基于典型特征和图片识别的自主可持续性植物分类学习模式

陈发军， 陈文年， 付伟丽

(1. 内江师范学院 生命科学学院，四川 内江 641100；2. 四川省高等学校特色农业资源研究与利用重点实验室, 四川 内江 641100)

基于典型特征和图片识别的自主可持续性植物分类学习模式

陈发军1,2， 陈文年1,2， 付伟丽1

(1. 内江师范学院 生命科学学院，四川 内江 641100；2. 四川省高等学校特色农业资源研究与利用重点实验室, 四川 内江 641100)

植物分类学习是生物相关专业的基础实践环节，对学生科学素养和实践能力的培养至关重要。在分析植物实习现状和主要问题的基础上，认为可利用资源缺乏和学习方式局限是关键制约因素。提出了建立有针对性的电子资源学习平台，选择植物典型特征并通过图片辨识鉴定活体植物种类，从而使学生能够自主地、可持续地进行植物分类学习，提高学习效率和教学质量。

植物实习；图片识别；实践教学；自主学习

植物分类是植物学及其相关专业的基本内容，是后续深入学习的保证和基础。植物实习实践教学作为重要的植物分类知识学习环节，对生物素养、实践能力、科学兴趣和人文素质的培养意义重大[1-3]。在中国高校中，综合、农林和师范院校的许多专业都开设有植物实习环节，内容多以植物分类鉴定、标本制作等为主，且在不断丰富[4-5]。但传统的植物分类学习方式存在一定的局限性，同时面临自然植被退化和实习时间紧张等难题，有必要借助现代工具开发高效而有针对性的学习模式，提高植物分类教学效果[5-6]。本文在总结高校植物实习现状和分析现存问题的基础上，结合当前实践教学要求和发展方向，构建了联系户外活体植物和图片资料，基于植物典型鉴定特征的自主可持续性植物分类学习模式，以期为高校生物学相关专业植物分类学习提供理念和方法上的参考。

1 植物分类实习现状

针对生物相关专业学生植物分类基础薄弱，而后续学习对专业综合能力要求较高等特点，近年来，各大高校对实习环节非常重视，国家也有专项基金支持相关实践平台建设[7]。针对传统植物实践过程中存在的问题，在教学资源、教学模式及学生能力培养等方面进行了研究和改革。如西北农林科技大学投入了大量人力物力进行实习基地建设，充分利用秦岭地区丰富的植物资源，同时使实习实践环节更加稳定有效[3]。一些大学在多个具代表性的地区建立了野外实习基地，且实习持续时间较长。部分高校重视对校园和周边植物资源的利用，试行以校园、周边地区和野外基地共同组成教学场所，扩展了定点实习的模式[4]。浙江大学、复旦大学等高校已在天目山开展了联合实习，强化实习指导教师队伍，增加相关资源和丰富实习内容，取得了很好的效果[7]。

教学方式上，北方民族大学探索了以花期等关键特征为主线的植物分类学习，提高了实用性和学生兴趣[8]。国外高校对植物实践环节也十分重视，以杂草管理和生态恢复等实际问题为导向组织教学活动，有助于综合能力的培养[9]。

2 植物分类学习问题分析

植物实习实践环节尽管已经普遍开展，但是仍然存在较多的问题[4-5]。主要体现在以下几个方面：1)传统的实习中，教师讲授仍是实习的主要形式，学生往往被动接受，过程不够生动。2)植物分类体系复杂、对实践能力和经验积累要求较高。同时，由于多数学生刚接触植物学知识，依靠自然分类系统的特征有效地进行自主、探索性学习较为困难。3)多数参考资料缺乏地区针对性，难以将书本内容与实际环境中的活体植物对象联系。因此，学习方式多以记忆为主，对学生能力的培养有限。4)由于经费和教学计划的原因，植物实习时间一般较短，缺乏持久学习，容易遗忘知识和技能。5)多数情况下，实习基地离学校所在城市有一定距离，基地资源的后续利用不便。6)植物实习过程中需要采集标本以加深认识或进行实践训练，但这会对生态环境造成一定影响；部分珍稀植物和园林栽培植物禁止采集，又对教学效果产生不利影响。

以上问题的焦点主要集中在学习方式和学习资源方面，并且这些方面是密切联系的，需要协调地加以解决才能有效提高植物分类学习效果。实践教学提倡学生在过程中的主动参与，掌握学习和实际操作能力。植物分类学习需要一定的时间，在掌握了重要鉴定特征和识别一定数量物种之后，学习会变的越来越容易，兴趣增强。因此，需要在前期用较简单的方法在实践中掌握和认识部分植物，在此基础上进行更细致和广泛地学习。目前，传统分类学正向形象化、数字化、特征提取与识别等方向发展，可扩展相关的学习和应用方式[10-11]。

综上，植物分类学习需要扩展植物实践环节的内容，丰富可利用资源，探寻理论与实践相结合的有效学习方法，设法提供条件开展自主性、探索性学习，培养学生实践能力和环境意识。

3 自主可持续性学习模式的构建与运用

3.1 新学习模式的主要内容及作用

3.1.1 完善植物学教学体系

在远郊基地实习的基础上，与近郊实习相结合，增加真正以学生为主体的持续学习部分，使基础实践环节质量得到保障。突出学校、城市绿地及周边地区植物资源的重要性，这些植物容易观察到，且可反复强化学习，以它们为对象的植物分类学习可以持续整个大学学习阶段。

3.1.2 构建有效的教学资源平台

表1 植物分类学习电子资源包的组成

教学资源上，实习内容多以活体植物为对象，以检索表等为参考资料，户外和资料容易脱节且使用难度大。部分图鉴使用较方便，但并非针对学校所在区域编制。为更好地将户外观察与室内鉴定结合起来，该模式中需构建专门的电子教学资源，充分发挥图片简单直观的优点。电子资源包具体分为4个方面：植物图片、索引表、文字描述资料和主要活体植物定位图示(表1)。该资源包尽量使用简单的方法实现所需功能，拷贝后方便携带，可直接在任意电脑上使用。分以下步骤完成：1)对选定区域范围内的植物资源进行调查，明确主要植物种类并编目，记录可观察到某种植物的地点。2)筛选典型鉴定特征，包括具有观赏性或特殊性的易于观察和识别的特征，利用数码相机拍摄植物多角度照片。3)同时，整理主要植物详细分类识别特征，以及园林、医药等价值。4)将植物图片依据识别特征进行分类管理，给每张照片加上唯一名字或标签，可通过picasa等图片管理软件进行查找。5)为同种植物的所有图片建立可查询的对应关系，方便鉴定和确认植物种类；并为每种植物建立与文字资料、活体植物位置的联系，实现方便的搜索和查询。

3.1.3 改变传统学习方法

在教学资源构建完成后，教师以引导和激励学习为主，参与学生的学习过程而不是全程讲解。改变学生被动学习的局面，以环境问题和应用实践等为导向，利用活体植物资源和电子资源包进行自主性学习，培养探索精神和实践能力。在某项以植物分类学习为主要内容的任务完成后，指导教师可给予总结和建议；在一定时间后可进行适当评估，以反馈学习效果。

3.2 植物分类自主学习的案例分析

在该学习模式中，学生可利用已有的植物学知识和经验在电子资源包的帮助下进行自主分类学习。例如，当学生在校园中发现一种不知名的开花植物，观察到的主要特征为：白色的大型单朵着生的花，高大树木。希望查到它的分类地位，同时了解其应用价值等资料。已有信息主要是花的特征：白色、大型、单花；此外还有植物的生活型，为高大乔木。首先，利用图片管理软件找到花的图片库，进一步搜索到命名为“白色花”的图片库，可以在缩放图模式下浏览图片，也可再进一步搜索标签为“大型”、“单花”的图片，从而找到与户外观察一致的图片并查询到其植物名。但有时可能会出现多种植物，如白玉兰和荷花玉兰都满足上述花的特征。这种情况下，打开检索表，搜索并找到与花图片关联的其它图片，比对株型、叶片等特征，可知荷花玉兰为高大乔木。这一环节也可以通过其他图片资料显示的分类特征进一步确认植物种类，提高准确性。最后，在描述资料库中找到该种植物的详细特征及其他信息；还可进一步查询周围还生长有该种植物的地方。

表2 具有植物图片信息的主要网站

根据个人获取信息的差异，可灵活使用电子资源包。如可以从果实的特征出发，也可从特殊的叶片出发查找，还可以从某个熟悉的地点出发，快速比对图片和活体植物从而识别已导入图库中的植物种类。同时，可结合已有资源进行查询和确认，表2是国内科研院所建立的主要图库资源网站。教学和实习过程中，可以采用问题或任务引导的方式，如编目某小区绿化植物，调查秋季开花植物种类等等。分小组进行，明确要求并给予适当指导，这样可以更好地培养学生思考和实践能力。

4 小结

植物分类知识的学习依赖于实习环节，但该过程面临有效的可利用资源缺乏、学习短暂而不持续和初学者基础薄弱等突出问题。该模式从教学体系、资源平台和学习方法三方面考虑，着力于高效地进行物种鉴定和经验积累。构建了学习资源平台，解决实习过程中资源缺乏，附近资源利用不充分的问题；针对初期学习困难的问题，以关键识别特征和图片的形式呈现给学生，这有助于解决学生学习效率低、兴趣不高等问题。在此基础上，设置任务情景，以学生为主体，改变学习方法，在较长的时间范围内有效开展自主探索性植物分类学习。

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The independent and sustainable study pattern of plant taxonomy based on representative characteristics and picture cognition

CHEN Fa-jun1,2, CHEN Wen-nian1,2, FU Wei-li1

(1. College of Life Sciences, Neijiang Normal University, Neijiang 641100；2. Key Laboratory of Regional Characteristic Agricultural Resources, Department of Education, Neijiang 641100, China)

Studying of plant classification is basic and practical part of some specialty on biology, it is very important for improving scientific quality and practice capacity. Lack of available resource and limit of study mode were considered to be main restrictive factors, based on the analysis of botany practice status and problems. The students can independently and continually study plant taxonomy by filtrating representative characteristics and identify pictures with the help of a special electronic tool. This study pattern will be good for study efficiency and teaching quality.

botany practice; picture cognition; practice teaching; active study

2014-03-03；

2014-08-22

内江师范学院教改项目(JG201333-259)；内江师范学院重点建设学科项目(2012)

陈发军，硕士，讲师，主要从事植物学的教学和研究，E-mail：cfjbio@163.com。

Q944; G642.44

C

2095-1736(2015)01-0110-03

doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2015.01.110