植物学教学中数据库的应用

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摘要：传统的植物学教学已不能适应植物学科的发展要求，也不适应当代学生的学习特点．依据植物学不同部分的特点及不同网络数据库的结构和资源类型，采用多种数据库辅助教学的方法开展植物学教学．实践表明，这种结合了数据库的教学方式资源丰富，方法灵活，能适应学科发展和学生特点，教学效果好．同时，这种教学过程也为学生的后续学习和科研打下了良好的基础．

关键词：植物形态解剖；植物分类；大数据；教学改革

植物学是各综合大学和农林类院校生命科学、林学、农学和环境科学等专业的专业基础课，在学科体系中占有重要地位[1-2]．植物学教学质量直接影响植物生理学、生态学和遗传学等各学科的学习和教学．传统的植物学教学以课堂讲授为主，配合一定量的实验和实习课程．课堂讲授一般以教材为主，应用ppt讲授并结合一些挂图、模型等[3]．实验课一般在室内观察模型、实物和切片，以增强学生的感性认识[4]．然而，随着新时代植物学科的高速发展和学生思维、学习特点的改变，传统的教学方法越来越难以满足教学和学习的要求[5]．我国的植物学教材一般知识比较系统，注重知识结论的稳定性．这固然具有系统完整、便于学习的优点，然而近几十年来，植物学科的发展极为迅速，植物学知识的积累也已经到了一个新的阶段，大量新理论、新知识和新技术不断涌现．而教材更新和修订的速度远远比不上学科发展的速度，这导致课本知识和学科发展脱节，严重影响学生后续学习和继续深造时的研究能力[6-7]．此外，现在的大学生是在网络信息时代成长起来的，很难适应传统的课堂讲授，更习惯也更善于通过网络、手机等方式获取大量的知识和信息[8]．基于植物学教学面临的挑战，将数据库与大数据引入教学过程，以期获得更好的教学效果．

1数据库在植物形态教学中的应用

植物学形态解剖部分的知识体系庞杂，知识点琐碎[9]．由于生活经历和学习历程的限制，多数学生对植物形态解剖知识缺乏直观认识，而课本提供的信息又明显不足．如陆时万的《植物学》[10]中对植物分枝类型的讲授，主要包括了二叉分枝、假二叉分枝、单轴分枝、合轴分枝和分蘖5种类型．课本通过手绘模式图的方式展示了这几种分枝的基本形态，然而模式图和实物仍然有很大的差距．在教学中发现，学生在学习时似乎明白了这几种分枝类型，然而在实验和实习中发现学生很难在实践中区分这几种分枝类型．马炜梁的《植物学》[11]中有一些彩色照片，相较于模式图更为形象．然而，除了完全由彩色照片组成的教材比较贵以外，课本中能容纳的照片数量比较少，而且为了达到说清理论的目的，教材中选用的照片都是比较典型的，这导致学生依然难以在实践中明白分枝类型的差异．基于此，建立了植物形态数据库，并将此数据库链接共享给学生．在此数据库中，包含了50个科，200余个属，500余个种的植物形态图谱．每种分枝类型都有大量不同种类植物不同形态的分枝，这些植物即使分枝类型大体相同，也会有众多差异，能使学生更好地理解分枝类型的准确内容．如很多槭树属（AcerLinn.）的植物是假二叉分枝，但是在同一植株上，也能发现一些单轴分枝的茎；又如红丁香（SyringavillosaVahl）、金刚鼠李（RhamnusdiamantiacaNakai）和东北山梅花（PhiladelphusschrenkiiRupr.）都是假二叉分枝，然而它们形成假二叉分枝的原因有的是顶芽变成花序（红丁香），有的是顶芽变成枝刺（金刚鼠李），有的是顶芽停止发育（东北山梅花）．学生通过观察数据库中大量不同植物的分枝，对分枝类型的理解明显加深．

2数据库在植物解剖教学中的应用

相比植物形态部分，植物解剖部分更难以被学生理解．首先，植物解剖知识距离学生的经验更远；其次，解剖知识庞杂而丰富，往往需要将理论和感性知识紧密结合．如植物器官往往需要根据其解剖特征进行定义．在教学中，当教师说芹菜（Apiumgraveolens）吃的主要是叶柄时，即使学生能够“相信”教师的讲授，却也很难理解为什么这个部分是“叶柄”而不是“茎”．此外，为什么仙人掌（Opuntiadillenii）的刺是叶，为什么文竹（Asparagussetaceus）绿色的部分是茎而不是叶，为什么假叶树外观看起来和叶子非常相似的部分是茎，这些知识虽然像“常识”一样很容易被学生“记住”，但学生要想理解却有一定难度．吴国芳和陆时万的《植物学》[12]中，对叶和茎的初生结构进行了详细而准确的讲述，并绘制了模式图．由于叶柄是叶的一部分，所以叶柄的解剖结构是背腹式的，或者说是两侧对称式的，而茎在解剖结构上是辐射对称式的，但这种知识需要大量观察实际的解剖结构才能掌握．应用建立的植物解剖结构数据库，学生可以观察大量植物不同器官的解剖结构，理解表面差异巨大的器官、组织和细胞直径的关系，理解植物个体发育中不同器官的本质差异，进而获得对此类知识的深刻理解．

3数据库在植物分类教学中的应用

近20年来，植物分类学发生了巨大的变化，大量传统的知识、技能和体系都进行了彻底的更新，国内外相关的数据库也纷纷建立起来[13]．然而，绝大多数国内的教材仍然使用旧的知识体系，严重阻碍了学生对新知识的学习和掌握．从2001年被子植物APGI分类系统发表以来，以分子生物、分支分类信息和生物统计为基础的现代植物分类系统建立后，这种新的分类系统已经成为国际学术界的主流，大量新的研究成果纷纷涌现，国际上的植物学教材也纷纷使用新的分类系统．目前，新系统已经出版到第4版，然而绝大多数国内教材依然使用较老的分类系统，使用新系统的很少．如马炜梁的《植物学》[11]、吴国芳和陆时万的《植物学》[12]使用的是克朗奎斯特系统，汪劲武的《植物分类学》[14]使用的是哈钦松系统等．此外，由于大量研究的深入，植物学名也已经发生了很大的变化，传统植物学中的大量学名已经修订，成为“过时”的学名．然而依靠传统的教材和参考书籍难以使学生掌握最新的知识[15]．在植物分类部分的教学中，充分利用已有的数据库进行补充教学．这些数据库主要包括：中国植物志网络版和手机版，其内容不但包括植物的学名、文献考证、形态描述和地理分布等，还包括部分植物的彩色照片[16]．这些照片质量高，鉴定准确，是学生学习和教师教学的好材料．中国植物志的英文版也可以在线查询，其中约1/3的学名已经修订[17]，对于学生了解较新的知识帮助很大．但是FOC网络版中图片和文字是分开排列的，学生使用时稍有不便．中国国家标本平台（NSII）是一个非常成功的网站，已经收录了大约1400万标本数据[18]．教学中，学生几乎都可以在手机上通过这个网站查到教师讲到的植物种类、标本照片和海量标本记录．中国自然标本馆（CFH）中收录了大约1亿幅植物的彩色照片，资源极其丰富[19]．除了这几个数据库外，部分利用这些数据库开发的软件也是学生学习的重要帮手．如花伴侣、形色和生物记等软件．这些网络资源特点不一，各有特色．在教学中，需要教师通过讲解让学生了解不同资源的不同特点，否则学生在学习中的使用会遇到各种问题．花伴侣等软件在植物开花时识别较准确，但是没有花、果等器官时，其识别的准确率明显降低．中国植物志网络版可以使用拉丁学名或者中文正名进行检索，但是不支持俗名检索，很多学生在使用时会遇到因为不知道正确名称而无法检索的情况．

4教学效果评估

新的时代是网络的时代，是数据的时代．当代学生思维活跃，对新技术、新方法适应迅速．应用数据库等网络资源的教学既可以充分适应学生的特点，又可以使学生较好地掌握学科发展中出现的新知识、新理论，是传统教学方法和体系的重要补充．在实践中发现，使用新的教学方法作为补充可以提高学生的学习兴趣，增强学生自主学习的动力和能力．更重要的是，通过这种教学过程的训练可以使学生在植物学课程结束后，开始其它课程学习或者后续的科研活动，能够独立完成相关知识的检索和使用．无论学生还是后续课程的教师都能感受到这种变化，说明这种教学方法是有效的．

参考文献：

[1]赵杏花，燕玲，蓝登明，等．植物学实验教学改革探讨[J]．内蒙古农业大学学报：社会科学版，2011，13（1）：170-171

[2]苗芳．高等农林院校植物学课程教学方法探索与实践[J]．安徽农业科学，2011（36）：22907-22909

[3]陆嘉惠，王绍明，吴玲，等．CAI课件在植物学多媒体教学中的应用探讨[J]．黑龙江生态工程职业学院学报，2009（3）：109-110

[4]李孙文，赵昶灵，刘勇，等．农业院校植物学实验教学改革的思考与实践[J]．云南农业大学学报：社会科学版，2008（4）：69-74

[5]陆嘉惠，周玲玲，马淼，等．提高植物学实验教学质量的探讨[J]．兵团教育学院学报，2006，16（4）：63-64

[6]白志川，王海洋，李先源．《植物学》课程建设的实践与探索[J]．教师教育学报，2005，3（1）：130-132

[7]胡国雄，耿彦飞．植物系统学教学体系改革探讨[J]．绿色科技，2019（3）：248-249，252

[8]申康．新一代大学生的特点分析及教育方法探讨[J]．科技信息，2011（27）：174

[9]朱雪云．植物学形态结构理论教学思路创新初探[J]．武汉生物工程学院学报，2011（3）：211-212

[10]陆时万．植物学（上册）[M]．北京：高等教育出版社，1991

[11]马炜梁．植物学[M]．北京：高等教育出版社，2009

[12]吴国芳，陆时万．植物学（下册）[M]．北京：高等教育出版社，1992

[13]雷鲜，章怀云．植物分类研究进展[J]．湖南林业科技，2005（6）：55-58

[14]汪劲武．植物分类学[M]．北京：高等教育出版社，2009

[15]高润梅，王卫锋，葛丽萍，等．植物学类课程产学研互作模式实践教学的探索——以山西农业大学林学专业为例[J]．中国林业教育，2019，37（3）：44-46

[16]中国科学院《中国植物志》编委会．中国植物志[M]．北京：科学出版社，2013

作者：董雪云 王洪峰 单位：哈尔滨学院