App辅助植物分类学实践教学的改革

管毕财，蔡奇英

(南昌大学 生命科学学院，南昌 330031)

野外实习是植物分类学教学计划中理论联系实际的重要手段。通过实习可以使学生充分认识丰富的植物世界，扩展视野，增加知识面，加深对植物分类原理和方法的理解，使抽象的概念具体化，学习到理论课堂上无法接触到的植物分类学知识[1-3]。

1 目前植物分类学野外实习存在的问题

20世纪90年代以来，分子生物学的发展对传统生物学产生了巨大的冲击，我国经典植物分类学后继乏人，导致多年来植物分类学师资严重短缺，甚至一些著名的植物分类学研究机构和高校也只有少数学者从事经典植物分类学工作[4]。而那些研究基础一般的高校尤其缺乏能够指导学生进行植物分类学实践的师资，即使能勉强开展植物分类学野外实习，不少高校也只能采用走马观花的实习方式。实习时学生被动地记录指导老师讲解的植物种类和形态特征，然后凭记忆进行植物识别，难以将植物分类学理论体系和野外的植物物种多样性联系起来；学生接触的信息量少，获得的植物学知识难成体系，掌握的分类学技能有限。单调的教学手段加之学生的植物学理论基础薄弱，导致学生自主学习的兴趣下降，无法取得良好的实习效果[5]。因此，不能和当今社会对植物分类学人才需求相适应。为了提高植物分类学野外实习的效果，必须进行实习模式的改革。

近年来，App(Application)作为一种便捷的信息传递方式，深刻影响了人们生活方式和社会发展。在教育领域，人们一直在研究如何利用网络信息技术促进教学模式的改革和发展，激发学生自主学习的兴趣并有效地提高教学效果[6-7]。实践证明，教学过程中的App运用能使教学内容直观易懂，教学效果反馈直接，信息传输与互动迅速便捷，更能提高学生的学习兴趣和效果[8-9]。因此，顺应信息化时代高等教育的发展趋势，利用App改变现行的传统教学模式成为教学领域改革的必然。由于App的应用，植物分类学领域也迎来了新局面。目前，科技公司和植物科研机构合作开发出了几款表现优秀的植物识别App软件，其中以“花伴侣”和“形色”两款App功能最为强大。不同于单纯鉴别花卉的应用，“形色”为用户搭建了一个持续性更强的社交平台。用户可以一秒就能识别植物，App内部也有识花大师帮忙鉴定植物，“形色”可以立即给出花名和寓意并精准识别4000种植物，准确率高达82%。“花伴侣”App基于最新人工智能深度学习技术和专利算法及利用中科院植物研究所近10年积累的海量植物分类图库研发而成。用户只要将手机对着植物的特征部位拍照，就能自动识别该植物的名称，并提供根茎叶花果、产地、分布及功效等更详细的信息。截至目前，“花伴侣”可识别11 000种植物，识别精度超过80%[10]。这两款手机App不仅是植物分类的科普软件，而且是学生探索丰富的植物世界的学习工具。显然，这几款App不能替代教师的作用，但一定程度上弥补了植物分类学师资短缺的问题，能为野外实习提供极大的便利。然而，目前利用这两款App进行植物分类学野外实习教学的报道并不多。作为讲授植物分类学课程的教师，一直在思索如何恰当的应用这两款App辅助植物分类学的实践教学，提高野外实习的效率与教学效果。

2 植物分类学野外实习教学改革的实施

野外实习前需做一些必要的准备工作。准备参考书和实习工具，熟悉种子植物主要科的重要特征，布置实习任务。准备实习工具，如相机、笔记本、海拔仪、解剖工具、工具书、枝剪和标本夹等。从2016级生科院3个专业9个小组共203名学生中抽出4个小组共90名学生分成对照组(2个小组共45人)和实验组(2个小组共45人)，实验组学生下载好“形色”以及“花伴侣”两款App，并熟悉两款App的功能。实习过程中，实验组和对照组均对讲解的植物拍照并做记录，采集标本，当天整理所采集的植物标本，在指导教师的帮助下完成当天的复习工作。返校后，在实验室通过查阅工具书，确定植物标本学名，制作植物标本。最后，进行实习总结。

2.1 校园植物分类实践

南昌大学校园内拥有丰富的植物种类，有各种类群约300多种。因此，南昌大学校园也是进行短期植物分类学实践教学的理想基地。

校园实践时间1 d，实践时间共8 h，上午4 h，下午4 h。

实验组：每个小组学生利用App软件进行自主预习，熟悉校园里的种子植物2 h。然后指导老师直接进行植物的识别讲解4 h。再组织学生利用App进行自主复习2 h。对照组：学生不利用App自主预习和复习，老师直接讲解植物的特征和种名。控制实习时间和实验组一样。考查每个学生能准确鉴定的植物种类数。

2.2 井冈山植物分类野外实习

总实习时间为5 d，总计约40 h。

实验组：每天学生按照既定实习路线利用App软件先进行植物物种识别自主学习1 h。然后指导老师进行植物特征讲解4 h。再组织学生利用App进行自主复习1 h。野外教学完毕，晚上回到实习基地后，利用采集的植物标本继续复习2 h，复习方式主要采用老师讲解1 h和App自主复习1 h相结合的方式。对照组：按照既定的实习路线，指导老师直接讲解植物物种的特征，控制每天实习的时间和实验组基本一样。最后，考查每个学生能准确鉴定的植物种类数。

3 实践教学改革的效果分析

3.1 调查问卷分析

为了客观地评价野外实习改革的实际效果，我们给实验组和对照组发放了45份调查问卷，了解野外实习改革的实际效果。90份调查问卷1 d后全部收回，经过检查确认均为有效问卷。对问卷进行分析。

表1 野外实习的整体效果

3.1.1 App辅助野外实习的效果

从表1可以看出，学生对利用App辅助进行植物分类学实习的教改模式是普遍认可的。实验组认为实习效果良好以上的人数达32人，占71.1%。对照组20人对实习效果评价良好及优秀，占44.4%。调查结果表明传统的植物分类学野外实习效果难以令人满意，野外实习模式改革势在必行。必须结合网络时代的信息资源，利用植物分类App软件弥补师资匮乏的不足，并调动学生的积极性进行自主学习，打破传统的“老师讲、学生记”的野外实习模式。

3.1.2 App辅助野外实习后学生学习兴趣和信心的提升

表2表明，有App的辅助，学生的学习植物分类学的兴趣、自主性和自信心有明显的提升。完成了野外实习后，调查的每一项实验组的学生的人数都超过了对照组的人数。其中，认为增强了学习植物分类信心的学生多了28.9%，认为学习植物分类比实习前更有兴趣的多了15.6%，认为自主学习更容易的多了48.9%。

表2 App辅助实习对学生学习能力和信心的提升

由数据和分析可知，无论是实习的整体教学效果还是对学习分类学兴趣和信心的提升，实验组给出的教学评价均高于对照组，这说明借助App辅助野外实习取得了更好的实习效果。应用App软件进行野外实习不仅能有效地激发学生的学习兴趣，还能提高学生自主学习植物分类学的信心，并在一定程度上能弥补师资的不足。

3.2 校园实践和野外实习完成后学生植物分类技能考核

3.2.1 校园实践

实习完成后，立即对学生的植物分类能力进行测试，实验组和对照组的考查内容完全相同，指导教师采好40种校园植物，考查每个学生能准确鉴定多少种植物。结果(见表3)表明，实验组95.5%的学生能识别指定植物中一半以上的物种，其中62.2%的同学能认识30种以上的校园植物；而对照组中总共只有62.2%的同学能准确鉴定20种以上的植物，仅有22.2%的同学能认识30种以上的植物。实验组的统计平均值显著高于对照组的(表4)，表明使用App辅助教学对学生的植物分类专业技能提升效果明显。通过R语言t检验得到P值小于0.05，平均差为9.2667，自由度88，t值为-5.534，并且平均值差值的95%置信区间不含有0(-12.594～-5.939)，说明实验组和对照组学生的植物分类技能有显著差异。

表3学生校园植物分类能力测试

表4 校园实践分组统计

3.2.2 井冈山野外实习

为更加客观地评价App辅助和传统教学在植物分类学野外实习中的教学效果，课题组在野外实习结束后安排了植物分类学物种鉴定技能的测试，实验组和对照组的考查内容完全相同，每个同学尝试鉴定40种来自于野外实习基地的植物标本，并统计每个学生鉴定正确的标本数量(见表5)。实验组52.5%的同学能准确鉴定30种以上的植物标本，高达88.9%的学生能鉴定指定植物中一半以上的物种，而对照组相对应的比例分别是28.9%和68.9%。采用R语言对两组学生的测试成绩进行了独立样本t检验，实验组测试的平均成绩显著高于对照组的平均成绩(见表6)。检验结果如下，P值小于0.05，平均差为4.53，自由度88，t值为-2.778，并且平均值差值的95%置信区间不含有0(-7.775～-1.291)，说明两组学生的植物分类技能有显著差异。实习改革实验表明，与传统野外实习相比，App辅助教学下的野外实习取得了更好的效果。

4 小结

综上所述，手机App辅助植物分类学野外实习能提升学生自主学习的能力和自信心，增强学生的学习兴趣，提高学生的学习成绩。有助于提升学生的专业技能，实现教学目标，培养出符合现代社会需求的高素质人才。然而，在实习教学中发现鼓励学生应用手机App也会有一定的弊端。首先，会加重学生的手机依赖症，使得学生过度信赖手机App；其次，有可能会导致学生忽视植物分类学基础知识的学习，平时不重视基础知识的积累，物种鉴定时直接求助于手机App，而不去深究物种鉴定的细节；再次，有可能会导致学生植物分类过于简单化，在进行植物物种鉴定时忽略形态特征等细节的观察与比较，放弃放大镜、显微镜和检索表等基本工具的使用，不进行相关资料文献的查阅。因此，教师应加强引导，使学生重视植物分类基本功的锤炼，最大限度地减少弊端。总之，在野外实习中应用手机App利大于弊。随着技术的进步和App功能的完善，手机App将在实习教学中发挥越来越大的作用，为未来的教学工作提供更多的便利。

表5 野外实习以后学生植物分类能力测试

表6 野外实习分组统计