张 彪, 杜 坤, 丁海东, 吴晓霞, 潘志明, 黄金林, 魏万红

(扬州大学 a.生物科学与技术学院;b.实验室与设备管理处，江苏 扬州 225009)

0 引 言

植物学科的建立是从满足人类生活需求开始的，它源于实践，并与社会科学技术的进步同步发展[1-4]。“前人”许多利用植物的研究成果、撰写的学术专著，在当代重大疫病防控、生态环境改善等方面仍能发挥巨大的作用[5]，如诺贝尔科学奖得主屠呦呦创制新型抗疟药——青蒿素的灵感和原材料，就是源于东晋葛洪在《肘后备急方》中“青蒿”治寒热诸疟的记载。而高等院校开设植物物种鉴别实验项目的目的，就是通过实验，教会学生采集与鉴别植物标本的方式方法，为古今中外有关植物资源的研究成果的进一步开发利用提供知识储备。

1 构建植物物种鉴别实验“虚实结合”教学模式的缘由

植物物种鉴别实验教学，具有直观性、开放性、综合性、创造性等特征[6]。在按教学计划安排的植物物种鉴别实验教学中，其在实验供试材料的选择上，存在既丰富又缺乏的现象；其在物种鉴别用“工具书”的选用上，存在既容易选取又携带不便的现象，而这一切，既不利于充分利用校园、田园、公园中的花花草草来提升学生对植物物种鉴别实验的学习兴趣，也不利于通过实验对学生动手能力、观察能力和深度思考问题能力的培养[7-8]。

而随着移动网络的兴起与完善，应用便携式的智能手机等移动网络终端设备，开展“互联网+植物物种鉴别实验”教学，既能够成功地破除传统实验教学“固定”学习场所、“限定”学习时间及“统一”实验教学资源的枷锁[9-11]，还能够使信息技术为植物物种鉴别实验教学所带来的益处得到最大化的实现。为此，结合国家级虚拟仿真实验教学示范中心和江苏省虚拟仿真共享平台建设，建成了可应用平板、智能手机等移动网络终端设备访问的植物物种鉴别实验在线教学平台(见图1)。通过平台中相关物种全生育期各器官虚拟标本和电子检索表数据库、及与实体标本的整合应用，既解决了教学安排与植物生长在时空上存在的矛盾，还为构建以校园、田园、公园为实验场所，以智能手机为工具，通过人机交互构建植物物种鉴别实验虚实结合教学模式提供了支撑与保障[12]。

图1 植物物种鉴别实验在线教学平台部分功能模块界面截图(手机端)

2 植物物种鉴别实验在线教学平台构建

2.1 平台基本架构

构建基于移动网络终端下的植物物种鉴别实验在线教学平台的目的:①通过虚拟标本的构建，来解决植物生长与教学安排在“时空”上的矛盾；②通过图文数据库的构建，来解决相关工具书在野外携带与应用不便的问题；③要确保在智能手机等移动终端上产生的相关实验数据，能够在网络空间上进行安全存储、输出、应用与管理。为此，从教、学、管3方面入手, 以有利于学生自主实验学习目标的实现为出发点，以弥补定时定点实验教学中存在的不足为展开点，以各类虚拟仿真资源在平台中的顺畅应用与管理为目标点，应用C#语言、显微-数码成像技术、电子地图技术、sql server数据库等软件编程技术与制作工具，建成了可在智能手机等移动网络终端设备上顺畅运行的包含学生、教师、管理员3个功能区，及若干功能模块和一批虚拟仿真资源的植物物种鉴别实验在线教学平台[13]。其基本架构见图2。

`2.2 主要功能模块简介

2.2.1名词术语模块

(1) 可实现的功能。通过对模块中加载的植物根、茎、叶、花、果实、种子形态结构组成特征的图片和文档资源的观摩学习，来强化学生对描述植物形态结构组成特征的约定俗成的规范化名词术语的理解与掌握。

(2) 需加载的素材。与名词术语相配套的数字化图片(显微-数码照片、手绘图等)和电子文档。

(3) 利用方式。学生登录访问该模块，点击相关“名词术语”条目，可在线完成对虚拟标本观摩学习,可在植物生长场所或实验室完成虚实标本比对学习。

2.2.2解剖描述模块

(1) 可实现的功能。通过对模块中加载的50种虚拟物种(每个物种约含“根、茎、叶、花、果实、种子”虚拟标本10个左右)的虚拟解剖流程和解剖描述报告的观摩与仿真学习、及学生对某一虚拟物种在线自主撰写与模块中“已加载”的解剖描述报告的比对，来强化学生对植物物种解剖流程与描述报告撰写流程的了解与掌握。

(2) 需加载的素材。某一物种全生育期“根、茎、叶、花、果实、种子”的全套虚拟标本，对应物种形态结构组成特征的描述报告；用于撰写虚拟标本形态结构组成特征的人机交互界面。

(3) 利用方式。学生登录访问该模块，点击某一“虚拟物种”条目，可在线完成对该物种全生育期“根、茎、叶、花、果实、种子”的全套虚拟标本的观摩学习；可通过虚拟标本观摩的人机交互界面，在线完成对该物种各器官的解剖流程、形态结构组成特征描述报告撰写的仿真学习。

2.2.3检索鉴别模块

(1) 可实现的功能。通过对模块中加载的50种虚拟物种的解剖描述报告和检索鉴别报告，及植物分门、分科、分属、分种检索表数据库的应用，实现对某一物种检索鉴别流程的仿真学习，来强化学生对植物物种检索鉴别流程与报告撰写流程的了解与掌握。

(2) 需加载的素材。相关物种的解剖描述报告和检索鉴别报告；植物分科、分属、分种检索表；用于检索鉴别流程实施的人机交互界面。

(3) 利用方式。学生登录访问该模块，点击某一“虚拟物种”条目，系统自动弹出该物种的解剖描述报告；再点击分门、分科、分属、分种检索表条目，系统将弹出检索表的人机交互界面，让学生在线完成对该物种检索鉴别流程与检索鉴别报告撰写的仿真学习。

2.2.4自主实验模块

(1) 可实现的功能。通过该模块，应用虚实结合的实验方法，利用智能手机等移动终端设备，完成对某一地域内相关实体植物标本形态结构组成特征和生境图像的在线录入、解剖描述报告的在线撰写、检索鉴别流程的在线实施、规范的实验报告或资源调查报告在线撰写等，来强化学生对植物资源调查和标本检索鉴别能力的训练与提升。

(2) 需加载的素材。建立与名词术语、检索鉴别模块关联目录；构建图片、文档录入人机交互界面；构建实验报告或资源调查报告在线撰写模板。

(3) 利用方式。学生登录访问该模块，可通过对相关关联目录、人机交互界面等的点击，在线完成对由智能手机等设备获取的如海拔高度、植物形态结构图片，解剖描述与检索鉴别报告，实验报告等的在线录入、生成与提交，让学生通过虚实结合的学习方式，来完成对物种检索鉴别所涉技能与工具的“整合”训练与学习。

3 虚实结合实验教学模式的实施

在实验教学过程中，通过对“移动网络+植物生长场所”学习(教学)情境的构建与应用，来实现学生对平台中虚拟标本和校园、田园、公园等植物生长场所中的实体标本等资源的协同关注，既实现了学生对植物标本形态结构特征图文信息、解剖描述与检索鉴别实施流程在不同时空背景下的持续输入和碎片化学习[14-16]，还为建立虚实结合的“游中学、学中游”实验教学模式创造了条件。

3.1 在移动网络设备上进行“虚拟仿真”学习

当你在旅途中感觉“无聊”、或进行某一知识点与物种鉴别学习与训练时，可用智能手机等移动网络设备登录平台，通过对名词术语、解剖描述、检索鉴别和种群概述等模块中丰富多彩的虚拟标本观摩与浏览，既可降低旅途中的无聊感，还可解决“定时定点”实体教学中，由于某一物种标本采集不完整而至物种鉴别实验开展不完整或不能够开展的问题。其实施流程为：

(1) 点击名词术语模块中“某一器官”条目，可通过对其中的虚拟标本和描述文档的在线观摩与阅读，在线完成对该器官描述术语的形态特征与内涵的理解和掌握。

(2) 点击物种概述模块中“某一物种”条目，可通过对其中多个器官虚拟标本和描述文档的观摩和阅读，在线完成对该物种的形态结构组成、生长环境和开发利用价值的了解与掌握。

(3) 点击解剖描述模块中“某一物种”条目，通过对该物种各组成器官虚拟标本的观摩、并与名词术语模块中“同类”虚拟标本比对，在线完成对该物种各组成器官的观摩解剖流程的仿真学习、及描述报告的撰写。

(4) 点击检索鉴别模块中“某一物种”条目，通过对该物种解剖描述报告的阅读、并与“门、科、属、种”检索表中名称术语的比对，在线完成对该物种鉴别流程的仿真学习、及检索鉴别报告的撰写。

3.2 在植物生长场所中进行“虚实结合”学习

当你在校园、田园、公园、风景名胜区等植物生长场所漫步、游玩，或在某一地域开展植物多样性调查时，你可用你的手机登录平台，利用名词术语、自主实验等模块，通过虚实结合的实验方式，完成对某一生境中单一或多个物种标本的检索鉴别，既可克服以往在野外开展物种鉴别实验所选“工具书”携带不便的问题，还可通过观景与学习两不误，来提升学生对植物物种鉴别实验学习的兴趣。其实施流程见图3。

图3 虚实结合的植物物种鉴别实验教学实施流程

4 结 语

基于移动网络的植物物种鉴别实验虚实结合教学模式的构建与应用，既顺应了在移动网络背景下人们对获取知识途径所带来的变化，又拓展了植物物种鉴别实验教学空间，还丰富了植物物种鉴别实验供试材料种类，更提升了对学生动手能力、观察能力和深度思考问题能力的培养与训练。但从植物种类繁多，且各器官建成易受地域、季节、环境饰变等因素的影响来看，仍需通过虚拟标本的构建与积累，来丰富平台中的虚拟仿真资源，并实现其在更大范围内的应用与共享。