数字化背景下“植物分类学实习”课程的探索

［摘 要］ “植物分类学实习”课程是“植物分类学”课程学习中不可或缺的一部分，也是高等院校草业科学、林学和生态学等学科重要的基础课程。顺应网络信息技术的快速发展，优化和完善相应的实习内容，将数字化和智能化与“植物分类学实习”课程有机融合，从而实现实习内容的丰富与理论知识的拓展。分析了当前“植物分类学实习”课程中存在的问题，提出了将数字化植物标本的采集与利用、人工智能的应用以及多元化考核方式的实施融入“植物分类学实习”课程，同时提出了网络信息对课程教学可能带来的消极影响，以期完成对课程实习的改革并激发学生自主学习的兴趣和意识。

［关键词］ “植物分类学实习”课程；数字化植物标本；人工智能；多元化考核方式

［基金项目］ 2023年度内蒙古自治区教育厅研究生教育教学改革项目“新时代高校生态学课程思政建设研究”（JGSZ2023015）；2021年度内蒙古农业大学教育教学改革研究项目“生态学课程思政教学体系构建”（KCSZ202107）；2024年度内蒙古农业大学本科教育教学改革研究项目“数字化背景下‘植物分类学实习’的探索”

［作者简介］ 侯东杰（1991—），男，内蒙古呼和浩特人，博士，内蒙古农业大学草原与资源环境学院讲师，主要从事植被生态学和植物分类学研究；王忠武（1979—），男，内蒙古五原人，博士，内蒙古农业大学草原与资源环境学院教授，主要从事草地生态与资源管理研究；任海燕（1983—），女，内蒙古和林格尔人，博士，内蒙古农业大学草原与资源环境学院教授（通信作者），主要从事草地资源生态与管理研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）30-0113-04 ［收稿日期］ 2023-03-20

“植物分类学”是一门理论知识构建完整、实践性较强的专业基础课，是我国高等院校草业科学、生态学和林学等专业的专业基础课，也为这些专业后续的学习和开展相关科学研究奠定了重要的基础。“植物分类学实习”课程是“植物分类学”课程学习的重要组成部分，是检验学生对理论知识学习和加深理解的关键过程［1］。实习中要求学生学会植物标本的采集、制作和保存方法，熟练掌握植物志、植物图谱等工具书的使用，了解区域常见的一些科、属和种的特征。通过“植物分类学实习”课程，学生不仅可以深刻掌握植物分类学理论知识体系，加深对区域植物多样性的理解，还有利于增强学生的团队协作意识和科学研究能力。

一、“植物分类学实习”课程存在的问题

传统的“植物分类学实习”课程主要是集中时间在某区域内通过学生小组的形式大量采集植物标本，随后在室内进行植物鉴定和腊叶标本的制作与保存，最后以实习报告的形式完成“植物分类学实习”课程。传统的植物分类实习虽然可以使学生很好地掌握理论知识和认识常见植物，但在实习过程中也存在以下主要问题。

（一）实习方式单调

由于“植物分类学实习”课程具有知识结构复杂，知识点细微琐碎的特征，且相近植物科、属、种间的差别较小，学生不易记忆和理解这些知识点。目前，“植物分类学实习”课程主要采用学生大量采集标本和鉴定，同时结合教师对植物种类和形态特征进行讲解的方式进行。在此过程中，大部分学生只能生硬地记忆植物名称。单一、被动地学习导致学生难以将“植物分类学实习”课程理论知识与植物形态结构联系在一起。此外，当前固定的“植物分类学实习”课程模式也无法使学生从主观意愿上真正对植物分类学产生兴趣。这也进一步导致学生难以真正理解和掌握“植物分类学实习”课程知识架构和实践技能。实习方式的单一加上学生的植物分类学理论基础薄弱，导致学生自主学习的兴趣下降，无法取得良好的实习效果。

（二）实习区域固定

我国国土具有地理面积广阔、纬度跨越大、地形复杂多样的特征，进而造就了我国植物多样性极为丰富。各地区或省份的植物多样性差异相对较大。例如，内蒙古地区共有野生维管植物2 797种，云南地区种子植物数量却高达5 900余种［2-3］。当前“植物分类学实习”课程出于便捷性、经济性和安全性等因素的考虑，实习区域主要集中于学校周边地区或野外实习基地。例如，内蒙古农业大学“植物分类学实习”课程主要集中在呼和浩特市周边山地和草原地区或锡林郭勒盟野外实习基地进行。然而，这些区域的植被类型通常单一、物种组成固定、植物多样性相对不足，不利于学生对不同生境植物的认识和特征掌握，也不利于学生对大尺度区域植物概况的了解。

（三）实习时间集中

植物鉴定主要依靠植物花、种子等繁殖器官的性状。目前，部分学校的“植物分类学实习”课程实习时间主要集中安排在7～8月。该时期部分花期较晚的植物尚未结实，如内蒙古典型草原中的瓣蕊唐松草、大针茅等植物；部分花期比较早的植物已完成开花、结果并进入果后营养期，如冰草和洽草等。这会导致学生采集的部分植物标本缺失果实和种子性状，给学生植物标本鉴定过程带来了极大的难题。此外，该时段大量的短命植物已完成生活史过程，这种现象在新疆荒漠地区尤为典型。由于不同植物开花、结实时间差异较大，目前集中的实习时间无法兼顾不同物候期植物的采集，如返青期、黄枯期等物候期，导致对早春植物和短命植物的植物标本的采集的缺失。集中的实习时间难以使学生全面了解植物生活史过程。

（四）考核方式单一

考试的目的是检验学生对理论知识以及实习过程掌握的程度。目前，针对“植物分类学实习”课程的考核方式主要为随机考察植物与撰写实习报告。在“植物分类学实习”课程教学中，教师要做到“授人以鱼，不如授人以渔”，让学生掌握正确运用植物形态术语的方法，学会利用地区植物志和植物图谱等工具书鉴定植物，而非简单地“认识”植物。因此，随机抽查植物具有偶然性与片面性，不利于培养学生学习植物分类学的兴趣，单一地记忆植物名称也无法真正地掌握植物鉴定的方法与过程。实习报告是学生对“植物分类学实习”课程实习过程的总结，当前实习报告内容主要包括实习目的、实习时间、实习成果等固定化的内容。单一的模板导致不少学生对其丧失兴趣，产生被动完成、消极应付等现象。“植物分类学实习”课程是实践性、自主性和兴趣性很强的课程，目前的考核方式不能真实、客观地反映学生的实习情况，也不利于对学生“植物分类学实习”课程学习热情的培养，难以完全体现学生的实际能力。

二、数字化和智能化在“植物分类学实习”课程实习中的应用

近些年，随着网络信息技术的快速发展，其对我们生活和各行各业带来越来越大的影响。在教育行业，网络的兴起也在改变着教师的教学方式以及学生的学习方式。网络资源中生动形象的案例为教师提供了丰富的教学资料，多元化的学习方式可以激发学生对学习的热情和积极性。因此，顺应数字化和智能化背景下高等院校教学改革是当前教学工作中的发展趋势。利用网络教学资源、应用软件等手段改变目前的教学方式是教学领域改革的必然方向，对于实践性较强的“植物分类学实习”课程也是教学方式上的创新与改革［4］。

（一）数字化植物标本的采集

与实体植物标本相比，数字化植物标本具有易于保存、易访问、便于交流和整理等优点，逐步受到植物分类学研究人员的关注，同时全国各大植物标本馆都逐渐开展实体植物标本的数字化，并建立了一系列数字化植物标本网站，如中国植物图像库和植物智等。“植物分类学实习”课程过程中也应适当补充数字化植物标本的采集。在采集植物前，先对茎、叶、花和果实等器官以及生境特征利用相机采集数字化影像资料，尤其是对具有分类特征的细节进行重点关注，如花冠类型、雄蕊数目、叶片形态以及叶片排列顺序等。随后在实验室内对采集的影像资料进行整理和编号，最终对每种植物形成一套完整的数字化植物标本。在“植物分类学实习”课程过程中增添数字化植物标本的采集，一方面可以极大地激发学生对植物观察的兴趣，尤其是对植物茎、叶、花和果实等器官形态结构的观察，有助于加深对植物形态术语的掌握和理解，进一步提高学生对认识植物的兴趣和识别植物的能力；另一方面，数字化植物标本的采集也丰富了“植物分类学实习”课程的内容并与现代网络科技有机融合，为“植物分类学实习”课程教学提供了新的改革思路。

（二）已有数字化植物标本的应用

随着越来越多植物标本数字化完成与网络访问便捷性的提高，极大地丰富了数字化植物标本资料，尤其是对植物不同器官、不同物候期等生活史过程。这弥补了当前“植物分类学实习”课程时间过于集中的缺陷。学生可以通过网络收集已采集到的植物不同物候期或不同器官数字化植物标本资料，并对自己在野外采集的影像资料进行整理，形成一套植物完整的生活史数字化植物标本。这套数字化植物标本重点包括植物不同物候期的影像资料以及不同器官的影像资料。利用已有数字化标本不仅可以提高数字化植物标本的采集效率，培养学生收集资料和自我学习的能力，同时也加强了学生对植物的全方位认识，培养学生学习“植物分类学实习”课程的热情和兴趣，极大地丰富了“植物分类学实习”课程的内容。

当前“植物分类学实习”课程所面临的另外一个问题就是实习区域相对较小，不利于学生对不同生境的植物采集与对区域植物多样性的了解。在数字化和智能化背景下，“植物分类学实习”课程过程中，学生可以依照地区植物志和植物图谱等工具书，总结区域植物名录，再通过野外植物标本采集和对已有的数字化植物标本进行收集和整理，进而得到区域完整的数字化植物标本。这不仅可以加深学生对未采集到的植物形态特征的了解和认识，同时还可增进对地区植物多样性的了解。

（三）人工智能软件的应用

人工智能逐渐进入日常生活并被大家所认可，同时其也对教学产生了极大的影响。一系列有关植物识别的App出现，并受到植物分类学学者和植物爱好者的关注，如“花伴侣”“形色”等。这些软件主要利用人工智能将用户上传的照片与数据库中的照片进行相似性对比分析，随后给出若干结果供用户参考。无花、无果或处于幼苗期、黄枯期等特殊类型的植物标本给学生鉴定标本增添了极大的难度，也容易降低学生对“植物分类学实习”课程的学习兴趣，同时也给教学带来了困难。人工智能识图软件的出现为“植物分类学实习”课程中一些疑难植物标本的鉴定提供了重要的工具。“花伴侣”“形色”等植物识别软件可以给出这些植物的参考科、属和种，学生可以根据参考结果进一步借助植物志、植物图谱等工具书进行确认，极大地提高学生植物鉴定的准确性，也能培养学生对“植物分类学实习”课程学习的兴趣。此外，这些软件融合了网上社区交流和植物百科等交流和学习模块。在网上社区交流模块中，一方面，学生可以上传植物照片求助或与植物分类学家进行讨论；另一方面，也可以帮助其他学生或植物爱好者鉴定植物标本。这不仅可以提高学生对学习“植物分类学实习”课程的热情，还能提高学生间的互动与沟通能力。植物百科模块则可以帮助学生了解更多课本外有关植物学或植物分类学的相关知识，以及了解学科发展动态前沿，从而提高学生对知识的掌握程度，拓宽学生对知识的掌握面。

（四）多元化的考核方式

考核的目的是检验和加强学生对知识的掌握和运用程度，而非对学生施加额外压力。数字化背景下“植物分类学实习”课程为去除单一化、教条化的考核方式提供了路径，同时也增添了多元化的考核方式。一方面，可以将数字化植物标本的采集作为实习成绩的一部分，结合实习报告等方式综合评定学生“植物分类学实习”课程的实习成绩。这种考核方式可以重点评估学生采集的数字化植物标本的种类、数量、准确率和影像质量等内容，其中尤其需要对影像准确率和质量进行重点检查。另一方面，可将学生在植物识别软件交流社区模块中与他人交流互动的情况作为实习成绩的一部分，再结合纸质报告等方式综合评定成绩。该考核方式可主要依据学生对他人有关植物分类学问题的解答、数字化植物标本的鉴定、科普文章撰写及对科普文章发表评论等相关主题的质量和数量进行判定。多元化的考核方式可以全面提高学生对植物分类学知识的理解，同时也激发学生对学习“植物分类学实习”课程的热情和兴趣，有利于学生综合素质的培养。

三、数字化和智能化对“植物分类学实习”课程的消极影响

任何事物都具有两面性，数字化和智能化教学手段的引入也可能对“植物分类学实习”课程产生消极影响。首先，虽然数字化植物标本的引入丰富了实习内容，但在实习过程中教师须提醒学生切勿本末倒置，过度关注数字化植物标本的采集而忽视了植物分类学基础技能的训练。学生作为植物分类学的初学者，应重点加强课堂理论知识实践和基础技能训练，如植物标本的采集、训练，鉴定等过程。因此，数字化植物标本采集应作为“植物分类学实习”课程内容的补充与丰富手段，且不能完全替代传统的“植物分类学实习”。其次，在数字化和智能化背景下“植物分类学实习”课程中，教师也需要提醒学生切勿过度依赖识图软件。实习的主要目的是加深对课堂知识的理解和应用以及训练学生的植物分类学基本技能，过度依赖识图软件会降低学生的动脑和动手能力，导致学生对“植物分类学实习”产生消极的学习态度。此外，目前这些智能识图软件的数据库是面向全国收集的，不同环境间影像资料数据库差异较大。例如，城市内公园、绿地等区域的植物影像资料较多；自然环境中森林、草原和荒漠等区域的植物影像资料较少，这就导致这些识图软件对后者的植物识别准确率较低。因此，在使用识图软件过程中须对参考植物名称进行进一步的核实和验证，如形态特征、分布区域等。这也是教师在实习过程中需要对学生进行重点提醒的内容。最后，随着信息化的发展，网络中多元化的教学资源也越来越容易被学生所学习和认可。然而，网络教学资源参差不齐，教师应教会学生从官方和正规网站发布的教学资源中学习，如慕课、中国高等学校教学资源网等，避免从非官方的个人或网站渠道学习相关知识，以免在学习过程中产生误导。在数字化和智能化背景下，“植物分类学实习”课程须做到不盲目学习网络资料，结合自己的判断力是实习改革中至关重要的。