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(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要依賴玻璃切片和顯微鏡，在教學(xué)過(guò)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(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式提供了契機(jī)?；诔菍W(xué)習(xí)通移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)，探討了數(shù)字切片在植物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，并對(duì)其應(yīng)用效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，這種新的教學(xué)模式不僅能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，而且能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。數(shù)字切片與教育信息技術(shù)的融合，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)資源的開放共享，促進(jìn)了植物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提高。

關(guān)鍵詞：超星學(xué)習(xí)通;數(shù)字切片;植物學(xué)實(shí)驗(yàn);教學(xué)模式

中圖分類號(hào) G642.0? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A? ?文章編號(hào) 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(xué)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(xué)、生物技術(shù)等專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。作為大生物學(xué)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(xué)質(zhì)量的高低將直接影響學(xué)生對(duì)后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)[1]。植物學(xué)內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)繁多，涉及大量的描述性名詞和分類術(shù)語(yǔ)，學(xué)生往往難以理解和記憶。因此，植物學(xué)實(shí)驗(yàn)已成為學(xué)習(xí)植物學(xué)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，一方面能夠鞏固和理解課堂講授的基本理論、基本知識(shí);另一方面，能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)植物學(xué)的興趣，培養(yǎng)觀察、動(dòng)手能力和分析問題、解決問題的能力[2]。

網(wǎng)絡(luò)信息化技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助教育的迅速發(fā)展，為植物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供了契機(jī)。傳統(tǒng)植物學(xué)實(shí)驗(yàn)（形態(tài)解剖部分）主要是借助光學(xué)顯微鏡觀察植物細(xì)胞、組織或者器官的玻璃切片，這種教學(xué)模式雖然能夠完成教學(xué)大綱規(guī)定的內(nèi)容，但在具體教學(xué)過(guò)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(gòu)的典型性;玻璃切片長(zhǎng)期保存易褪色、破損，需要經(jīng)常購(gòu)買補(bǔ)充;玻璃切片只能借助顯微鏡在實(shí)驗(yàn)室觀察，使用受時(shí)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(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和效率。近年來(lái)，數(shù)字切片的出現(xiàn)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)玻璃切片的不足，已在醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)相關(guān)課程的教學(xué)中得到了廣泛應(yīng)用，并取得了良好的教學(xué)效果[4，5]，但數(shù)字切片運(yùn)用于植物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的報(bào)道還很少。因此，筆者基于超星學(xué)習(xí)通移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)，探討數(shù)字切片在植物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的具體應(yīng)用，并對(duì)其應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為植物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供有價(jià)值的參考。

1 數(shù)字切片庫(kù)的構(gòu)建

數(shù)字切片又稱虛擬切片，是利用全自動(dòng)顯微鏡掃描平臺(tái)，結(jié)合數(shù)字掃描軟件系統(tǒng)，對(duì)傳統(tǒng)玻璃切片進(jìn)行掃描、存儲(chǔ)、無(wú)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(kù)主要通過(guò)2種方式構(gòu)建。一是從商業(yè)公司直接購(gòu)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(quán)不能隨意編輯，在使用過(guò)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(shí)驗(yàn)開展的需要[6]。二是根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容利用數(shù)字切片掃描和應(yīng)用自制數(shù)字切片庫(kù)。淮北師范大學(xué)基礎(chǔ)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中心于2015年引入了Motic數(shù)字化掃描應(yīng)用系統(tǒng)，這為數(shù)字切片庫(kù)的構(gòu)建提供了有力保障。

為構(gòu)建1個(gè)高質(zhì)量的數(shù)字切片庫(kù)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)組織經(jīng)驗(yàn)豐富的教師對(duì)玻璃切片進(jìn)行篩選，確保制作的數(shù)字切片圖像清晰、結(jié)構(gòu)典型，具有良好的教學(xué)示范性。Motic數(shù)字化掃描應(yīng)用系統(tǒng)主要包括全自動(dòng)掃描顯微平臺(tái)、控制與掃描軟件2個(gè)部分。制作數(shù)字切片時(shí)，首先利用全自動(dòng)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(biāo)區(qū)域轉(zhuǎn)換到高倍鏡下（40×），采用自動(dòng)或手動(dòng)（取決于切片的厚?。┚劢菇＿M(jìn)一步掃描，獲得高分辨率的圖片。使用系統(tǒng)掃描軟件對(duì)這組圖片進(jìn)行拼接、壓縮等處理，最后生成具有光學(xué)無(wú)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(hào)、命名、標(biāo)注并按實(shí)驗(yàn)章節(jié)分類保存，完成數(shù)字切片庫(kù)的建設(shè)。一般情況下，學(xué)生可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪問數(shù)字切片庫(kù)，用公司提供的專業(yè)軟件進(jìn)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(dòng)教室的局域網(wǎng)內(nèi)使用。為了讓學(xué)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(duì)數(shù)字切片的典型結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)注、描述并存為普通圖片格式，構(gòu)建數(shù)字切片資源圖庫(kù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)資源共享。

2 基于超星學(xué)習(xí)通的數(shù)字切片在植物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)植物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，教師首先借助粉筆、黑板和掛圖（或者是幻燈片）對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行講解，然后分發(fā)玻璃切片，指導(dǎo)學(xué)生使用顯微鏡進(jìn)行觀察并完成繪圖。這種教學(xué)模式難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效率較低。筆者以植物學(xué)（形態(tài)解剖）“植物葉的形態(tài)和結(jié)構(gòu)”為例，介紹基于超星學(xué)習(xí)通的數(shù)字切片在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。

在授課之前，要求學(xué)生使用智能手機(jī)下載安裝超星學(xué)習(xí)通APP軟件，并以實(shí)名方式完成注冊(cè)加入班級(jí)教學(xué)群組。超星學(xué)習(xí)通是一款優(yōu)秀的知識(shí)傳播和管理分享平臺(tái)，筆者已經(jīng)利用該平臺(tái)進(jìn)行了植物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程資源建設(shè)[7]。課前預(yù)習(xí)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(xué)習(xí)通“資料”模塊供學(xué)生下載觀察。學(xué)生在觀察過(guò)程中遇到問題可以通過(guò)群聊功能與同學(xué)、老師進(jìn)行交流。教師使用“主題討論”模塊引導(dǎo)學(xué)生思考：旱生植物、中生植物和水生植物葉在結(jié)構(gòu)上有什么異同？小麥葉和玉米葉在結(jié)構(gòu)上有什么異同？要求每位同學(xué)發(fā)帖回復(fù)。通過(guò)課前預(yù)習(xí)，學(xué)生不僅對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有了一定了解，而且激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣。課堂教學(xué)過(guò)程中，教師使用Motic數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng)登陸數(shù)字切片庫(kù)，利用Motic VM V1 Viewer讀取相關(guān)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(gòu)特點(diǎn)以示范教學(xué)的方式進(jìn)行講解。針對(duì)學(xué)生在預(yù)習(xí)中的疑問，選取具有典型結(jié)構(gòu)的數(shù)字切片展開講解，顯著提高教學(xué)效率。教師講授結(jié)束后，指導(dǎo)學(xué)生使用數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng)學(xué)生端登陸數(shù)字切片庫(kù)進(jìn)行閱片。數(shù)字切片具有衛(wèi)星導(dǎo)航圖，并且可以模擬顯微鏡切換不同倍數(shù)，便于學(xué)生從整體到局部全面觀察切片結(jié)構(gòu)，促進(jìn)對(duì)植物學(xué)理論課知識(shí)的理解和掌握。此外，學(xué)生在閱片過(guò)程中遇到問題，可以通過(guò)顯微互動(dòng)系統(tǒng)與教師隨時(shí)進(jìn)行交流。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中預(yù)留出1個(gè)學(xué)時(shí)（共3學(xué)時(shí)）的時(shí)間，要求學(xué)生使用顯微鏡觀察玻璃切片。通過(guò)這種方式，一方面鍛煉學(xué)生的顯微鏡的操作能力;另一方面，學(xué)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(shí)驗(yàn)課結(jié)束后，布置作業(yè)，并將本次實(shí)驗(yàn)使用的所有數(shù)字切片上傳至超星學(xué)習(xí)通移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)，供學(xué)生課后觀察復(fù)習(xí)。

數(shù)字切片也可以應(yīng)用于植物學(xué)實(shí)驗(yàn)考試過(guò)程中。傳統(tǒng)植物學(xué)實(shí)驗(yàn)考試，一般要求學(xué)生利用顯微鏡在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成玻璃切片的觀察并答題?？记靶枰處煂?duì)玻璃切片的標(biāo)簽進(jìn)行隱藏、編號(hào)，然后讓學(xué)生以小組（8～10人）為單位進(jìn)行考試，這種考核方式準(zhǔn)備繁瑣且效率低下。另外，每位同學(xué)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(dǎo)出，使用圖像編輯軟件設(shè)計(jì)出2套（或多套）難度相當(dāng)?shù)目碱}。利用數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng)下發(fā)給學(xué)生，并保證相鄰座位的學(xué)生試題不同，學(xué)生在規(guī)定時(shí)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(xué)習(xí)通的數(shù)字切片在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

以2017級(jí)生物科學(xué)專業(yè)2個(gè)班99人為研究對(duì)象，在植物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中開展了相關(guān)研究。在綜合考慮學(xué)生的性別、年齡和上學(xué)年綜合測(cè)評(píng)等背景資料一致性的基礎(chǔ)上，將該專業(yè)學(xué)生分為實(shí)驗(yàn)組（50人）和對(duì)照組（49人）。實(shí)驗(yàn)組接受數(shù)字切片并輔以傳統(tǒng)玻璃切片的教學(xué)方式，對(duì)照組僅使用傳統(tǒng)玻璃切片開展教學(xué)。2組學(xué)生理論課和實(shí)驗(yàn)課任課教師、所用教材、教學(xué)軟硬件條件均完全相同。

學(xué)期結(jié)束后，以問卷調(diào)查和考試成績(jī)分析2種方式評(píng)價(jià)了教學(xué)效果。問卷共設(shè)計(jì)5個(gè)調(diào)查內(nèi)容，設(shè)置“非常滿意”、“基本滿意”和“不滿意”3個(gè)等級(jí)。指導(dǎo)學(xué)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(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)（植物學(xué)實(shí)驗(yàn)成績(jī)總分100分，其中實(shí)驗(yàn)報(bào)告60分、實(shí)驗(yàn)操作20分、實(shí)驗(yàn)考試20分）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以了解實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組之間是否存在差異。

問卷調(diào)查結(jié)果顯示（表1），實(shí)驗(yàn)組5個(gè)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(duì)照組（78.37%）;卡方檢驗(yàn)表明，2組之間在“激發(fā)學(xué)習(xí)興趣”、“提高學(xué)習(xí)效率”和“培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力”3個(gè)調(diào)查內(nèi)容的差異達(dá)到顯著水平（P<0.05）。問卷調(diào)查表明，將數(shù)字切片應(yīng)用于植物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生的認(rèn)可度高。實(shí)驗(yàn)成績(jī)的t檢驗(yàn)分析顯示（表2），實(shí)驗(yàn)組的成績(jī)顯著高于對(duì)照組（P<0.05），表明采用數(shù)字切片輔以玻璃切片的教學(xué)模式能夠有效提高教學(xué)質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

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

數(shù)字切片在植物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)玻璃切片的一些不足，使得傳統(tǒng)植物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)擺脫了時(shí)間和空間上的限制。學(xué)生對(duì)于這種新的教學(xué)模式滿意度較高，有效提高了植物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和效率。盡管數(shù)字切片具有許多優(yōu)勢(shì)，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(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求學(xué)生利用顯微鏡觀察玻璃切片，這種教學(xué)方式能夠很好鍛煉學(xué)生的顯微鏡操作能力，而熟練使用顯微鏡也是一項(xiàng)重要的實(shí)驗(yàn)技能[5]。因此，在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)預(yù)留出一定的時(shí)間指導(dǎo)學(xué)生利用顯微鏡觀察玻璃切片，訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力，從而實(shí)現(xiàn)玻璃切片與數(shù)字切片的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。此外，數(shù)字切片在教學(xué)中涉及到課前預(yù)習(xí)、課中教學(xué)和課后復(fù)習(xí)的不同階段，教師要合理安排好這幾個(gè)環(huán)節(jié)的銜接時(shí)間，并借助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)對(duì)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)情況進(jìn)行適度督促，讓整個(gè)教學(xué)過(guò)程流暢、高效，力爭(zhēng)取得良好的教學(xué)效果。

總之，基于超星學(xué)習(xí)通的數(shù)字切片應(yīng)用于植物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中在一定程度上改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式。它依靠現(xiàn)代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)資源的開放共享，使得教學(xué)方法更加靈活、高效。今后仍需不斷探索和實(shí)踐，利用現(xiàn)代信息技術(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，為植物學(xué)實(shí)驗(yàn)智慧課堂的建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

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（責(zé)編：徐世紅）

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作者簡(jiǎn)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(hù)與利用。? *通訊作者? 收稿日期：2019-04-20