基于超星學習通的數字切片在植物學實驗教學中的應用
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摘 要：傳統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。數字切片的出現為創新植物學實驗教學模式提供了契機。基于超星學習通移動學習平臺，探討了數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。結果表明，這種新的教學模式不僅能夠激發學生的學習興趣，培養學生的自主學習能力，而且能夠提高學生的學習效率。數字切片與教育信息技術的融合，實現了教學資源的開放共享，促進了植物學實驗教學質量的提高。
關鍵詞：超星學習通;數字切片;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
植物學是高等農林、師范以及綜合性院校植物生產類、生物科學、生物技術等專業開設的一門專業基礎課。作為大生物學類人才培養方案課程體系的重要組成部分，該門課程教學質量的高低將直接影響學生對后續專業課的學習[1]。植物學內容知識點繁多，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節。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，培養觀察、動手能力和分析問題、解決問題的能力[2]。
網絡信息化技術和計算機輔助教育的迅速發展，為植物學實驗教學改革提供了契機。傳統植物學實驗（形態解剖部分）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定的內容，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量參差不齊，難以保證所有切片形態結構的典型性;玻璃切片長期保存易褪色、破損，需要經常購買補充;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量和效率。近年來，數字切片的出現彌補了傳統玻璃切片的不足，已在醫學形態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 數字切片庫的構建
數字切片又稱虛擬切片，是利用全自動顯微鏡掃描平臺，結合數字掃描軟件系統，對傳統玻璃切片進行掃描、存儲、無縫拼接，最后生成一張全視野高分辨率的數字圖片[3，5]。目前，數字切片庫主要通過2種方式構建。一是從商業公司直接購買數字切片。這種數字切片往往是基于公司的軟件開發，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]。二是根據實驗教學內容利用數字切片掃描和應用自制數字切片庫。淮北師范大學基礎生物學實驗中心于2015年引入了Motic數字化掃描應用系統，這為數字切片庫的構建提供了有力保障。
為構建1個高質量的數字切片庫，教學團隊組織經驗豐富的教師對玻璃切片進行篩選，確保制作的數字切片圖像清晰、結構典型，具有良好的教學示范性。Motic數字化掃描應用系統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;然后選擇目標區域轉換到高倍鏡下（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量數字切片。將制作出的數字切片編號、命名、標注并按實驗章節分類保存，完成數字切片庫的建設。一般情況下，學生可以通過互聯網訪問數字切片庫，用公司提供的專業軟件進行閱片。由于數字切片接入互聯網需要一定的軟硬件支持，許多高校主要在數碼顯微互動教室的局域網內使用。為了讓學生更加便捷的獲取數字切片資源，利用Motic Images Advanced（version 3.2）軟件對數字切片的典型結構進行標注、描述并存為普通圖片格式，構建數字切片資源圖庫，通過網絡教學平臺實現資源共享。 2 基于超星學習通的數字切片在植物學實驗教學中的應用
傳統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）對實驗內容進行講解，然后分發玻璃切片，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學生的學習興趣，教學效率較低。筆者以植物學（形態解剖）“植物葉的形態和結構”為例，介紹基于超星學習通的數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秀的知識傳播和管理分享平臺，筆者已經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構上有什么異同？小麥葉和玉米葉在結構上有什么異同？要求每位同學發帖回復。通過課前預習，學生不僅對實驗內容有了一定了解，而且激發了學習興趣。課堂教學過程中，教師使用Motic數碼顯微互動系統登陸數字切片庫，利用Motic VM V1 Viewer讀取相關數字切片，圍繞雙子葉植物、單子葉植物和裸子植物葉的結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，選取具有典型結構的數字切片展開講解，顯著提高教學效率。教師講授結束后，指導學生使用數碼顯微互動系統學生端登陸數字切片庫進行閱片。數字切片具有衛星導航圖，并且可以模擬顯微鏡切換不同倍數，便于學生從整體到局部全面觀察切片結構，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，學生可以比較數字切片和玻璃切片的不同，有利于培養發現問題和解決問題的能力。實驗課結束后，布置作業，并將本次實驗使用的所有數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。
數字切片也可以應用于植物學實驗考試過程中。傳統植物學實驗考試，一般要求學生利用顯微鏡在規定時間內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量存在差異，難以保證考試的公平性。而使用數字切片能夠很好避免上述問題。將數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）難度相當的考題。利用數碼顯微互動系統下發給學生，并保證相鄰座位的學生試題不同，學生在規定時間內完成考試將試題上傳至系統的教師端。這種考試方式不僅方便快捷，而且能夠提高考試結果的客觀性和公平性。
3 基于超星學習通的數字切片在實驗教學中應用效果評價
以2017級生物科學專業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，將該專業學生分為實驗組（50人）和對照組（49人）。實驗組接受數字切片并輔以傳統玻璃切片的教學方式，對照組僅使用傳統玻璃切片開展教學。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。
學期結束后，以問卷調查和考試成績分析2種方式評價了教學效果。問卷共設計5個調查內容，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站（https：//www.wjx.cn/）完成問卷調查，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）進行統計分析，以了解實驗組和對照組之間是否存在差異。
問卷調查結果顯示（表1），實驗組5個調查內容總體滿意度（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“激發學習興趣”、“提高學習效率”和“培養自主學習能力”3個調查內容的差異達到顯著水平（P<0.05）。問卷調查表明，將數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），表明采用數字切片輔以玻璃切片的教學模式能夠有效提高教學質量。
4 結語
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。一直以來，如何提高植物實驗教學質量受到了眾多院校的重視，許多研究者從教學內容、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]?，F代信息技術與教育教學的深度融合，為重塑傳統教學形態提供了新的機遇，數字切片正是在這種背景下應運而生。
數字切片在植物學實驗教學中的應用，彌補了傳統玻璃切片的一些不足，使得傳統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量和效率。盡管數字切片具有許多優勢，但也不能完全取代傳統玻璃切片和顯微鏡。傳統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，從而實現玻璃切片與數字切片的優勢互補。此外，數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節的銜接時間，并借助網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的教學模式。它依靠現代信息技術，實現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，利用現代信息技術優化實驗教學體系，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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基金項目：安徽省高等學校省級質量工程“環境生態學”智慧課堂項目（2018zhkt027）;安徽省高等學校省級質量工程“生物統計學”慕課項目（2017mooc323）;淮北師范大學教學研究一般項目“數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“基于移動互聯網平臺新時代創新教學培養模式（ITM）的研究”（JY18001）;淮北師范大學教學研究重點項目““互聯網+”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
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