App輔助植物分類學(xué)實(shí)踐教學(xué)的改革

管畢財(cái)，蔡奇英

(南昌大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，南昌 330031)

野外實(shí)習(xí)是植物分類學(xué)教學(xué)計(jì)劃中理論聯(lián)系實(shí)際的重要手段。通過實(shí)習(xí)可以使學(xué)生充分認(rèn)識(shí)豐富的植物世界，擴(kuò)展視野，增加知識(shí)面，加深對(duì)植物分類原理和方法的理解，使抽象的概念具體化，學(xué)習(xí)到理論課堂上無法接觸到的植物分類學(xué)知識(shí)[1-3]。

1 目前植物分類學(xué)野外實(shí)習(xí)存在的問題

20世紀(jì)90年代以來，分子生物學(xué)的發(fā)展對(duì)傳統(tǒng)生物學(xué)產(chǎn)生了巨大的沖擊，我國經(jīng)典植物分類學(xué)后繼乏人，導(dǎo)致多年來植物分類學(xué)師資嚴(yán)重短缺，甚至一些著名的植物分類學(xué)研究機(jī)構(gòu)和高校也只有少數(shù)學(xué)者從事經(jīng)典植物分類學(xué)工作[4]。而那些研究基礎(chǔ)一般的高校尤其缺乏能夠指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行植物分類學(xué)實(shí)踐的師資，即使能勉強(qiáng)開展植物分類學(xué)野外實(shí)習(xí)，不少高校也只能采用走馬觀花的實(shí)習(xí)方式。實(shí)習(xí)時(shí)學(xué)生被動(dòng)地記錄指導(dǎo)老師講解的植物種類和形態(tài)特征，然后憑記憶進(jìn)行植物識(shí)別，難以將植物分類學(xué)理論體系和野外的植物物種多樣性聯(lián)系起來；學(xué)生接觸的信息量少，獲得的植物學(xué)知識(shí)難成體系，掌握的分類學(xué)技能有限。單調(diào)的教學(xué)手段加之學(xué)生的植物學(xué)理論基礎(chǔ)薄弱，導(dǎo)致學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣下降，無法取得良好的實(shí)習(xí)效果[5]。因此，不能和當(dāng)今社會(huì)對(duì)植物分類學(xué)人才需求相適應(yīng)。為了提高植物分類學(xué)野外實(shí)習(xí)的效果，必須進(jìn)行實(shí)習(xí)模式的改革。

近年來，App(Application)作為一種便捷的信息傳遞方式，深刻影響了人們生活方式和社會(huì)發(fā)展。在教育領(lǐng)域，人們一直在研究如何利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)促進(jìn)教學(xué)模式的改革和發(fā)展，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣并有效地提高教學(xué)效果[6-7]。實(shí)踐證明，教學(xué)過程中的App運(yùn)用能使教學(xué)內(nèi)容直觀易懂，教學(xué)效果反饋直接，信息傳輸與互動(dòng)迅速便捷，更能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和效果[8-9]。因此，順應(yīng)信息化時(shí)代高等教育的發(fā)展趨勢(shì)，利用App改變現(xiàn)行的傳統(tǒng)教學(xué)模式成為教學(xué)領(lǐng)域改革的必然。由于App的應(yīng)用，植物分類學(xué)領(lǐng)域也迎來了新局面。目前，科技公司和植物科研機(jī)構(gòu)合作開發(fā)出了幾款表現(xiàn)優(yōu)秀的植物識(shí)別App軟件，其中以“花伴侶”和“形色”兩款A(yù)pp功能最為強(qiáng)大。不同于單純鑒別花卉的應(yīng)用，“形色”為用戶搭建了一個(gè)持續(xù)性更強(qiáng)的社交平臺(tái)。用戶可以一秒就能識(shí)別植物，App內(nèi)部也有識(shí)花大師幫忙鑒定植物，“形色”可以立即給出花名和寓意并精準(zhǔn)識(shí)別4000種植物，準(zhǔn)確率高達(dá)82%?！盎ò閭H”App基于最新人工智能深度學(xué)習(xí)技術(shù)和專利算法及利用中科院植物研究所近10年積累的海量植物分類圖庫研發(fā)而成。用戶只要將手機(jī)對(duì)著植物的特征部位拍照，就能自動(dòng)識(shí)別該植物的名稱，并提供根莖葉花果、產(chǎn)地、分布及功效等更詳細(xì)的信息。截至目前，“花伴侶”可識(shí)別11 000種植物，識(shí)別精度超過80%[10]。這兩款手機(jī)App不僅是植物分類的科普軟件，而且是學(xué)生探索豐富的植物世界的學(xué)習(xí)工具。顯然，這幾款A(yù)pp不能替代教師的作用，但一定程度上彌補(bǔ)了植物分類學(xué)師資短缺的問題，能為野外實(shí)習(xí)提供極大的便利。然而，目前利用這兩款A(yù)pp進(jìn)行植物分類學(xué)野外實(shí)習(xí)教學(xué)的報(bào)道并不多。作為講授植物分類學(xué)課程的教師，一直在思索如何恰當(dāng)?shù)膽?yīng)用這兩款A(yù)pp輔助植物分類學(xué)的實(shí)踐教學(xué)，提高野外實(shí)習(xí)的效率與教學(xué)效果。

2 植物分類學(xué)野外實(shí)習(xí)教學(xué)改革的實(shí)施

野外實(shí)習(xí)前需做一些必要的準(zhǔn)備工作。準(zhǔn)備參考書和實(shí)習(xí)工具，熟悉種子植物主要科的重要特征，布置實(shí)習(xí)任務(wù)。準(zhǔn)備實(shí)習(xí)工具，如相機(jī)、筆記本、海拔儀、解剖工具、工具書、枝剪和標(biāo)本夾等。從2016級(jí)生科院3個(gè)專業(yè)9個(gè)小組共203名學(xué)生中抽出4個(gè)小組共90名學(xué)生分成對(duì)照組(2個(gè)小組共45人)和實(shí)驗(yàn)組(2個(gè)小組共45人)，實(shí)驗(yàn)組學(xué)生下載好“形色”以及“花伴侶”兩款A(yù)pp，并熟悉兩款A(yù)pp的功能。實(shí)習(xí)過程中，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組均對(duì)講解的植物拍照并做記錄，采集標(biāo)本，當(dāng)天整理所采集的植物標(biāo)本，在指導(dǎo)教師的幫助下完成當(dāng)天的復(fù)習(xí)工作。返校后，在實(shí)驗(yàn)室通過查閱工具書，確定植物標(biāo)本學(xué)名，制作植物標(biāo)本。最后，進(jìn)行實(shí)習(xí)總結(jié)。

2.1 校園植物分類實(shí)踐

南昌大學(xué)校園內(nèi)擁有豐富的植物種類，有各種類群約300多種。因此，南昌大學(xué)校園也是進(jìn)行短期植物分類學(xué)實(shí)踐教學(xué)的理想基地。

校園實(shí)踐時(shí)間1 d，實(shí)踐時(shí)間共8 h，上午4 h，下午4 h。

實(shí)驗(yàn)組：每個(gè)小組學(xué)生利用App軟件進(jìn)行自主預(yù)習(xí)，熟悉校園里的種子植物2 h。然后指導(dǎo)老師直接進(jìn)行植物的識(shí)別講解4 h。再組織學(xué)生利用App進(jìn)行自主復(fù)習(xí)2 h。對(duì)照組：學(xué)生不利用App自主預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，老師直接講解植物的特征和種名?？刂茖?shí)習(xí)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)組一樣。考查每個(gè)學(xué)生能準(zhǔn)確鑒定的植物種類數(shù)。

2.2 井岡山植物分類野外實(shí)習(xí)

總實(shí)習(xí)時(shí)間為5 d，總計(jì)約40 h。

實(shí)驗(yàn)組：每天學(xué)生按照既定實(shí)習(xí)路線利用App軟件先進(jìn)行植物物種識(shí)別自主學(xué)習(xí)1 h。然后指導(dǎo)老師進(jìn)行植物特征講解4 h。再組織學(xué)生利用App進(jìn)行自主復(fù)習(xí)1 h。野外教學(xué)完畢，晚上回到實(shí)習(xí)基地后，利用采集的植物標(biāo)本繼續(xù)復(fù)習(xí)2 h，復(fù)習(xí)方式主要采用老師講解1 h和App自主復(fù)習(xí)1 h相結(jié)合的方式。對(duì)照組：按照既定的實(shí)習(xí)路線，指導(dǎo)老師直接講解植物物種的特征，控制每天實(shí)習(xí)的時(shí)間和實(shí)驗(yàn)組基本一樣。最后，考查每個(gè)學(xué)生能準(zhǔn)確鑒定的植物種類數(shù)。

3 實(shí)踐教學(xué)改革的效果分析

3.1 調(diào)查問卷分析

為了客觀地評(píng)價(jià)野外實(shí)習(xí)改革的實(shí)際效果，我們給實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組發(fā)放了45份調(diào)查問卷，了解野外實(shí)習(xí)改革的實(shí)際效果。90份調(diào)查問卷1 d后全部收回，經(jīng)過檢查確認(rèn)均為有效問卷。對(duì)問卷進(jìn)行分析。

表1 野外實(shí)習(xí)的整體效果

3.1.1 App輔助野外實(shí)習(xí)的效果

從表1可以看出，學(xué)生對(duì)利用App輔助進(jìn)行植物分類學(xué)實(shí)習(xí)的教改模式是普遍認(rèn)可的。實(shí)驗(yàn)組認(rèn)為實(shí)習(xí)效果良好以上的人數(shù)達(dá)32人，占71.1%。對(duì)照組20人對(duì)實(shí)習(xí)效果評(píng)價(jià)良好及優(yōu)秀，占44.4%。調(diào)查結(jié)果表明傳統(tǒng)的植物分類學(xué)野外實(shí)習(xí)效果難以令人滿意，野外實(shí)習(xí)模式改革勢(shì)在必行。必須結(jié)合網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的信息資源，利用植物分類App軟件彌補(bǔ)師資匱乏的不足，并調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，打破傳統(tǒng)的“老師講、學(xué)生記”的野外實(shí)習(xí)模式。

3.1.2 App輔助野外實(shí)習(xí)后學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和信心的提升

表2表明，有App的輔助，學(xué)生的學(xué)習(xí)植物分類學(xué)的興趣、自主性和自信心有明顯的提升。完成了野外實(shí)習(xí)后，調(diào)查的每一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)組的學(xué)生的人數(shù)都超過了對(duì)照組的人數(shù)。其中，認(rèn)為增強(qiáng)了學(xué)習(xí)植物分類信心的學(xué)生多了28.9%，認(rèn)為學(xué)習(xí)植物分類比實(shí)習(xí)前更有興趣的多了15.6%，認(rèn)為自主學(xué)習(xí)更容易的多了48.9%。

表2 App輔助實(shí)習(xí)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力和信心的提升

由數(shù)據(jù)和分析可知，無論是實(shí)習(xí)的整體教學(xué)效果還是對(duì)學(xué)習(xí)分類學(xué)興趣和信心的提升，實(shí)驗(yàn)組給出的教學(xué)評(píng)價(jià)均高于對(duì)照組，這說明借助App輔助野外實(shí)習(xí)取得了更好的實(shí)習(xí)效果。應(yīng)用App軟件進(jìn)行野外實(shí)習(xí)不僅能有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)植物分類學(xué)的信心，并在一定程度上能彌補(bǔ)師資的不足。

3.2 校園實(shí)踐和野外實(shí)習(xí)完成后學(xué)生植物分類技能考核

3.2.1 校園實(shí)踐

實(shí)習(xí)完成后，立即對(duì)學(xué)生的植物分類能力進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的考查內(nèi)容完全相同，指導(dǎo)教師采好40種校園植物，考查每個(gè)學(xué)生能準(zhǔn)確鑒定多少種植物。結(jié)果(見表3)表明，實(shí)驗(yàn)組95.5%的學(xué)生能識(shí)別指定植物中一半以上的物種，其中62.2%的同學(xué)能認(rèn)識(shí)30種以上的校園植物；而對(duì)照組中總共只有62.2%的同學(xué)能準(zhǔn)確鑒定20種以上的植物，僅有22.2%的同學(xué)能認(rèn)識(shí)30種以上的植物。實(shí)驗(yàn)組的統(tǒng)計(jì)平均值顯著高于對(duì)照組的(表4)，表明使用App輔助教學(xué)對(duì)學(xué)生的植物分類專業(yè)技能提升效果明顯。通過R語言t檢驗(yàn)得到P值小于0.05，平均差為9.2667，自由度88，t值為-5.534，并且平均值差值的95%置信區(qū)間不含有0(-12.594～-5.939)，說明實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組學(xué)生的植物分類技能有顯著差異。

表3學(xué)生校園植物分類能力測(cè)試

表4 校園實(shí)踐分組統(tǒng)計(jì)

3.2.2 井岡山野外實(shí)習(xí)

為更加客觀地評(píng)價(jià)App輔助和傳統(tǒng)教學(xué)在植物分類學(xué)野外實(shí)習(xí)中的教學(xué)效果，課題組在野外實(shí)習(xí)結(jié)束后安排了植物分類學(xué)物種鑒定技能的測(cè)試，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的考查內(nèi)容完全相同，每個(gè)同學(xué)嘗試鑒定40種來自于野外實(shí)習(xí)基地的植物標(biāo)本，并統(tǒng)計(jì)每個(gè)學(xué)生鑒定正確的標(biāo)本數(shù)量(見表5)。實(shí)驗(yàn)組52.5%的同學(xué)能準(zhǔn)確鑒定30種以上的植物標(biāo)本，高達(dá)88.9%的學(xué)生能鑒定指定植物中一半以上的物種，而對(duì)照組相對(duì)應(yīng)的比例分別是28.9%和68.9%。采用R語言對(duì)兩組學(xué)生的測(cè)試成績(jī)進(jìn)行了獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)組測(cè)試的平均成績(jī)顯著高于對(duì)照組的平均成績(jī)(見表6)。檢驗(yàn)結(jié)果如下，P值小于0.05，平均差為4.53，自由度88，t值為-2.778，并且平均值差值的95%置信區(qū)間不含有0(-7.775～-1.291)，說明兩組學(xué)生的植物分類技能有顯著差異。實(shí)習(xí)改革實(shí)驗(yàn)表明，與傳統(tǒng)野外實(shí)習(xí)相比，App輔助教學(xué)下的野外實(shí)習(xí)取得了更好的效果。

4 小結(jié)

綜上所述，手機(jī)App輔助植物分類學(xué)野外實(shí)習(xí)能提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和自信心，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)。有助于提升學(xué)生的專業(yè)技能，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)出符合現(xiàn)代社會(huì)需求的高素質(zhì)人才。然而，在實(shí)習(xí)教學(xué)中發(fā)現(xiàn)鼓勵(lì)學(xué)生應(yīng)用手機(jī)App也會(huì)有一定的弊端。首先，會(huì)加重學(xué)生的手機(jī)依賴癥，使得學(xué)生過度信賴手機(jī)App；其次，有可能會(huì)導(dǎo)致學(xué)生忽視植物分類學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，平時(shí)不重視基礎(chǔ)知識(shí)的積累，物種鑒定時(shí)直接求助于手機(jī)App，而不去深究物種鑒定的細(xì)節(jié)；再次，有可能會(huì)導(dǎo)致學(xué)生植物分類過于簡(jiǎn)單化，在進(jìn)行植物物種鑒定時(shí)忽略形態(tài)特征等細(xì)節(jié)的觀察與比較，放棄放大鏡、顯微鏡和檢索表等基本工具的使用，不進(jìn)行相關(guān)資料文獻(xiàn)的查閱。因此，教師應(yīng)加強(qiáng)引導(dǎo)，使學(xué)生重視植物分類基本功的錘煉，最大限度地減少弊端。總之，在野外實(shí)習(xí)中應(yīng)用手機(jī)App利大于弊。隨著技術(shù)的進(jìn)步和App功能的完善，手機(jī)App將在實(shí)習(xí)教學(xué)中發(fā)揮越來越大的作用，為未來的教學(xué)工作提供更多的便利。

表5 野外實(shí)習(xí)以后學(xué)生植物分類能力測(cè)試

表6 野外實(shí)習(xí)分組統(tǒng)計(jì)