基于虚拟动画的微课在植物病理学课程教学中的应用

白耀博　张旭东　曹丹　凤舞剑　胡长效

[摘           要]  引入本学科最新研究成果到植物病理学课程，采用虚拟仿真动画的微课展示植物病原物知识点，形象生动，明显提升了教学效果，提高了学生的学习兴趣。介绍虚拟仿真动画的内容特点，分析教学实施后的教学效果并对教学实施中的不足之处进行讨论。

[关    键   词]  虚拟仿真;微课;植物病理学

[中图分类号]  G712                   [文献标志码]  A                      [文章编号]  2096-0603（2019）24-0068-02

植物病理学是高等农业院校植物保护与检疫技术专业的核心课程，我院自开课以来每年教授高职高专学生达200人，同时课程服务于新型职业农民等多项社会培训。本课程是研究微观和宏观世界客观规律的科学，主要涉及真菌、细菌、病毒、线虫引起的侵染性病害的病原物，寄主受害后的病理现象以及植物病害发生发展过程等。传统的授课形式是以图片、文字、声音进行课堂讲授，辅以实验室的显微观察、田间发病调查，学生被动接受知识。但是，植物病害在年际间有很大的差异，尤其一些病害在某些年份不发生，其生活史及在田间的为害过程、发生流行特点无法用肉眼直接观察到。这导致学生不能全面、系统地了解植物病害发生发展过程，影响制定病害防控措施，严重挫伤了学生的学习兴趣。

虚拟仿真是计算机生成的现实世界或构想世界的呈现，可借助视觉、听觉、触觉等多通道近距离地创造现实，感受事实，可实现不同环境的情景化。[1]虚拟仿真教学是高等学校专业要求与网络信息化高度结合的产物[2]。目前在多个学科广泛应用，以优化教学流程。植物病理学课程若能模拟植物病害微观世界来展示知识点，使抽象概念形象化、零散知识系统化，将最大限度地提高课程的吸引力。基于此，我们引入了美国植物病理协会出版社出版的植物病理学虚拟仿真系列动画，将素材再加工成微课的形式使用，探索新形式植物病理学课程的教学效果。

一、虚拟仿真系列动画简介

德国基尔大学植物病理研究所的Joseph Alexander Verreet教授一直致力于致病微生物的复杂生物生命周期的研究，联合多学科专家包括自然科学工作者以及农学、生物学、生态学等学科的学生等开发出一系列植物病理学虚拟动画（见下表）。这一系列视频用先进的可视化技术以一种简单而生动的方式解释了各种真菌病原微生物的生命周期。这些视频结合了真实的视频和三维计算机动画，创造出一幅幅逼真的整体画面，让学习者对寄主与病原物在细胞水平上的相互作用关系有了更深、更持久的理解。因此，这种新开发的媒介让专业人士和业余爱好者都有浓厚的兴趣。此系列出版物覆盖了主要农作物病害的一系列主题，短小精悍，其精美程度一经推出就受到学习者的极大喜爱。伴随着信息量丰富的旁白解说，动画将极大地帮助学生掌握复杂的病害特点和新的科学术语。这些动画影片以其科学性、易读性、艺术性的优势已经斩获多项国际大奖。

引入虚拟仿真系列动画内容表

二、应用效果

本课题组近五年来尝试将引入的虚拟仿真动画制作成微课在植物病理学相关课程使用，具体操作如下。

1.结合当前的多媒体素材，将虚拟仿真动画全部或者片断整合成5～10分钟系列主题微课，最后通过配音讲解形成微课文件，将微课视频统一上传到超星公司的学习通在线开放课程教学平台供学生学习使用。

2.教师在教学平台上同时上传配套测试题，包括主观题目的名词解释、填空题、简答题;客观题目的选择题，每次课程结束后学生在手机上在线答题，教师及时对答题相关数据做统计分析。

3.此外教师采用问卷调查的方式对教学效果进行调查。

统计结果表明，测试题中学生对名词解释题目的正确率从引入虚拟动画前的46.5%提高到了95.0%，从答题内容来看，学生对名词解释中对应到虚拟动画中的植物病原结构与功能性题目如吸器、子囊孢子、假囊壳、游动孢子囊等回答准确;填空题的正确率从之前的52%提高到了84%，之前学生比较容易混淆的不同病原菌的有性孢子和无性孢子的形式在引入虚拟动画后学生有较好的区分度;此外，简答题是学生前几年正确率较低的题目类型，主要考查病害的侵染过程、发病因素、防治措施等，学生普遍反映概念多、难理解，通过微课学习后答题的正确率从之前的34%提高到了72%。从题目“简述小麦白粉病的侵染循环”的答题内容来看，学生普遍采用虚拟动画的演示过程描述归纳。选择题保持着较高的正确率，从之前的71%提高到了85%。由此可见，使用虚拟动画的微课学习方式使抽象的知识形象化、直观化，加深了学生对核心知识点的理解，大幅提高了植物病理学课程的教学效果。

问卷调查的结果如下：根据对教学内容的理解程度，分为充分理解（对教学内容理解大于90%）、比较理解（50%～90%）、不太理解（50%以下）。近五年的数据显示学生充分理解和比较理解的比例稳定在85%以上，不太理解的人数显著减少。题目“虚拟仿真动画对我帮助很大”选择比例高达95%。对问卷“对该课程兴趣提高了”有75%的学生选择“是”。问卷“解决相关问题的能力提高了”学生选择“是”的比例占到了64%。这说明与传统的教学方式相比，基于虚拟动画的微课使学生对本课程的兴趣明显提高，同时帮助了学生的实践应用，养成植物保护管理的观念。

三、討论

植物病理学是一门交叉性极强的综合学科，涉及植物学、植物生理学、土壤学、遗传学、细胞生物学等学科，所以课程的知识体系庞杂，要求学生有良好的基础知识。国内的植物病理学课程讲授主要使用大量的病害典型症状照片、病原物显微形态和超微形态的图片、病害的侵染循环图[3]。胡小平、郝兴安[4][5]等通过制作Flash动画展示主要农作物病害病原物侵染过程，取得了良好的教学效果。但是这些素材很难做到学科间的知识融入和展示植物病害发生发展的系统过程。而引进虚拟动画恰恰可以将多门课程的知识点采用三维动画的动态模拟进行展示，使学生理解并掌握更多的知识点，融会贯通。引进的动画有三个特点：（1）这些动画既可以按照作物种类展示病害发生发展过程细节，也可以剪成片断用在植物病理学基础知识的穿插讲授中。（2）该系列动画还可以模拟生理生化、信号传导、识别机制等常规方法不能演示的内容，如“小麦白粉病”动画片段中的寄主基因识别后诱导抗病性产生过敏性坏死反应以及两性菌丝通过核配形成闭囊壳的子囊、子囊孢子结构。（3）本系列动画用三维视觉技术构建植物病害微观视野，效果逼真、颜色艳丽，其艺术性、趣味性吸引更多学生欣赏、收藏。

通过虚拟动画微课教学的总结与反馈，本课题组也发现实施过程中有以下不足：（1）虚拟系列动画涉及的病原物种类和作物病害种类无法满足当前教学的全部内容。目前引入资源包括真菌、病毒、线虫三种类型的动画，但是细菌病害没有涉及，国内外也没有制作比较好的替代动画，有待后续进一步开发。而虚拟动画中有一些病害在国内不是主流病害，在农作物病害部分没必要展开细讲。（2）教师应加强学习引导，及时检测学生的学习效果。由于推送的微课学生可以在手机上随时看，一些学生看后很久或者不看直接做题，削弱了知识的迁移巩固。（3）本虚拟动画教学和实践教学的有效衔接还有待加强。通过虚拟仿真技术能够全面动态呈现田间病害发生的规律及特征，但是在对田间病害进行调查时发现发病时期、发病部位、发病条件、防治策略与实际的气候环境、生长条件有关，这对实际调查结果造成一定偏差。

参考文献：

[1]王宝华，张杰，周瑞，等.虚拟仿真实践教学在制药工程类课程中的应用初探[J].2019，38（2）：19-22.

[2]李勇，高艳清，韩立荣.虚拟仿真在“植物化学保护”课程教学中的应用[J].河北农业大学学报（农林教育版），2018，20（4）：18-20.

[3]高小宁，谢芳琴，詹刚明.农业植物病理学教学素材库的构建及其应用[J].课程教育研究，2015（29）：228.

[4]郝兴安，胡小平，康振生.Flash动画课件的制作和在植物病理学科教学中的应用[J].科技创新导报，2011（30）：155-156.

[5]胡小平，郝兴安，商文静.植物病原真菌侵染过程动画模拟的教学实践[J].当代教育与文化，2011，3（4）：69-72.

◎编辑 赵瑞峰