信息技术在植物保护专业实验教学中的运用范文

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摘要：文章阐述了植物保护专业传统实验教学面临的困局，探讨了如何将实验操作视频、微课、数字化标本、虚拟仿真实验和在线讨论等信息技术应用到实验教学中，以弥补传统实验教学的不足，提高实验教学的质量。

关键词：植物保护；信息技术；实验教学

实验教学是高校学科教学的重要组成部分，在人才培养方面发挥着不可替代的作用。植物保护专业主要研究植物病虫害的特征特性、危害流行规律以及防治防控策略，是一门集实践性、应用性和技术性三大特点于一体的专业。该专业旨在培养具备一专多能的服务生产一线的复合应用专业人才。然而，传统的实验教学方式已经越来越无法满足专业核心技能培养的需要。信息技术时代的到来，为学科教学提供了一个很大的空间。高等教育信息化是促进高等教育改革创新和提高质量的有效途径，是教育信息化发展的创新前沿[1]。目前，信息技术在理论教学中已经大量使用，而在实验教学中的应用较少[2-4]。本文提出将实验操作视频、微课、数字化标本、虚拟仿真实验和在线讨论等信息技术应用于植物保护专业实验教学的设想，以期为该专业实验教学的改革和建设提供借鉴。

一、植保专业传统实验教学面临的困局

（一）实验示教受限，学生效率低下

在植保专业实验教学中，实验操作技能是学生需要培养的专业核心技能之一。传统实验课上，通常的做法是老师先利用多媒体课件讲解实验内容、方法、步骤和注意事项，接着在实验台上操作示教，然后分组实验，老师再从旁指导，最后学生完成实验报告[5]。在示教过程中，学生围在老师周围观看学习。由于学生人数较多（一般为40人），而空间有限，且示教一般只有一遍。这种情况下，大部分学生都看不清楚；即使一部分学生看清楚了，也都很难记清楚操作细节。因此，学生在实际操作过程中，频频提问，而老师往往分身乏术。这样，实验教学效果大打折扣，学生很难掌握操作技能。

（二）专业知识微观抽象，单纯讲授效果不佳

植物病虫害是植保专业实验的主要研究对象，随着分子生物学、基因组学等研究手段的丰富，植保专业实验也逐渐向微观的细胞和基因研究发展。实验过程中，经常会涉及机制原理、概念学说等各方面的知识，这些知识多数较为抽象，晦涩难懂。而在我们传统实验课上，教师则常常是通过课上单纯的讲授来指导学生实验，学生在对知识点没有完全理解消化的情况下，往往只是简单地按照实验步骤进行机械操作，这样很难达到人才培养的真正目的。

（三）标本资源短缺，教学开展不顺

标本是植保专业实验教学中重要的辅助工具，学生经常要观察各种标本，如玻片标本、浸渍标本、腊叶标本等。玻片标本需借助显微镜观察，学生寻找典型结构耗时耗力；由于操作不当，玻片易被压裂或摔碎；且随着保存时间的延长，这种标本容易出现褪色、发霉、模糊、漏气等现象，某些珍贵标本很难再取样制作。浸渍标本占据空间大，玻璃瓶易碎裂；浸渍液往往为福尔马林，有一定的毒害作用；且病变组织由于长期浸泡，其典型特征会逐渐退化，液体也会变浑浊，影响观察。腊叶标本在压制过程中失去原本的色彩，典型特征变得不明显，不利于观察。种种因素的限制，大大影响了植保实验教学的顺利开展。

（四）实验易遭时空局限，教学质量受影响

传统实验课上，通常都是由实验技术人员预先完成部分内容，然后学生再做剩余的一小部分内容。尽管全程累加所需操作时间就几小时，但实际操作的周期达到数月。学生无法全程动手，知识与方法难以实现完整性。植保专业许多课程实验与季节紧密结合，但教学计划的安排往往与季节脱节，季节与课程执行时间存在矛盾。春末夏初时节是作物生长和病虫害繁殖的适合季节，但此时已临近期末，安排的许多课程实验已结束，进入了期末考试阶段。错过了实验材料最丰富的季节，大大影响了实验教学的质量。植保专业因其涉农特性，在开展实验教学时，除了在户内的实验室进行外，还需深入生产基地、大田苗圃等户外场所进行实验。学校建设的生产基地有限，且通常设立在距离学校较远的地区，这无形中给实验教学带来了不便。同时，户外场所易受天气、生产需要等客观因素影响，使得实验过程中断、实验进度延缓。

（五）师生交流少，学生疑惑难解决

教学实践表明，师生之间有效的交流讨论是拓宽学生学习思路、提高学生学习质量的重要途径。然而，在传统实验教学中，由于空间和时间的限制，老师和学生之间的交流往往仅限于实验室内实验课上那有限的空间时间内，而学生在课堂学习前或学习后遇到的疑难问题却常常因为找不到老师解惑而搁置，这十分不利于学生水平的发展和提高。

二、信息技术在植保专业实验教学中的应用

信息技术是指用于管理和处理信息所采用的各种技术，即利用计算机和通信手段来获取、传递、加工、存储、呈现和分配信息[6]。在植保专业实验教学中适当引入信息技术，可以弥补传统实验教学的不足，推动教学方式方法、实验内容手段等方面的改革与创新。

（一）录制实验操作视频，提高学习效率

对于一些精细复杂的实验操作，老师可以提前录制规范的实验操作视频。在拍摄过程中，保证光线充足，设备稳定不抖动，重点聚焦手部的操作细节。拍摄后进行剪辑加工，并配上解说和字幕，在实验课前上传到移动平台，供学生在课前下载预习。在实验课上，老师只需重点讲解某些关键步骤，以加深学生印象。学生在具体操作时，也可以随时通过手机等移动设备观看。老师根据学生操作的情况再进行适当指导。这样不仅大大提高了实验的成功率，增强了学生的兴趣和信心，同时还促进了学生对技能的掌握，从而达到比较好的教学效果。

（二）制作微课，化繁为简

“微课”全称“微型视频课程”，它是以视频为主要载体，时长在10分钟以内，围绕某个知识点或教学环节而进行的简短、完整的教学活动[7]。其简短、精炼的特点有利于教师在实验教学上的应用以及学生开展个性化、碎片化的学习。例如在利用聚合酶链式反应（PCR）扩增目的基因的实验中，其原理微观抽象难懂。对此，我们可以将实验原理制作成相应的微课，将知识点化微观为直观、化抽象为具体，以加强学生的感性认识、促进学生对知识点的理解和消化。PCR反应体系由模板DNA、引物、底物、DNA聚合酶、缓冲液等组成，其操作过程为变性、退火、延伸等三个步骤循环进行。每次循环扩增产物又可以作为下一次循环的模板，因此，每经过一轮变性、退火、延伸三个步骤，特定DN段的分子数目增加一倍。采用动画技术，形象生动地解说每一个过程，由此制成5-10分钟的微课，在课前将其上传到教学平台或QQ群，以便学生下载预习。课上，老师再次播放微课，重点讲解某些疑难点，启发学生思考，从而帮助学生更好地理解知识点。课后，一些还未掌握的学生，还可以再次重复观看微课，自主补习、直到学会为止。

（三）建立数字化标本库，实现资源共享

以植物病理学实验为例，建立起植物病理数字化玻片标本库、植物病害数字化浸渍标本库和数字化新鲜标本库。利用显微摄像系统，通过专门的图像软件，将植物病理玻璃切片标本转化为虚拟的数字化切片标本[8]。对采集到的图像，可以进行剪辑、合成和标注，并且尽可能全面的展示每种病原的典型特征。例如观察镰刀菌属的切片，不同的切片可能有不同的孢子，如一张切片上有典型的小型分生孢子，另一张切片上则有典型的大型分生孢子或厚垣孢子，我们可以分别采集，然后合成到一张数字切片，并对不同孢子进行必要的名称标注。最后，按照病原分类系统，对所有图像进行整理，以便于查阅。利用数码摄像技术，借助特制装置将浸渍标本立体旋转360度来捕捉图像，通过图像处理软件构建浸渍标本的三维立体成像。利用数码相机，对新鲜标本进行拍照，将照片输入电脑，制成数字化标本。对这两种标本的图像，我们可以按照植物种类进行整理。同时，我们还可以建立起这三种数字标本库之间的连接，实现新鲜标本、浸渍标本与显微形态的配合。然后，将数字化标本库与校园互联网结合，学生可以通过网络随时登录学习。

（四）搭建虚拟仿真实验平台，拓展实践领域

虚拟仿真实验教学是融合了虚拟现实、网络通讯、数据库、多媒体等多种信息化技术，通过构建逼真的虚拟实验环境和实验对象，来实现人机互动的一种教学方法[9]。建立集综合性、设计性和创新性为一体的虚拟仿真实验平台，学生在这个平台中如身临其境般开展各种实验，理解消化各个知识点，学习掌握各项实验技术和操作技能。例如对水稻的生长发育过程进行仿真演示。水稻的生长经历秧苗期、返青期、分蘖期、拔节期、开花期、灌浆期和黄熟期等各个时期，通过虚拟仿真技术，在室内就可以观察到整个过程，不受空间的局限；同时，利用一节实验课的时间就能充分掌握水稻的生长发育特点，大大的缩短了实验的时长，实现长周期实验短时化。再例如，对稻瘟病的发生发展及综合防治虚拟仿真。稻瘟病菌以菌丝体和分生孢子在稻谷和稻草上越冬，第二年产生分生孢子，在风雨等外力的作用下传播到水稻叶片上。当温湿度适宜时，分生孢子在稻叶表面萌发，生成芽管；之后在水稻中某些物质的诱导下形成附着胞，由附着胞上产生的浸染钉穿透水稻叶片的表皮，进入到水稻的叶肉细胞中[10]。随着病菌向邻近细胞的扩展，在叶片表面形成坏死斑，并且在病斑上会产生大量的分生孢子，随风雨传播到其他稻株上，进行再侵染。整个发病过程微观抽象，在传统实验课上无法向学生展示，学生没有直观感受，难以理解和掌握知识点。如果引入虚拟仿真技术，就可以把稻瘟病乃至其他各种病害的症状诊断、浸染循环过程和防控对策直观呈现在学生面前，激发学生的学习兴趣，提高学生的技能掌握水平。

（五）开展在线讨论，促进师生互动交流

随着QQ、微信和课程论坛等线上平台的发展和普及，打破时空限制的在线讨论变为可能。以“植物病原线虫及其所致病害症状观察”实验为例，在上一次实验课结束后，老师便可以将下一次要上的实验课的多媒体课件、实验操作视频、微课以及数字化标本等相关内容通过QQ、微信和课程论坛等线上平台实现资源共享，并布置一些问题留给学生思考。如植物受线虫危害后，和真菌、细菌、病毒等病原物引起的症状有何不同？不同属植物病原线虫所致症状有何区别？分离线虫的方法有哪些？如何选择合适的线虫分离方法？病原线虫包括哪些重要类群？这些类群是怎么划分的？同时，师生之间约定好在实验课前一天晚上开展线上讨论，检验预习情况。对一些重要问题，老师提供思路，启发学生思考，并留待课上再讨论解决。实验课后，学生如仍有问题，还可以继续通过这些线上平台与老师及时的进行沟通交流并解决。除此之外，老师还可以额外布置一些拓展性的问题，如我国主要的检疫性线虫有哪些？对线虫病害如何进行防治？引导学生查阅相关文献资料，课余时间与学生线上讨论学习，从而增强师生之间的交流、激发学生的学习兴趣、拓宽学生的知识面。

三、结语

人类正处在被信息技术改变的时代，信息技术对高等教育教学的发展意义重大。实验教学是一个不断改进和完善的过程，信息技术给实验教学注入了许多新鲜活力。面对植保专业传统实验教学的现状，本文提出了将信息技术与之有机结合的设想，可以有效地突破传统实验教学所面临的困局，改革并优化实验教学的方式方法，创新农业技术人才的培养模式。在实验教学中合理运用信息技术，在高等教育中，这不仅适用于植保专业，而且适用于农科专业，甚至是各科专业。总之，信息技术作为一种新的教学方式具有巨大的应用空间和潜力，我们仍需不断地开发和研究，以便更好地服务于实验教学。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部.教育信息化十年发展规划（2011-2020年），2012.3

［2］罗梅,宾淑英,林进添.信息技术在植物保护教学中的应用[J]安徽农业科学,2010,38(9):4905-4906.

［3］范玉琴,许良政.信息技术与植物生理学课程深层次整合的探索[J]安徽农业科学,2012,40(4):2534-2535

［4］薛应钰,杨成德,李焕宇,徐秉良.多媒体教学在植物免疫学教学中的应用探[J]草原与草坪,2015,35(4):102-105

［5］李佩琴,杨少芬,周春辉,唐高兴.微课在病理生理学实验教学中的应用[J]教育教学论坛,2016,(24):202-203

［6］钟贞.信息技术的发展与应用探讨[J]中国高新技术企业,2016,365(14):37-38

［7］余泰,李冰.微课在高校实验教学中的应用探究[J]实验室研究与探索,201534(4):199-201

［8］杨广玲,董会,张卫光,赵春青,孔令广.数字化虚拟切片在植物病理学实验教学中的应用[J]中国现代教育装备,2015,(227):23-25

［9］王卫国,胡今鸿,刘宏.国外高校虚拟仿真实验教学现状与发展[J]实验室研究与探索,2015,34(5):214-219

［10］刘天华,白姣姣,吕东平.农业气象因素影响稻瘟病发生分子机制初探[J]中国生态农业学报,2016,24(1):1-7

作者：廖琳琳；许文耀；蔡学清 单位：福建农林大学植物保护学院