植物病原菌数字切片库的构建及应用

孔令广 赵春青 林 琎 张卫光 杨广玲 董 会 王庆佶 刘灵芝

山东农业大学植物保护学院 山东泰安 271018

植物病原菌形态特征的学习是植物病理学实验的一项重要内容。病原菌形态特征的认知，除了动手做的临时切片外，还有大部分来自永久玻片标本。植物病原菌切片库是植物病理学实验课程的重要教学载体，也是理论联系实际的重要桥梁[1]。植物病原菌玻片库的种类和质量对植物病理学的教学效果起到至关重要的作用[2]。

随着现代信息技术的广泛应用，网上的教学资源成为教师、学生随时随地获取知识的重要窗口[3,4]。将现有的教学资源转化为数字化教学标本资源库显得十分迫切。目前高校也都着力构建自己的数字教学资源库[5]，但许多高等院校都“各自为战”，在关于植物病原菌教学资源方面也还没有形成一个统一的共享平台。山东农业大学植保实验教学中心将构建病原菌种实体资源库转变成数字化资源库，积极推进信息技术与实验教学的深度融合，探索教学资源建设应用与共享，全面提高植物病理学实验课程教学质量[6]。

1 数字切片库的构建

首先，利用Motic全自动显微镜(BA600Mot)在4X物镜下对玻璃切片进行快速扫描获得扫描地图，此时，得到的是玻片标本的名称和目标图片的大体位置。然后找到所需要的目标后转到高倍物镜40X下建模，有两种方式供选择：一是自动建模，此方法适用于玻片大小、厚薄一致的常规切片；另一种是手动增加模点，这种方法适合玻片厚薄不均、目标物不易识别的玻片。建模完成后自动或手动扫描，扫描的方式有4种：快速、高精度、景深扩展、Z层叠加。扫描可获得高分辨率的图片，图片可以10～1 000 X之间任意倍数放大缩小，不失真。相应的，扫描控制软件将扫描的切片自动进行无缝拼接和处理，存储在相应的名录下建立数字切片库。切片库的来源除了山东农业大学植物保护实验教学中心的永久玻片库外，还有是教师、学生上课或实习过程中自己动手做的形态特征典型、图像清晰的临时切片。目前，通过全自动扫描仪，扫描植物病害玻片400余种(如图1、图2所示)，这些虚拟切片已按病原菌和寄主进行分类：如鞭毛菌、卵菌、接合菌、子囊菌、半知菌、担子菌；大田作物、经济作物、蔬菜、果树、花卉、林木等寄主进行分类，目的就是满足基础植物病理学实验和农业病理学实验等课程的不同需求。

图1　切片库的病原菌

图2　切片库浏览图

2 数字切片库的应用

2.1 数字切片库使教学内容丰富

传统教学只能讲解有大量常见的玻片的资源，对于一些特殊、珍贵、少见的病原物的玻片学生看不到，而数字切片库的建立解决了上述问题。教师可以将珍贵的病原菌图片展现在学生面前，拓宽了学生的知识面。数字切片库的图片来源于自己的切片库，都是真实、有效的，而且完全具有自己的知识产权。随着数字切片库的不断积累和更新，内容也不断丰富，教师在课件的准备和教材的编写出版过程中都可以放心大胆利用切片库的资源。节约教师大量的资料搜集时间，这样教师可以将更多的精力投入在教学方法和课堂内容的准备上，积极探索个性化、多样化教学，注重学生学习能力培养以及独立分析和解决问题能力的锻炼[7]。教师备课更有针对性，而且课件制作更加生动灵活。高质量的图片就出自于学生之手，使学生明白，好的图片并不是遥不可及，激发了学生的学习热情，提高了学生的动手能力。

2.2 数字切片库使教学更加灵活

2017年6月，山东农业大学植保实验教学中心共建有6个数码互动实验室，使数字切片库的功能发挥得更加充分、更加淋漓尽致。通过切片库的应用可以将植物的症状与引起植物发病的病原菌无缝衔接，便于学生系统掌握知识。对于形态相似的病原菌，可以进行归纳、对比。例如在讲白粉菌目时，可以通过数码互动实验室的操作软件，将白粉菌属、球针壳属、钩丝壳属、叉丝壳属等病原菌的图片从切片库中查找出来，同时呈现于学生面前，附属丝的形状以及闭囊壳内子囊的个数一目了然，加深学生的印象，提高课堂效率。数字切片库可以用不同颜色和图案对所看的内容加以编辑，便于教师讲解和学生接受。

2.3 数字切片库使学习更加便捷

在“互联网+教育”的环境下，教师已经不是知识的唯一载体，更不再是知识的权威，因为互联网为每个学生提供了适合他们的学习环境。新构建的切片库摆脱了显微镜的束缚，教师和学生可以按照自己的需求，随时登录山东农业大学植物保护实验教学中心的数字切片库网站进行浏览、学习，不受时间和空间的限制。原来学生只能在实验室看到的病原菌玻片，现在学生可以在宿舍、教室等只要有网络的地方都随时可以查阅、学习，使得学生“时时学，处处学”变得可行，满足学生个性化学习方式的需求，极大拓宽了学生获取知识的渠道，锻炼了学生自主学习的能力。

2.4 数字切片库服务于社会

数字切片库立足山东省，面向全国，随着数字切片库的容量越来越丰富，尝试利用切片库的资源开展病害的诊断。该库除了满足教学需求外，还可以服务于社会。当地农民和科技工作者，可以将病原菌的图片发给实验中心，实验中心结合症状描述与病原菌图片和新构建切片库的资源进行比对、匹配分析，从而快速做出诊断，解决农业生产的实际问题。此项服务是免费的，咨询者只需提供病害标本，这样又可以扩大数字切片库的来源。同时，新构建的的数字切片库为高校优质教学资源的共享提供新的平台，为兄弟院校之间加强交流提供重要的“窗口”作用。

3 教学效果评价

选择2016级植物检疫专业3个班级76名本科生为研究对象，均在第三学期基础植物病理学实验课进行研究。前4个实验内容采用传统玻片教学研究，即每个小组放5张现有的永久玻片，学生自主观察(对照阶段)；后4个实验内容采用数字切片实验教学和网络平台自学模式(实验阶段)。问卷调查学生对数字教学的满意度，并统计实验阶段和对照阶段的平时成绩，评价两阶段实验教学效果。问卷调查结果显示，76人中有69人认为数字切片系统显著提高学习自主性，数字切片库与显微数码互动系统的结合明显加强了教师和学生间的互动，约95%的学生对数字切片库系统应用效果比较满意。实验成绩分析显示，前半学期对照阶段学生平均实验成绩为82.35分，而实验阶段实学生平均实验成绩为89.76分，实验阶段成绩明显高于对照阶段。这说明数字切片库系统应用得到了学生的认可，提升了教学效果，促进了学生成绩的提高。

4 结语

数字化切片库的建立，不仅解决了传统玻片在使用保存过程中丢失、破损、褪色等问题，而且打破了学生学习的时间和空间限制，既方便教师教学，又利于学生个性化学习。数字切片库与数码互动教室的结合，使数字切片库的功能发挥得更加充分、更加强大，深化了实验教学改革，提高了实验教学质量和效率。