基于CAI技術構建藥用植物學顯微實驗自主學習平臺

尹海波，趙彥輝，張建逵，王 冰，許 亮，馬云華

（1.遼寧中醫藥大學藥學院，遼寧 大連 116600；2.遼寧中醫藥大學圖書館，遼寧 大連 116600）

藥用植物學是中藥學、藥學及相關專業的主干課程，內容涉及藥用植物的顯微構造、形態及分類等，具有實踐性、直觀性較強的特點。該課程設置理論與實踐教學并重，其中顯微實驗教學是實踐教學的重要組成部分，是后續相關專業課學習的基礎。因此，要提高學生的學習興趣及學習效果，加強顯微實驗教學的直觀性與生動性勢在必行[1]。

CAI是信息技術飛速發展中產生的一種多媒體輔助教學手段。當前這種多媒體技術已廣泛應用于各類學科教學，成為重要的輔助教學手段。它具有豐富的表現力，交互性強，共享性好，有利于知識的同化，非常適合直觀性強的學科使用[2]。同時實驗中心引進Motic多媒體數碼互動教學系統，集文字、圖形、影像、音頻、視頻以及靈活的互動系統為一體，為該平臺的構建提供了堅實基礎。

本課題運用Adobe photoshop CS和Adob Image Reday CS等軟件對顯微圖片進行編輯和處理，運用Quick screen Record軟件對視頻、音頻素材進行處理，整理媒體素材（植物圖片、視頻、音頻及Flash動畫等），建立媒體素材庫。運用Java EE構建網站管理系統及采用Iebook軟件對媒體素材進行制作、編輯和整理，形成網絡試題庫及復習資料電子畫冊，構建顯微實驗自主學習平臺，為學生自主復習顯微實驗內容及規范實驗考試形式提供幫助。

1 儀器、材料與應用軟件

（1）實驗儀器：顯微鏡。

（2）實驗試劑：水合氯醛、稀甘油、蒸餾水。

（3）實驗材料：實驗所需半夏、大黃等藥材粉末，薄荷葉、生姜、馬鈴薯等新鮮材料，南瓜莖縱切片、松木莖質橫切片、蒲公英縱切片、小茴香果實橫切片、毛茛橫切片、直立百部根橫切片、防風根橫切片、向日葵幼莖橫切片、椴木多年生莖橫切片、薄荷莖橫切片、玉米莖橫切片等典型的實驗考試切片。

（4）實驗軟件：Motic Digiclass/Digilab，Quick screen Record，Motic Images Advanced 3.2，Adobe Photoshop CS，Iebook，My Eclipse Java Enterprise，Spring，Struts 2.0，Hibernate.

2 實驗過程與結果

2.1 獲取原材料圖片

2.1.1 制片 粉末裝片采用蒸餾水及透化制片方式制作，新鮮材料采用徒手切片方式制作，永久切片直接觀察。

2.1.2 觀察、照相 將制作好的裝片置于顯微鏡載物臺，將顯微特征圖片調清晰，將呈現在Motic Digiclass/Digilab軟件上的圖像進行捕捉，再將呈現在Motic Images Advanced 3.2軟件上的圖片進行白平衡，最后以JPEG格式保存，作為基礎素材。

2.2 基本圖片處理

2.2.1 圖片修改 將要修改的圖片拖到Adobe Photoshop CS軟件界面上，使用圖章功能將所需顯微特征圖片周圍的雜物進行掩蓋，最后以JPEG格式進行保存。修改后的示例圖片如圖1、圖2所示。

圖1 半夏針晶束

圖2 金銀花腺毛

2.2.2 圖片拼接 對較大的顯微構造切片圖片進行必要的剪裁與拼接，將要拼接在一起的圖片拖到Adobe Photoshop CS軟件界面，再在界面上建立一個空白圖層，對要拼接的圖片進行剪切，然后轉移到空白圖層上，用編輯中的變換功能對圖片進行變換，然后按Enter鍵確定，最后以JPEG格式保存。拼接后的示例圖片如圖3、圖4所示。

圖3 拼接前圖片

圖4 拼接后圖片

2.3 制作電子畫冊復習資料

2.3.1 模板選擇（1）目錄模板選擇：根據需要制作的顯微粉末圖片張數選擇相應模板。（2）正文模板選擇：根據每個類型的顯微粉末圖片個數不同，選擇不同模板種類。

2.3.2 電子畫冊制作 （1）封面制作：選擇合適的封面背景圖片，插入；插入文本，編輯；插入裝飾圖片。如圖5所示。

（2）封底制作：選擇合適的封底背景，插入；插入文本，編輯。如圖6所示。

圖5 電子畫冊封面

圖6 電子畫冊封底

（3）目錄制作：將所選模版上的文字替換成所需文字，將圖片換成與藥用植物學相關的圖片。如圖7所示。

（4）正文制作：根據要插入的顯微粉末圖片選擇背景圖片，插入；插入所選模板；將模板上的圖片替換，修改；根據替換后的圖片對相應文字進行編輯（或插入文本進行編輯）；插入裝飾圖片。插入每一項時可設置“屬性”中的“延時秒數”，設置完成后點擊應用。如圖8所示。

圖7 電子畫冊目錄

圖8 電子畫冊正文

（5）插入音樂：進入“標準組件”欄，找到屬性中“全局音樂”，添加所需要音樂文件，點擊應用。

以上都完成確定后，點擊“生成”按鈕中“生產EXE雜志”，形成電子畫冊，供學生考試前復習使用。

2.4 構建網絡試題庫

2.4.1 需求分析與設計（1）修改圖片圖布大小，將拼接好的切片圖片拖入Adobe Photoshop CS軟件屏幕，選擇“圖像”功能中“圖布大小”進行編輯。

（2）對圖片進行畫線處理：將圖布修改完畢后的圖片拖入“畫圖”工具屏幕，利用直線功能對圖片中的特征部位進行標注前畫線處理；利用多邊形功能對圖片中的特征部位整體進行圈注。

（3）對在圖片上畫的線進行對齊處理：將畫線處理后的圖片拖入Adobe Photoshop CS軟件屏幕，讓Adobe Photoshop CS軟件的網格功能進行顯示，用添加圖層的方式對多出的線進行覆蓋，使每張圖片所畫的線橫坐標一致。

（4）對圖片進行數字標記處理：將線對齊后的圖片拖入Adobe Photoshop CS軟件屏幕，用文字功能及移動功能對圖片進行添加數字標記處理。

（5）圖片縱坐標歸一化：將數字標記處理后的圖片拖入Adobe Photoshop CS軟件屏幕，選擇“圖像”功能中“圖像大小”對縱坐標進行編輯，均改為1600像素，使原圖片進行等比例縮放。

（6）圖片橫坐標歸一化：將數字標記處理后的圖片拖入Adobe Photoshop CS軟件屏幕，選擇“圖像”功能中“圖像大小”對橫坐標進行編輯，均改為800像素，使原圖片進行等比例縮放。目的是為了考試管理中前臺版面更規范，圖片可以更快顯示。

（7）業務流程分析：進入網絡試題庫時，參加考試學生需輸入用戶名、密碼，系統讀取學生數據，判斷其是否有資格參加本次考試。隨機抽取試題，并在卷面上顯示考生姓名、學號、班級、專業、當前時間、已用時間、試卷號、所抽試題圖（每張圖片給出5～10個知識點）、填空題文本輸入框（共10個，只需填寫與所抽試題圖相應的即可）、單選題選項（共4個備選答案）、單選題答案按鈕（只需選擇一個即可，選擇本圖片的植物構造名稱）等信息。試題圖在卷面左邊顯示，填空題文本輸入框及單選題選項、單選題答案按鈕在卷面右邊顯示。

學生開始答題，在填空題文本輸入框中輸入圖片橫線所指的相關內容，并選擇圖片右方單選題答案按鈕。試卷回答完畢后點擊提交按鈕，系統結束，出現系統記錄的本次考試用時，點擊“請返回試題系統”，系統頁面返至輸入用戶名、密碼頁面。

系統后臺分為3個管理模塊，即學生信息管理、試卷管理、考試管理，3個管理模塊都包含增刪改查功能。

（8）系統性能設計：本網絡題庫系統可同時供15名學生參加考試，即系統訪問性能要求大于或等于15個并發訪問。每訪問反應時間小于1秒。

2.4.2 數據模型的建立 學生對象的屬性包括學生ID、序號、專業、班級、學號、姓名、性別、出生日期、身份證號、民族、備注。學生對象方法包括增刪改查操作。試卷對象的屬性包括試卷ID、圖片地址、試卷號、填空（1～10，共 10個）、單選選項（A、B、C、D）、單選答案以及備注。試卷對象的方法包括圖片上傳、試卷增刪改查。考試對象包括考試ID、學生學號、學生姓名、試卷ID、試卷序號、開考時間、已用時間、考生填空題答案1～10、考生單選題答案以及考生成績。考試對象方法包括增刪改查。

2.4.3 代碼實現 使用My Eclipse 8.0軟件開發平臺構建Web站點。利用Spring，Struts 2.0，Hibernate框架工具加快軟件的開發和部署，分別對學生信息管理、試卷管理、考試管理進行模塊設計和代碼實現。利用Jsp作為前臺顯示頁面，頁面流轉使用Struts的Action進行控制。前臺頁面與Action數據交換采用與數據模型對應的Form進行。Action需要的數據通過Service接口和Dao接口與數據庫進行交互。學生信息管理在功能上實現了添加、刪除、導入、導出、修改、查詢、翻閱上下頁及首頁和尾頁功能；試卷管理實現了添加、刪除、導入、導出、修改、查詢、翻閱上下頁及首頁和尾頁功能；考試管理后臺實現了批改試卷、刪除、查詢功能，前臺實現了考生登錄（信息輸入完畢點擊“開始考試”）、自動抽題、考生答題、提交試卷及提交后顯示“請返回試題系統”提示頁面等功能，考生答題頁面可顯示考生姓名、學號、專業、班級、當前時間、已用時間、總時長及試卷號。

（1）學生信息管理：具有管理權限的教師可以添加、導入所需學生信息，可以刪除、修改不需要的學生信息；可以按學生姓名、學號查詢所需學生信息。在學生信息全圖頁面有“翻閱上下頁”及“首頁”和“尾頁”按鈕，方便管理者管理、查看。

（2）試卷管理：管理者可以添加、導入所需試卷信息，可以修改題圖對應的試卷信息，可以刪除不需要的試卷信息，可以根據單選題答案查詢所需試卷信息；在試卷管理全圖頁面有“翻閱上下頁”及“首頁”和“尾頁”按鈕，方便管理者管理、查看。

（3）考試管理：后臺系統中可自動批改試卷并顯示對錯，提供教師添加分數的文本框；管理者可以刪除不需要的信息，可以根據考生姓名或學號查找所需考生試卷信息；在其全圖頁面有“翻閱上下頁”及“首頁”和“尾頁”按鈕，方便管理者管理、查看。前臺中參加考試的學生需在首頁填寫正確的姓名、學號信息，點擊“開始考試（K）”按鈕方可進入答題頁面。試題是系統隨機抽取的，可支持15名學生同時訪問。在答題完畢前30秒時有提示窗口；回答完畢，點擊“提交試卷”按鈕后顯示提示頁面（如超過總時長，則系統自動提交），告知之后事項。

目前以上功能全部實現，并已導入學生信息147條，試卷信息33條，模擬考試信息10條。經驗證，系統性能達到設計要求。

2.5 構建藥用植物學顯微實驗自主學習平臺

將前期制作的電子畫冊和構建的網絡試題庫結合，構成顯微實驗自主學習平臺的兩部分內容。

2.5.1 藥用植物學顯微實驗自主學習平臺首頁及電子畫冊下載鏈接 電子畫冊下載鏈接放在藥用植物學顯微實驗自主學習平臺首頁左下角，供學生下載；進入后臺管理及開始考試的文本框放在首頁中央，方便考試的學生及后臺管理者進入所需程序；為了美觀，插入背景圖片。

2.5.2 后臺管理 電子畫冊、學生信息管理、試卷管理以及考試管理，均有后臺管理系統。

2.5.3 插入音樂在藥用植物學顯微實驗自主學習平臺首頁及后臺管理頁面插入音樂，使用戶可以更愉快地工作。

基于上述功能，利用CAI技術初步構建了藥用植物學顯微實驗自主學習平臺。

3 討論

3.1 實驗材料選擇

針對顯微實驗教學內容特點，為了避免考試中由于實驗材料不規范造成主觀判斷失誤的情況，要求選擇特征鮮明的基礎材料。

3.2 電子畫冊制作條件選擇

電子畫冊中的圖片是各藥材粉末及新鮮藥材顯微特征圖，應根據各顯微特征圖類型的顏色選擇相應背景圖、裝飾及模板等，使其清晰展示顯微特征。

3.3 網絡試題庫設計

建立網絡試題庫時應充分考慮各種情況。試題庫的構建可保證管理者輕松管理各類信息；參加考試的學生可輕松進入考試頁面，實現隨機選題及答題；同時可以實現自動閱卷，教師輕松給出考生所答試卷相應成績。總之，該題庫具有直觀化、形象化及規范化特點，不但可應用于學生的實驗考核，而且也可借助圖書館資源實現網上隨機復習。

3.4 藥用植物學顯微實驗自主學習平臺特點

該平臺包括學生復習和考試兩部分內容，具有直觀性、可視性強的特點，易于學生操作，運行該平臺將大幅度提高學生學習顯微實驗的興趣及效率。

[1]楊春澍.藥用植物學[M].上海：上海科學技術出版社，1999.

[2]尹海波，王冰，許亮，等.藥用植物學CAI教學中多媒體課件的制作和體會[J].遼寧中醫藥大學學報，2011，13（4）：153-154.■