“植物分類學實驗”數字化與傳統課堂混合教學模式的構建與應用：以甘肅農業大學為例

劉 歡，方強恩，曹文俠，趙桂琴

（甘肅農業大學草業學院/ 草業生態系統教育部重點實驗室/ 中美草地畜牧業可持續發展研究中心，甘肅蘭州 730070）

“植物分類學”是高等農林院校開設的一門實踐性很強的核心課程，實驗教學更是許多專業提高學生理論理解和實踐能力的重要環節[1]。與理論教學不同，實驗教學強調學生的動手能力和創新能力，同時需要完善的實驗室、儀器設備、實驗材料、實踐教學基地等硬件設施，通過單一的“數字化慕課”或網絡實驗教學形式難以實現[2]，而傳統的“植物分類學實驗”教學也存在一定局限性，植物實驗材料多樣性低，且受季節、地域、植物器官生長的漸次性和周期性等多因素的限制。因此，從“植物分類學實驗”課程可持續發展的角度看，信息技術與教育教學活動的恰當融合勢在必行。為此，對甘肅農業大學草業科學專業“植物分類學實驗”課程“線上+線下”混合式教學模式的構建進行分析探索，通過對“植物分類學實驗”教學的重點知識與技能的知識點進行“數字化”、“碎片化”整理，構建與慕課、微課、翻轉課堂等教學新方法相配套的在線實驗教學平臺、實驗教學內容體系、考核體系，形成“傳統課堂+數字化網絡+綜合實踐”的多元互動教學方式，使教學資源向靈活的時空性、生態性發展，激發學生自主學習的興趣并有效地提高教學效果。

1 “植物分類學實驗”課程教學模式現狀

隨著國家“山水林田湖草”一體化的進程，草牧業的生態、經濟價值體現日益明顯，任繼周等[3]曾經指出“一旦失去了認識植物的能力，無異斬斷了飼用植物的命脈”?？梢?，草牧業的發展需要更多具備植物分類學知識的實踐應用型專業人才。甘肅農業大學“植物分類學實驗”作為一門專業基礎課程單獨開設，教學目標要求學生接觸大量的標本及新鮮的植物材料，結合植物及各器官圖片，通過理論聯系實際更具體地辨識常見植物的科、屬，掌握植物根、莖、葉、花、果等形態特征，進一步加深對書本上理論知識和重難點的理解；同時，實驗課程幫助學生訓練植物形態解剖、植物標本的制作及鑒定、植物識別等基本實驗技能及方法，培養其科研思維與創新能力，進一步提升綜合素質。

在數字化教學方式還未蓬勃發展前，我國各高校的教學方式多為以教師、書本或課件為中心的傳統課堂教學模式，實驗課也常常是理論課后的輔助驗證式教學，存在授課及考核方式單一、教材創新度不夠、實驗教學場地和環境局限等問題。課堂上觀察的植物臘葉標本，由于長時間保存，很多失去了植物的明顯鑒定特征；盡管指導老師授課課件中有豐富、精美的圖片素材，也有帶領學生認識校園植物的實踐教學環節，但教學材料的完善度仍然受季節、植物分布等“時空”條件的限制；另外，由于“植物分類學”內容繁雜、概念抽象，學生被動接受面對面的垂直“灌輸式”內容，很難將繁多的植物種類和形態特征知識要點與野外的植物物種多樣性聯系起來，獲得的分類學知識難以內化成知識體系和自身技能，這種單一的模式難以激發學生自主學習的興趣，也不利于培養學生分析、解決問題和創新能力。為此，筆者所在教學團隊逐漸開展網絡在線教學平臺的建設、微課視頻及慕課等數字化資源的搜集、過程化考核方式的改革等新教學模式的構建與探索。

2 “植物分類學實驗”課程數字化與傳統課堂混合教學模式的構建

2.1 “植物分類學實驗”教學內容的數字化與碎片化

“植物分類學實驗”的終極目標是培養學生自主完成植物資源調查與物種鑒別的能力，圍繞此教學目標，結合“互聯網+”在“植物分類學實驗”教學模式的有機融入，應對“植物分類學實驗”教學內容進行“數字化”與“模塊化”，甚至“碎片化”的重新編排。課程設置7個大實驗，17個重點知識模塊，共計32學時(表1)。其中教學方式以教師的室外實踐指導為主，實驗室引導學生動手為輔，穿插線上教學任務的布置，其余幾次不占學時的實驗以課外興趣小組的形式開展，后續還將輔助一周的野外教學實習加深學生對理論、實驗內容的實踐應用。數字化與傳統課堂混合教學模式在實驗模塊的設計上也實現了基礎及綜合技能、探究及驗證性研究等不同類型、不同層次的搭配，優化了以驗證性實驗為主的傳統實驗教學，激發學生的學習興趣。

表1 “植物分類學實驗”教學內容及模塊類型Table 1 Teaching content and module types in the “Plant Taxonomy Experiment”course

根據教學內容將相關教學模塊和知識點制作成“數字虛擬標本庫、微課視頻、慕課等”數字化資源，教師會針對知識重點提前錄制清晰的微課視頻，并將這些資源加載至學?！爸参锓诸悓W實驗”課程在線教學平臺，或利用微信公眾號等網絡平臺進行推送，讓學生利用PC、平板、智能手機等網絡終端設備，通過“植物分類學”在線實驗教學平臺進行觀摩和學習，完成對課前知識點的預習和對課后重點難點的復習，這既解決了植物生長季節性與課程安排時效性的矛盾，也使學生在實驗室開展“植物解剖操作”時不再迷茫，實現了實驗教學“時空”范圍的靈活延伸。

2.2 使用慕課、APP及其他信息平臺開展“翻轉課堂”式實驗教學

翻轉課堂譯自“Inverted Classroom”，意為顛倒調整課堂內外的時間，由學生主動把控主要教學環節[4-5]。慕課(MOOC)是一種“以學生為中心”開展翻轉課堂的有效學習方式，學生可以在課前使用慕課自主預習和小測試，提前了解教學內容的重點、難點，使學生有針對性、靈活地復習和預習，加深學生對課程知識體系的理解記憶[6]。此外，實踐教學中還能夠恰當地運用App輔助教學，如“花伴侶”和“形色”這幾款植物科研單位聯合科技公司開發的優秀的植物識別App軟件，可以幫助學生鑒定識別植物，識別植物種類在4000～11000種。App識別精度約為80%[7]，雖不能替代教師的作用，但恰當運用則能使教學內容直觀易懂。因此，使用慕課、網絡直播、APP及其他信息平臺開展“翻轉課堂”式“植物分類學實驗”教學可以幫助學生從單純的知識型學習轉變成為知識、能力和技能等多元化的學習，使教學效果反饋直接，信息互動迅速便捷，更能提高學生的學習興趣和實驗的教學效果；同時還可提高教學時空性，擺脫教育資源和地域的限制，在缺少應急預案和教學資源的情況下，可及時滿足教學需求。

例如在被子植物形態學分類基礎知識的觀察、描述與解剖等實驗教學中，或是在識別薔薇科、十字花科、禾本科、木犀科等園林常見科、屬、種時，要求學生提前觀看相關內容的慕課，或由教師在在線平臺或微信推送相關視頻，進行預習；學生分組走入戶外(公園、校園、植物園)，對某一科植物葉片、花部、果實標本及實物進行觀察及解剖，并根據調查結果提交實驗報告或葉片貼畫作品；也可利用App輔助教學軟件及已掌握知識，拍攝植物照片，分類和鑒定植物，翻轉課堂上分組討論、交流，由教師在實驗室中通過對已有植物標本的歸類和觀察，進行詳細講解和錯誤修正，最后帶領學生在實踐現場識別，加深印象。學生在自然界中，輕松愉快地完成對植物形態結構組成“細微”特征的觀察，既提升了學習興趣、科研素養和創新意識，也加深了學生對植物形態特征描述術語異同性的理解和掌握。

2.3 “植物分類學實驗”THEOL在線教學平臺的構建

網絡課程的建設是推進高校教育教學改革的必要手段，甘肅農業大學不斷推進各課程的THEOL網絡在線教育綜合平臺建設，“植物分類學實驗”課程也在其中。教師通過“甘肅農業大學在線教育綜合平臺”發布學習資料、布置學習任務、進行小測驗，并通過平臺或QQ、微信學習群開展在線互動教學。在線教學平臺的建設與更新包括上傳實驗教學大綱、單元教學重點PPT、文檔、圖像、視頻、教學任務導圖等基本資料；教師錄制實驗教學微視頻，并實時推送至在線交流教學平臺；建立校園植物、天祝高山草原站野生植物及西北常見草類植物圖片識別庫，同傳實驗安排及方案、實驗報告、實習作品及植物名錄、教師指導記錄等；擴展諸如植物紀錄片、科普視頻、慕課網址等豐富有趣的課外資源。

依托THEOL 網絡在線教育平臺，輔以網絡直播、慕課和課外信息數據庫的應用，突出引導式教學方式，結合傳統實驗課堂和室外實踐基地的綜合式教學，“植物分類學實驗”數字化與傳統課堂混合教學模式展示出多方位、多元化的特點(圖1)。在線平臺教師端主要有教學管理和課程建設2個端口，教學管理中包括教師信息、課程通知、選課學生管理(學生學習次數和學習時長的統計、學生成績)、任課教師管理、郵件答疑(接受學生的郵件，并在線答疑)；課程建設端口則為學生學習的主要內容，包括課程基本信息、單元學習，每一單元模塊下有單元導學(課程單元重點預覽、微課視頻)、單元作業、學習資源(慕課資源、試題庫、課外資源)、答疑討論和單元活動(在線測試、課程問卷)等幾部分。同時，學生可以借助網絡平臺，對教學情況進行互動與反饋、評價，以便教師及時了解學生學習動態和修正教學方法。

圖1 “植物分類學實驗”數字化與傳統課堂混合教學流程圖Figure1 Flow chart for mixed digitization and traditional classroom teaching used in the “Plant Taxonomy Experiment”course

2.4 “植物分類學實驗”混合教學模式考核評價指標體系的重構

依據“植物分類學實驗”教學大綱，結合線上教學平臺，將“植物分類學實驗”考核評價指標體系進一步細化，分為5個模塊進行過程化考核(表2)，力求全面評價學生對知識和技能的掌握及綜合能力。這5個模塊的考核目標各有側重，如線上表現可以通過已搭建的網絡教育在線平臺考核學生的課前預習、線上討論、線上測驗和作業完成情況，反映學生自主學習能力及對知識鞏固的程度；出勤次數也由線上和線下出勤綜合考評學生的紀律、規則遵守和實驗態度；綜合實踐則通過學生對常見植物和標本的識別，以及對校園植物調查報告和幻燈匯報情況，綜合考察學生識別和描述植物的能力、資源調查及報告撰寫能力，此部分內容尤為重要，占到考核成績的30%；團隊活動模塊則是通過學生分組完成標本采集和制作，以及翻轉課堂小組討論及PPT 匯報的成績評定學生的標本制作技能及團隊協作能力；基礎實驗通過考核學生在實驗課堂使用實驗器械的規范性，完成各科植物檢索表的制作及植物解剖結構的繪圖質量，以及隨堂問答植物基本形態特征及術語等情況，檢驗學生在解剖鏡的使用、應用和編制檢索表、使用規范的形態術語描述植物等分類基礎實驗技能方面的掌握程度。實踐證明，該綜合評價體系能夠較為準確、全面客觀地反映學生的實驗技能、實驗態度、知識掌握程度，并使學生在輕松的學習過程中完成實驗考核。

表2 “植物分類學實驗”教學過程化考核綜合評價體系Table 2 Comprehensive evaluation system for the “Plant Taxonomy Experiment”teaching process

2.5 “植物分類學實驗”混合教學模式教學效果

為全面評價“植物分類學實驗”課程混合教學模式的效果，從“植物分類學實驗”混合教學與單一線下傳統教學共同關注的3個主要教學目標出發，分別以2020和2017年度本校草業科學專業學生(人數相當)學習該課程綜合表現為參考依據進行探討(表3)。從成績來看，混合教學下學生期末筆試成績稍低，究其原因發現極個別學生對線上學習的自主性及重視性不夠，導致對基礎理論知識的掌握不夠牢固，使年級平均成績降低，而實際上，混合教學下70～90分的學生人數及成績均稍高于傳統教學；且混合教學過程化考核的綜合成績大幅度高于傳統教學，說明學生對各項實踐技能的掌握有明顯提高。學生通過混合教學完成的植物調查報告中突顯了其自主學習及設計實驗的能力及寫作、總結、幻燈制作等綜合能力的提高；多數學生能夠輕松識別60個以上的常見植物，并能制作精美的植物標本；此外，學生對植物解剖結構繪圖及植物檢索表使用等植物分類學知識與技能均能直觀形象的掌握。野外實習中超過63%的學生能夠表現出優異的觀察能力、團隊協作能力和創新思維能力，可見學生在探究式的學習方法中強化感性認知，更加突出了植物識別的能力。通過對混合教學的滿意度問卷調查發現，73.25%的學生認為混合教學模式更為有效。數字化線上教學及翻轉課堂大大提高了學生參與課堂討論的頻度，學生就平時及綜合實驗所觀察到的現象與老師探討互動次數增加，并能夠主動提出問題和解決問題，對學習植物分類學的興趣、主觀能動性和自信心均有明顯的提升。

表3 “植物分類學實驗”混合教學與傳統課堂教學的教學效果比較Table3 Teaching effect comparison between mixed teaching and traditionalclassroom teaching in the “Plant Taxonomy Experiment”course

教學實踐表明，“植物分類學實驗”課程混合教學在提高學生綜合實踐能力、激發學生的創造力、加強知識內化率等方面均取得良好的效果。然而，混合教學并非一勞永逸的模式，個別學生認為線上自主實驗內容較難，主動學習能力參差不齊，這些不足需要教師加強個性化指導和互動，不斷更新完善微視頻、圖片庫、習題庫等教學資源，優化教學方式，鞏固課程團隊建設，保障整體教學效果。

3 結語

將數字化網絡平臺與理論課堂有機結合，構建“交互式”、“立體式”的混合教學模式，圍繞網絡、實驗室(教學、科研場所)和室外(植物生長地)開展“植物分類學實驗”教學，實施“過程與結果并重”的考核內容與評價體系，實現“以學生為中心、以教師為主導”的教育理念，有效促進了學生的學習主動性和創新性，培養了其綜合實踐能力，滿足了數字化時代對實驗教學的需求，也保證了教學質量。