手機APP在生態學課程教學中的應用

李鈺　李斌　蔡進　蒲海霞　陳帥

摘 要：隨著全球氣候變化趨勢的加劇，《巴黎協定》各締約國紛紛制定了“碳中和”戰略，我國作為世界最大的能源消費國和碳排放國，實現碳中和目標任重道遠;2021年聯合國《生物多樣性公約》締約方大會第十五次會議（COP15）在昆明舉行。在當前時代背景下，生態環境保護實踐和生態學理論研究倍受各界重視，高校生態學課程的教學也急需不斷改革創新。傳統生態學課程的教學方式比較單一化，以課堂理論教學為主，以野外調研為輔，學生的主動認知仍然不夠。手機APP功能的不斷完善，尤其是植物識別APP的推陳出新和不斷升級，給生態學專業學生的學習提供了新的視角和便捷的途徑，比如微信識物、花伴侶、植物智等APP。學生通過在生活中使用手機APP進行物種的識別和生物多樣性的計算，鞏固課堂理論知識的學習，促進對生物多樣性和碳循環的直觀感受。生態學課程教學方式的改革創新可以培養出更加優秀的專業人才，為我國的生物多樣性保護行動提供源源不斷的智慧力量。

關鍵詞：生態學 手機APP 植物種類 教學改革

1 生態學課程教學改革背景

碳達峰、碳中和目標是黨中央、國務院做出的重大戰略決策，是以綠色低碳發展為核心的生態文明建設，是中國人民追求更美好生活的新期待，也是中國進入新發展階段實現高質量發展、創新發展、可持續發展的內在需求。作為世界最大的能源消費國和碳排放國，要在2060年實現碳中和的目標，就需要政府、企業、個人等社會各界共同參與進來。作為人才培養基地的高等院校，其生態學課程的教育教學也必須與國家的碳中和發展道路緊密結合起來，因為生態學是研究生物與生物之間，生物與環境之間相互關系的一門應用性和實踐性非常強的學科，是專門研究氣候變化與碳循環的學科。

生態學和生態文明關系密切，是生態文明建設的重要理論基礎，在構建生態文明社會中具有不可或缺的作用。生態學屬于自然科學，生態文明則是人類社會物質和精神的總和，屬于文化倫理形態[1]。生態學是農林類和環境類專業的主干課程，是一門以理論與實踐相結合的學科[2]。生態學有悠久的發展歷史和廣泛的研究對象。基礎生態學內容包括個體生態學、種群生態學、群落生態學、生態系統生態學，關注的目標越來越廣泛。其中，群落生態學中的生物多樣性一節和生態系統生態學中的碳循環是重點內容，因為碳中和戰略和生物多樣性保護是在全球氣候變化和生物多樣性喪失的背景下，各個國家必須重視起來并付諸行動。我們國家作為能源消費大國、碳排放大國和生物多樣性大國，尤其重視生態環境保護行動和生態學理論研究[3]。作為理論基礎的生態學課程也比任何時期都要被重視。為了不斷提升生態學課程教學效果和提升生態學專業學生的專業能力，生態學課程的教學改革刻不容緩。

2 生態學課程教學現狀

目前生態學課程的理論教學手段形式單一化，在教學過程中存在對種群、群落、生態系統的描述較為抽象、物種難以辨認等問題，難以激發學生的學習熱情，所學習的理論知識與實踐相脫離[4]。單純的課堂理論教學方式往往信息量大、速度較快，學生存在所學知識記憶不全、對所講內容的系統性把握不好等問題，從而影響了學習的效果。教學方式以理論講授為主，如文字描述或者多媒體展示等傳統教學方式，知識的被動灌輸造成學生缺乏主動思考，仍然與中學時期的學習狀態類似，而大學生還需要培養的是發現問題、思考問題和解決問題的能力，這就要求老師必須發揮一定的啟發作用，引導學生進行自發的學習活動[5]。因此，通過理論與實踐相結合，讓學生觀察身邊的動植物是非常便捷有效的實驗教學方式，可鞏固理論課所學的知識。此外，采集和制作植物標本也是鞏固理論課知識的另一種途徑。隨著手機APP的質量不斷提高、功能不斷豐富、應用更加便捷，使其可作為一個較好的學習輔助工具應用到實踐教學中去，發揮引導學生主動學習的作用。比如近幾年推出的微信識物功能、花伴侶、植物智等，均可以識別植物，甚至動物的種類，這為學生主動參與生態學知識的學習提供了一個便捷的途徑。

3 生態學課程教學改革措施

3.1 改革措施總體介紹

手機是當代所有大學生都具備的通訊工具，隨著手機不斷更新換代，各種APP不斷出現，功能越來越全面，滿足了用戶的各類需求。其中對動植物的識別也是熱愛大自然或者從事相關專業研究人員用到的功能，因而手機輔助教學具有較強的可行性和必要性[6]。目前，有眾多手機APP可用于識別動植物種類，并且準確度越來越高，如微信識物功能、花伴侶、標本伴侶、苔蘚伴侶、曉草APP、植物智等智能識別軟件。微信是手機用戶使用最普遍的軟件之一，其中的掃描識物功能面向所有的微信用戶，使用簡單快捷，基本可以識別大部分的植物種類，是比較普遍、大眾化的物種識別軟件。花伴侶軟件是由中國科學院植物科學數據中心運用植物數據中心的彩色照片和物種信息等數據，研發出的可識別5000余種植物的一款比較專業化的軟件。標本伴侶、苔蘚伴侶、曉草APP、植物智等分別針對不同類群的植物進行識別，這些軟件單獨或組合運用足以滿足學生識別日常生活中常見植物種類的需求。另外，中國生物志庫（https：//species.sciencereading.cn/biology/v/biologicalIndex/122.html）、中國植物志（http：//www.iplant.cn/frps2019/）、中國國家標本資源平臺（http：//www.nsii.org.cn/2017/home.php）、中國數字植物標本館（https：//www.cvh.ac.cn/）、中國動物主題數據庫（http：//zoology.especies.cn/）等網站有詳細的動植物種的性狀、系統發育、分布地等信息可供查詢使用，這些數據資料的獲取可以為學生詳細了解身邊的動植物提供途徑，有興趣的學生可以根據資料開展基礎的科學研究，鍛煉簡單的科研能力，為未來的科研學習打基礎。

基于以上資源，老師可以給學生布置課外作業，要求學生識別校園里的幾種植物，并描述其關鍵信息，并在課堂上向大家展示，然后學生之間互相打分，作為一項平時成績。這樣既可以督促學生用心去觀察身邊的動植物，還可以通過互相之間的分享，讓每個人認識常見的動植物種類，建立起對生物多樣性的主觀印象。另外，學生學習完生物多樣性一節內容后，可以識別校園的動植物種類，記錄每個物種的數量，計算校園內或某個區域內的各種生物多樣性指數，并查閱當地的生物多樣性資料，對比生物多樣性的大小，可以作為校園綠化的數據支持，從而達到自主學習目的，也讓學生獨立完成一個解決問題的過程，達到理論到實踐、實踐反哺于理論的效果。

3.2 教學改革實踐方法

生態學課程課堂教學講授到種群和生物多樣性內容時，老師課前提早給學生布置在校園內選擇感興趣的動植物并拍攝、識別的作業，即用各種手機APP進行物種識別，對比不同APP的識別結果，以比較不同APP識別動植物結果的可靠性，給學生充足的時間完成作業。學生收到老師布置的作業，在課余時間尋找自己感興趣的動植物，用各種手機APP進行識別并拍攝照片，然后在網站上查詢物種的詳細信息，用 Word 文件形式整理信息，并附上所拍攝的照片及拍攝時間、地點和作者。老師課堂上講授完種群和生物多樣性部分的理論知識后，學生展示自己的作業成果，向大家做講解，通過互相打分，作為此次作業的分數，并向老師提交自己的電子版作業。

生態學理論課程教學時長為一個學期，持續四個月，在這期間植物會經歷不同的生活史階段，其物候期會發生變化，植物外在形態也截然不同，老師可以讓學生每隔半個月或者一個月時間拍攝同一種植物的照片，按照時間順序整理并進行對比，觀察植物特征的變化，學生可以切身、直觀地感受植物生長過程的變化[7]。另外，讓學生觀察動植物種所在地的環境條件，了解其對環境的適應特征，回憶實際中動植物的表現與課堂所學知識中的哪些知識相關。從而熟悉和加深對動植物的習性和生物學特性的理解，實現對關鍵知識點的全面、深入理解與掌握。

需要注意的是，拍攝動植物照片與普通照片的拍攝方法存在差異，老師可以提醒學生提前自學或者向專業人士請教拍攝動植物照片的方法，從而拍出更加專業、有價值的照片，不僅在課堂上可以向大家展示、分享，還可以整理成冊，用于動植物圖庫的建設，甚至用于科學研究。在用手機拍攝動植物生態學照片過程中，存在一些問題值得關注。可能不同的手機APP對同一個動植物種的識別結果不同，這種情況可以對動植物拍照然后由老師判斷其種類，進而可以對比出不同APP之間的準確性，之后可以向APP反映識別錯誤的結果，以促進其進一步優化、更新。此外，在拍攝并識別動植物種時需要提醒學生注意對有毒或易引發過敏的動植物種的防范，對這類動植物種，應避免用手直接觸碰[8]。

4 教學改革的優勢

與傳統的生態學課程教學方式相比，通過手機APP識別日常生活中不認識的動植物，能夠促進學生對理論知識的掌握與實踐應用，激發學習熱情，提升學生思考問題、解決問題的能力，培養學生的基礎科研能力，具有多方面的教學優勢。另外，手機是學生必備的通訊工具，隨時隨身攜帶，識別動植物種快捷、高效，而各種專業資源網站公開、免費，可以查詢到詳細的動植物種的信息，有助于加深學生對理論知識的理解，拓展專業知識，提升綜合素質。

4.1 提升學生理論知識掌握水平

雖然在課堂教學過程中，老師會向學生展示一些動植物種的圖片，但是圖片與實際的動植物在顏色與大小上往往有差異，尤其是植物花的味道是其一個重要的性狀，但是課堂上無法展示[9]。對動植物進行拍照并用手機APP識別，可以進行近距離、多方位、多生活史階段的全面觀察，有利于為學生提供直觀、感性的認識，提高學生對動植物種類的識別能力。與野外考察等傳統實踐方式相比，尋找并識別日常生活中的動植物種對時間、環境和地點的要求較少，操作簡單、耗時較少，具有較高的可行性和靈活度，對學生和教師雙方而言均為極其便捷的教學形式。

4.2 提高學生學習主觀能動性

由于時間限制和疫情的影響，組織學生開展生態學野外實習工作比較困難，而生態學課程又是一門與現實中大自然緊密聯系的課程，純理論學習枯燥且脫離實際，達不到很好的教學效果。在這一背景下，學生通過自己發現動植物，利用手機APP進行物種識別，查詢動植物種的詳細資料，在課堂上匯報、分享和討論，通過互相評分得出成績，無疑是一種很好的理論聯系實際的方式，能較大提高學生對動植物種的熟悉程度及識別能力。這種學習方式可以使學生能主動參與到學習過程中，并獲得直觀體驗，激發科學研究的靈感和興趣，從而充分發揮學生在學習過程中的主觀能動性[10]。

4.3 豐富教學內容，開拓學生視野

教材的更新速度較慢，近年的科學研究結果不能在其中得到充分體現，導致學生所學知識仍然是多年前的研究結果，學習內容單調且滯后。學生利用互聯網瀏覽相關的專業網站，可以及時了解科學研究動態，拓寬專業視野。在信息時代，教學的目的已經不再是簡單地給學生講授教材上的內容，更重要的是如何教會學生自主學習，掌握學習的主動權，養成自主學習的習慣，實現自我發展。

5 結語

在國家實施“碳中和”戰略的時代背景下，作為講授生物多樣性和碳循環的課程，生態學課程教學的重要性進一步凸顯。生態學是一門內容非常豐富的課程，理論教學與實踐教學必須緊密結合。在傳統課堂教學的基礎上，結合手機APP，讓學生對日常生活中的動植物進行拍攝并識別，查詢物種詳細資料，在課堂進行匯報、分享和交流，可以提升學生對理論知識的掌握水平、激發學生的學習和科研興趣，提高學生學習積極性，為疫情時期的野外實踐提供了新的途徑，是一種極具優勢的新型教學方式。

資助項目：重慶工商大學教育教改研究項目，項目編號：212049。

參考文獻：

[1] 李紅琴. 生態文明背景下的高等師范院校生態學的教學改革. 科技視界， 2021（09）： 23-24.

[2] 鄒繼穎，劉輝，董春欣，陳立波，沈士彬，翦英紅，孫艷，李萬海. 新工科視閾下環境科學專業課教學融合課程思政的改革與實踐——以《生態學》為例. 吉林化工學院學報， 2021， 38（06）： 10-13.

[3] 郭得鋒，楊鳳葉，胡衛星. 碳中和背景下能動專業的教學改革. 決策探索（中）， 2020， 12： 95.

[4] 艾尼瓦爾·吐米爾，袁禎燕，吳衛. 生物科學專業生態學實踐教學體系的改革與探索. 吉林省教育學院學報， 2021， 37（07）： 105-108.

[5] 孫丙華.生態學創新型人才培養實踐教學體系研究. 南寧師范大學學報（自然科學版）， 2021， 38（02）： 166-170.

[6] 李霞. 淺談手機APP在《機械制造基礎》課堂教學中的應用. 內燃機與配件， 2021， 19： 243-244.

[7] 李超越，劉韓天，林濤，繆展鵬，瑪青. 浙江省山茱萸花序發育及花芽分化物候期的觀察研究. 農村經濟與科技， 2021， 32（14）： 47-49.

[8] 閆路娜. 野外實習應警惕植物“殺手”.生物學通報， 2012， 47（04）： 4-6.

[9] 孫緣緣，曹夕佳，紀雯涓，顧亭亭，李詩雨，何祝清. 手機拍攝昆蟲生態照片在昆蟲學教學改革中的應用. 高校生物學教學研究， 2021， 11（02）： 32-36.

[10] 劉春揚，柯采茶，劉云路. 基于手機輔助教學的混合式教學模式在公共基礎課的研究與實踐——以醫用高等數學課程為例. 大學， 2021（31）： 73-75.