App輔助植物分類學實踐教學的改革

管畢財，蔡奇英

(南昌大學 生命科學學院，南昌 330031)

野外實習是植物分類學教學計劃中理論聯系實際的重要手段。通過實習可以使學生充分認識豐富的植物世界，擴展視野，增加知識面，加深對植物分類原理和方法的理解，使抽象的概念具體化，學習到理論課堂上無法接觸到的植物分類學知識[1-3]。

1 目前植物分類學野外實習存在的問題

20世紀90年代以來，分子生物學的發展對傳統生物學產生了巨大的沖擊，我國經典植物分類學后繼乏人，導致多年來植物分類學師資嚴重短缺，甚至一些著名的植物分類學研究機構和高校也只有少數學者從事經典植物分類學工作[4]。而那些研究基礎一般的高校尤其缺乏能夠指導學生進行植物分類學實踐的師資，即使能勉強開展植物分類學野外實習，不少高校也只能采用走馬觀花的實習方式。實習時學生被動地記錄指導老師講解的植物種類和形態特征，然后憑記憶進行植物識別，難以將植物分類學理論體系和野外的植物物種多樣性聯系起來；學生接觸的信息量少，獲得的植物學知識難成體系，掌握的分類學技能有限。單調的教學手段加之學生的植物學理論基礎薄弱，導致學生自主學習的興趣下降，無法取得良好的實習效果[5]。因此，不能和當今社會對植物分類學人才需求相適應。為了提高植物分類學野外實習的效果，必須進行實習模式的改革。

近年來，App(Application)作為一種便捷的信息傳遞方式，深刻影響了人們生活方式和社會發展。在教育領域，人們一直在研究如何利用網絡信息技術促進教學模式的改革和發展，激發學生自主學習的興趣并有效地提高教學效果[6-7]。實踐證明，教學過程中的App運用能使教學內容直觀易懂，教學效果反饋直接，信息傳輸與互動迅速便捷，更能提高學生的學習興趣和效果[8-9]。因此，順應信息化時代高等教育的發展趨勢，利用App改變現行的傳統教學模式成為教學領域改革的必然。由于App的應用，植物分類學領域也迎來了新局面。目前，科技公司和植物科研機構合作開發出了幾款表現優秀的植物識別App軟件，其中以“花伴侶”和“形色”兩款App功能最為強大。不同于單純鑒別花卉的應用，“形色”為用戶搭建了一個持續性更強的社交平臺。用戶可以一秒就能識別植物，App內部也有識花大師幫忙鑒定植物，“形色”可以立即給出花名和寓意并精準識別4000種植物，準確率高達82%?！盎ò閭H”App基于最新人工智能深度學習技術和專利算法及利用中科院植物研究所近10年積累的海量植物分類圖庫研發而成。用戶只要將手機對著植物的特征部位拍照，就能自動識別該植物的名稱，并提供根莖葉花果、產地、分布及功效等更詳細的信息。截至目前，“花伴侶”可識別11 000種植物，識別精度超過80%[10]。這兩款手機App不僅是植物分類的科普軟件，而且是學生探索豐富的植物世界的學習工具。顯然，這幾款App不能替代教師的作用，但一定程度上彌補了植物分類學師資短缺的問題，能為野外實習提供極大的便利。然而，目前利用這兩款App進行植物分類學野外實習教學的報道并不多。作為講授植物分類學課程的教師，一直在思索如何恰當的應用這兩款App輔助植物分類學的實踐教學，提高野外實習的效率與教學效果。

2 植物分類學野外實習教學改革的實施

野外實習前需做一些必要的準備工作。準備參考書和實習工具，熟悉種子植物主要科的重要特征，布置實習任務。準備實習工具，如相機、筆記本、海拔儀、解剖工具、工具書、枝剪和標本夾等。從2016級生科院3個專業9個小組共203名學生中抽出4個小組共90名學生分成對照組(2個小組共45人)和實驗組(2個小組共45人)，實驗組學生下載好“形色”以及“花伴侶”兩款App，并熟悉兩款App的功能。實習過程中，實驗組和對照組均對講解的植物拍照并做記錄，采集標本，當天整理所采集的植物標本，在指導教師的幫助下完成當天的復習工作。返校后，在實驗室通過查閱工具書，確定植物標本學名，制作植物標本。最后，進行實習總結。

2.1 校園植物分類實踐

南昌大學校園內擁有豐富的植物種類，有各種類群約300多種。因此，南昌大學校園也是進行短期植物分類學實踐教學的理想基地。

校園實踐時間1 d，實踐時間共8 h，上午4 h，下午4 h。

實驗組：每個小組學生利用App軟件進行自主預習，熟悉校園里的種子植物2 h。然后指導老師直接進行植物的識別講解4 h。再組織學生利用App進行自主復習2 h。對照組：學生不利用App自主預習和復習，老師直接講解植物的特征和種名?？刂茖嵙晻r間和實驗組一樣?？疾槊總€學生能準確鑒定的植物種類數。

2.2 井岡山植物分類野外實習

總實習時間為5 d，總計約40 h。

實驗組：每天學生按照既定實習路線利用App軟件先進行植物物種識別自主學習1 h。然后指導老師進行植物特征講解4 h。再組織學生利用App進行自主復習1 h。野外教學完畢，晚上回到實習基地后，利用采集的植物標本繼續復習2 h，復習方式主要采用老師講解1 h和App自主復習1 h相結合的方式。對照組：按照既定的實習路線，指導老師直接講解植物物種的特征，控制每天實習的時間和實驗組基本一樣。最后，考查每個學生能準確鑒定的植物種類數。

3 實踐教學改革的效果分析

3.1 調查問卷分析

為了客觀地評價野外實習改革的實際效果，我們給實驗組和對照組發放了45份調查問卷，了解野外實習改革的實際效果。90份調查問卷1 d后全部收回，經過檢查確認均為有效問卷。對問卷進行分析。

表1 野外實習的整體效果

3.1.1 App輔助野外實習的效果

從表1可以看出，學生對利用App輔助進行植物分類學實習的教改模式是普遍認可的。實驗組認為實習效果良好以上的人數達32人，占71.1%。對照組20人對實習效果評價良好及優秀，占44.4%。調查結果表明傳統的植物分類學野外實習效果難以令人滿意，野外實習模式改革勢在必行。必須結合網絡時代的信息資源，利用植物分類App軟件彌補師資匱乏的不足，并調動學生的積極性進行自主學習，打破傳統的“老師講、學生記”的野外實習模式。

3.1.2 App輔助野外實習后學生學習興趣和信心的提升

表2表明，有App的輔助，學生的學習植物分類學的興趣、自主性和自信心有明顯的提升。完成了野外實習后，調查的每一項實驗組的學生的人數都超過了對照組的人數。其中，認為增強了學習植物分類信心的學生多了28.9%，認為學習植物分類比實習前更有興趣的多了15.6%，認為自主學習更容易的多了48.9%。

表2 App輔助實習對學生學習能力和信心的提升

由數據和分析可知，無論是實習的整體教學效果還是對學習分類學興趣和信心的提升，實驗組給出的教學評價均高于對照組，這說明借助App輔助野外實習取得了更好的實習效果。應用App軟件進行野外實習不僅能有效地激發學生的學習興趣，還能提高學生自主學習植物分類學的信心，并在一定程度上能彌補師資的不足。

3.2 校園實踐和野外實習完成后學生植物分類技能考核

3.2.1 校園實踐

實習完成后，立即對學生的植物分類能力進行測試，實驗組和對照組的考查內容完全相同，指導教師采好40種校園植物，考查每個學生能準確鑒定多少種植物。結果(見表3)表明，實驗組95.5%的學生能識別指定植物中一半以上的物種，其中62.2%的同學能認識30種以上的校園植物；而對照組中總共只有62.2%的同學能準確鑒定20種以上的植物，僅有22.2%的同學能認識30種以上的植物。實驗組的統計平均值顯著高于對照組的(表4)，表明使用App輔助教學對學生的植物分類專業技能提升效果明顯。通過R語言t檢驗得到P值小于0.05，平均差為9.2667，自由度88，t值為-5.534，并且平均值差值的95%置信區間不含有0(-12.594～-5.939)，說明實驗組和對照組學生的植物分類技能有顯著差異。

表3學生校園植物分類能力測試

表4 校園實踐分組統計

3.2.2 井岡山野外實習

為更加客觀地評價App輔助和傳統教學在植物分類學野外實習中的教學效果，課題組在野外實習結束后安排了植物分類學物種鑒定技能的測試，實驗組和對照組的考查內容完全相同，每個同學嘗試鑒定40種來自于野外實習基地的植物標本，并統計每個學生鑒定正確的標本數量(見表5)。實驗組52.5%的同學能準確鑒定30種以上的植物標本，高達88.9%的學生能鑒定指定植物中一半以上的物種，而對照組相對應的比例分別是28.9%和68.9%。采用R語言對兩組學生的測試成績進行了獨立樣本t檢驗，實驗組測試的平均成績顯著高于對照組的平均成績(見表6)。檢驗結果如下，P值小于0.05，平均差為4.53，自由度88，t值為-2.778，并且平均值差值的95%置信區間不含有0(-7.775～-1.291)，說明兩組學生的植物分類技能有顯著差異。實習改革實驗表明，與傳統野外實習相比，App輔助教學下的野外實習取得了更好的效果。

4 小結

綜上所述，手機App輔助植物分類學野外實習能提升學生自主學習的能力和自信心，增強學生的學習興趣，提高學生的學習成績。有助于提升學生的專業技能，實現教學目標，培養出符合現代社會需求的高素質人才。然而，在實習教學中發現鼓勵學生應用手機App也會有一定的弊端。首先，會加重學生的手機依賴癥，使得學生過度信賴手機App；其次，有可能會導致學生忽視植物分類學基礎知識的學習，平時不重視基礎知識的積累，物種鑒定時直接求助于手機App，而不去深究物種鑒定的細節；再次，有可能會導致學生植物分類過于簡單化，在進行植物物種鑒定時忽略形態特征等細節的觀察與比較，放棄放大鏡、顯微鏡和檢索表等基本工具的使用，不進行相關資料文獻的查閱。因此，教師應加強引導，使學生重視植物分類基本功的錘煉，最大限度地減少弊端?？傊?，在野外實習中應用手機App利大于弊。隨著技術的進步和App功能的完善，手機App將在實習教學中發揮越來越大的作用，為未來的教學工作提供更多的便利。

表5 野外實習以后學生植物分類能力測試

表6 野外實習分組統計