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植物学虚拟实验平台的构建及应用

成丹;崔瑾;王庆亚;刘琳莉;钱猛;沈振国

【摘要】植物学虚拟实验平台结合了虚拟显微镜系统、植物识别系统、植物学数

字课程和虚拟仿真实验4个功能模块,系统地整合了植物组织解剖、植物类群分类

两部分实验教学资源.平台首次将虚拟仿真教学资源应用于植物组织结构观察和植

物分类识别鉴定的实验教学,各教学资源既相互独立、自成一体,又能贯穿植物学实

验技术的整个过程,可根据实验要求进行灵活组合,以满足学生个性化学习方式的需

求.通过该平台的应用,不仅扩充了教学信息容量,提升了教学效率,同时也有利于教学

资源的管理和利用,推动了植物学实验教学模式的改革和创新.从植物学实验教学中

的实际应用出发,具体探讨了虚拟实验平台的构建思路,实现模式及应用效果.

【期刊名称】《实验室研究与探索》

【年(卷),期】2016(035)002

【总页数】5页(P62-66)

【关键词】虚拟实验平台;植物学;虚拟仿真;实验教学

【作者】成丹;崔瑾;王庆亚;刘琳莉;钱猛;沈振国

【作者单位】南京农业大学农业生物学国家级虚拟仿真实验教学中心,江苏南京

210095;南京农业大学农业生物学国家级虚拟仿真实验教学中心,江苏南京210095;

南京农业大学生命科学学院,江苏南京210095;南京农业大学农业生物学国家级虚

拟仿真实验教学中心,江苏南京210095;南京农业大学农业生物学国家级虚拟仿真

实验教学中心,江苏南京210095;南京农业大学生命科学学院,江苏南京210095

【正文语种】中文

【中图分类】Q94-33

植物学是生物学与农学各专业的专业基础课，是学好其它专业课的基础，植物学实

验教学在生命科学中占有很重要的基础地位[1-2]。长期以来，植物学实验教学存

在的问题主要表现为，实验内容单一，验证性实验多，基本技能得不到提高，由于

受到采样制作的影响，很难获得完整的发育过程，又由于受季节的影响，在分类实

验中观察不到典型的花。根据实验教学过程中存在的问题，有针对性，选择性的进

行虚拟实验开发与研制，能切实有效地提高植物学实验教学效率和教学效果。

近年来，在植物学实验教学改革方面，不少学者结合各自学校的教学特点及现状，

主要从植物学实验室建设、改进教学方法、改革考核方法等方面进行了探讨，但这

些改革还不能从根本上解决上述问题[3-6]。通过建立虚拟实验平台开展虚拟实验,

运用计算机模拟植物发育的形态结构变化,重要典型的植物的形态结构，使学生达

到“身临其境”的效果,提高植物学的实验教学效果。

虚拟实验平台的本质属性是实验教学平台，平台建设应遵循“技术设计为教学设计

服务”的原则[7-8]。在具体实践中，应在充分体现虚拟实验资源独特优势的前提

下，最大限度利用校园网络、服务器、传统仪器设备等现有基础设施，前瞻性地将

分布在不同位置的各类型虚拟实验资源通过网络得以共享。平台的功能应能弥补目

前实验教学中所存在的缺陷，具有网络教学功能和网上实验操作功能，具备一定的

智能特性。

1.1目前植物学实验教学存在的问题

目前植物学实验教学存在的问题主要表现为，实验内容单一，验证性实验多，基本

技能得不到提高。传统的植物学实验几乎全为验证性实验，通常都是以教师介绍实

验内容和方法，然后学生进行实验以验证学过的理论知识，严重制约了学生实践能

力和创新能力的培养。

在实验材料方面，由于受到季节的影响，现在的植物根、茎、叶的初生或次生发育

结构切片时期较少，特别是反映发育的典型珍贵制片更少,这些切片在制作时因植

物生长时期难以把握，制作比较困难。例如在花芽分化的实验中，学生观察的是油

菜花芽分化的制片,因为是总状花序，花多且处在不同发育时期，但由于花在花序

上排列很不规则，学生基本上只能观察到花芽分化5个时期中的2～3个时期，而

且典型的剖面极少，在雄蕊和花粉粒发育结构观察中也存在类似问题。因实验课时

及实验条件的限制，目前学生在课堂上只能观察2张切片，通常观察不到完整的

发育过程，有时就是2张切片也不典型；再如胚囊和胚的发育结构观察实验，胚

囊的发育有6个时期，而胚的发育有7个时期，比较复杂，许多的发育时期因为

取材等原因很难在切片中看到，有时即使看到也因为切面位置不正而不典型，不利

于这部分重要实验内容的掌握。同样，受气候，植物花期等客观因素的影响，此类

问题，在植物分类方面的实验教学中，更为突出。

1.2虚拟实验平台的功能设计

虚拟实验平台应包括如下几部分功能：

(1)满足实验教学的需要。虚拟