“大數據”在《植物病原學》課程實踐教學中的應用

劉朝茂，楊斌，趙長林，韓長志

（西南林業大學 生物多樣性保護學院，云南 昆明）

一 引言

《植物病原學》是高等農林院校或綜合院校植物保護、園林植物保護、森林保護、林學等本科專業的基礎課程，是林木病理學、普通植物病理學、分子植物病理學的先修課程，該課程需要進行大量的實踐教學，包括野外實習及課程實踐教學[1-5]。因此，實踐教學是該門課程的重要環節，通過實踐教學可以讓學生更好地掌握植物病害癥狀和病原物的主要鑒別特征、發病規律及其防治措施，從而才能讓學生鞏固和理解課堂所學知識，培養學生獨立思考、獨立工作的能力，培養學生養成求真務實、認真思考、嚴謹踏實的科學態度[6-7]。隨著科技的飛速發展和不斷進步，在大數據背景下，5G移動網絡以及人工智能等新技術不斷涌現出來，不僅給人們的生產生活帶來便利之處，還影響著教育方式與學習方式，從而滿足現代學生發展需要[8-9]。傳統的實踐教學方式已經無法滿足實踐教學的需求，需要探索新的、更具創新性和吸引力的實踐教學方式，本研究在前期研究的基礎上，應用“互聯網+”“大數據平臺”“智慧手機APP”“人工智能”等[10]新型實踐教學手段融入到《植物病原學》課程的教學過程中，探索其在整個教學過程中的作用及成效，為更好地建設《植物病原學》課程提供一定的理論依據及實踐經驗。

二 《植物病原學》課程實踐教學存在的問題

（一） 實踐教學形式單一

目前主要采用的《植物病原學》實踐教學形式主要是教師講授理論后，學生通過觀察一些簡單的實驗后再繪圖的過程。學生都是觀看老師給出的固定標本，缺乏主動思考和探索創新的意識，這種實踐教學形式不利于培養學生發現問題和解決問題的能力，同時也限制了學生獨立思考和探索創新的積極性和主動性，不利于《植物病原學》教學的發展。

（二） 實踐教學課時有限

《植物病原學》目前的時間教學課時一般為32學時，按照每個實驗課4個學時計算，也就是只能開展8次實驗教學，而理論課程的教學內容遠遠不能僅僅通過8次實驗課程得到鞏固和加強，學生要想通過短短的8次實驗課達到徹底鞏固和了解理論課程所學內容幾乎不可能，這只能讓學生初步了解該課程的基本實踐操作、進行簡單的病原物識別。要想通過實踐教學環節培養學生獨立思考和動手的能力，綜合認知植物病原的病癥、發病規律、病害循環、分離鑒定及防治措施等過程，則需要大大增加實踐教學環節的課時數，或者利用“互聯網+”“大數據”等現代的科技手段，讓學生可以自主學習。

（三） 實踐教學考核形式單一

傳統的《植物病原學》實踐考核方式主要是學生撰寫實習報告和簡單的植物病害標本鑒定，學生對學生學習成效的判斷僅僅只能通過實驗報告進行判斷，長此以往，不能客觀全面地反映學生對所學知識的掌握程度，單一的考核形式也不能激發學生學習的熱情和主動性。考核結果也難以對學生做出綜合性評價。

（四） 運用現代教學手段不足

隨著科技的不斷進步，智能手機、大數據、互聯網等新興技術不斷涌現，如何有效地將這些現代教學手段和設備融入到《植物病原學》實踐教學環節中，讓學生能夠利用這些現代教學手段更好地學習病原物及微生物的形態特征，激發學生的學習熱情和主動性，提高教學質量和學生培養質量。

室內實驗材料大多由教師準備，不利于學生綜合實踐能力的提升我校《植物病原學》室內實驗是由相關任課教師提供實驗菌物標本、破片等材料，這些實驗材料都是已經制作好的標本，部分室內實驗標本材料由于時間過長，特征不明顯，導致學生室內實驗所觀察到的特征與野外實習采集到的標本不一致。同時，室內實驗過多地讓學生觀察標本，而忽略了注重培養學生制作標本的能力，不利于學生綜合能力的培養。

（五） 實踐教學資源有限

目前我校《植物病原學》可供使用的實踐教學資源非常有限，部分標本材料時間長，數量不能滿足現有班級學生進行正常的教學實踐使用，而且部分標本材料過于陳舊，病原的特征不明顯，不利于很好地掌握和固定理論知識，達不到《植物病原學》的實踐教學目標。

三 《植物病原學》課程實踐教學改革的措施

（一） 基于“大數據平臺”開展實踐教學

為了解決《植物病原學》實踐教學資源不足的問題，本研究采用互聯網、大數據、AI、物聯網等技術搭建了林業有害生物智能空間大數據平臺，成為連接教師、學生、林農和林地的平臺。林農、學生可隨時將野外采集的病害圖像信息上傳至平臺，經過專家審核和鑒定后成為平臺數字標本，極大擴充了實踐教學數字標本資源，有效解決標本資源不足問題。平臺內的相關科研專家通過手機APP便能接收任何一名學生或林農關于植物病害鑒定等相關的提問，并通過解答自動回傳至學生手機，有效解決了實踐教學指導教師資源不足；林業有害生物智能空間大數據平臺支持接入全國范圍內物聯網設備，能將有害生物圖像、視頻實時傳入平臺，擴大學生了解不同區域、不同地塊有害生物信息，彌補實踐教學資源不足的問題。

（二） 創新實踐教學組織模式

利用自主開發的大數據平臺，改變傳統實踐教學組織模式，通過智能手機形成線上線下結合的實踐教學組織模式，突破傳統時間和空間限制，學生能隨時學，教師能隨時教；本平臺有智能識別模式，學生和林農能通過智能識別獲取病害種類、防控技術、農資農藥相關知識，在實踐教學中形成教師指導和機器協助結合的教學模式。

（三） 創新育人模式

在傳統實踐教學的基礎上，結合現代信息技術，形成科技育人、服務育人、創新創業育人一體的育人新模式。信息技術應用于實踐教學，讓傳統專業經現代技術賦能變得高大上，提高了學習興趣和積極性，形成科技育人模式；本成果將教學和創新創業融合起來，教師和學生在教學及解決林生產需求過程中，不斷創新知識技術，看到商機，激發創業熱情，形成創新創業育人模式；本成果將教學和服務結合起來，學生一邊學習，一邊利用所學知識服務林農，教師不斷指導學生服務林農，學生從林農急切病蟲問題咨詢中、從嚴重病蟲圖片中看到森林保護專業對守護綠水青山、促進林業產業發展和林農增收的重要意義，立志努力學習，做一名合格的林業衛士，在服務林農過程中受到來自政府部門、林農和媒體的肯定，更加堅定學用結合，形成服務育人模式。

圖1 大數據平臺應用于實踐教學示意圖

（四） 創新實踐教學評價體系

《植物病原學》實踐教學最重要的就是如何對學生的學習效果進行考核評價，傳統的考核方式僅通過實驗報告的形式體現，比較單一，并且在完成實驗報告的過程中會出現相互抄襲的現象，僅通過實驗報告很難真實反映學生學習的效果。因此，本研究在傳統評價標準的基礎上，對學生整個教學實踐環節進行綜合評價，實驗報告批改后及時返還到學生手中，讓學生及時進行改正；實踐教學中增加學生采集標本鑒定并進行標本制作等內容，最大限度地激發學生的探索創新能力；實習等的鑒定考核以學生匯報鑒定結果為主，考核學生PPT制作、語言表達等綜合能力；運用大數據智能空間平臺，讓學生線上解答農戶提出的問題，做到學以致用，教師對學生解答結果的正確性進行最終評判。

四 “大數據平臺”在《植物病原學》課程實踐教學改革中的成效

（一） 教學實踐成效顯著

通過實踐教學活動中開展學生標本采集、鑒定、分離培養、標本制作及在大數據平臺解答農戶的提問等過程，讓學生了解如何對引起植物病害的病原物進行鑒定、分離培養等過程，充分激發了學生學習的積極性和主動性，增強了學生的實踐能力、創新力、動手能力和自信心，《植物病原學》實踐教學成效顯著。

（二） 專業建設水平提高

通過將“大數據平臺”應用于《植物病原學》實踐教學促進專業建設水平的提高。以林業有害生物智能空間大數據平臺為基礎建成林業有害生物綜合實踐教學虛擬仿真平臺1個；學生與教師合作依托本成果及開發的平臺參加了各類創新創業大賽和社會實踐，獲得第五屆全國互聯網+大學生創新創業大賽銀獎、第六屆“創青春”創新創業大賽銀獎等國家級獎勵或表彰4項，獲第四屆云南省互聯網+大學生創新創業大賽省部級獎勵或表彰12項，獲第九屆“挑戰杯”云南省大學生創業計劃競賽金獎2項，學生各方面綜合素質顯著提高。相關成果支撐了專業建設水平的提高。我校森林保護專業由2018年云南省專業評估C級水平提高到B級水平，達到國內一流。植物保護專業由C級水平提高到C+級水平。

（三） 學生培養質量顯著提高

通過將“大數據平臺”應用于《植物病原學》專業課程實踐教學，一方面提升了本專業教學現代化水平，另一方面學生通過平臺了解到林業有害生物的危害性，促進學生立志成為合格森林醫生，在學生中形成比學趕超的良好氛圍。學生利用手機解決全國各地林農有害生物問題中鞏固和創新知識，取得良好學習效果。在學生中形成了良好的學習習慣和氛圍，學生培養質量顯著提高，近六年森林保護和植物保護專業考取研究生人數逐年攀升，升學率穩步提高，2016～2021年的六年間，植物保護專業升學率從35.29%上升到51.52%，共計增加了16.23個百分點，平均每年增加2.7個百分點；森林保護專業升學率從11.11%上升到68%，共計增加56.89個百分點，平均每年增加9.5個百分點（表1）。兩個專業本科生學生升學率居云南省前列。另外，考上外校研究生人數及比例均有所突破，以往學院本科生中能夠考上外校研究生的人數屈指可數，每年最多1～2個，近3年內，植物保護、森林保護專業平均每年可達到11.3個，考上外校研究生人數占考上研究生人數的比例突破30%，其中2021年最高達到38.24%（表2）。

表1 學院植物保護、森林保護專業近6年學生考研情況統計表

表2 植物保護、森林保護專業近3年考上省內外重點院校研究生統計表

（四） 實踐教學資源和科研數據資源快速匯聚

將大數據應用于實踐教學后，并將教學與服務林農有機結合實現了教學資源和科技資源的快速增加，幾年來，新增有害生物數字標本43954張，數字標本覆蓋云南省16個州市110個縣，全國18個省區，林業有害生物發生的種類、位置、時間、面積等信息31萬多條；師生共同解答林農有害生物問題3萬多個，為林農提供查詢、智能識別8萬多次，在線林農超過4萬人，林農病害問題得到及時有效解決，為經濟林所在地扶貧攻堅作出一定貢獻，同時也樹立了我校大學生創新創業教育的榜樣。