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基于超星学习通的数字切片在植物学实验教学中的应用

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  摘  要:传统植物学实验教学主要依赖玻璃切片和显微镜,在教学过程中存在一定的局限性。数字切片的出现为创新植物学实验教学模式提供了契机。基于超星学习通移动学习平台,探讨了数字切片在植物学实验教学中的应用,并对其应用效果进行了评价。结果表明,这种新的教学模式不仅能够激发学生的学习兴趣,培养学生的自主学习能力,而且能够提高学生的学习效率。数字切片与教育信息技术的融合,实现了教学资源的开放共享,促进了植物学实验教学质量的提高。
  关键词:超星学习通;数字切片;植物学实验;教学模式
  中图分类号 G642.0   文献标识码 A   文章编号 1007-7731(2019)09-0.145-3
  Abstract:There are many limitations in the traditional teaching process of botanical experiment due to its dependence on glass slices and microscope. The application of digital slices in the experimental teaching of botany was explored based on Chaoxing mobile learning platform in this paper,and its actual application effect was further evaluated. The results indicate that the new teaching model can not only inspire the students’ learning interest and promote their self-learning ability,but also improve their learning efficiency. Integration of digital slices and educational information technology realizes the opening and sharing of teaching resources and facilitates to improve teaching quality in botanical experiment.
  Key words:Chaoxing APP;Digital Slice;Botanical experiment;Teaching model
  植物學是高等农林、师范以及综合性院校植物生产类、生物科学、生物技术等专业开设的一门专业基础课。作为大生物学类人才培养方案课程体系的重要组成部分,该门课程教学质量的高低将直接影响学生对后续专业课的学习[1]。植物学内容知识点繁多,涉及大量的描述性名词和分类术语,学生往往难以理解和记忆。因此,植物学实验已成为学习植物学的重要实践环节。通过实验教学,一方面能够巩固和理解课堂讲授的基本理论、基本知识;另一方面,能够提高学生学习植物学的兴趣,培养观察、动手能力和分析问题、解决问题的能力[2]。
  网络信息化技术和计算机辅助教育的迅速发展,为植物学实验教学改革提供了契机。传统植物学实验(形态解剖部分)主要是借助光学显微镜观察植物细胞、组织或者器官的玻璃切片,这种教学模式虽然能够完成教学大纲规定的内容,但在具体教学过程中还存在一些不足[3]。例如:不同批次玻璃切片的制作质量参差不齐,难以保证所有切片形态结构的典型性;玻璃切片长期保存易褪色、破损,需要经常购买补充;玻璃切片只能借助显微镜在实验室观察,使用受时间和空间的限制等;传统玻璃切片的局限性在一定程度上影响了植物学实验教学的质量和效率。近年来,数字切片的出现弥补了传统玻璃切片的不足,已在医学形态学相关课程的教学中得到了广泛应用,并取得了良好的教学效果[4,5],但数字切片运用于植物学实验教学中的报道还很少。因此,笔者基于超星学习通移动学习平台,探讨数字切片在植物学实验教学中的具体应用,并对其应用效果进行评价,以期为植物学实验教学改革提供有价值的参考。
  1 数字切片库的构建
  数字切片又称虚拟切片,是利用全自动显微镜扫描平台,结合数字扫描软件系统,对传统玻璃切片进行扫描、存储、无缝拼接,最后生成一张全视野高分辨率的数字图片[3,5]。目前,数字切片库主要通过2种方式构建。一是从商业公司直接购买数字切片。这种数字切片往往是基于公司的软件开发,且涉及版权不能随意编辑,在使用过程中存在诸多不便;此外,公司提供的数字切片种类有限,不一定能够满足实验开展的需要[6]。二是根据实验教学内容利用数字切片扫描和应用自制数字切片库。淮北师范大学基础生物学实验中心于2015年引入了Motic数字化扫描应用系统,这为数字切片库的构建提供了有力保障。
  为构建1个高质量的数字切片库,教学团队组织经验丰富的教师对玻璃切片进行筛选,确保制作的数字切片图像清晰、结构典型,具有良好的教学示范性。Motic数字化扫描应用系统主要包括全自动扫描显微平台、控制与扫描软件2个部分。制作数字切片时,首先利用全自动显微镜(Motic BA600Mot)在低倍镜下扫描玻璃切片,获得全景地图;然后选择目标区域转换到高倍镜下(40×),采用自动或手动(取决于切片的厚薄)聚焦建模进一步扫描,获得高分辨率的图片。使用系统扫描软件对这组图片进行拼接、压缩等处理,最后生成具有光学无极变倍效果的高质量数字切片。将制作出的数字切片编号、命名、标注并按实验章节分类保存,完成数字切片库的建设。一般情况下,学生可以通过互联网访问数字切片库,用公司提供的专业软件进行阅片。由于数字切片接入互联网需要一定的软硬件支持,许多高校主要在数码显微互动教室的局域网内使用。为了让学生更加便捷的获取数字切片资源,利用Motic Images Advanced(version 3.2)软件对数字切片的典型结构进行标注、描述并存为普通图片格式,构建数字切片资源图库,通过网络教学平台实现资源共享。   2 基于超星学习通的数字切片在植物学实验教学中的应用
  传统植物学实验教学过程中,教师首先借助粉笔、黑板和挂图(或者是幻灯片)对实验内容进行讲解,然后分发玻璃切片,指导学生使用显微镜进行观察并完成绘图。这种教学模式难以激发学生的学习兴趣,教学效率较低。笔者以植物学(形态解剖)“植物叶的形态和结构”为例,介绍基于超星学习通的数字切片在实验教学中的应用。
  在授课之前,要求学生使用智能手机下载安装超星学习通APP软件,并以实名方式完成注册加入班级教学群组。超星学习通是一款优秀的知识传播和管理分享平台,笔者已经利用该平台进行了植物学实验课程资源建设[7]。课前预习阶段,选择旱生植物夹竹桃、中生植物棉花、水生植物睡莲和眼子菜以及禾本科植物玉米、小麦叶的数字切片,打包上传至超星学习通“资料”模块供学生下载观察。学生在观察过程中遇到问题可以通过群聊功能与同学、老师进行交流。教师使用“主题讨论”模块引导学生思考:旱生植物、中生植物和水生植物叶在结构上有什么异同?小麦叶和玉米叶在结构上有什么异同?要求每位同学发帖回复。通过课前预习,学生不仅对实验内容有了一定了解,而且激发了学习兴趣。课堂教学过程中,教师使用Motic数码显微互动系统登陆数字切片库,利用Motic VM V1 Viewer读取相关数字切片,围绕双子叶植物、单子叶植物和裸子植物叶的结构特点以示范教学的方式进行讲解。针对学生在预习中的疑问,选取具有典型结构的数字切片展开讲解,显著提高教學效率。教师讲授结束后,指导学生使用数码显微互动系统学生端登陆数字切片库进行阅片。数字切片具有卫星导航图,并且可以模拟显微镜切换不同倍数,便于学生从整体到局部全面观察切片结构,促进对植物学理论课知识的理解和掌握。此外,学生在阅片过程中遇到问题,可以通过显微互动系统与教师随时进行交流。在实验过程中预留出1个学时(共3学时)的时间,要求学生使用显微镜观察玻璃切片。通过这种方式,一方面锻炼学生的显微镜的操作能力;另一方面,学生可以比较数字切片和玻璃切片的不同,有利于培养发现问题和解决问题的能力。实验课结束后,布置作业,并将本次实验使用的所有数字切片上传至超星学习通移动学习平台,供学生课后观察复习。
  数字切片也可以应用于植物学实验考试过程中。传统植物学实验考试,一般要求学生利用显微镜在规定时间内完成玻璃切片的观察并答题。考前需要教师对玻璃切片的标签进行隐藏、编号,然后让学生以小组(8~10人)为单位进行考试,这种考核方式准备繁琐且效率低下。另外,每位同学观察的玻璃切片质量存在差异,难以保证考试的公平性。而使用数字切片能够很好避免上述问题。将数字切片以图片方式导出,使用图像编辑软件设计出2套(或多套)难度相当的考题。利用数码显微互动系统下发给学生,并保证相邻座位的学生试题不同,学生在规定时间内完成考试将试题上传至系统的教师端。这种考试方式不仅方便快捷,而且能够提高考试结果的客观性和公平性。
  3 基于超星学习通的数字切片在实验教学中应用效果评价
  以2017级生物科学专业2个班99人为研究对象,在植物学实验教学中开展了相关研究。在综合考虑学生的性别、年龄和上学年综合测评等背景资料一致性的基础上,将该专业学生分为实验组(50人)和对照组(49人)。实验组接受数字切片并辅以传统玻璃切片的教学方式,对照组仅使用传统玻璃切片开展教学。2组学生理论课和实验课任课教师、所用教材、教学软硬件条件均完全相同。
  学期结束后,以问卷调查和考试成绩分析2种方式评价了教学效果。问卷共设计5个调查内容,设置“非常满意”、“基本满意”和“不满意”3个等级。指导学生使用问卷星网站(https://www.wjx.cn/)完成问卷调查,共获得有效问卷99份。使用SPSS 20.0软件对学生的实验成绩(植物学实验成绩总分100分,其中实验报告60分、实验操作20分、实验考试20分)进行统计分析,以了解实验组和对照组之间是否存在差异。
  问卷调查结果显示(表1),实验组5个调查内容总体满意度(非常满意和基本满意之和)的平均值(94%)要高于对照组(78.37%);卡方检验表明,2组之间在“激发学习兴趣”、“提高学习效率”和“培养自主学习能力”3个调查内容的差异达到显著水平(P<0.05)。问卷调查表明,将数字切片应用于植物学实验教学中学生的认可度高。实验成绩的t检验分析显示(表2),实验组的成绩显著高于对照组(P<0.05),表明采用数字切片辅以玻璃切片的教学模式能够有效提高教学质量。
  4 结语
  植物学实验是植物课程的重要组成部分,其教学效果的好坏不仅影响学生对植物学理论知识的理解和掌握,而且影响学生综合能力的培养。一直以来,如何提高植物实验教学质量受到了众多院校的重视,许多研究者从教学内容、教学方法、考核体系等方面进行了有益的探索并取得一定的成效[1,2]。现代信息技术与教育教学的深度融合,为重塑传统教学形态提供了新的机遇,数字切片正是在这种背景下应运而生。
  数字切片在植物学实验教学中的应用,弥补了传统玻璃切片的一些不足,使得传统植物学实验教学摆脱了时间和空间上的限制。学生对于这种新的教学模式满意度较高,有效提高了植物学实验教学的质量和效率。尽管数字切片具有许多优势,但也不能完全取代传统玻璃切片和显微镜。传统植物学实验教学要求学生利用显微镜观察玻璃切片,这种教学方式能够很好锻炼学生的显微镜操作能力,而熟练使用显微镜也是一项重要的实验技能[5]。因此,在教学过程中,应预留出一定的时间指导学生利用显微镜观察玻璃切片,训练学生的实验操作能力,从而实现玻璃切片与数字切片的优势互补。此外,数字切片在教学中涉及到课前预习、课中教学和课后复习的不同阶段,教师要合理安排好这几个环节的衔接时间,并借助网络学习平台对学生的自主学习情况进行适度督促,让整个教学过程流畅、高效,力争取得良好的教学效果。   总之,基于超星学习通的数字切片应用于植物学实验教学中在一定程度上改变了传统的教学模式。它依靠现代信息技术,实现了教学资源的开放共享,使得教学方法更加灵活、高效。今后仍需不断探索和实践,利用现代信息技术优化实验教学体系,为植物学实验智慧课堂的建设奠定基础。
  参考文献
  [1]杨文权,寇建村,慕小倩.微课在“植物学实验”课程教学中的应用[J].中国林业教育,2017,35(2):64-66.
  [2]张秀玲,符爱云,李妍,等. 高校植物学创新实践教学体系的构建与实践[J].生物学杂志,2016,33(4):121-123.
  [3]楊广玲,董会,张卫光,等.数字化虚拟切片在植物病理学实验教学中的应用[J].中国现代教育装备,2015(19):23-25.
  [4]耿宁,刘君瑜,汤亚玲,等.数字化切片在口腔组织病理学教学中的应用[J].基础医学教育,2017,19(10):783-786.
  [5]李艳,钟近洁,刘春燕,等.基于数字化切片的虚拟人体组织学实验教学的应用效果探讨[J].中国组织化学与细胞化学杂志,2018,27(05):500-502.
  [6]李文通,吕世军,刘雨清.浅谈数字化病理教学的利与弊及改进方案[J]. 教育教学论坛,2017(19):231-232.
  [7]张兴旺,吴晓敏,丁建华,等.基于超星学习通的移动学习平台在植物学实验教学中的应用[J].廊坊师范学院学报(自然科学版),2018,18(1):112-115.
  (责编:徐世红)
  基金项目:安徽省高等学校省级质量工程“环境生态学”智慧课堂项目(2018zhkt027);安徽省高等学校省级质量工程“生物统计学”慕课项目(2017mooc323);淮北师范大学教学研究一般项目“数字化切片在植物学实验教学中的应用研究”(jy2017124);淮北师范大学教学研究重大项目“基于移动互联网平台新时代创新教学培养模式(ITM)的研究”(JY18001);淮北师范大学教学研究重点项目““互联网+”背景下《设施园艺学》课程的教学改革与探索”(JY18016)。
  作者简介:张兴旺(1979—),男,安徽寿县人,博士,副教授,研究方向:植物资源保护与利用。  *通讯作者  收稿日期:2019-04-20
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