智能手段在植物學(xué)實習(xí)教學(xué)改革中的應(yīng)用

摘要 植物學(xué)實習(xí)是植物學(xué)課程實踐教學(xué)中重要組成部分。部分植物學(xué)實習(xí)課程在實習(xí)教學(xué)內(nèi)容、考核方式和學(xué)生學(xué)習(xí)積極性等方面存在待改進之處，因此需要結(jié)合實際情況對教學(xué)進行改革，以適應(yīng)新農(nóng)科的發(fā)展要求。本文對植物學(xué)實習(xí)教學(xué)現(xiàn)狀進行分析，探索并實踐了將各種智能手段應(yīng)用于植物學(xué)實習(xí)“新生態(tài)”的具體方法，分析其在教學(xué)中的應(yīng)用過程，對教學(xué)內(nèi)容、考核方式和學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的全面改革進行探討和實踐，并就實踐教學(xué)效果進行分析。實踐結(jié)果表明，該教學(xué)改革可有效提升學(xué)生對知識的掌握和融合程度，激發(fā)學(xué)生的自主能動性，持續(xù)提升教學(xué)質(zhì)量。為相關(guān)課程教學(xué)改革和建設(shè)提供參考，助力新農(nóng)科建設(shè)。

關(guān)鍵詞 植物學(xué)實習(xí)；農(nóng)學(xué)實踐教育；智能應(yīng)用

中圖分類號 G642.0；S3-3" "文獻標(biāo)識碼 A

文章編號 1007-7731（2024）11-0128-04

Application of intelligent methods in the teaching reform of Botany internship

LYU Gaoqiang" " SONG Jinxiu" " SUN Weihong

（Jiangsu University， Zhenjiang 212013， China）

Abstract Botany internship is an important component of practical teaching in Botany course. Some Botany internship courses need to be improved in terms of internship teaching content，assessment methods，and student learning enthusiasm. Therefore， it is necessary to reform the teaching according to the actual situation to adapt to the development requirements of the new agricultural science. The current situation of Botany internship teaching were analyzed，and practiced the specific methods of applying various intelligent methods to the “new ecology” of Botany internship were explored，its application process in teaching were analyzed，the comprehensive reform of teaching content，assessment methods，and student learning enthusiasm were explored and practiced， and the effectiveness of practical teaching were analyzed. The practical results shown that this teaching reform could effectively enhance students’ mastery and integration of knowledge，stimulate their autonomy，and continuously improve the quality of teaching. Its provided reference for the reform and construction of relevant course teaching， and assisted in the construction of new agricultural science.

Keywords Botany internship; agricultural practical education; intelligent applications

高等院校是培養(yǎng)新型科技人才的主陣地之一，擔(dān)負(fù)向社會輸送“前沿性”人才的重任。高等教育改革要順應(yīng)時代發(fā)展，與時俱進，融入社會、科技的變革，進一步提高教育質(zhì)量[1]。植物學(xué)實習(xí)是農(nóng)科教育的基礎(chǔ)課程之一，在新農(nóng)科建設(shè)中占據(jù)重要地位。

植物學(xué)是生物學(xué)、農(nóng)學(xué)和醫(yī)學(xué)等學(xué)科中植物生產(chǎn)類專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一，在農(nóng)林高校的主干課程中占據(jù)重要地位。植物學(xué)課程通常包含課堂教學(xué)和實踐教學(xué)兩個環(huán)節(jié)，其中實踐教學(xué)包括實驗和實習(xí)兩個部分。植物學(xué)課程實習(xí)一般是為期1～2周的野外實習(xí)，學(xué)生通過實習(xí)能夠鞏固課堂知識，實現(xiàn)理論聯(lián)系實踐，掌握植物的主要類群特征，認(rèn)識常見植物及其分類和特征，學(xué)習(xí)植物標(biāo)本的采集與制作等。其中，植物分類學(xué)知識是實習(xí)的主要內(nèi)容之一，也是植物學(xué)課堂教學(xué)的重點內(nèi)容。實習(xí)過程中，指導(dǎo)教師需要引導(dǎo)學(xué)生實地學(xué)習(xí)，幫助其掌握植物不同分科間的重點區(qū)分特征，增強自主鑒別能力，達到學(xué)以致用 [1-2]。

陳光富[3]對植物學(xué)實驗進行“一體化”教學(xué)改革，提高了教學(xué)有效性，對地方高等師范院校植物學(xué)實驗的多樣化開展提供參考。趙凱等[4]系統(tǒng)研究指向深度學(xué)習(xí)的植物學(xué)教學(xué)實踐方法，提出了具有高互動性、高建構(gòu)性以及高投入性的指向深度學(xué)習(xí)的植物學(xué)教學(xué)策略。

本文對植物學(xué)實習(xí)教學(xué)現(xiàn)狀進行分析，探索并實踐了將各種智能手段應(yīng)用于植物學(xué)實習(xí)“新生態(tài)”的具體方法，分析其在教學(xué)中的應(yīng)用過程，對教學(xué)內(nèi)容、考核方式和學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的全面改革進行探討和實踐，并就實踐教學(xué)效果進行分析。

1 植物學(xué)實習(xí)教學(xué)現(xiàn)狀分析

現(xiàn)階段，植物學(xué)實習(xí)教學(xué)存在部分待改進之處，主要包括以下幾個方面。

（1）教學(xué)內(nèi)容方面，作為植物學(xué)實習(xí)的主要內(nèi)容，植物分類學(xué)的部分知識龐雜，概念性內(nèi)容較多、易混淆，學(xué)生較難在短時間內(nèi)完全掌握所有內(nèi)容。野外實習(xí)一般就近開展，而針對當(dāng)?shù)刂参锓诸惖膮⒖紩坑写M一步補充，野外實習(xí)地點不同，所學(xué)習(xí)的植物繁多，這對教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)都帶來一定影響。

（2）考核方式方面，實習(xí)過程中會有部分對學(xué)生鑒別常見植物能力的考核，但其考核難度不大；實習(xí)結(jié)束后的考核以學(xué)生提交實習(xí)報告為主，較難全面考察學(xué)生在實習(xí)過程中的學(xué)習(xí)成果。

（3）學(xué)生學(xué)習(xí)主動性方面，野外實習(xí)的教學(xué)形式比課堂教學(xué)更為自由，以指導(dǎo)教師當(dāng)面講解為主，在教師的帶領(lǐng)下，學(xué)生在野外邊走、邊聽、邊學(xué)，知識學(xué)習(xí)停留在表層，課堂式“口傳面授”的教學(xué)方式讓學(xué)生被動接受相關(guān)知識，不利于其進行課上記錄及課后復(fù)習(xí)，學(xué)生較難在課后對實習(xí)內(nèi)容進行系統(tǒng)梳理，學(xué)習(xí)主動性有待進一步提升。由于實習(xí)內(nèi)容繁雜，教學(xué)手段有待進一步多樣化，實習(xí)過程較長，學(xué)生可能會產(chǎn)生枯燥感，在實習(xí)過程中的主觀能動性有待進一步提升，學(xué)習(xí)過程較為被動。部分實習(xí)課程考核難度不高，導(dǎo)致學(xué)生“學(xué)”更加被動，不利于真正進入學(xué)習(xí)狀態(tài)，較難充分發(fā)揮野外實習(xí)的真正效果。

2 智能手段在植物學(xué)實習(xí)中的創(chuàng)新性應(yīng)用

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，智能應(yīng)用逐漸大眾化，很多智能工具均可在手機端、電腦端在線使用，其中不乏一些可有效應(yīng)用于植物學(xué)實習(xí)教學(xué)的工具[5-6]，包括識花軟件、電子雜志制作軟件或在線工具、部分?jǐn)?shù)據(jù)分析軟件（如Matlab、Python等）和新媒體工具等。在教學(xué)改革過程中，引導(dǎo)學(xué)生正確、充分利用智能工具，有助于促進植物學(xué)實習(xí)的改革，幫助學(xué)生實現(xiàn)全面發(fā)展。智能工具在實習(xí)過程中的具體應(yīng)用包括以下兩個方面。

2.1 使用識花軟件

使用識花軟件收集植物圖片及相關(guān)信息。首先，教師指導(dǎo)學(xué)生利用識花軟件識別并保存植物信息。以形色識花為例，該軟件對識別到的植物進行分科及別稱介紹，同時包含大量與該植物相關(guān)的人文信息，如與植物相關(guān)的詩詞、植物名稱的由來、植物趣聞和寓意等，增加了學(xué)習(xí)的樂趣。該軟件使用便捷，數(shù)據(jù)豐富，識別準(zhǔn)確率高，遇到形態(tài)相近的植物可提供多個識別條目供學(xué)生參考。另外，該軟件具有在線保存識花痕跡的功能，學(xué)生可將識別到的正確條目在線保存，形成在線課堂筆記，方便課后復(fù)習(xí)整理。其次，教師對植物特征進行詳細(xì)講解。教師講解與學(xué)生識別收集植物信息同步進行，并保存識別到的正確條目信息。也可由教師引導(dǎo)學(xué)生先進行自主識別，然后告知學(xué)生識別是否準(zhǔn)確，以提高其學(xué)習(xí)自主能動性。另外，可根據(jù)實際情況，如布置預(yù)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生先通過識花軟件預(yù)習(xí)相關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容，提高實習(xí)效率。植物學(xué)實習(xí)一般安排在6—7月，較少植物在該時段開花，學(xué)生較難觀察到相關(guān)植物的開花形態(tài)。因此，可以將部分教學(xué)任務(wù)提前安排在3—4月，讓學(xué)生提前利用識花軟件記錄植物的開花信息。

2.2 利用數(shù)據(jù)處理工具

學(xué)生利用各種智能應(yīng)用，將所保存的植物圖片等數(shù)據(jù)進行后期處理，利用數(shù)據(jù)處理工具創(chuàng)建實習(xí)作品，并根據(jù)實際情況選取不同的智能工具制作實習(xí)作品集。具體方法較為多樣，常用的包括以下幾種。（1）使用Flbook等工具在線將所保存的圖片制作成電子雜志。該智能工具不僅具有編輯文字的功能，還能自主添加其他修飾成分，并提供一定的藝術(shù)創(chuàng)作空間，有利于激發(fā)學(xué)生的制作興趣。（2）以所保存的植物圖片為數(shù)據(jù)庫，利用Matlab、Python等軟件，結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法（如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）進行圖片數(shù)據(jù)處理，自主建立實習(xí)地區(qū)的植物識別程序，既可以幫助學(xué)生預(yù)習(xí)實習(xí)內(nèi)容，又可以提高在線端對實習(xí)地植物的識別率。植物智能識別涉及人工智能領(lǐng)域，可充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。學(xué)生還可以根據(jù)個人興趣，將保存的植物資料進行講解，并以短視頻的方式發(fā)布到相關(guān)平臺，向大眾科普實習(xí)課上學(xué)習(xí)到的內(nèi)容，以特殊的社會實踐方式溫習(xí)所學(xué)知識。最后，將制作好的作品作為實習(xí)日志或者周志提交給教師，教師對學(xué)生的作品進行評價，評價重點在于所涉及的知識點是否正確、全面，輔以學(xué)生一定的藝術(shù)創(chuàng)作指導(dǎo)。

3 智能手段在植物學(xué)實習(xí)課程教學(xué)中的改革探索

要解決實習(xí)教學(xué)過程中面臨的問題，必須創(chuàng)建植物學(xué)實習(xí)“新生態(tài)”。利用智能手段對現(xiàn)行的教學(xué)方法、學(xué)習(xí)方式和考核形式進行改革，使植物學(xué)實習(xí)教學(xué)以新穎、生動和有趣的方式進行，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的自主能動性，提升實習(xí)效果。智能手段的應(yīng)用會使植物學(xué)實習(xí)課堂結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，同時，其教學(xué)主體、考核方式和學(xué)生學(xué)習(xí)積極性都會發(fā)生相應(yīng)改變。

3.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

將智能手段應(yīng)用于植物學(xué)實習(xí)課教學(xué)，生成“在線課堂筆記”，方便學(xué)生記錄實習(xí)過程中所學(xué)植物的相關(guān)信息，并以圖片形式進行復(fù)習(xí)，學(xué)生對植物的特征一目了然，可更加直觀地認(rèn)識植物，擴大認(rèn)知范圍，提高其對植物的鑒別能力。以作品為導(dǎo)向，學(xué)生通過實習(xí)作品制作，溫習(xí)所學(xué)內(nèi)容，加強對知識的理解和記憶。實習(xí)作品的制作可能涉及對基礎(chǔ)編程知識的應(yīng)用，有利于學(xué)生對計算機技術(shù)等課程知識的回顧，促進不同學(xué)科間的交叉融合，培養(yǎng)復(fù)合型人才[7]。

應(yīng)用智能工具進行教學(xué)是一個數(shù)據(jù)不斷積累的過程，教師通過收集每學(xué)年實習(xí)的植物圖片積累大量相關(guān)數(shù)據(jù)[8]，可以整合智能應(yīng)用教學(xué)過程中積累的數(shù)據(jù)，統(tǒng)一編撰、生成有針對性的地方植物圖片庫，以電子書或?qū)嶓w書的形式供學(xué)生參考，從而有效促進教學(xué)質(zhì)量的提高，提升實習(xí)的效率和效果。此外，編撰的地方性植物志有利于了解該地區(qū)植物種類和分布情況，促進對該地區(qū)植物資源的保護和利用，提供社會服務(wù)功能。

3.2 改革考核方式

以作品為導(dǎo)向的智能手段的應(yīng)用使考核方式更加多樣化[9]。智能手段應(yīng)用于植物學(xué)實習(xí)教學(xué)后，在要求學(xué)生提交實習(xí)報告的基礎(chǔ)上，考察學(xué)生利用智能手段創(chuàng)作作品的能力。通過作品中植物的種類、數(shù)量和分布等特征，可直觀展現(xiàn)學(xué)生在實習(xí)過程中的學(xué)習(xí)成果和學(xué)習(xí)積極性，并敦促學(xué)生認(rèn)真對待實習(xí)課程。此外，作品的制作還可提高學(xué)生的審美觀，促使其全面發(fā)展。

3.3 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)能動性

智能手段應(yīng)用于實習(xí)教學(xué)是以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主體的教學(xué)方法，摒棄了走馬觀花式的野外實習(xí)方式。學(xué)生在實習(xí)過程中需要主動收集植物資料，查閱相關(guān)資料對識別結(jié)果進行甄別，實習(xí)結(jié)束后要對收集到的資料進行整合。這一過程讓學(xué)生“學(xué)”變得更加主動，充分調(diào)動了其主觀能動性與學(xué)習(xí)積極性，進一步激發(fā)其自主探索欲與求知欲，并增加成就感，提高了教學(xué)效果。另外，智能工具的功能較為多樣，能夠有效緩解實習(xí)過程中繁雜知識帶來的學(xué)習(xí)壓力，極大提升學(xué)生主動學(xué)習(xí)的能動性[10]。

4 植物學(xué)實習(xí)課程實踐教學(xué)效果分析

植物學(xué)是設(shè)施農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一，對培養(yǎng)學(xué)生對本專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣發(fā)揮重要作用。本次教學(xué)改革在該專業(yè)進行了為期3年的實踐。實習(xí)地點主要安排在大學(xué)校園、市內(nèi)及周邊山脈、濕地和森林公園等，已累計記錄40余科300多種植物，收集到近2萬張植物圖片。實習(xí)過程中，學(xué)生積極性高漲，主觀能動性強，并反饋該教學(xué)方法貼合生活，有利于激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，實習(xí)效果突出。實踐結(jié)果表明，學(xué)生對實習(xí)內(nèi)容的掌握程度明顯提升，對專業(yè)產(chǎn)生濃厚興趣。因此，利用智能手段建立植物學(xué)實習(xí) “新生態(tài)”是一種具有明顯優(yōu)勢的教學(xué)方式。

智能工具應(yīng)用于植物學(xué)實習(xí)教學(xué)改革，構(gòu)建植物學(xué)實習(xí)“新生態(tài)”，可以有效改善植物學(xué)實習(xí)教學(xué)效果，促進學(xué)生對知識的融合和掌握，激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，促使教學(xué)質(zhì)量不斷提升。同時，教學(xué)手段與時俱進，促進了不同學(xué)科的融合發(fā)展，學(xué)生在學(xué)習(xí)之余服務(wù)社會，切合新農(nóng)科建設(shè)背景下培養(yǎng)新型人才的需求。

智能手段應(yīng)用于植物學(xué)實習(xí)教學(xué)能夠極大促進教學(xué)質(zhì)量的提升，但可能也存在一些需要注意的地方。第一，可能增加了實習(xí)時間。實習(xí)過程中，學(xué)生收集所見植物圖片等數(shù)據(jù)，實習(xí)結(jié)束后要對所收集的數(shù)據(jù)進行整理。該過程可能會涉及對新知識（如數(shù)學(xué)模型創(chuàng)建等）和其他軟件或在線工具等使用方法的學(xué)習(xí)，這會增加學(xué)生的實習(xí)時間，使得學(xué)生完成相關(guān)實習(xí)任務(wù)的時間緊湊。因此，下一步須根據(jù)實際情況對實習(xí)計劃進行合理優(yōu)化，以適應(yīng)實習(xí)“新生態(tài)”。第二，可能使實習(xí)考核更具主觀性。原有的實習(xí)考核方式是讓學(xué)生提交格式統(tǒng)一的實習(xí)報告，教師根據(jù)實習(xí)報告的撰寫情況等進行評分，考核標(biāo)準(zhǔn)相對客觀。而實習(xí)“新生態(tài)”要求學(xué)生提交實習(xí)作品，不同形式的實習(xí)作品呈現(xiàn)方式不同，制作難度各異，導(dǎo)致最終考核評價的主觀性較強。因此，下一步須探索優(yōu)化實習(xí)考核的方法，針對不同形式的實習(xí)作品制定詳細(xì)的考核標(biāo)準(zhǔn)，確?？己说目陀^性。第三，可能會導(dǎo)致學(xué)生對智能工具（如識花軟件）產(chǎn)生依賴，而對植物分類原本的學(xué)習(xí)方法和知識可能有所忽略，不利于促進學(xué)生學(xué)習(xí)。因此，教師要引導(dǎo)學(xué)生合理使用智能工具，將其作為學(xué)習(xí)的輔助手段，而不能代替學(xué)習(xí)本身。

綜上，本文對植物學(xué)實習(xí)教學(xué)現(xiàn)狀進行分析，探索并實踐了將各種智能手段應(yīng)用于植物學(xué)實習(xí)“新生態(tài)”的具體方法，分析其在教學(xué)中的應(yīng)用過程，對教學(xué)內(nèi)容、考核方式和學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的全面改革進行探討和實踐，并就實踐教學(xué)效果進行分析。實踐結(jié)果表明，該教學(xué)改革可有效提升學(xué)生對知識的掌握和融合程度，激發(fā)學(xué)生的自主能動性，持續(xù)提升教學(xué)質(zhì)量。為相關(guān)課程教學(xué)改革和建設(shè)提供參考，助力新農(nóng)科建設(shè)。

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（責(zé)編：楊 歡）