手机APP在生态学课程教学中的应用

李钰　李斌　蔡进　蒲海霞　陈帅

摘 要：随着全球气候变化趋势的加剧，《巴黎协定》各缔约国纷纷制定了“碳中和”战略，我国作为世界最大的能源消费国和碳排放国，实现碳中和目标任重道远;2021年联合国《生物多样性公约》缔约方大会第十五次会议（COP15）在昆明举行。在当前时代背景下，生态环境保护实践和生态学理论研究倍受各界重视，高校生态学课程的教学也急需不断改革创新。传统生态学课程的教学方式比较单一化，以课堂理论教学为主，以野外调研为辅，学生的主动认知仍然不够。手机APP功能的不断完善，尤其是植物识别APP的推陈出新和不断升级，给生态学专业学生的学习提供了新的视角和便捷的途径，比如微信识物、花伴侣、植物智等APP。学生通过在生活中使用手机APP进行物种的识别和生物多样性的计算，巩固课堂理论知识的学习，促进对生物多样性和碳循环的直观感受。生态学课程教学方式的改革创新可以培养出更加优秀的专业人才，为我国的生物多样性保护行动提供源源不断的智慧力量。

关键词：生态学 手机APP 植物种类 教学改革

1 生态学课程教学改革背景

碳达峰、碳中和目标是党中央、国务院做出的重大战略决策，是以绿色低碳发展为核心的生态文明建设，是中国人民追求更美好生活的新期待，也是中国进入新发展阶段实现高质量发展、创新发展、可持续发展的内在需求。作为世界最大的能源消费国和碳排放国，要在2060年实现碳中和的目标，就需要政府、企业、个人等社会各界共同参与进来。作为人才培养基地的高等院校，其生态学课程的教育教学也必须与国家的碳中和发展道路紧密结合起来，因为生态学是研究生物与生物之间，生物与环境之间相互关系的一门应用性和实践性非常强的学科，是专门研究气候变化与碳循环的学科。

生态学和生态文明关系密切，是生态文明建设的重要理论基础，在构建生态文明社会中具有不可或缺的作用。生态学属于自然科学，生态文明则是人类社会物质和精神的总和，属于文化伦理形态[1]。生态学是农林类和环境类专业的主干课程，是一门以理论与实践相结合的学科[2]。生态学有悠久的发展历史和广泛的研究对象。基础生态学内容包括个体生态学、种群生态学、群落生态学、生态系统生态学，关注的目标越来越广泛。其中，群落生态学中的生物多样性一节和生态系统生态学中的碳循环是重点内容，因为碳中和战略和生物多样性保护是在全球气候变化和生物多样性丧失的背景下，各个国家必须重视起来并付诸行动。我们国家作为能源消费大国、碳排放大国和生物多样性大国，尤其重视生态环境保护行动和生态学理论研究[3]。作为理论基础的生态学课程也比任何时期都要被重视。为了不断提升生态学课程教学效果和提升生态学专业学生的专业能力，生态学课程的教学改革刻不容缓。

2 生态学课程教学现状

目前生态学课程的理论教学手段形式单一化，在教学过程中存在对种群、群落、生态系统的描述较为抽象、物种难以辨认等问题，难以激发学生的学习热情，所学习的理论知识与实践相脱离[4]。單纯的课堂理论教学方式往往信息量大、速度较快，学生存在所学知识记忆不全、对所讲内容的系统性把握不好等问题，从而影响了学习的效果。教学方式以理论讲授为主，如文字描述或者多媒体展示等传统教学方式，知识的被动灌输造成学生缺乏主动思考，仍然与中学时期的学习状态类似，而大学生还需要培养的是发现问题、思考问题和解决问题的能力，这就要求老师必须发挥一定的启发作用，引导学生进行自发的学习活动[5]。因此，通过理论与实践相结合，让学生观察身边的动植物是非常便捷有效的实验教学方式，可巩固理论课所学的知识。此外，采集和制作植物标本也是巩固理论课知识的另一种途径。随着手机APP的质量不断提高、功能不断丰富、应用更加便捷，使其可作为一个较好的学习辅助工具应用到实践教学中去，发挥引导学生主动学习的作用。比如近几年推出的微信识物功能、花伴侣、植物智等，均可以识别植物，甚至动物的种类，这为学生主动参与生态学知识的学习提供了一个便捷的途径。

3 生态学课程教学改革措施

3.1 改革措施总体介绍

手机是当代所有大学生都具备的通讯工具，随着手机不断更新换代，各种APP不断出现，功能越来越全面，满足了用户的各类需求。其中对动植物的识别也是热爱大自然或者从事相关专业研究人员用到的功能，因而手机辅助教学具有较强的可行性和必要性[6]。目前，有众多手机APP可用于识别动植物种类，并且准确度越来越高，如微信识物功能、花伴侣、标本伴侣、苔藓伴侣、晓草APP、植物智等智能识别软件。微信是手机用户使用最普遍的软件之一，其中的扫描识物功能面向所有的微信用户，使用简单快捷，基本可以识别大部分的植物种类，是比较普遍、大众化的物种识别软件。花伴侣软件是由中国科学院植物科学数据中心运用植物数据中心的彩色照片和物种信息等数据，研发出的可识别5000余种植物的一款比较专业化的软件。标本伴侣、苔藓伴侣、晓草APP、植物智等分别针对不同类群的植物进行识别，这些软件单独或组合运用足以满足学生识别日常生活中常见植物种类的需求。另外，中国生物志库（https：//species.sciencereading.cn/biology/v/biologicalIndex/122.html）、中国植物志（http：//www.iplant.cn/frps2019/）、中国国家标本资源平台（http：//www.nsii.org.cn/2017/home.php）、中国数字植物标本馆（https：//www.cvh.ac.cn/）、中国动物主题数据库（http：//zoology.especies.cn/）等网站有详细的动植物种的性状、系统发育、分布地等信息可供查询使用，这些数据资料的获取可以为学生详细了解身边的动植物提供途径，有兴趣的学生可以根据资料开展基础的科学研究，锻炼简单的科研能力，为未来的科研学习打基础。

基于以上资源，老师可以给学生布置课外作业，要求学生识别校园里的几种植物，并描述其关键信息，并在课堂上向大家展示，然后学生之间互相打分，作为一项平时成绩。这样既可以督促学生用心去观察身边的动植物，还可以通过互相之间的分享，让每个人认识常见的动植物种类，建立起对生物多样性的主观印象。另外，学生学习完生物多样性一节内容后，可以识别校园的动植物种类，记录每个物种的数量，计算校园内或某个区域内的各种生物多样性指数，并查阅当地的生物多样性资料，对比生物多样性的大小，可以作为校园绿化的数据支持，从而达到自主学习目的，也让学生独立完成一个解决问题的过程，达到理论到实践、实践反哺于理论的效果。

3.2 教学改革实践方法

生态学课程课堂教学讲授到种群和生物多样性内容时，老师课前提早给学生布置在校园内选择感兴趣的动植物并拍摄、识别的作业，即用各种手机APP进行物种识别，对比不同APP的识别结果，以比较不同APP识别动植物结果的可靠性，给学生充足的时间完成作业。学生收到老师布置的作业，在课余时间寻找自己感兴趣的动植物，用各种手机APP进行识别并拍摄照片，然后在网站上查询物种的详细信息，用 Word 文件形式整理信息，并附上所拍摄的照片及拍摄时间、地点和作者。老师课堂上讲授完种群和生物多样性部分的理论知识后，学生展示自己的作业成果，向大家做讲解，通过互相打分，作为此次作业的分数，并向老师提交自己的电子版作业。

生态学理论课程教学时长为一个学期，持续四个月，在这期间植物会经历不同的生活史阶段，其物候期会发生变化，植物外在形态也截然不同，老师可以让学生每隔半个月或者一个月时间拍摄同一种植物的照片，按照时间顺序整理并进行对比，观察植物特征的变化，学生可以切身、直观地感受植物生长过程的变化[7]。另外，让学生观察动植物种所在地的环境条件，了解其对环境的适应特征，回忆实际中动植物的表现与课堂所学知识中的哪些知识相关。从而熟悉和加深对动植物的习性和生物学特性的理解，实现对关键知识点的全面、深入理解与掌握。

需要注意的是，拍摄动植物照片与普通照片的拍摄方法存在差异，老师可以提醒学生提前自学或者向专业人士请教拍摄动植物照片的方法，从而拍出更加专业、有价值的照片，不仅在课堂上可以向大家展示、分享，还可以整理成册，用于动植物图库的建设，甚至用于科学研究。在用手机拍摄动植物生态学照片过程中，存在一些问题值得关注。可能不同的手机APP对同一个动植物种的识别结果不同，这种情况可以对动植物拍照然后由老师判断其种类，进而可以对比出不同APP之间的准确性，之后可以向APP反映识别错误的结果，以促进其进一步优化、更新。此外，在拍摄并识别动植物种时需要提醒学生注意对有毒或易引发过敏的动植物种的防范，对这类动植物种，应避免用手直接触碰[8]。

4 教学改革的优势

与传统的生态学课程教学方式相比，通过手机APP识别日常生活中不认识的动植物，能够促进学生对理论知识的掌握与实践应用，激发学习热情，提升学生思考问题、解决问题的能力，培养学生的基础科研能力，具有多方面的教学优势。另外，手机是学生必备的通讯工具，随时随身携带，识别动植物种快捷、高效，而各种专业资源网站公开、免费，可以查询到详细的动植物种的信息，有助于加深学生对理论知识的理解，拓展专业知识，提升综合素质。

4.1 提升学生理论知识掌握水平

虽然在课堂教学过程中，老师会向学生展示一些动植物种的图片，但是图片与实际的动植物在颜色与大小上往往有差异，尤其是植物花的味道是其一个重要的性状，但是课堂上无法展示[9]。对动植物进行拍照并用手机APP识别，可以进行近距离、多方位、多生活史阶段的全面观察，有利于为学生提供直观、感性的认识，提高学生对动植物种类的识别能力。与野外考察等传统实践方式相比，寻找并识别日常生活中的动植物种对时间、环境和地点的要求较少，操作简单、耗时较少，具有较高的可行性和灵活度，对学生和教师双方而言均为极其便捷的教学形式。

4.2 提高学生学习主观能动性

由于时间限制和疫情的影响，组织学生开展生态学野外实习工作比较困难，而生态学课程又是一门与现实中大自然紧密联系的课程，纯理论学习枯燥且脱离实际，达不到很好的教学效果。在这一背景下，学生通过自己发现动植物，利用手机APP进行物种识别，查询动植物种的详细资料，在课堂上汇报、分享和讨论，通过互相评分得出成绩，无疑是一种很好的理论联系实际的方式，能较大提高学生对动植物种的熟悉程度及识别能力。这种学习方式可以使学生能主动参与到学习过程中，并获得直观体验，激发科学研究的灵感和兴趣，从而充分发挥学生在学习过程中的主观能动性[10]。

4.3 丰富教学内容，开拓学生视野

教材的更新速度较慢，近年的科学研究结果不能在其中得到充分体现，导致学生所学知识仍然是多年前的研究结果，学习内容单调且滞后。学生利用互联网浏览相关的专业网站，可以及时了解科学研究动态，拓宽专业视野。在信息时代，教学的目的已经不再是简单地给学生讲授教材上的内容，更重要的是如何教会学生自主学习，掌握学习的主动权，养成自主学习的习惯，实现自我发展。

5 结语

在国家实施“碳中和”战略的时代背景下，作为讲授生物多样性和碳循环的课程，生态学课程教学的重要性进一步凸显。生态学是一门内容非常丰富的课程，理论教学与实践教学必须紧密结合。在传统课堂教学的基础上，结合手机APP，让学生对日常生活中的动植物进行拍摄并识别，查询物种详细资料，在课堂进行汇报、分享和交流，可以提升学生对理论知识的掌握水平、激发学生的学习和科研兴趣，提高学生学习积极性，为疫情时期的野外实践提供了新的途径，是一种极具优势的新型教学方式。

资助项目：重庆工商大学教育教改研究项目，项目编号：212049。

参考文献：

[1] 李红琴. 生态文明背景下的高等师范院校生态学的教学改革. 科技视界， 2021（09）： 23-24.

[2] 邹继颖，刘辉，董春欣，陈立波，沈士彬，翦英红，孙艳，李万海. 新工科视阈下环境科学专业课教学融合课程思政的改革与实践——以《生态学》为例. 吉林化工学院学报， 2021， 38（06）： 10-13.

[3] 郭得锋，杨凤叶，胡卫星. 碳中和背景下能动专业的教学改革. 决策探索（中）， 2020， 12： 95.

[4] 艾尼瓦爾·吐米尔，袁祯燕，吴卫. 生物科学专业生态学实践教学体系的改革与探索. 吉林省教育学院学报， 2021， 37（07）： 105-108.

[5] 孙丙华.生态学创新型人才培养实践教学体系研究. 南宁师范大学学报（自然科学版）， 2021， 38（02）： 166-170.

[6] 李霞. 浅谈手机APP在《机械制造基础》课堂教学中的应用. 内燃机与配件， 2021， 19： 243-244.

[7] 李超越，刘韩天，林涛，缪展鹏，玛青. 浙江省山茱萸花序发育及花芽分化物候期的观察研究. 农村经济与科技， 2021， 32（14）： 47-49.

[8] 闫路娜. 野外实习应警惕植物“杀手”.生物学通报， 2012， 47（04）： 4-6.

[9] 孙缘缘，曹夕佳，纪雯涓，顾亭亭，李诗雨，何祝清. 手机拍摄昆虫生态照片在昆虫学教学改革中的应用. 高校生物学教学研究， 2021， 11（02）： 32-36.

[10] 刘春扬，柯采茶，刘云路. 基于手机辅助教学的混合式教学模式在公共基础课的研究与实践——以医用高等数学课程为例. 大学， 2021（31）： 73-75.