“植物学”课程数字化建设的探索——以北京林业大学为例

郭惠红 刘忠华 李晓娟 刘平丽 刘小敏

(北京林业大学生物科学与技术学院，北京 100083)

21世纪的高等教育强调素质教育，课程数字化建设就是在素质教育思想指导下以培养学生自主学习能力为宗旨的一种新型教学模式。它是现代信息技术与课程资源建设相融合的产物，它将课程的教学内容以计算机支持的形式上传到网络使师生共享，从而提供有效的在线学习和良好的教学互动[1]。课程的数字化建设能够有效促进课程教学内容的更新、教学方法与手段的改革，可以培养学生自主学习的能力，大大提高了课程建设的质量，同时也是我国高等院校课程改革的必然趋势。

一、国内主流数字化课程的发展现状

20世纪末，课堂教学中幻灯机与投影仪的使用、广播电视大学及卫星电视教育的出现是我国数字化课程早期发展的标志[2]。近年来，随着现代信息技术的迅猛发展，以慕课(Massive open online course，MOOC)、小规模限制性在线课程(Small private online course，SPOC)、微课(Microlecture)为代表的数字化课程在全国范围内大量涌现，标志着数字化课程的发展进入了一个新的阶段。

MOOC是将课程制成视频上传至特定的网络平台供学习者免费学习的一种网络教育模式，因其具有教学资源丰富、受众广、学习成本低的优势，在全球范围内被迅速推广。2013年，全球最著名的两个MOOC平台(Coursera/edX)正式进入中国，随后以北京大学、清华大学及复旦大学为首的国内高校纷纷开发了自己的MOOC课程[3]，目前已形成有中国大学MOOC、学堂在线、好大学在线等MOOC平台。虽然MOOC具有较多的优势，但也存在着不足，比如MOOC只能用于检测记忆性和理解性的知识，不能用于较高层次的分析、评价和应用知识的检测[4]。

针对MOOC的不足，SPOC在继承MOOC教育思想的基础上，优化了MOOC的教学模式。SPOC将学生人数控制在几十人到几百人，并设置准入条件即特点相近的特定群体。SPOC在实施过程中可以对学生的线上测试情况和学习行为等进行分析，使线上学习与线下课堂学习有机结合，消除了传统教学和MOOC的劣势，实现了优势互补，是一种能够达到最佳学习效果的混合学习模式[5]。近年来，基于SPOC的数字化课程建设在国内高校逐渐兴起[5-6]。

微课的核心是通过课堂教学视频反映教师在课堂教学过程中针对某个知识点或教学环节而开展教与学活动的教学资源[7]。微课具有完整的教学结构，是在微型教学资源的基础上附加教学服务的小型化课程[8]，微课的不足之处在于教学内容较零散，不成体系，容易导致知识的碎片化[9]。

虽然这些数字化课程都存在着各自的不足，但它们的出现进一步推动了我国高等教育的发展。所以在教学实践中，教师要辨证地看待这些新兴数字化课程的优缺点，并结合课程本身的性质与学生的特点开展数字化课程的建设。

二、“植物学”课程开展数字化建设的必要性

“植物学”是高等农林院校及一些综合性大学开设的重要专业基础课程。北京林业大学开设“植物学”课程的专业有生物、林学、园林、园艺、保护区、水保、草业及环境等，是800多名大学一年级本科生必修的专业基础课程，“植物学”课程知识对后续相关专业课程的学习有着重要的影响。“植物学”课程包括“植物学A”和“植物学B”，前者仅面向生物和园艺两个专业开设，教学学时为80学时；后者则面向林学、园林、保护区、水保、草业及环境等多个专业开设，教学学时少，仅为48学时。

“植物学”课程教学贯穿大学一年级整个学期，第一学期的教学主要涉及植物细胞、组织、营养器官、生殖器官的形态结构与生长发育等内容，第二学期的教学涉及植物分类的方法与植物的认知。在传统的课程教学中，存在着3个方面的问题：一是教学学时少，特别是“植物学B”课程的学时数不及某些院校同类课程学时的一半，因此影响了授课内容的完整性；二是在有限的教学时间内难以充分引入相关的前沿知识，无法对教学内容进行拓展；三是教学动画与视频等辅助教学手段不够丰富，影响了教学效果。

随着现代信息技术的迅猛发展，高等教育出版社率先制定了数字化战略，助力高校建设数字化课程，它与北京大学、清华大学、复旦大学、中山大学、南京农业大学等140余所高校合作推出了形式多样的数字化课程和数字教学产品。2017年，高等教育出版社生命科学与医学出版事业部在北京林业大学开展了数字化课程建设的讲座，在此背景下，笔者萌生了开展“植物学”课程数字化建设的想法，并将其付诸实践。“植物学”课程曾获得北京市精品课程建设项目的支持，教学团队编写出版的国家“十一五”规划教材“植物生物学”以及“植物学”多媒体课件曾两次获得北京林业大学教学成果一等奖，这些成果为“植物学”课程的数字化建设奠定了扎实的基础。

三、基于SPOC的“植物学”课程数字化建设实践

“植物学”课程的授课对象是北京林业大学多个专业的大学一年级新生，这些学生学习“植物学”课程的目的都是为后续专业课程的学习夯实基础，所以他们属于学习目的相同的特定群体。从学习人数规模和群体的特点来看满足SPOC的准入条件，更为重要的是SPOC将课堂学习与线上学习结合起来的混合式教学模式能够较好地解决以往“植物学”课程教学中因学时少影响教学内容完整性、无法引入学术前沿内容以及动画与视频等辅助教学手段不够丰富的问题。因此，笔者在权衡几种主流数字化课程优缺点的基础上，结合“植物学”课程教学特点及授课对象的群体特点，决定采纳SPOC模式对“植物学”课程进行数字化建设。

(一)课程教学内容方面的数字化建设

1.精炼教学内容，突出林业特色

“植物学”课程第一学期的教学内容主要涉及了植物细胞、组织、营养器官(根/茎/叶)、生殖器官(花/果实/种子)的形态结构与发生发育。因为大多数学生在高中已经学过植物细胞知识且具有较好的基础，因此这部分内容可以进行精简；植物组织是器官形成的基础，这部分内容可以帮助学生理解植物特别是多年生林木的生长发育规律。林木能够通过年复一年的纵向伸长生长和径向增粗生长不断积累生物量，这也是林木区别于草本植物的重要性状特点。特别是作为木材之源的茎，它的形态结构及生长发育特点是林业的一大特色。这些内容对于学生来说是全新的知识内容，且具有一定的难度。生殖器官涉及植物的育性及种族的延续，其有性生殖过程不管是对林木还是草本都至关重要，所以笔者将该部分作为重点教学内容予以保留。在“植物学”课程第一学期的数字化建设中，在保持课程教学内容完整性的前提下，突出了植物组织、茎与有性生殖的教学内容，彰显了林业特色。

“植物学”课程第二学期的教学内容包括了植物分类的方法与植物的认知。植物分类就是将植物分门别类鉴定到科、属、种的过程。虽然“植物学”课程教学中对于草本和木本植物的鉴定方法是相同的，但鉴于林业院校的林学、园林及保护区等专业通常以林木为研究对象，因此在教学内容上加强了以木本植物为主的科、属、种的认知内容，而淡化了以草本植物为主的科、属、种的认知内容。

2.充实教学内容，紧跟学术前沿

近年来随着生物技术的发展，植物学领域取得了令人瞩目的新进展。将这些学科新进展融入教学内容可以拓展学生的专业视野，有助于加深对课程基础知识的理解，激发学生的学习兴趣。

迅猛发展的现代信息技术为人们获取学术前沿知识提供了便利。在此背景下，课程组借助中国知网、web of science、PubMed等数据库文献将植物学科的前沿知识融进“植物学”课程教学内容。同时，“植物学”教学团队在“以研促教”的教学理念指导下，将相关科研成果与课程教学内容有机结合起来。例如，“植物学”教学团队的教师在国家自然科学基金的资助下，以杨树、银杏及文冠果等木本植物为试材，开展了树木生长发育、性别分化及花发育的相关研究。这些研究与“植物学”课程教学内容密切相关，因此可以将这些相关研究成果融入到课程教学内容。又如，目前关于木本植物形成层调控维管组织发育的研究备受关注，课程教学团队的教师就该研究分别于2018年和2019年从林学方向申请了国家自然科学基金项目，而“植物学”课程中有关茎的发生发育的教学内容是研究木本植物形成层调控维管组织发育的理论基础，所以将这些项目的研究成果引入“植物学”课程教学，不仅充实了课程教学内容，而且使“植物学”课程教学紧跟学术前沿。

(二)课程教学手段方面的数字化建设

动画与视频等辅助教学手段能够显著增强教学的直观性和生动性，有助于学生对教学重点和难点内容的理解和掌握。鉴于以往“植物学”课程教学中动画、视频等辅助教学手段单一的问题，课程教学团队针对教学中的重点和难点内容制作和录制了一系列的动画与视频资料。

对于“植物学”课程教学中关于植物形态结构及发生发育的内容，课程教学团队制作了包括根与茎的伸长生长与增粗生长过程、被子植物有性生殖过程等9个重要知识点的动画资料。根与茎的发育不仅是教学重点，也是教学难点，在以往的教学中仅是通过文字描述及图例进行讲解，其效果并不理想。而动画则可以直观地将它们的发育过程与特点完整地呈现，既生动又便于学生理解。

对于“植物学”课程教学中关于植物鉴定的方法及植物认知的内容，课程教学团队录制了包括植物的鉴定方法、标本的压制及植物学野外实习的介绍等5个视频。其中植物的鉴定方法是植物分类的重点和难点内容，包括了解剖镜的使用、花的解剖、花程式的记录及检索表的使用方法等。其中花程式的记录涉及对花解剖结构的分析和判断，学生学习起来有一定难度，因此对这一部分教学内容的讲授采用了视频讲解的方式。学生通过观看视频，可以清晰地了解花程式的记录方法，提高了植物鉴定的准确率。

(三)在线教学资源平台的建设

“植物学”课程教学团队依托高教出版社的云课程平台搭建了“植物学”课程的数字化资源平台。在这个平台上设有课程基本信息、课程公告、课程资源、在线测试、在线答疑及讨论专区等多个模块。在课程公告栏可以发布有关教学的具体安排及调整等信息，便于学生及时掌握教学动态、合理安排学习时间。平台上的课程资源可以用于学生课前预习和课后复习，不受时间和空间的限制。为了考察学生的学习效果和学习行为，教学团队在每章教学资源的后面加了在线测试题，其成绩占比为40%，学生学习的登录次数占比为10%、登录时长占比为10%，学生针对课程资源的学习情况占比为40%，将以上4项综合在一起作为学生在线学习的综合评价成绩。

同时，教师在“植物学”网络课程平台注册登录后，可以直接发布课程公告、更新教学资源、分析学生线上测试和学习行为等特点，这将有助于教师有针对地引导学生学习，把握学生的学习动态，提高教学质量。

四、“植物学”课程数字化建设取得的成效

自2018年在高教出版社的云课程平台搭建“植物学”数字化课程以来，北京林业大学已在林学、园林、生物等多个专业近30个班级中开展了“植物学”数字化课程的教学实践，取得了较好的成效。

(一)有助于培养学生自主学习的能力

“植物学”课程数字化给学生提供了不限时间和空间的在线学习机会，便于学生课前预习和课后复习，有利于学生自主学习能力的培养。在课程教学实践中，学生可以在线上与教师互动探讨与课程学习相关的内容，大大调动了学生的学习积极性。学生普遍反映线上与线下的混合式学习不仅使学习变得更加生动有趣，而且弥补了线下课堂学习时间不足的问题，对课程教学的重点和难点内容的理解更加到位。以园林专业和林学专业为例，在“植物学”课程开展数字化建设后，“植物学”课程期末平均成绩与上一年相比提升了3～5分。

(二)便于师生同步调整和改进“教”与“学”

“植物学”课程在线平台可以将在线答疑时学生提出的问题与教师的答疑永久记录，学生在课后可以不限时间地浏览所有线上的提问及答案，便于知识的复习与巩固；教师则可以通过学生的在线提问了解学生在学习中存在的普遍问题，同时通过学生在线学习的综合评价成绩分析学生的学习效果和学习行为等，并在此基础上进行教学的调整与改进。

(三)有利于提升教师的信息化教学能力

在“互联网+教育”背景下，积极探索现代信息技术与教育教学深度融合的方式方法是高校教师教学研究的发展方向。在“植物学”课程数字化建设过程中，教学团队的教师改革教学理念、创新教学模式，将课程教学与信息技术深度融合，提升了自身的信息化教学能力。