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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
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