基于超星學習通的數(shù)字切片在植物學實驗教學中的應用

張興旺 陳修函 謝艷萍 吳曉敏 丁建華 金顯文

摘? 要：傳統(tǒng)植物學實驗教學主要依賴玻璃切片和顯微鏡，在教學過程中存在一定的局限性。數(shù)字切片的出現(xiàn)為創(chuàng)新植物學實驗教學模式提供了契機?；诔菍W習通移動學習平臺，探討了數(shù)字切片在植物學實驗教學中的應用，并對其應用效果進行了評價。結(jié)果表明，這種新的教學模式不僅能夠激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的自主學習能力，而且能夠提高學生的學習效率。數(shù)字切片與教育信息技術的融合，實現(xiàn)了教學資源的開放共享，促進了植物學實驗教學質(zhì)量的提高。

關鍵詞：超星學習通;數(shù)字切片;植物學實驗;教學模式

中圖分類號 G642.0? ?文獻標識碼 A? ?文章編號 1007-7731（2019）09-0.145-3

Abstract：There are many limitations in the traditional teaching process of botanical experiment due to its dependence on glass slices and microscope. The application of digital slices in the experimental teaching of botany was explored based on Chaoxing mobile learning platform in this paper，and its actual application effect was further evaluated. The results indicate that the new teaching model can not only inspire the students learning interest and promote their self-learning ability，but also improve their learning efficiency. Integration of digital slices and educational information technology realizes the opening and sharing of teaching resources and facilitates to improve teaching quality in botanical experiment.

Key words：Chaoxing APP;Digital Slice;Botanical experiment;Teaching model

植物學是高等農(nóng)林、師范以及綜合性院校植物生產(chǎn)類、生物科學、生物技術等專業(yè)開設的一門專業(yè)基礎課。作為大生物學類人才培養(yǎng)方案課程體系的重要組成部分，該門課程教學質(zhì)量的高低將直接影響學生對后續(xù)專業(yè)課的學習[1]。植物學內(nèi)容知識點繁多，涉及大量的描述性名詞和分類術語，學生往往難以理解和記憶。因此，植物學實驗已成為學習植物學的重要實踐環(huán)節(jié)。通過實驗教學，一方面能夠鞏固和理解課堂講授的基本理論、基本知識;另一方面，能夠提高學生學習植物學的興趣，培養(yǎng)觀察、動手能力和分析問題、解決問題的能力[2]。

網(wǎng)絡信息化技術和計算機輔助教育的迅速發(fā)展，為植物學實驗教學改革提供了契機。傳統(tǒng)植物學實驗（形態(tài)解剖部分）主要是借助光學顯微鏡觀察植物細胞、組織或者器官的玻璃切片，這種教學模式雖然能夠完成教學大綱規(guī)定的內(nèi)容，但在具體教學過程中還存在一些不足[3]。例如：不同批次玻璃切片的制作質(zhì)量參差不齊，難以保證所有切片形態(tài)結(jié)構的典型性;玻璃切片長期保存易褪色、破損，需要經(jīng)常購買補充;玻璃切片只能借助顯微鏡在實驗室觀察，使用受時間和空間的限制等;傳統(tǒng)玻璃切片的局限性在一定程度上影響了植物學實驗教學的質(zhì)量和效率。近年來，數(shù)字切片的出現(xiàn)彌補了傳統(tǒng)玻璃切片的不足，已在醫(yī)學形態(tài)學相關課程的教學中得到了廣泛應用，并取得了良好的教學效果[4，5]，但數(shù)字切片運用于植物學實驗教學中的報道還很少。因此，筆者基于超星學習通移動學習平臺，探討數(shù)字切片在植物學實驗教學中的具體應用，并對其應用效果進行評價，以期為植物學實驗教學改革提供有價值的參考。

1 數(shù)字切片庫的構建

數(shù)字切片又稱虛擬切片，是利用全自動顯微鏡掃描平臺，結(jié)合數(shù)字掃描軟件系統(tǒng)，對傳統(tǒng)玻璃切片進行掃描、存儲、無縫拼接，最后生成一張全視野高分辨率的數(shù)字圖片[3，5]。目前，數(shù)字切片庫主要通過2種方式構建。一是從商業(yè)公司直接購買數(shù)字切片。這種數(shù)字切片往往是基于公司的軟件開發(fā)，且涉及版權不能隨意編輯，在使用過程中存在諸多不便;此外，公司提供的數(shù)字切片種類有限，不一定能夠滿足實驗開展的需要[6]。二是根據(jù)實驗教學內(nèi)容利用數(shù)字切片掃描和應用自制數(shù)字切片庫?；幢睅煼洞髮W基礎生物學實驗中心于2015年引入了Motic數(shù)字化掃描應用系統(tǒng)，這為數(shù)字切片庫的構建提供了有力保障。

為構建1個高質(zhì)量的數(shù)字切片庫，教學團隊組織經(jīng)驗豐富的教師對玻璃切片進行篩選，確保制作的數(shù)字切片圖像清晰、結(jié)構典型，具有良好的教學示范性。Motic數(shù)字化掃描應用系統(tǒng)主要包括全自動掃描顯微平臺、控制與掃描軟件2個部分。制作數(shù)字切片時，首先利用全自動顯微鏡（Motic BA600Mot）在低倍鏡下掃描玻璃切片，獲得全景地圖;然后選擇目標區(qū)域轉(zhuǎn)換到高倍鏡下（40×），采用自動或手動（取決于切片的厚薄）聚焦建模進一步掃描，獲得高分辨率的圖片。使用系統(tǒng)掃描軟件對這組圖片進行拼接、壓縮等處理，最后生成具有光學無極變倍效果的高質(zhì)量數(shù)字切片。將制作出的數(shù)字切片編號、命名、標注并按實驗章節(jié)分類保存，完成數(shù)字切片庫的建設。一般情況下，學生可以通過互聯(lián)網(wǎng)訪問數(shù)字切片庫，用公司提供的專業(yè)軟件進行閱片。由于數(shù)字切片接入互聯(lián)網(wǎng)需要一定的軟硬件支持，許多高校主要在數(shù)碼顯微互動教室的局域網(wǎng)內(nèi)使用。為了讓學生更加便捷的獲取數(shù)字切片資源，利用Motic Images Advanced（version 3.2）軟件對數(shù)字切片的典型結(jié)構進行標注、描述并存為普通圖片格式，構建數(shù)字切片資源圖庫，通過網(wǎng)絡教學平臺實現(xiàn)資源共享。

2 基于超星學習通的數(shù)字切片在植物學實驗教學中的應用

傳統(tǒng)植物學實驗教學過程中，教師首先借助粉筆、黑板和掛圖（或者是幻燈片）對實驗內(nèi)容進行講解，然后分發(fā)玻璃切片，指導學生使用顯微鏡進行觀察并完成繪圖。這種教學模式難以激發(fā)學生的學習興趣，教學效率較低。筆者以植物學（形態(tài)解剖）“植物葉的形態(tài)和結(jié)構”為例，介紹基于超星學習通的數(shù)字切片在實驗教學中的應用。

在授課之前，要求學生使用智能手機下載安裝超星學習通APP軟件，并以實名方式完成注冊加入班級教學群組。超星學習通是一款優(yōu)秀的知識傳播和管理分享平臺，筆者已經(jīng)利用該平臺進行了植物學實驗課程資源建設[7]。課前預習階段，選擇旱生植物夾竹桃、中生植物棉花、水生植物睡蓮和眼子菜以及禾本科植物玉米、小麥葉的數(shù)字切片，打包上傳至超星學習通“資料”模塊供學生下載觀察。學生在觀察過程中遇到問題可以通過群聊功能與同學、老師進行交流。教師使用“主題討論”模塊引導學生思考：旱生植物、中生植物和水生植物葉在結(jié)構上有什么異同？小麥葉和玉米葉在結(jié)構上有什么異同？要求每位同學發(fā)帖回復。通過課前預習，學生不僅對實驗內(nèi)容有了一定了解，而且激發(fā)了學習興趣。課堂教學過程中，教師使用Motic數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)登陸數(shù)字切片庫，利用Motic VM V1 Viewer讀取相關數(shù)字切片，圍繞雙子葉植物、單子葉植物和裸子植物葉的結(jié)構特點以示范教學的方式進行講解。針對學生在預習中的疑問，選取具有典型結(jié)構的數(shù)字切片展開講解，顯著提高教學效率。教師講授結(jié)束后，指導學生使用數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)學生端登陸數(shù)字切片庫進行閱片。數(shù)字切片具有衛(wèi)星導航圖，并且可以模擬顯微鏡切換不同倍數(shù)，便于學生從整體到局部全面觀察切片結(jié)構，促進對植物學理論課知識的理解和掌握。此外，學生在閱片過程中遇到問題，可以通過顯微互動系統(tǒng)與教師隨時進行交流。在實驗過程中預留出1個學時（共3學時）的時間，要求學生使用顯微鏡觀察玻璃切片。通過這種方式，一方面鍛煉學生的顯微鏡的操作能力;另一方面，學生可以比較數(shù)字切片和玻璃切片的不同，有利于培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。實驗課結(jié)束后，布置作業(yè)，并將本次實驗使用的所有數(shù)字切片上傳至超星學習通移動學習平臺，供學生課后觀察復習。

數(shù)字切片也可以應用于植物學實驗考試過程中。傳統(tǒng)植物學實驗考試，一般要求學生利用顯微鏡在規(guī)定時間內(nèi)完成玻璃切片的觀察并答題?？记靶枰處煂ΣＡ衅臉撕炦M行隱藏、編號，然后讓學生以小組（8～10人）為單位進行考試，這種考核方式準備繁瑣且效率低下。另外，每位同學觀察的玻璃切片質(zhì)量存在差異，難以保證考試的公平性。而使用數(shù)字切片能夠很好避免上述問題。將數(shù)字切片以圖片方式導出，使用圖像編輯軟件設計出2套（或多套）難度相當?shù)目碱}。利用數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)下發(fā)給學生，并保證相鄰座位的學生試題不同，學生在規(guī)定時間內(nèi)完成考試將試題上傳至系統(tǒng)的教師端。這種考試方式不僅方便快捷，而且能夠提高考試結(jié)果的客觀性和公平性。

3 基于超星學習通的數(shù)字切片在實驗教學中應用效果評價

以2017級生物科學專業(yè)2個班99人為研究對象，在植物學實驗教學中開展了相關研究。在綜合考慮學生的性別、年齡和上學年綜合測評等背景資料一致性的基礎上，將該專業(yè)學生分為實驗組（50人）和對照組（49人）。實驗組接受數(shù)字切片并輔以傳統(tǒng)玻璃切片的教學方式，對照組僅使用傳統(tǒng)玻璃切片開展教學。2組學生理論課和實驗課任課教師、所用教材、教學軟硬件條件均完全相同。

學期結(jié)束后，以問卷調(diào)查和考試成績分析2種方式評價了教學效果。問卷共設計5個調(diào)查內(nèi)容，設置“非常滿意”、“基本滿意”和“不滿意”3個等級。指導學生使用問卷星網(wǎng)站（https：//www.wjx.cn/）完成問卷調(diào)查，共獲得有效問卷99份。使用SPSS 20.0軟件對學生的實驗成績（植物學實驗成績總分100分，其中實驗報告60分、實驗操作20分、實驗考試20分）進行統(tǒng)計分析，以了解實驗組和對照組之間是否存在差異。

問卷調(diào)查結(jié)果顯示（表1），實驗組5個調(diào)查內(nèi)容總體滿意度（非常滿意和基本滿意之和）的平均值（94%）要高于對照組（78.37%）;卡方檢驗表明，2組之間在“激發(fā)學習興趣”、“提高學習效率”和“培養(yǎng)自主學習能力”3個調(diào)查內(nèi)容的差異達到顯著水平（P<0.05）。問卷調(diào)查表明，將數(shù)字切片應用于植物學實驗教學中學生的認可度高。實驗成績的t檢驗分析顯示（表2），實驗組的成績顯著高于對照組（P<0.05），表明采用數(shù)字切片輔以玻璃切片的教學模式能夠有效提高教學質(zhì)量。

4 結(jié)語

植物學實驗是植物課程的重要組成部分，其教學效果的好壞不僅影響學生對植物學理論知識的理解和掌握，而且影響學生綜合能力的培養(yǎng)。一直以來，如何提高植物實驗教學質(zhì)量受到了眾多院校的重視，許多研究者從教學內(nèi)容、教學方法、考核體系等方面進行了有益的探索并取得一定的成效[1，2]。現(xiàn)代信息技術與教育教學的深度融合，為重塑傳統(tǒng)教學形態(tài)提供了新的機遇，數(shù)字切片正是在這種背景下應運而生。

數(shù)字切片在植物學實驗教學中的應用，彌補了傳統(tǒng)玻璃切片的一些不足，使得傳統(tǒng)植物學實驗教學擺脫了時間和空間上的限制。學生對于這種新的教學模式滿意度較高，有效提高了植物學實驗教學的質(zhì)量和效率。盡管數(shù)字切片具有許多優(yōu)勢，但也不能完全取代傳統(tǒng)玻璃切片和顯微鏡。傳統(tǒng)植物學實驗教學要求學生利用顯微鏡觀察玻璃切片，這種教學方式能夠很好鍛煉學生的顯微鏡操作能力，而熟練使用顯微鏡也是一項重要的實驗技能[5]。因此，在教學過程中，應預留出一定的時間指導學生利用顯微鏡觀察玻璃切片，訓練學生的實驗操作能力，從而實現(xiàn)玻璃切片與數(shù)字切片的優(yōu)勢互補。此外，數(shù)字切片在教學中涉及到課前預習、課中教學和課后復習的不同階段，教師要合理安排好這幾個環(huán)節(jié)的銜接時間，并借助網(wǎng)絡學習平臺對學生的自主學習情況進行適度督促，讓整個教學過程流暢、高效，力爭取得良好的教學效果。

總之，基于超星學習通的數(shù)字切片應用于植物學實驗教學中在一定程度上改變了傳統(tǒng)的教學模式。它依靠現(xiàn)代信息技術，實現(xiàn)了教學資源的開放共享，使得教學方法更加靈活、高效。今后仍需不斷探索和實踐，利用現(xiàn)代信息技術優(yōu)化實驗教學體系，為植物學實驗智慧課堂的建設奠定基礎。

參考文獻

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（責編：徐世紅）

基金項目：安徽省高等學校省級質(zhì)量工程“環(huán)境生態(tài)學”智慧課堂項目（2018zhkt027）;安徽省高等學校省級質(zhì)量工程“生物統(tǒng)計學”慕課項目（2017mooc323）;淮北師范大學教學研究一般項目“數(shù)字化切片在植物學實驗教學中的應用研究”（jy2017124）;淮北師范大學教學研究重大項目“基于移動互聯(lián)網(wǎng)平臺新時代創(chuàng)新教學培養(yǎng)模式（ITM）的研究”（JY18001）;淮北師范大學教學研究重點項目““互聯(lián)網(wǎng)+”背景下《設施園藝學》課程的教學改革與探索”（JY18016）。

作者簡介：張興旺（1979—），男，安徽壽縣人，博士，副教授，研究方向：植物資源保護與利用。? *通訊作者? 收稿日期：2019-04-20