基于虛擬動畫的微課在植物病理學課程教學中的應用

白耀博　張旭東　曹丹　鳳舞劍　胡長效

[摘? ? ? ? ? ?要]? 引入本學科最新研究成果到植物病理學課程，采用虛擬仿真動畫的微課展示植物病原物知識點，形象生動，明顯提升了教學效果，提高了學生的學習興趣。介紹虛擬仿真動畫的內容特點，分析教學實施后的教學效果并對教學實施中的不足之處進行討論。

[關? ? 鍵? ?詞]? 虛擬仿真;微課;植物病理學

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）24-0068-02

植物病理學是高等農業院校植物保護與檢疫技術專業的核心課程，我院自開課以來每年教授高職高專學生達200人，同時課程服務于新型職業農民等多項社會培訓。本課程是研究微觀和宏觀世界客觀規律的科學，主要涉及真菌、細菌、病毒、線蟲引起的侵染性病害的病原物，寄主受害后的病理現象以及植物病害發生發展過程等。傳統的授課形式是以圖片、文字、聲音進行課堂講授，輔以實驗室的顯微觀察、田間發病調查，學生被動接受知識。但是，植物病害在年際間有很大的差異，尤其一些病害在某些年份不發生，其生活史及在田間的為害過程、發生流行特點無法用肉眼直接觀察到。這導致學生不能全面、系統地了解植物病害發生發展過程，影響制定病害防控措施，嚴重挫傷了學生的學習興趣。

虛擬仿真是計算機生成的現實世界或構想世界的呈現，可借助視覺、聽覺、觸覺等多通道近距離地創造現實，感受事實，可實現不同環境的情景化。[1]虛擬仿真教學是高等學校專業要求與網絡信息化高度結合的產物[2]。目前在多個學科廣泛應用，以優化教學流程。植物病理學課程若能模擬植物病害微觀世界來展示知識點，使抽象概念形象化、零散知識系統化，將最大限度地提高課程的吸引力。基于此，我們引入了美國植物病理協會出版社出版的植物病理學虛擬仿真系列動畫，將素材再加工成微課的形式使用，探索新形式植物病理學課程的教學效果。

一、虛擬仿真系列動畫簡介

德國基爾大學植物病理研究所的Joseph Alexander Verreet教授一直致力于致病微生物的復雜生物生命周期的研究，聯合多學科專家包括自然科學工作者以及農學、生物學、生態學等學科的學生等開發出一系列植物病理學虛擬動畫（見下表）。這一系列視頻用先進的可視化技術以一種簡單而生動的方式解釋了各種真菌病原微生物的生命周期。這些視頻結合了真實的視頻和三維計算機動畫，創造出一幅幅逼真的整體畫面，讓學習者對寄主與病原物在細胞水平上的相互作用關系有了更深、更持久的理解。因此，這種新開發的媒介讓專業人士和業余愛好者都有濃厚的興趣。此系列出版物覆蓋了主要農作物病害的一系列主題，短小精悍，其精美程度一經推出就受到學習者的極大喜愛。伴隨著信息量豐富的旁白解說，動畫將極大地幫助學生掌握復雜的病害特點和新的科學術語。這些動畫影片以其科學性、易讀性、藝術性的優勢已經斬獲多項國際大獎。

引入虛擬仿真系列動畫內容表

二、應用效果

本課題組近五年來嘗試將引入的虛擬仿真動畫制作成微課在植物病理學相關課程使用，具體操作如下。

1.結合當前的多媒體素材，將虛擬仿真動畫全部或者片斷整合成5～10分鐘系列主題微課，最后通過配音講解形成微課文件，將微課視頻統一上傳到超星公司的學習通在線開放課程教學平臺供學生學習使用。

2.教師在教學平臺上同時上傳配套測試題，包括主觀題目的名詞解釋、填空題、簡答題;客觀題目的選擇題，每次課程結束后學生在手機上在線答題，教師及時對答題相關數據做統計分析。

3.此外教師采用問卷調查的方式對教學效果進行調查。

統計結果表明，測試題中學生對名詞解釋題目的正確率從引入虛擬動畫前的46.5%提高到了95.0%，從答題內容來看，學生對名詞解釋中對應到虛擬動畫中的植物病原結構與功能性題目如吸器、子囊孢子、假囊殼、游動孢子囊等回答準確;填空題的正確率從之前的52%提高到了84%，之前學生比較容易混淆的不同病原菌的有性孢子和無性孢子的形式在引入虛擬動畫后學生有較好的區分度;此外，簡答題是學生前幾年正確率較低的題目類型，主要考查病害的侵染過程、發病因素、防治措施等，學生普遍反映概念多、難理解，通過微課學習后答題的正確率從之前的34%提高到了72%。從題目“簡述小麥白粉病的侵染循環”的答題內容來看，學生普遍采用虛擬動畫的演示過程描述歸納。選擇題保持著較高的正確率，從之前的71%提高到了85%。由此可見，使用虛擬動畫的微課學習方式使抽象的知識形象化、直觀化，加深了學生對核心知識點的理解，大幅提高了植物病理學課程的教學效果。

問卷調查的結果如下：根據對教學內容的理解程度，分為充分理解（對教學內容理解大于90%）、比較理解（50%～90%）、不太理解（50%以下）。近五年的數據顯示學生充分理解和比較理解的比例穩定在85%以上，不太理解的人數顯著減少。題目“虛擬仿真動畫對我幫助很大”選擇比例高達95%。對問卷“對該課程興趣提高了”有75%的學生選擇“是”。問卷“解決相關問題的能力提高了”學生選擇“是”的比例占到了64%。這說明與傳統的教學方式相比，基于虛擬動畫的微課使學生對本課程的興趣明顯提高，同時幫助了學生的實踐應用，養成植物保護管理的觀念。

三、討論

植物病理學是一門交叉性極強的綜合學科，涉及植物學、植物生理學、土壤學、遺傳學、細胞生物學等學科，所以課程的知識體系龐雜，要求學生有良好的基礎知識。國內的植物病理學課程講授主要使用大量的病害典型癥狀照片、病原物顯微形態和超微形態的圖片、病害的侵染循環圖[3]。胡小平、郝興安[4][5]等通過制作Flash動畫展示主要農作物病害病原物侵染過程，取得了良好的教學效果。但是這些素材很難做到學科間的知識融入和展示植物病害發生發展的系統過程。而引進虛擬動畫恰恰可以將多門課程的知識點采用三維動畫的動態模擬進行展示，使學生理解并掌握更多的知識點，融會貫通。引進的動畫有三個特點：（1）這些動畫既可以按照作物種類展示病害發生發展過程細節，也可以剪成片斷用在植物病理學基礎知識的穿插講授中。（2）該系列動畫還可以模擬生理生化、信號傳導、識別機制等常規方法不能演示的內容，如“小麥白粉病”動畫片段中的寄主基因識別后誘導抗病性產生過敏性壞死反應以及兩性菌絲通過核配形成閉囊殼的子囊、子囊孢子結構。（3）本系列動畫用三維視覺技術構建植物病害微觀視野，效果逼真、顏色艷麗，其藝術性、趣味性吸引更多學生欣賞、收藏。

通過虛擬動畫微課教學的總結與反饋，本課題組也發現實施過程中有以下不足：（1）虛擬系列動畫涉及的病原物種類和作物病害種類無法滿足當前教學的全部內容。目前引入資源包括真菌、病毒、線蟲三種類型的動畫，但是細菌病害沒有涉及，國內外也沒有制作比較好的替代動畫，有待后續進一步開發。而虛擬動畫中有一些病害在國內不是主流病害，在農作物病害部分沒必要展開細講。（2）教師應加強學習引導，及時檢測學生的學習效果。由于推送的微課學生可以在手機上隨時看，一些學生看后很久或者不看直接做題，削弱了知識的遷移鞏固。（3）本虛擬動畫教學和實踐教學的有效銜接還有待加強。通過虛擬仿真技術能夠全面動態呈現田間病害發生的規律及特征，但是在對田間病害進行調查時發現發病時期、發病部位、發病條件、防治策略與實際的氣候環境、生長條件有關，這對實際調查結果造成一定偏差。

參考文獻：

[1]王寶華，張杰，周瑞，等.虛擬仿真實踐教學在制藥工程類課程中的應用初探[J].2019，38（2）：19-22.

[2]李勇，高艷清，韓立榮.虛擬仿真在“植物化學保護”課程教學中的應用[J].河北農業大學學報（農林教育版），2018，20（4）：18-20.

[3]高小寧，謝芳琴，詹剛明.農業植物病理學教學素材庫的構建及其應用[J].課程教育研究，2015（29）：228.

[4]郝興安，胡小平，康振生.Flash動畫課件的制作和在植物病理學科教學中的應用[J].科技創新導報，2011（30）：155-156.

[5]胡小平，郝興安，商文靜.植物病原真菌侵染過程動畫模擬的教學實踐[J].當代教育與文化，2011，3（4）：69-72.

◎編輯 趙瑞峰