1）专业与年级要求

专业：生物科学、生物工程、森林保护学、林学。

年级要求：包括从大二至大三的本科生及相关专业研究生。

（2）基本知识和能力要求

要求使用本系统的本科生或研究生具备一定的微生物学、植物学、森林病理学、林学、分子生物学等专业基础知识。掌握病原确定经典法则“柯赫法则”，了解松材线虫病检疫技术规程GBT23476-2009国家标准，并掌握松材线虫病的野外诊断、流行病学特征、松材线虫分离及鉴定方法等重要知识点。具备查阅文献能力，了解该病害的国内外最新研究进展。

1. 国家生态文明建设对专业人才培养的需要

林业是生态文明建设的主体，而森林资源是林业发展的基础，也是生态文明建设的重要载体。当前，我国森林覆盖率远低于全球平均水平。与此同时，我国是一个森林病虫害发生较严重的国家，林业有害生物灾害频发，尤其是传播迅速、防治困难的头号森林病害松材线虫病，先后在我国18省爆发流行，并已入侵庐山、黄山、泰山等多个国家级风景名胜区和重要生态区，每年致死松树数千万株，不仅造成巨大经济损失，且导致严重的生态破坏，这种状况难以满足维护林业健康可持续发展和生态文明建设的需求。

针对松材线虫病，生产上目前尚无经济有效的措施，及时准确的诊断是该病防控的最关键环节。“松材线虫病诊断及线虫致病性测定实验”是与《微生物学》和《森林病理学》等理论课程配套的实践教学环节，是实践教学内容的重中之重，是生物科学、生物工程、森林保护学、林学等专业学生必备的基本技能。通过该实验不仅要求学生牢固掌握病害诊断及病原物致病性测定的目的、要求及柯赫法则原理、病害三角关系等理论知识；熟练掌握松材线虫病野外诊断、室内诊断及病原物致病性测定方法，更重要的是能够灵活运用所学理论知识解决实际生产过程中随时可能遇到的新病害、疑难病害等问题，实现培养具有复杂病害诊断能力以及创新思维的专业人才培养目标。

2.实验耗时长、风险高、不可逆等问题难以在线下开展

松材线虫病诊断及线虫致病性测定实验受以下几个因素制约：

① 耗时长

松材线虫病野外发生历时2-3个月，感病林分通常山高坡陡，不易靠近。因此病害的野外诊断无法在线下教学实验中短时间得到实践。许多场景无法在室内展现，实体实验学时无法完成。通过线上虚拟教学，可以把所有的教学内容得以在规定学时内完成，全流程实验包括野外现场诊断及病害样品采集，室内病原物分离、鉴定及致病性测定等多个环节。

② 风险高

松材线虫是国际性检疫对象和我国重大危险性林业有害生物，传播迅速，防治困难，为了防范疫情的扩散和蔓延，对疫木采集、处置及实验条件都有严格规定，一般在非疫区是不允许在开放环境下进行病原分离、培养和接种等环节实验。目前我国75%以上的地区尚未发生松材线虫病，所以在非疫区缺乏真实的病害现场提供实验教学，在非疫区的高校在实验材料上若处置不当也可能会引发重大疫情。所以该实验的线下实体实验风险高，在许多地区都不可能开展。

③ 不可逆

松材线虫病为害的主要为10年生以上的高大松树，若实体实验以这样的松树为接种对象，松树一旦感染，结果就是死亡。因此，因此实体实验本身给已经栽培了10年以上的松树带来的影响是毁灭的。在真实的实体实验中不可能以这样的高大松树作为一般的教学实验材料。

因此，开展松材线虫病诊断及线虫致病性测定虚拟仿真实验教学具有极强的必要性和迫切性。

松材线虫病是全球松林的一种毁灭性病害，堪称林业上的“新冠肺炎”，对我国松林资源和生态安全构成重大威胁。及时准确的诊断是松材线虫病防控的关键环节。因此，该病害的诊断是农林院校相关专业学生及相关从业人员必须掌握的技能。然而，松材线虫病诊断实验教学却面临着耗时长、风险高、不可逆等困难。针对上述问题，团队以多年相关科研和教学成果为基础，遵照“能实不虚，虚实结合”的原则，研发了松材线虫病诊断及线虫致病性测定虚拟仿真实验项目。

首先，坚持以学生为中心的教学理念，采用“任务驱动式+情景浸入式+自主探究式”的多维互动式实验教学方法，激发学生的学习兴趣和主观能动性。

第二，各实验模块和环节均精心构思和设计，层层递进、环环相扣，将知识学习和能力提升有机融合，培养学生科学严谨的思维方式和解决复杂问题的综合能力。

第三，科研反哺教学。本实验的主体内容，是当前国内外在松材线虫病诊断和致病性测定中最实用和最前沿的方法和技术，建模数据均源于国家顶尖科研团队多年的科研成果，其中包括国家科技进步二等奖2项。保证实验内容的科学性和结果的准确性，同时体现了创新性和高阶性，是科研反哺教学的典型案例。

第四，立德树人理念贯穿教学全过程。以松材线虫病导致大面积松树枯死、引发生态灾难的震撼场景开场，通过“知识角”提供丰富的松材线虫病相关资讯，激发学生投身保护森林，守护绿水青山的情怀；实验过程中巧妙融入思政元素，如若误诊则引发大面积松林染病，引导学生学好科学知识为行业发展和时代需求作出贡献，增强学生的社会责任感和使命感。

本实验以我国重大危险性森林病害松材线虫病为例，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，将松材线虫病诊断及线虫致病性测定全过程拆解为3大模块，学生身临其境，在接近真实的多个场景中开展病害诊断实验，通过层层递进、环环相扣的内容设计，以及任务驱动式、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）掌握松材线虫病的典型症状特点，能够在复杂的发病林分中准确鉴别松材线虫病与其他原因导致病害。

（2）掌握松材线虫病疫木采集规范及植物寄生线虫分离的基本原理，能够正确采集松材线虫病疫木样品，成功分离松材线虫，探究样木量、分离用水量、分离时长和温度对线虫分离量的影响及其机制。

（3）掌握松材线虫的形态鉴别关键特征及形态鉴定的不足，能够利用形态学及分子自动化检测手段准确鉴别松材线虫。

（4）了解“病害三角”中寄主植物、病原物和环境条件之间的相互关系，掌握线虫致病性测定方法，探究寄主植物、线虫接种浓度及环境温度对松材线虫病发生发展的影响及其机制。

（5）全面理解柯赫法则的内涵和具体操作要点，能够灵活运用柯赫法则原理自行设计方案对新发侵染性病害或不熟悉病害进行诊断。

（6）树立重大危险性病虫害早发现、早报告、早除治意识，提升维护国土生态安全的责任感和使命感。

本实验针对考核点设计了实验成绩赋分模型。以该模型为基础，系统可分别针对学生3个实验模块的完成情况进行自动评分，最后再按照3个实验环节分别占10%，50%和40%的权重计算学生的最终实验成绩。

每个实验模块的成绩评价标准如下：

一、“病害认知”模块（占总成绩10%）

（1）松材线虫病基础知识学习（10分）

①完成松材线虫病的发病症状学习任务，通过病害简介视频、针叶、嫩梢树皮及松脂变化情况掌握感病松树的发病进程，得1.5分；

②实现松材线虫与其他线虫形态特征区别的学习目标，可以掌握松材线虫的口针、中食道球、雌虫阴门盖和尾部、以及雄虫交合刺特征，得2分；

③达成以柯赫法则证病原理作为病害诊断思路的效果，得1.5分；

④达成以柯赫法则进行松材线虫病诊断并掌握诊断鉴定原则的效果。

以上为基础分，5分。

⑤通过10道选择题，每题0.5分，共5分，得分3分及以上，在线测试通过，当得分小于3分时，需要重新返回学习并进行测试，直至测试得分3分及以上，方可结束学习模块。

二、“病害诊断”模块（占总成绩50%）

（1）野外发病林分现场调查（3分）

①接受国家林业局委派的松材线虫病普查工作任务，进入调查省份，得1分；

②漫游漫步野外发病林分现场，观察林分环境、立地条件，对松林进行整体观察，完成对野外发病林分现场的整体调查，得2分。

（2）松材线虫病疑似病树诊断（10分）

①仔细观察林分中的松树（共有健康松树、松枯梢感病松树、干旱致死松树和松材线虫病感病松树4种松树供学生观察）。判断树体大小、针叶颜色、新梢被害状、树皮被害状及树脂分泌情况等5个特征，每个特征判断准确给1分，共5分（调查基础分）；②学生需要多次调查病树才能完整掌握林分发病情况，每调查1次，+1分；最多+3分；

③综合疫木诊断信息采集表中的调查结果，准确判断松材线虫病感病松树，+2分，判断错误，不加分。

（3）野外病树样品采集（2分）

①准确设置取样部位，1分；

②准确设置圆盘厚度，1分。

（4）疫木线虫分离（10分）

①准确按照分离流程提示，顺序完成木样分离5个操作（夹止水夹-木样处理-漏斗加水-设定分离时间和温度-收集虫液），掌握贝尔曼漏斗分离法，每个操作得1分，共5分（基础分）；

②设置漏斗加水量>75%，+1分；

③设置分离温度为20-25℃，+1分；

④设置分离时间为12-24h，+1分。

⑤学生有重复实验寻找最佳分离参数范围的操作，重复1次，+1分，最多+2分。

（5）线虫分离结果检查（3分）

分结果赋分：

①成功收集线虫，3分;

②若未成功收集线虫，但返回查找问题重新实验，2分。重新实验后，2-5步骤的最终得分为：原操作得分×60%+新操作得分×40%，本步骤6则不重复统计。

③未成功收集线虫，也未返回查找问题者，此步骤不得分。

（6）线虫的形态鉴定（20分）

准确判断松材线虫雌雄成虫（阶梯式赋分）：至少鉴定出松材线虫雌雄成虫各1条，共5次机会，满分20分，得分由准确率百分比乘以20计算。（即：考察学生对松材线虫鉴别特征的完整掌握，即使只挑选松材线虫雌、雄成虫各1条提交，只要都鉴定准确，也可获得满分）

（7）线虫的分子鉴定（2分）

与形态鉴定结果相互验证，2分。

三、“线虫致病性测定”模块（占总成绩40%）

（1）树种感病性探究（5分）

系统默认控制松材线虫接种浓度为5000条/株，接种温度为25度。

①学生设置不同树种参数，调查接种松材线虫后不同松种的发病率、发病进程差异，每设置1种树种进行实验，得1分，最多得3分；

②查看发病率、及线虫数量等数据记录，评价不同松种对松材线虫的感病性（具体分析结果学生自行记录后用于步骤12的方案设计，此处只考察分析数据这一动作操作），2分。

（2）接种浓度探究（5分）

系统默认控制接种松树为马尾松，接种温度为25度。

①学生设置不同松材线虫接种浓度，调查线虫浓度对病害发生发展的影响，每设置1组接种浓度进行实验，得1分，最多得3分；

②查看发病率、及线虫数量等数据记录，评价不同接种浓度对松材线虫病发生发展的影响（具体分析结果学生自行记录后用于步骤12的方案设计，此处只考察分析数据这一动作操作），2分。

（3）环境温度影响（5分）

系统默认控制接种松树为马尾松，松材线虫接种浓度为5000条。

①学生设置不同环境温度，调查温度对松材线虫病发生发展的影响，每设置1组环境温度进行实验，得1分，最多得3分；

②查看发病率、及线虫数量等数据记录，评价不同接种温度对松材线虫病发生发展的影响（具体分析结果学生自行记录后用于步骤12的方案设计，此处只考察分析数据这一动作操作），2分。

（4）综合接种方案制定（18分）

①分析单变量接种方案的结果，设置各变量的合适参数，设计多变量接种方案，模拟病害发生过程（阶梯式赋分）：设计1组接种方案5分，最高15分；

②对不同发病时间点松树体内的线虫数量进行监测，+3分。

（5）综合接种方案优化（4分）

①对比多组设计方案的松苗发病数据，选择最优方案提交，2分（基础分）；

②学生的最佳方案可能有多种组合结果，出现最佳组合：“马尾松+接种浓度>5000条/株+环境温度25-35℃”或“黑松+接种浓度>3000条/株+环境温度25-35℃”时，+2分；提交其他组合时，不加分。

（6）实验材料的无害化处理（3分）

①对实验材料进行灭菌操作，+1分。

②根据实验结果，分析总结，+2分。