实验教学内容和实验方法的深度与广度，实现实验内容和课程体系的完整性，对于建立水土保持综合治理措施感性认知、反复操练水土流失治理相关技能、培养科学严谨的思维方式，具有重要意义。
设计原则：
（1）面向生态文明建设和行业发展对水土保持人才培养的要求，围绕立德树人根本任务，教学目标明确。
本虚拟仿真实验项目基于科研教学团队十余年积累的科研数据，通过现代信息技术与传统教学深度融合，实现最新成果、最新知识向课堂转移，达到科研成果反哺实验教学，完整再现南方红壤区生态清洁小流域综合治理全过程。学生身临其境，在接近真实的场景中开展小流域综合治理，通过反复实验、探索、思考，发现并获得知识，达到培养具备扎实理论知识和实践技能，并能够灵活运用所学知识解决复杂问题的能力和创新精神的复合型人才目标。通过情景体验式教学及原理知识，学习并掌握生态清洁小流域综合治理技术激发和激励学生“保护水土资源，守护绿水青山”的家国情怀和社会责任感。
（2）融合知识学习和能力提升，实验模块循序渐进、交互可逆，教学内容完整。
本实验项目依托团队多年来的科研积累，在虚拟环境中再现最为实用和先进的南方红壤区生态清洁小流域综合治理技术和生态功能评价体系。根据生态清洁小流域综合治理特点及大学生认知规律，设计“原理认知”“现状问题与分区”“小流域综合治理”和“治理效果评估”共4个模块。
通过目标小流域现状的综合调查与分析，建立对南方红壤区小流域从水土流失特点、土地利用类型和社会经济发展状况的客观认识与问题分析。将小流域划分为预防保护区、综合治理区和生态修复区三个基本类型的治理区。根据三类治理区特点，有针对性的开展治理。针对预防保护区，实施以封育为主，间伐、补植为辅的综合措施，保护森林生态，预防水土流失。针对综合治理区，因地制宜，兼顾生态效益、经济效益的条件下，开展包括水土保持工程措施、林草措施等在内的水土保持综合措施，防治水土流失，发展小流域特色产业（包括基本农田建设、经果林种植和特色旅游等）。针对生态修复区，实施包括面源污染防治、沟（河）道护坡等综合修复措施，以实现小流域人类居民点、工矿区等周边沟（河）道的水土保持与水源清洁的治理目标。
在此基础上，对比不同区域不同治理措施，提出生态清洁小流域综合治理措施的最佳配置方案。通过构建生态清洁小流域生态功能评估体系，对小流域综合治理措施的生态功能进行分析评估，提出小流域综合治理优化技术方案，体现学生综合运用知识的能力。学生通过自主学习、自主设计和自主分析完成水土流失调查、成因分析，循序渐进理解和掌握治理措施技术及生态功能评价，有效巩固学生对理论知识的认知和理解，提升学生的实践创新能力。
（3）全过程记录并实时反馈结果，实验过程合理，实验成绩评价客观。
完整记录实验参与时间、参与全过程，实时反馈实验结果，全面考察学生对知识点的掌握情况、小流域现状调查的全面性，生态环境问题梳理的准确性、综合治理技术的可行性、治理效果评估的科学性，实验过程合理。系统能自动记录学生的每一步实验结果，并进行实时评判，不同实验环节根据实验条件、实验结果实行阶梯式赋分，同时考虑实验者的实验参与时间、参与度，实验成绩评价客观合理。
实验目标：
本实验以我国南方红壤区分布范围较广泛的低效人工林小流域的综合治理为实验教学目标，依托多年科学研究积累的数据构建高度仿真的实验教学场景，将小流域综合治理全过程划分为四大模块。本实验使学生身临其境，在接近真实的多个场景中开展生态清洁小流域综合治理实验，通过环环相扣、层层递进的内容设计，以及情景浸入式、任务驱动式、容错式、自主探究式等教学方法，最大限度激发学生的学习兴趣，引导学生自主学习、自主设计、自主探索，力求实现以下教学目标：
（1）知识目标：深刻理解土壤侵蚀原理、水土保持原理、生态经济原理，掌握小流域现状调查、生态清洁小流域建设方向与内容、水土保持治理措施综合配置、生态系统服务评估等知识点。
（2）能力目标：通过开展小流域现状综合调查，培养学生分析问题的能力，掌握因地制宜的布设水土保持措施、面源污染防控等综合防治的技术体系，提出发挥小流域生态系统服务最优功能的综合治理方案。
（3）素质目标：针对小流域突出的生态环境问题，如水土流失、面源污染、农林产业不协调等，培养学生灵活探究正确、高效、低消耗的小流域综合治理方案的严谨求实的科学思维和专业素养。
（4）思政目标：注重学生对水土保持理念在生态文明建设中重要性的思考，引导学生牢固树立和践行“两山”理念，增强学生维护国家生态安全的责任感和使命感，培养学生成为新时代生态环境的建设者和守护者。
实验要求：
（1）专业与年级要求
本实验面向南京林业大学水土保持与荒漠化防治、林学、生态学、环境科学等专业，在水土保持规划学、流域管理学、水土保持学等课程中设置生态清洁小流域综合治理课程实验。
鉴于本实验课程中“原理认知”“现状问题与分区”“小流域综合治理”和“治理效果评估”4个环节的实验内容具有相对独立性，全校其它专业的学生也可根据专业需求和个人能力选择不同的实验环节进行选修。
（2）基本知识和能力要求
具备一定的土壤侵蚀与水土保持知识背景和一定的计算机使用能力；具有自主学习能力和一定的自主探索能力；能够在治理规律认知、水保措施探究、综合治理评价三个层次的实验中总结分析特定实验结果背后的原因，将专业理论知识活学活用。
（3）实验注意事项
本实验为综合设计型课程实验，具有较强的高阶性、创新性和挑战度。为确保教学质量，提出以下实验注意事项。
①实验前，学生应认真阅读实验指导书，观看教学引导视频和操作视频，在教师指导下明确实验目的及各环节的知识点和重难点，奠定实验理论基础；
②请选择符合“实验教学相关网络”条件要求的软硬件实验环境开展实验，以保证实验操作的流畅性。
③实验过程中，请仔细阅读各环节任务要求，并根据步骤引导开展实验。当实验结果不理想时，请根据系统提示认真修改；同时，还可通过微信群、论坛、服务热线等方式寻求在线指导。
④请充分利用知识角，通过知识点课件库开展拓展阅读，扩充自己的专业知识。
⑤完成实验后，请务必点击“完成并提交”以生成实验报告，并在关闭实验界面前，点击界面右下角的“实验报告”链接进入课程平台查看，并结合实验报告认真回顾实验过程，针对不足查找原因，并积极开展互动交流，以进一步巩固理论知识、提升创新思维能力。
