數字化背景下“植物分類學實習”課程的探索

［摘 要］ “植物分類學實習”課程是“植物分類學”課程學習中不可或缺的一部分，也是高等院校草業科學、林學和生態學等學科重要的基礎課程。順應網絡信息技術的快速發展，優化和完善相應的實習內容，將數字化和智能化與“植物分類學實習”課程有機融合，從而實現實習內容的豐富與理論知識的拓展。分析了當前“植物分類學實習”課程中存在的問題，提出了將數字化植物標本的采集與利用、人工智能的應用以及多元化考核方式的實施融入“植物分類學實習”課程，同時提出了網絡信息對課程教學可能帶來的消極影響，以期完成對課程實習的改革并激發學生自主學習的興趣和意識。

［關鍵詞］ “植物分類學實習”課程；數字化植物標本；人工智能；多元化考核方式

［基金項目］ 2023年度內蒙古自治區教育廳研究生教育教學改革項目“新時代高校生態學課程思政建設研究”（JGSZ2023015）；2021年度內蒙古農業大學教育教學改革研究項目“生態學課程思政教學體系構建”（KCSZ202107）；2024年度內蒙古農業大學本科教育教學改革研究項目“數字化背景下‘植物分類學實習’的探索”

［作者簡介］ 侯東杰（1991—），男，內蒙古呼和浩特人，博士，內蒙古農業大學草原與資源環境學院講師，主要從事植被生態學和植物分類學研究；王忠武（1979—），男，內蒙古五原人，博士，內蒙古農業大學草原與資源環境學院教授，主要從事草地生態與資源管理研究；任海燕（1983—），女，內蒙古和林格爾人，博士，內蒙古農業大學草原與資源環境學院教授（通信作者），主要從事草地資源生態與管理研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）30-0113-04 ［收稿日期］ 2023-03-20

“植物分類學”是一門理論知識構建完整、實踐性較強的專業基礎課，是我國高等院校草業科學、生態學和林學等專業的專業基礎課，也為這些專業后續的學習和開展相關科學研究奠定了重要的基礎。“植物分類學實習”課程是“植物分類學”課程學習的重要組成部分，是檢驗學生對理論知識學習和加深理解的關鍵過程［1］。實習中要求學生學會植物標本的采集、制作和保存方法，熟練掌握植物志、植物圖譜等工具書的使用，了解區域常見的一些科、屬和種的特征。通過“植物分類學實習”課程，學生不僅可以深刻掌握植物分類學理論知識體系，加深對區域植物多樣性的理解，還有利于增強學生的團隊協作意識和科學研究能力。

一、“植物分類學實習”課程存在的問題

傳統的“植物分類學實習”課程主要是集中時間在某區域內通過學生小組的形式大量采集植物標本，隨后在室內進行植物鑒定和臘葉標本的制作與保存，最后以實習報告的形式完成“植物分類學實習”課程。傳統的植物分類實習雖然可以使學生很好地掌握理論知識和認識常見植物，但在實習過程中也存在以下主要問題。

（一）實習方式單調

由于“植物分類學實習”課程具有知識結構復雜，知識點細微瑣碎的特征，且相近植物科、屬、種間的差別較小，學生不易記憶和理解這些知識點。目前，“植物分類學實習”課程主要采用學生大量采集標本和鑒定，同時結合教師對植物種類和形態特征進行講解的方式進行。在此過程中，大部分學生只能生硬地記憶植物名稱。單一、被動地學習導致學生難以將“植物分類學實習”課程理論知識與植物形態結構聯系在一起。此外，當前固定的“植物分類學實習”課程模式也無法使學生從主觀意愿上真正對植物分類學產生興趣。這也進一步導致學生難以真正理解和掌握“植物分類學實習”課程知識架構和實踐技能。實習方式的單一加上學生的植物分類學理論基礎薄弱，導致學生自主學習的興趣下降，無法取得良好的實習效果。

（二）實習區域固定

我國國土具有地理面積廣闊、緯度跨越大、地形復雜多樣的特征，進而造就了我國植物多樣性極為豐富。各地區或省份的植物多樣性差異相對較大。例如，內蒙古地區共有野生維管植物2 797種，云南地區種子植物數量卻高達5 900余種［2-3］。當前“植物分類學實習”課程出于便捷性、經濟性和安全性等因素的考慮，實習區域主要集中于學校周邊地區或野外實習基地。例如，內蒙古農業大學“植物分類學實習”課程主要集中在呼和浩特市周邊山地和草原地區或錫林郭勒盟野外實習基地進行。然而，這些區域的植被類型通常單一、物種組成固定、植物多樣性相對不足，不利于學生對不同生境植物的認識和特征掌握，也不利于學生對大尺度區域植物概況的了解。

（三）實習時間集中

植物鑒定主要依靠植物花、種子等繁殖器官的性狀。目前，部分學校的“植物分類學實習”課程實習時間主要集中安排在7～8月。該時期部分花期較晚的植物尚未結實，如內蒙古典型草原中的瓣蕊唐松草、大針茅等植物；部分花期比較早的植物已完成開花、結果并進入果后營養期，如冰草和洽草等。這會導致學生采集的部分植物標本缺失果實和種子性狀，給學生植物標本鑒定過程帶來了極大的難題。此外，該時段大量的短命植物已完成生活史過程，這種現象在新疆荒漠地區尤為典型。由于不同植物開花、結實時間差異較大，目前集中的實習時間無法兼顧不同物候期植物的采集，如返青期、黃枯期等物候期，導致對早春植物和短命植物的植物標本的采集的缺失。集中的實習時間難以使學生全面了解植物生活史過程。

（四）考核方式單一

考試的目的是檢驗學生對理論知識以及實習過程掌握的程度。目前，針對“植物分類學實習”課程的考核方式主要為隨機考察植物與撰寫實習報告。在“植物分類學實習”課程教學中，教師要做到“授人以魚，不如授人以漁”，讓學生掌握正確運用植物形態術語的方法，學會利用地區植物志和植物圖譜等工具書鑒定植物，而非簡單地“認識”植物。因此，隨機抽查植物具有偶然性與片面性，不利于培養學生學習植物分類學的興趣，單一地記憶植物名稱也無法真正地掌握植物鑒定的方法與過程。實習報告是學生對“植物分類學實習”課程實習過程的總結，當前實習報告內容主要包括實習目的、實習時間、實習成果等固定化的內容。單一的模板導致不少學生對其喪失興趣，產生被動完成、消極應付等現象。“植物分類學實習”課程是實踐性、自主性和興趣性很強的課程，目前的考核方式不能真實、客觀地反映學生的實習情況，也不利于對學生“植物分類學實習”課程學習熱情的培養，難以完全體現學生的實際能力。

二、數字化和智能化在“植物分類學實習”課程實習中的應用

近些年，隨著網絡信息技術的快速發展，其對我們生活和各行各業帶來越來越大的影響。在教育行業，網絡的興起也在改變著教師的教學方式以及學生的學習方式。網絡資源中生動形象的案例為教師提供了豐富的教學資料，多元化的學習方式可以激發學生對學習的熱情和積極性。因此，順應數字化和智能化背景下高等院校教學改革是當前教學工作中的發展趨勢。利用網絡教學資源、應用軟件等手段改變目前的教學方式是教學領域改革的必然方向，對于實踐性較強的“植物分類學實習”課程也是教學方式上的創新與改革［4］。

（一）數字化植物標本的采集

與實體植物標本相比，數字化植物標本具有易于保存、易訪問、便于交流和整理等優點，逐步受到植物分類學研究人員的關注，同時全國各大植物標本館都逐漸開展實體植物標本的數字化，并建立了一系列數字化植物標本網站，如中國植物圖像庫和植物智等。“植物分類學實習”課程過程中也應適當補充數字化植物標本的采集。在采集植物前，先對莖、葉、花和果實等器官以及生境特征利用相機采集數字化影像資料，尤其是對具有分類特征的細節進行重點關注，如花冠類型、雄蕊數目、葉片形態以及葉片排列順序等。隨后在實驗室內對采集的影像資料進行整理和編號，最終對每種植物形成一套完整的數字化植物標本。在“植物分類學實習”課程過程中增添數字化植物標本的采集，一方面可以極大地激發學生對植物觀察的興趣，尤其是對植物莖、葉、花和果實等器官形態結構的觀察，有助于加深對植物形態術語的掌握和理解，進一步提高學生對認識植物的興趣和識別植物的能力；另一方面，數字化植物標本的采集也豐富了“植物分類學實習”課程的內容并與現代網絡科技有機融合，為“植物分類學實習”課程教學提供了新的改革思路。

（二）已有數字化植物標本的應用

隨著越來越多植物標本數字化完成與網絡訪問便捷性的提高，極大地豐富了數字化植物標本資料，尤其是對植物不同器官、不同物候期等生活史過程。這彌補了當前“植物分類學實習”課程時間過于集中的缺陷。學生可以通過網絡收集已采集到的植物不同物候期或不同器官數字化植物標本資料，并對自己在野外采集的影像資料進行整理，形成一套植物完整的生活史數字化植物標本。這套數字化植物標本重點包括植物不同物候期的影像資料以及不同器官的影像資料。利用已有數字化標本不僅可以提高數字化植物標本的采集效率，培養學生收集資料和自我學習的能力，同時也加強了學生對植物的全方位認識，培養學生學習“植物分類學實習”課程的熱情和興趣，極大地豐富了“植物分類學實習”課程的內容。

當前“植物分類學實習”課程所面臨的另外一個問題就是實習區域相對較小，不利于學生對不同生境的植物采集與對區域植物多樣性的了解。在數字化和智能化背景下，“植物分類學實習”課程過程中，學生可以依照地區植物志和植物圖譜等工具書，總結區域植物名錄，再通過野外植物標本采集和對已有的數字化植物標本進行收集和整理，進而得到區域完整的數字化植物標本。這不僅可以加深學生對未采集到的植物形態特征的了解和認識，同時還可增進對地區植物多樣性的了解。

（三）人工智能軟件的應用

人工智能逐漸進入日常生活并被大家所認可，同時其也對教學產生了極大的影響。一系列有關植物識別的App出現，并受到植物分類學學者和植物愛好者的關注，如“花伴侶”“形色”等。這些軟件主要利用人工智能將用戶上傳的照片與數據庫中的照片進行相似性對比分析，隨后給出若干結果供用戶參考。無花、無果或處于幼苗期、黃枯期等特殊類型的植物標本給學生鑒定標本增添了極大的難度，也容易降低學生對“植物分類學實習”課程的學習興趣，同時也給教學帶來了困難。人工智能識圖軟件的出現為“植物分類學實習”課程中一些疑難植物標本的鑒定提供了重要的工具。“花伴侶”“形色”等植物識別軟件可以給出這些植物的參考科、屬和種，學生可以根據參考結果進一步借助植物志、植物圖譜等工具書進行確認，極大地提高學生植物鑒定的準確性，也能培養學生對“植物分類學實習”課程學習的興趣。此外，這些軟件融合了網上社區交流和植物百科等交流和學習模塊。在網上社區交流模塊中，一方面，學生可以上傳植物照片求助或與植物分類學家進行討論；另一方面，也可以幫助其他學生或植物愛好者鑒定植物標本。這不僅可以提高學生對學習“植物分類學實習”課程的熱情，還能提高學生間的互動與溝通能力。植物百科模塊則可以幫助學生了解更多課本外有關植物學或植物分類學的相關知識，以及了解學科發展動態前沿，從而提高學生對知識的掌握程度，拓寬學生對知識的掌握面。

（四）多元化的考核方式

考核的目的是檢驗和加強學生對知識的掌握和運用程度，而非對學生施加額外壓力。數字化背景下“植物分類學實習”課程為去除單一化、教條化的考核方式提供了路徑，同時也增添了多元化的考核方式。一方面，可以將數字化植物標本的采集作為實習成績的一部分，結合實習報告等方式綜合評定學生“植物分類學實習”課程的實習成績。這種考核方式可以重點評估學生采集的數字化植物標本的種類、數量、準確率和影像質量等內容，其中尤其需要對影像準確率和質量進行重點檢查。另一方面，可將學生在植物識別軟件交流社區模塊中與他人交流互動的情況作為實習成績的一部分，再結合紙質報告等方式綜合評定成績。該考核方式可主要依據學生對他人有關植物分類學問題的解答、數字化植物標本的鑒定、科普文章撰寫及對科普文章發表評論等相關主題的質量和數量進行判定。多元化的考核方式可以全面提高學生對植物分類學知識的理解，同時也激發學生對學習“植物分類學實習”課程的熱情和興趣，有利于學生綜合素質的培養。

三、數字化和智能化對“植物分類學實習”課程的消極影響

任何事物都具有兩面性，數字化和智能化教學手段的引入也可能對“植物分類學實習”課程產生消極影響。首先，雖然數字化植物標本的引入豐富了實習內容，但在實習過程中教師須提醒學生切勿本末倒置，過度關注數字化植物標本的采集而忽視了植物分類學基礎技能的訓練。學生作為植物分類學的初學者，應重點加強課堂理論知識實踐和基礎技能訓練，如植物標本的采集、訓練，鑒定等過程。因此，數字化植物標本采集應作為“植物分類學實習”課程內容的補充與豐富手段，且不能完全替代傳統的“植物分類學實習”。其次，在數字化和智能化背景下“植物分類學實習”課程中，教師也需要提醒學生切勿過度依賴識圖軟件。實習的主要目的是加深對課堂知識的理解和應用以及訓練學生的植物分類學基本技能，過度依賴識圖軟件會降低學生的動腦和動手能力，導致學生對“植物分類學實習”產生消極的學習態度。此外，目前這些智能識圖軟件的數據庫是面向全國收集的，不同環境間影像資料數據庫差異較大。例如，城市內公園、綠地等區域的植物影像資料較多；自然環境中森林、草原和荒漠等區域的植物影像資料較少，這就導致這些識圖軟件對后者的植物識別準確率較低。因此，在使用識圖軟件過程中須對參考植物名稱進行進一步的核實和驗證，如形態特征、分布區域等。這也是教師在實習過程中需要對學生進行重點提醒的內容。最后，隨著信息化的發展，網絡中多元化的教學資源也越來越容易被學生所學習和認可。然而，網絡教學資源參差不齊，教師應教會學生從官方和正規網站發布的教學資源中學習，如慕課、中國高等學校教學資源網等，避免從非官方的個人或網站渠道學習相關知識，以免在學習過程中產生誤導。在數字化和智能化背景下，“植物分類學實習”課程須做到不盲目學習網絡資料，結合自己的判斷力是實習改革中至關重要的。

結語

“植物分類學實習”課程是理論課程的重要實踐階段，是部分學科未來學習和科研的基礎。順應網絡信息化和智能化的發展，“植物分類學實習”課程遇到了新的改革契機。通過數字化植物標本的采集和利用，以及人工智能應用和多元化考核方式的有機結合，豐富了“植物分類學實習”課程內容并加深了學生對理論知識的理解和掌握，拓展了課本外的相關知識。數字化背景下的“植物分類學實習”課程為學生的自我展示搭建了平臺，培養了學生自主學習的興趣和熱情，也極大地提高了學生間的溝通與交流能力。作為新時代數字化背景下的高等教育院校的教師，不僅應該提高思想政治覺悟，同時也應利用數字化和智能化的工具不斷提高教學能力并探索和優化教學方式，警惕網絡信息化給教學帶來的弊端。

參考文獻

［1］迪利夏提·哈斯木，阿馬努拉·依明尼亞孜，巴特爾·巴克.高等農林院校植物分類學野外實習改革與實踐：以新疆農業大學為例［J］.教育教學論壇，2016（43）：40-42.

［2］內蒙古植物志編輯委員會.內蒙古植物志［M］.呼和浩特：

內蒙古人民出版社，1989：91.

［3］云南省植物研究所.云南植物志［M］.北京：科學出版社，1977：65.

［4］管畢財，蔡奇英.App輔助植物分類學實踐教學的改革［J］.生物學雜志，2020，37（1）：119-121.

Exploration of Plant Taxonomy Practice Under the Background of Digitization

HOU Dong-jie， WANG Zhong-wu， REN Hai-yan

（College of Grassland， Resources and Environment， Inner Mongolia Agricultural University， Hohhot， Inner Mongolia 010011， China）

Abstract： Plant Taxonomy Practice is an irreplaceable part of the Plant Taxonomy course， and it is also an important basic course of pratacultural science， biology， forestry， ecology and other related disciplines in Chinese institutions of higher learning. Adapt to the rapid development of network technology， optimize and perfect the corresponding internship mode， integrate digitalization and intelligence with internship organically， so as to enrich the internship content and expand the theoretical knowledge. This study proposes to integrate the collection and utilization of digital specimens， the application of artificial intelligence and the implementation of diversified examination methods into the Plant Taxonomy Practice， and puts forward the potential risk of network information to the course teaching， in order to complete the curriculum reform and stimulate students’ awareness of independent learning.

Key words： Plant Taxonomy Practice; digitized plant specimen; artificial intelligence; diversified assessment method