數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)在藥用植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用與探索

薛彩云　周如軍　李自博　郝寧　樸靜子　李天亞

摘要 為提高藥用植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)水平、創(chuàng)新教育教學(xué)方法、實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化，沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心將數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，不斷探索與實(shí)踐藥用植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式。本文介紹了藥用植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的基本情況，分析了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀與不足，探討了數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)的優(yōu)勢及其應(yīng)用于該課程的模式構(gòu)建，并分享了取得的教學(xué)效果，以期為數(shù)碼顯微互動與農(nóng)林院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)融合的教育教學(xué)方法研究提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞 藥用植物病理學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；數(shù)碼顯微互動

中圖分類號 G642.3? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 1007-7731（2023）08-0184-03

創(chuàng)新以學(xué)生發(fā)展為中心的教育教學(xué)方法，推進(jìn)農(nóng)林教育教學(xué)與信息技術(shù)深度融合，提升農(nóng)林課程的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，是新農(nóng)科建設(shè)對高等農(nóng)林教育教學(xué)的要求，也是我國教育發(fā)展的必由之路[1]。數(shù)碼顯微互動技術(shù)是近年興起的一種集合數(shù)碼顯微技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的綜合性信息技術(shù)[2]?；谠摷夹g(shù)的數(shù)碼互動系統(tǒng)是一種新型的教學(xué)工具，已廣泛應(yīng)用于高等農(nóng)林院校生命科學(xué)領(lǐng)域的形態(tài)學(xué)分支科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，推動了實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革與信息化建設(shè)，提升了實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效率和質(zhì)量[3-5]。沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心于2019年建成了數(shù)碼顯微互動實(shí)驗(yàn)室，將數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)融入到植物保護(hù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不斷探索與實(shí)踐現(xiàn)代化信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的新模式。藥用植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)課程應(yīng)用數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)方法和教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新，有效提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果和質(zhì)量。基于此，本文將從藥用植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的基本情況、傳統(tǒng)藥用植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀與不足、數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)的優(yōu)勢及其應(yīng)用于藥用植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的模式構(gòu)建及取得的教學(xué)效果等方面展開闡述，以期為數(shù)碼顯微互動與農(nóng)林院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)融合的教育教學(xué)方法研究提供參考借鑒。

1 藥用植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)課程基本情況

藥用植物病理學(xué)是沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)中草藥栽培與鑒定專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是植物保護(hù)專業(yè)熱門選修課[6]。藥用植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是同藥用植物病理學(xué)理論課程并行的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。目的是在講授藥用植物病理學(xué)理論知識的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生對植物病理學(xué)的實(shí)踐技能進(jìn)行學(xué)習(xí)，對生產(chǎn)中發(fā)生較重的藥用植物病害進(jìn)行識別和鑒定。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)使學(xué)生掌握重要、常見的藥用植物病害的癥狀特點(diǎn)及病原特性。同時(shí)，使其掌握植物病害鑒定中癥狀診斷、病原鑒別的綜合技術(shù)和方法，進(jìn)而提高學(xué)生的實(shí)踐能力和綜合分析能力。課程的主要內(nèi)容包括藥用植物病害癥狀觀察和藥用植物病原菌主要類群形態(tài)觀察等內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)課上不僅涉及藥用植物典型病害實(shí)體標(biāo)本癥狀觀察，還涉及引起藥用植物病害的病原菌顯微形態(tài)特征觀察。其中，病原菌顯微形態(tài)觀察是藥用植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)課上重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容，能夠使學(xué)生了解藥用植物病害病原的多樣性和復(fù)雜性，掌握主要病原菌的形態(tài)特征和鑒別方法。經(jīng)過多年的實(shí)踐教學(xué)積累，藥用植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)形成了一套完整的實(shí)驗(yàn)課程體系，為中草藥栽培與鑒定和植物保護(hù)專業(yè)本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供了可靠的前提和保障。

2 傳統(tǒng)藥用植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的藥用植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)模式為教師采用板書或幻燈片等先講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)內(nèi)容，布置實(shí)驗(yàn)任務(wù)和作業(yè)；之后，學(xué)生進(jìn)行觀察操作，學(xué)生如果有問題，舉手示意，教師巡回指導(dǎo)；最后，學(xué)生完成作業(yè)。藥用植物病害癥狀觀察主要用到藥用植物病害盒制標(biāo)本和液浸標(biāo)本等實(shí)體標(biāo)本，通過肉眼即可觀察到病部癥狀特點(diǎn)，一般無需其他設(shè)備輔助，教師可以手持標(biāo)本樣本，同時(shí)為多名學(xué)生示范指導(dǎo)。而在病原菌形態(tài)顯微觀察實(shí)驗(yàn)課上，學(xué)生人手一臺傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡，獨(dú)立進(jìn)行鏡下觀察與操作。由于傳統(tǒng)顯微設(shè)備設(shè)計(jì)上的個(gè)體性和封閉性的特點(diǎn)，基于傳統(tǒng)顯微設(shè)備的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的弊端逐漸顯現(xiàn)。首先，學(xué)生在觀察的過程中遇到問題，需要教師親自操作“一對一”示范指導(dǎo)。通常一名教師要巡回輔導(dǎo)幾十名學(xué)生，無法實(shí)現(xiàn)對學(xué)生的充分監(jiān)督和及時(shí)有效指導(dǎo)。其次，學(xué)生只能看到自己鏡下的結(jié)構(gòu)特征，教師或?qū)W生在顯微鏡下觀察到的典型的形態(tài)特征不能作為示教示范給其他學(xué)生，導(dǎo)致共性問題重復(fù)講解。如學(xué)生在初次觀察殼針孢屬或莖點(diǎn)霉屬病原真菌的分生孢子器時(shí)，難以識別顯微鏡視野下的特征結(jié)構(gòu)，教師通常需要在視野下調(diào)試出典型結(jié)構(gòu)，給學(xué)生輪流示范講解，增加了教師勞動強(qiáng)度。再次，課上教師分身乏術(shù)和師生無法共享鏡下圖像，教師難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生鏡下問題，教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生間也無法實(shí)現(xiàn)及時(shí)交流互動。因此，基于傳統(tǒng)顯微觀察實(shí)驗(yàn)室的藥用植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)課程存在教學(xué)效率不高、示教效果不理想、教師與學(xué)生互動性差等問題，直接影響了教學(xué)效果。

3 數(shù)碼顯微互動在藥用植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢

數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)主要由數(shù)碼顯微鏡、圖象系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)和語音系統(tǒng)4個(gè)部分構(gòu)成，還可以加設(shè)多媒體投影系統(tǒng)，具有強(qiáng)大的顯微觀察、圖像采集分析、圖像和語音傳輸?shù)裙δ躘4]?；谝陨瞎δ?，數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)在藥用植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)揮了較大優(yōu)勢。

3.1 圖像實(shí)時(shí)傳輸與共享

數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)的教師端和學(xué)生端都有專用的顯微鏡和電腦，通過網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)將教師端和學(xué)生端聯(lián)絡(luò)在一起。教師端鏡下圖像可傳給學(xué)生端，學(xué)生端圖像也可傳給教師端，教師端與學(xué)生端圖像可雙向傳送和共享。

3.2 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和互動

教師端電腦可實(shí)時(shí)監(jiān)控每位學(xué)生鏡下畫面，掌握學(xué)生實(shí)際操作和觀察的情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并快速、直觀地進(jìn)行講解和操作演示指導(dǎo)。例如，學(xué)生第一次進(jìn)行顯微鏡使用和顯微觀察，有時(shí)會將視野下的氣泡或其他雜質(zhì)當(dāng)成病原物的目標(biāo)結(jié)構(gòu)，利用數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)，教師可在教師端電腦上及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并指正。同樣，學(xué)生觀察中發(fā)現(xiàn)問題，也可通過提問功能和語音傳輸及時(shí)向教師提問。對于共性的問題，教師可同時(shí)面向全部學(xué)生解答。

3.3 圖像采集功能

學(xué)生在課堂上觀察到的典型特征的結(jié)構(gòu)，可利用圖像采集、編輯和存儲功能拍攝圖像留存，用于放大觀察和繪圖使用；采集的圖像還可用于教師教學(xué)演示或制作多媒體課件使用；另外，還可建立專門的電子圖像庫，作為實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)專用或用于建立數(shù)字標(biāo)本庫。

4 基于數(shù)碼顯微互動的藥用植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式構(gòu)建

針對傳統(tǒng)的顯微觀察實(shí)驗(yàn)課中存在的問題，筆者所在學(xué)校植物保護(hù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心發(fā)揮數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)的優(yōu)勢，將數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)引入藥用植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)并積極探索構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式。利用數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)的藥用植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)模式：首先，教師通過多媒體課件授課，講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方法，利用課件中的圖片向?qū)W生展示和講解藥用植物病害的病癥與病狀、病原物的形態(tài)特征等，并布置課堂實(shí)驗(yàn)任務(wù)；接著，學(xué)生進(jìn)行顯微鏡操作和切片觀察。教師在這個(gè)時(shí)段全程監(jiān)控學(xué)生鏡下畫面和具體操作，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)指正，學(xué)生有問題也可向教師提問，師生及時(shí)互動和溝通。在此期間，學(xué)生還可對觀察到的典型形態(tài)特征拍照留存；之后，教師根據(jù)掌握的學(xué)生的課上學(xué)習(xí)情況，針對課堂上的重點(diǎn)難點(diǎn)示范教學(xué)，將教師端鏡下的典型結(jié)構(gòu)特征共享給學(xué)生，或?qū)⒛澄粚W(xué)生鏡下圖像共享給其他學(xué)生；最后，學(xué)生完成課堂布置的任務(wù)和作業(yè)。與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，基于數(shù)碼顯微互動的藥用植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)的新型教學(xué)模式在提高課堂教學(xué)效果和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造能力等方面發(fā)揮了明顯的優(yōu)勢。

5 基于數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)的藥用植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

5.1 提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率和質(zhì)量

數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)有教師對學(xué)生全程實(shí)時(shí)監(jiān)控、師生實(shí)時(shí)交流互動、圖片資源共享、示范教學(xué)作用強(qiáng)等作用和優(yōu)勢。教師可直觀有效地講解重點(diǎn)難點(diǎn)，還可將典型的形態(tài)結(jié)構(gòu)圖像示教給學(xué)生，有利于建立良好課堂秩序，避免同一個(gè)問題重復(fù)講解，減輕教師勞動強(qiáng)度。學(xué)生及時(shí)提出問題并快速得到解答，能夠擴(kuò)充課堂教學(xué)的信息量，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)興趣，從而提高學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力和知識掌握效果，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率和質(zhì)量。

5.2 提升了學(xué)生課堂參與度

數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)具備的教師和學(xué)生、學(xué)生和學(xué)生實(shí)時(shí)雙向溝通、學(xué)生鏡下圖像共享和學(xué)生多人分組討論等功能和優(yōu)勢，可使學(xué)生由“填鴨式”消極被動學(xué)習(xí)，轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)現(xiàn)問題和解決問題的主動式學(xué)習(xí)，提高學(xué)生創(chuàng)造能力和操作能力，調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，使學(xué)生積極踴躍參與到課堂學(xué)習(xí)和討論中，提升學(xué)生的課堂參與度。

5.3 豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

利用數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)的圖片采集功能，教師可提前在備課時(shí)對典型的病原菌形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行圖像采集和保存，還可在課堂上對任意一臺顯微鏡下的圖像進(jìn)行捕捉拍照和保存。這些圖片不僅可以在課堂上作為示教，還可用于藥用植物病害病原物典型形態(tài)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)素材。在教學(xué)過程中，可逐漸建立病原物形態(tài)結(jié)構(gòu)圖片庫，用于后續(xù)的理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，豐富和補(bǔ)充了教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)資源。

6 結(jié)語

數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)作為一種全新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)用教具，應(yīng)用于藥用植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中，發(fā)揮了現(xiàn)代信息化技術(shù)的優(yōu)勢，促進(jìn)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新，建立了新型教學(xué)模式。數(shù)碼顯微互動與藥用植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，有利于提高教學(xué)效率和質(zhì)量，拓展和豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容，提升學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。目前，數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)功能仍有待充分開發(fā)和利用，實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員還需繼續(xù)深入研究和探索實(shí)踐，使信息技術(shù)更好地服務(wù)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提供支撐和保障。

7 參考文獻(xiàn)

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（責(zé)編：王 菁）

基金項(xiàng)目 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)2022年度教育教學(xué)研究立項(xiàng)（2022-02）；沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)2021年度教育教學(xué)研究立項(xiàng)（2021-112）。

作者簡介 薛彩云（1982—），女，山西臨汾人，博士，高級實(shí)驗(yàn)師。研究方向：植物病理實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理。

收稿日期 2022-12-26