基于CAI技术构建药用植物学显微实验自主学习平台

尹海波，赵彦辉，张建逵，王 冰，许 亮，马云华

（1.辽宁中医药大学药学院，辽宁 大连 116600；2.辽宁中医药大学图书馆，辽宁 大连 116600）

药用植物学是中药学、药学及相关专业的主干课程，内容涉及药用植物的显微构造、形态及分类等，具有实践性、直观性较强的特点。该课程设置理论与实践教学并重，其中显微实验教学是实践教学的重要组成部分，是后续相关专业课学习的基础。因此，要提高学生的学习兴趣及学习效果，加强显微实验教学的直观性与生动性势在必行[1]。

CAI是信息技术飞速发展中产生的一种多媒体辅助教学手段。当前这种多媒体技术已广泛应用于各类学科教学，成为重要的辅助教学手段。它具有丰富的表现力，交互性强，共享性好，有利于知识的同化，非常适合直观性强的学科使用[2]。同时实验中心引进Motic多媒体数码互动教学系统，集文字、图形、影像、音频、视频以及灵活的互动系统为一体，为该平台的构建提供了坚实基础。

本课题运用Adobe photoshop CS和Adob Image Reday CS等软件对显微图片进行编辑和处理，运用Quick screen Record软件对视频、音频素材进行处理，整理媒体素材（植物图片、视频、音频及Flash动画等），建立媒体素材库。运用Java EE构建网站管理系统及采用Iebook软件对媒体素材进行制作、编辑和整理，形成网络试题库及复习资料电子画册，构建显微实验自主学习平台，为学生自主复习显微实验内容及规范实验考试形式提供帮助。

1 仪器、材料与应用软件

（1）实验仪器：显微镜。

（2）实验试剂：水合氯醛、稀甘油、蒸馏水。

（3）实验材料：实验所需半夏、大黄等药材粉末，薄荷叶、生姜、马铃薯等新鲜材料，南瓜茎纵切片、松木茎质横切片、蒲公英纵切片、小茴香果实横切片、毛茛横切片、直立百部根横切片、防风根横切片、向日葵幼茎横切片、椴木多年生茎横切片、薄荷茎横切片、玉米茎横切片等典型的实验考试切片。

（4）实验软件：Motic Digiclass/Digilab，Quick screen Record，Motic Images Advanced 3.2，Adobe Photoshop CS，Iebook，My Eclipse Java Enterprise，Spring，Struts 2.0，Hibernate.

2 实验过程与结果

2.1 获取原材料图片

2.1.1 制片 粉末装片采用蒸馏水及透化制片方式制作，新鲜材料采用徒手切片方式制作，永久切片直接观察。

2.1.2 观察、照相 将制作好的装片置于显微镜载物台，将显微特征图片调清晰，将呈现在Motic Digiclass/Digilab软件上的图像进行捕捉，再将呈现在Motic Images Advanced 3.2软件上的图片进行白平衡，最后以JPEG格式保存，作为基础素材。

2.2 基本图片处理

2.2.1 图片修改 将要修改的图片拖到Adobe Photoshop CS软件界面上，使用图章功能将所需显微特征图片周围的杂物进行掩盖，最后以JPEG格式进行保存。修改后的示例图片如图1、图2所示。

图1 半夏针晶束

图2 金银花腺毛

2.2.2 图片拼接 对较大的显微构造切片图片进行必要的剪裁与拼接，将要拼接在一起的图片拖到Adobe Photoshop CS软件界面，再在界面上建立一个空白图层，对要拼接的图片进行剪切，然后转移到空白图层上，用编辑中的变换功能对图片进行变换，然后按Enter键确定，最后以JPEG格式保存。拼接后的示例图片如图3、图4所示。

图3 拼接前图片

图4 拼接后图片

2.3 制作电子画册复习资料

2.3.1 模板选择（1）目录模板选择：根据需要制作的显微粉末图片张数选择相应模板。（2）正文模板选择：根据每个类型的显微粉末图片个数不同，选择不同模板种类。

2.3.2 电子画册制作 （1）封面制作：选择合适的封面背景图片，插入；插入文本，编辑；插入装饰图片。如图5所示。

（2）封底制作：选择合适的封底背景，插入；插入文本，编辑。如图6所示。

图5 电子画册封面

图6 电子画册封底

（3）目录制作：将所选模版上的文字替换成所需文字，将图片换成与药用植物学相关的图片。如图7所示。

（4）正文制作：根据要插入的显微粉末图片选择背景图片，插入；插入所选模板；将模板上的图片替换，修改；根据替换后的图片对相应文字进行编辑（或插入文本进行编辑）；插入装饰图片。插入每一项时可设置“属性”中的“延时秒数”，设置完成后点击应用。如图8所示。

图7 电子画册目录

图8 电子画册正文

（5）插入音乐：进入“标准组件”栏，找到属性中“全局音乐”，添加所需要音乐文件，点击应用。

以上都完成确定后，点击“生成”按钮中“生产EXE杂志”，形成电子画册，供学生考试前复习使用。

2.4 构建网络试题库

2.4.1 需求分析与设计（1）修改图片图布大小，将拼接好的切片图片拖入Adobe Photoshop CS软件屏幕，选择“图像”功能中“图布大小”进行编辑。

（2）对图片进行画线处理：将图布修改完毕后的图片拖入“画图”工具屏幕，利用直线功能对图片中的特征部位进行标注前画线处理；利用多边形功能对图片中的特征部位整体进行圈注。

（3）对在图片上画的线进行对齐处理：将画线处理后的图片拖入Adobe Photoshop CS软件屏幕，让Adobe Photoshop CS软件的网格功能进行显示，用添加图层的方式对多出的线进行覆盖，使每张图片所画的线横坐标一致。

（4）对图片进行数字标记处理：将线对齐后的图片拖入Adobe Photoshop CS软件屏幕，用文字功能及移动功能对图片进行添加数字标记处理。

（5）图片纵坐标归一化：将数字标记处理后的图片拖入Adobe Photoshop CS软件屏幕，选择“图像”功能中“图像大小”对纵坐标进行编辑，均改为1600像素，使原图片进行等比例缩放。

（6）图片横坐标归一化：将数字标记处理后的图片拖入Adobe Photoshop CS软件屏幕，选择“图像”功能中“图像大小”对横坐标进行编辑，均改为800像素，使原图片进行等比例缩放。目的是为了考试管理中前台版面更规范，图片可以更快显示。

（7）业务流程分析：进入网络试题库时，参加考试学生需输入用户名、密码，系统读取学生数据，判断其是否有资格参加本次考试。随机抽取试题，并在卷面上显示考生姓名、学号、班级、专业、当前时间、已用时间、试卷号、所抽试题图（每张图片给出5～10个知识点）、填空题文本输入框（共10个，只需填写与所抽试题图相应的即可）、单选题选项（共4个备选答案）、单选题答案按钮（只需选择一个即可，选择本图片的植物构造名称）等信息。试题图在卷面左边显示，填空题文本输入框及单选题选项、单选题答案按钮在卷面右边显示。

学生开始答题，在填空题文本输入框中输入图片横线所指的相关内容，并选择图片右方单选题答案按钮。试卷回答完毕后点击提交按钮，系统结束，出现系统记录的本次考试用时，点击“请返回试题系统”，系统页面返至输入用户名、密码页面。

系统后台分为3个管理模块，即学生信息管理、试卷管理、考试管理，3个管理模块都包含增删改查功能。

（8）系统性能设计：本网络题库系统可同时供15名学生参加考试，即系统访问性能要求大于或等于15个并发访问。每访问反应时间小于1秒。

2.4.2 数据模型的建立 学生对象的属性包括学生ID、序号、专业、班级、学号、姓名、性别、出生日期、身份证号、民族、备注。学生对象方法包括增删改查操作。试卷对象的属性包括试卷ID、图片地址、试卷号、填空（1～10，共 10个）、单选选项（A、B、C、D）、单选答案以及备注。试卷对象的方法包括图片上传、试卷增删改查。考试对象包括考试ID、学生学号、学生姓名、试卷ID、试卷序号、开考时间、已用时间、考生填空题答案1～10、考生单选题答案以及考生成绩。考试对象方法包括增删改查。

2.4.3 代码实现 使用My Eclipse 8.0软件开发平台构建Web站点。利用Spring，Struts 2.0，Hibernate框架工具加快软件的开发和部署，分别对学生信息管理、试卷管理、考试管理进行模块设计和代码实现。利用Jsp作为前台显示页面，页面流转使用Struts的Action进行控制。前台页面与Action数据交换采用与数据模型对应的Form进行。Action需要的数据通过Service接口和Dao接口与数据库进行交互。学生信息管理在功能上实现了添加、删除、导入、导出、修改、查询、翻阅上下页及首页和尾页功能；试卷管理实现了添加、删除、导入、导出、修改、查询、翻阅上下页及首页和尾页功能；考试管理后台实现了批改试卷、删除、查询功能，前台实现了考生登录（信息输入完毕点击“开始考试”）、自动抽题、考生答题、提交试卷及提交后显示“请返回试题系统”提示页面等功能，考生答题页面可显示考生姓名、学号、专业、班级、当前时间、已用时间、总时长及试卷号。

（1）学生信息管理：具有管理权限的教师可以添加、导入所需学生信息，可以删除、修改不需要的学生信息；可以按学生姓名、学号查询所需学生信息。在学生信息全图页面有“翻阅上下页”及“首页”和“尾页”按钮，方便管理者管理、查看。

（2）试卷管理：管理者可以添加、导入所需试卷信息，可以修改题图对应的试卷信息，可以删除不需要的试卷信息，可以根据单选题答案查询所需试卷信息；在试卷管理全图页面有“翻阅上下页”及“首页”和“尾页”按钮，方便管理者管理、查看。

（3）考试管理：后台系统中可自动批改试卷并显示对错，提供教师添加分数的文本框；管理者可以删除不需要的信息，可以根据考生姓名或学号查找所需考生试卷信息；在其全图页面有“翻阅上下页”及“首页”和“尾页”按钮，方便管理者管理、查看。前台中参加考试的学生需在首页填写正确的姓名、学号信息，点击“开始考试（K）”按钮方可进入答题页面。试题是系统随机抽取的，可支持15名学生同时访问。在答题完毕前30秒时有提示窗口；回答完毕，点击“提交试卷”按钮后显示提示页面（如超过总时长，则系统自动提交），告知之后事项。

目前以上功能全部实现，并已导入学生信息147条，试卷信息33条，模拟考试信息10条。经验证，系统性能达到设计要求。

2.5 构建药用植物学显微实验自主学习平台

将前期制作的电子画册和构建的网络试题库结合，构成显微实验自主学习平台的两部分内容。

2.5.1 药用植物学显微实验自主学习平台首页及电子画册下载链接 电子画册下载链接放在药用植物学显微实验自主学习平台首页左下角，供学生下载；进入后台管理及开始考试的文本框放在首页中央，方便考试的学生及后台管理者进入所需程序；为了美观，插入背景图片。

2.5.2 后台管理 电子画册、学生信息管理、试卷管理以及考试管理，均有后台管理系统。

2.5.3 插入音乐在药用植物学显微实验自主学习平台首页及后台管理页面插入音乐，使用户可以更愉快地工作。

基于上述功能，利用CAI技术初步构建了药用植物学显微实验自主学习平台。

3 讨论

3.1 实验材料选择

针对显微实验教学内容特点，为了避免考试中由于实验材料不规范造成主观判断失误的情况，要求选择特征鲜明的基础材料。

3.2 电子画册制作条件选择

电子画册中的图片是各药材粉末及新鲜药材显微特征图，应根据各显微特征图类型的颜色选择相应背景图、装饰及模板等，使其清晰展示显微特征。

3.3 网络试题库设计

建立网络试题库时应充分考虑各种情况。试题库的构建可保证管理者轻松管理各类信息；参加考试的学生可轻松进入考试页面，实现随机选题及答题；同时可以实现自动阅卷，教师轻松给出考生所答试卷相应成绩。总之，该题库具有直观化、形象化及规范化特点，不但可应用于学生的实验考核，而且也可借助图书馆资源实现网上随机复习。

3.4 药用植物学显微实验自主学习平台特点

该平台包括学生复习和考试两部分内容，具有直观性、可视性强的特点，易于学生操作，运行该平台将大幅度提高学生学习显微实验的兴趣及效率。

[1]杨春澍.药用植物学[M].上海：上海科学技术出版社，1999.

[2]尹海波，王冰，许亮，等.药用植物学CAI教学中多媒体课件的制作和体会[J].辽宁中医药大学学报，2011，13（4）：153-154.■