植物物種鑒別實(shí)驗(yàn)“虛實(shí)結(jié)合”教學(xué)模式的構(gòu)建

張 彪, 杜 坤, 丁海東, 吳曉霞, 潘志明, 黃金林, 魏萬紅

(揚(yáng)州大學(xué) a.生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院;b.實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理處，江蘇 揚(yáng)州 225009)

0 引 言

植物學(xué)科的建立是從滿足人類生活需求開始的，它源于實(shí)踐，并與社會科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步同步發(fā)展[1-4]。“前人”許多利用植物的研究成果、撰寫的學(xué)術(shù)專著，在當(dāng)代重大疫病防控、生態(tài)環(huán)境改善等方面仍能發(fā)揮巨大的作用[5]，如諾貝爾科學(xué)獎得主屠呦呦創(chuàng)制新型抗瘧藥——青蒿素的靈感和原材料，就是源于東晉葛洪在《肘后備急方》中“青蒿”治寒熱諸瘧的記載。而高等院校開設(shè)植物物種鑒別實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的目的，就是通過實(shí)驗(yàn)，教會學(xué)生采集與鑒別植物標(biāo)本的方式方法，為古今中外有關(guān)植物資源的研究成果的進(jìn)一步開發(fā)利用提供知識儲備。

1 構(gòu)建植物物種鑒別實(shí)驗(yàn)“虛實(shí)結(jié)合”教學(xué)模式的緣由

植物物種鑒別實(shí)驗(yàn)教學(xué)，具有直觀性、開放性、綜合性、創(chuàng)造性等特征[6]。在按教學(xué)計(jì)劃安排的植物物種鑒別實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，其在實(shí)驗(yàn)供試材料的選擇上，存在既豐富又缺乏的現(xiàn)象；其在物種鑒別用“工具書”的選用上，存在既容易選取又?jǐn)y帶不便的現(xiàn)象，而這一切，既不利于充分利用校園、田園、公園中的花花草草來提升學(xué)生對植物物種鑒別實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)興趣，也不利于通過實(shí)驗(yàn)對學(xué)生動手能力、觀察能力和深度思考問題能力的培養(yǎng)[7-8]。

而隨著移動網(wǎng)絡(luò)的興起與完善，應(yīng)用便攜式的智能手機(jī)等移動網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備，開展“互聯(lián)網(wǎng)+植物物種鑒別實(shí)驗(yàn)”教學(xué)，既能夠成功地破除傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)“固定”學(xué)習(xí)場所、“限定”學(xué)習(xí)時間及“統(tǒng)一”實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的枷鎖[9-11]，還能夠使信息技術(shù)為植物物種鑒別實(shí)驗(yàn)教學(xué)所帶來的益處得到最大化的實(shí)現(xiàn)。為此，結(jié)合國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心和江蘇省虛擬仿真共享平臺建設(shè)，建成了可應(yīng)用平板、智能手機(jī)等移動網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備訪問的植物物種鑒別實(shí)驗(yàn)在線教學(xué)平臺(見圖1)。通過平臺中相關(guān)物種全生育期各器官虛擬標(biāo)本和電子檢索表數(shù)據(jù)庫、及與實(shí)體標(biāo)本的整合應(yīng)用，既解決了教學(xué)安排與植物生長在時空上存在的矛盾，還為構(gòu)建以校園、田園、公園為實(shí)驗(yàn)場所，以智能手機(jī)為工具，通過人機(jī)交互構(gòu)建植物物種鑒別實(shí)驗(yàn)虛實(shí)結(jié)合教學(xué)模式提供了支撐與保障[12]。

圖1 植物物種鑒別實(shí)驗(yàn)在線教學(xué)平臺部分功能模塊界面截圖(手機(jī)端)

2 植物物種鑒別實(shí)驗(yàn)在線教學(xué)平臺構(gòu)建

2.1 平臺基本架構(gòu)

構(gòu)建基于移動網(wǎng)絡(luò)終端下的植物物種鑒別實(shí)驗(yàn)在線教學(xué)平臺的目的:①通過虛擬標(biāo)本的構(gòu)建，來解決植物生長與教學(xué)安排在“時空”上的矛盾；②通過圖文數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，來解決相關(guān)工具書在野外攜帶與應(yīng)用不便的問題；③要確保在智能手機(jī)等移動終端上產(chǎn)生的相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能夠在網(wǎng)絡(luò)空間上進(jìn)行安全存儲、輸出、應(yīng)用與管理。為此，從教、學(xué)、管3方面入手, 以有利于學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)為出發(fā)點(diǎn)，以彌補(bǔ)定時定點(diǎn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的不足為展開點(diǎn)，以各類虛擬仿真資源在平臺中的順暢應(yīng)用與管理為目標(biāo)點(diǎn)，應(yīng)用C#語言、顯微-數(shù)碼成像技術(shù)、電子地圖技術(shù)、sql server數(shù)據(jù)庫等軟件編程技術(shù)與制作工具，建成了可在智能手機(jī)等移動網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備上順暢運(yùn)行的包含學(xué)生、教師、管理員3個功能區(qū)，及若干功能模塊和一批虛擬仿真資源的植物物種鑒別實(shí)驗(yàn)在線教學(xué)平臺[13]。其基本架構(gòu)見圖2。

`2.2 主要功能模塊簡介

2.2.1名詞術(shù)語模塊

(1) 可實(shí)現(xiàn)的功能。通過對模塊中加載的植物根、莖、葉、花、果實(shí)、種子形態(tài)結(jié)構(gòu)組成特征的圖片和文檔資源的觀摩學(xué)習(xí)，來強(qiáng)化學(xué)生對描述植物形態(tài)結(jié)構(gòu)組成特征的約定俗成的規(guī)范化名詞術(shù)語的理解與掌握。

(2) 需加載的素材。與名詞術(shù)語相配套的數(shù)字化圖片(顯微-數(shù)碼照片、手繪圖等)和電子文檔。

(3) 利用方式。學(xué)生登錄訪問該模塊，點(diǎn)擊相關(guān)“名詞術(shù)語”條目，可在線完成對虛擬標(biāo)本觀摩學(xué)習(xí),可在植物生長場所或?qū)嶒?yàn)室完成虛實(shí)標(biāo)本比對學(xué)習(xí)。

2.2.2解剖描述模塊

(1) 可實(shí)現(xiàn)的功能。通過對模塊中加載的50種虛擬物種(每個物種約含“根、莖、葉、花、果實(shí)、種子”虛擬標(biāo)本10個左右)的虛擬解剖流程和解剖描述報(bào)告的觀摩與仿真學(xué)習(xí)、及學(xué)生對某一虛擬物種在線自主撰寫與模塊中“已加載”的解剖描述報(bào)告的比對，來強(qiáng)化學(xué)生對植物物種解剖流程與描述報(bào)告撰寫流程的了解與掌握。

(2) 需加載的素材。某一物種全生育期“根、莖、葉、花、果實(shí)、種子”的全套虛擬標(biāo)本，對應(yīng)物種形態(tài)結(jié)構(gòu)組成特征的描述報(bào)告；用于撰寫虛擬標(biāo)本形態(tài)結(jié)構(gòu)組成特征的人機(jī)交互界面。

(3) 利用方式。學(xué)生登錄訪問該模塊，點(diǎn)擊某一“虛擬物種”條目，可在線完成對該物種全生育期“根、莖、葉、花、果實(shí)、種子”的全套虛擬標(biāo)本的觀摩學(xué)習(xí)；可通過虛擬標(biāo)本觀摩的人機(jī)交互界面，在線完成對該物種各器官的解剖流程、形態(tài)結(jié)構(gòu)組成特征描述報(bào)告撰寫的仿真學(xué)習(xí)。

2.2.3檢索鑒別模塊

(1) 可實(shí)現(xiàn)的功能。通過對模塊中加載的50種虛擬物種的解剖描述報(bào)告和檢索鑒別報(bào)告，及植物分門、分科、分屬、分種檢索表數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對某一物種檢索鑒別流程的仿真學(xué)習(xí)，來強(qiáng)化學(xué)生對植物物種檢索鑒別流程與報(bào)告撰寫流程的了解與掌握。

(2) 需加載的素材。相關(guān)物種的解剖描述報(bào)告和檢索鑒別報(bào)告；植物分科、分屬、分種檢索表；用于檢索鑒別流程實(shí)施的人機(jī)交互界面。

(3) 利用方式。學(xué)生登錄訪問該模塊，點(diǎn)擊某一“虛擬物種”條目，系統(tǒng)自動彈出該物種的解剖描述報(bào)告；再點(diǎn)擊分門、分科、分屬、分種檢索表?xiàng)l目，系統(tǒng)將彈出檢索表的人機(jī)交互界面，讓學(xué)生在線完成對該物種檢索鑒別流程與檢索鑒別報(bào)告撰寫的仿真學(xué)習(xí)。

2.2.4自主實(shí)驗(yàn)?zāi)K

(1) 可實(shí)現(xiàn)的功能。通過該模塊，應(yīng)用虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)方法，利用智能手機(jī)等移動終端設(shè)備，完成對某一地域內(nèi)相關(guān)實(shí)體植物標(biāo)本形態(tài)結(jié)構(gòu)組成特征和生境圖像的在線錄入、解剖描述報(bào)告的在線撰寫、檢索鑒別流程的在線實(shí)施、規(guī)范的實(shí)驗(yàn)報(bào)告或資源調(diào)查報(bào)告在線撰寫等，來強(qiáng)化學(xué)生對植物資源調(diào)查和標(biāo)本檢索鑒別能力的訓(xùn)練與提升。

(2) 需加載的素材。建立與名詞術(shù)語、檢索鑒別模塊關(guān)聯(lián)目錄；構(gòu)建圖片、文檔錄入人機(jī)交互界面；構(gòu)建實(shí)驗(yàn)報(bào)告或資源調(diào)查報(bào)告在線撰寫模板。

(3) 利用方式。學(xué)生登錄訪問該模塊，可通過對相關(guān)關(guān)聯(lián)目錄、人機(jī)交互界面等的點(diǎn)擊，在線完成對由智能手機(jī)等設(shè)備獲取的如海拔高度、植物形態(tài)結(jié)構(gòu)圖片，解剖描述與檢索鑒別報(bào)告，實(shí)驗(yàn)報(bào)告等的在線錄入、生成與提交，讓學(xué)生通過虛實(shí)結(jié)合的學(xué)習(xí)方式，來完成對物種檢索鑒別所涉技能與工具的“整合”訓(xùn)練與學(xué)習(xí)。

3 虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的實(shí)施

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，通過對“移動網(wǎng)絡(luò)+植物生長場所”學(xué)習(xí)(教學(xué))情境的構(gòu)建與應(yīng)用，來實(shí)現(xiàn)學(xué)生對平臺中虛擬標(biāo)本和校園、田園、公園等植物生長場所中的實(shí)體標(biāo)本等資源的協(xié)同關(guān)注，既實(shí)現(xiàn)了學(xué)生對植物標(biāo)本形態(tài)結(jié)構(gòu)特征圖文信息、解剖描述與檢索鑒別實(shí)施流程在不同時空背景下的持續(xù)輸入和碎片化學(xué)習(xí)[14-16]，還為建立虛實(shí)結(jié)合的“游中學(xué)、學(xué)中游”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式創(chuàng)造了條件。

3.1 在移動網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上進(jìn)行“虛擬仿真”學(xué)習(xí)

當(dāng)你在旅途中感覺“無聊”、或進(jìn)行某一知識點(diǎn)與物種鑒別學(xué)習(xí)與訓(xùn)練時，可用智能手機(jī)等移動網(wǎng)絡(luò)設(shè)備登錄平臺，通過對名詞術(shù)語、解剖描述、檢索鑒別和種群概述等模塊中豐富多彩的虛擬標(biāo)本觀摩與瀏覽，既可降低旅途中的無聊感，還可解決“定時定點(diǎn)”實(shí)體教學(xué)中，由于某一物種標(biāo)本采集不完整而至物種鑒別實(shí)驗(yàn)開展不完整或不能夠開展的問題。其實(shí)施流程為：

(1) 點(diǎn)擊名詞術(shù)語模塊中“某一器官”條目，可通過對其中的虛擬標(biāo)本和描述文檔的在線觀摩與閱讀，在線完成對該器官描述術(shù)語的形態(tài)特征與內(nèi)涵的理解和掌握。

(2) 點(diǎn)擊物種概述模塊中“某一物種”條目，可通過對其中多個器官虛擬標(biāo)本和描述文檔的觀摩和閱讀，在線完成對該物種的形態(tài)結(jié)構(gòu)組成、生長環(huán)境和開發(fā)利用價(jià)值的了解與掌握。

(3) 點(diǎn)擊解剖描述模塊中“某一物種”條目，通過對該物種各組成器官虛擬標(biāo)本的觀摩、并與名詞術(shù)語模塊中“同類”虛擬標(biāo)本比對，在線完成對該物種各組成器官的觀摩解剖流程的仿真學(xué)習(xí)、及描述報(bào)告的撰寫。

(4) 點(diǎn)擊檢索鑒別模塊中“某一物種”條目，通過對該物種解剖描述報(bào)告的閱讀、并與“門、科、屬、種”檢索表中名稱術(shù)語的比對，在線完成對該物種鑒別流程的仿真學(xué)習(xí)、及檢索鑒別報(bào)告的撰寫。

3.2 在植物生長場所中進(jìn)行“虛實(shí)結(jié)合”學(xué)習(xí)

當(dāng)你在校園、田園、公園、風(fēng)景名勝區(qū)等植物生長場所漫步、游玩，或在某一地域開展植物多樣性調(diào)查時，你可用你的手機(jī)登錄平臺，利用名詞術(shù)語、自主實(shí)驗(yàn)等模塊，通過虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)方式，完成對某一生境中單一或多個物種標(biāo)本的檢索鑒別，既可克服以往在野外開展物種鑒別實(shí)驗(yàn)所選“工具書”攜帶不便的問題，還可通過觀景與學(xué)習(xí)兩不誤，來提升學(xué)生對植物物種鑒別實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的興趣。其實(shí)施流程見圖3。

圖3 虛實(shí)結(jié)合的植物物種鑒別實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施流程

4 結(jié) 語

基于移動網(wǎng)絡(luò)的植物物種鑒別實(shí)驗(yàn)虛實(shí)結(jié)合教學(xué)模式的構(gòu)建與應(yīng)用，既順應(yīng)了在移動網(wǎng)絡(luò)背景下人們對獲取知識途徑所帶來的變化，又拓展了植物物種鑒別實(shí)驗(yàn)教學(xué)空間，還豐富了植物物種鑒別實(shí)驗(yàn)供試材料種類，更提升了對學(xué)生動手能力、觀察能力和深度思考問題能力的培養(yǎng)與訓(xùn)練。但從植物種類繁多，且各器官建成易受地域、季節(jié)、環(huán)境飾變等因素的影響來看，仍需通過虛擬標(biāo)本的構(gòu)建與積累，來豐富平臺中的虛擬仿真資源，并實(shí)現(xiàn)其在更大范圍內(nèi)的應(yīng)用與共享。