“大数据”在《植物病原学》课程实践教学中的应用

刘朝茂，杨斌，赵长林，韩长志

（西南林业大学 生物多样性保护学院，云南 昆明）

一 引言

《植物病原学》是高等农林院校或综合院校植物保护、园林植物保护、森林保护、林学等本科专业的基础课程，是林木病理学、普通植物病理学、分子植物病理学的先修课程，该课程需要进行大量的实践教学，包括野外实习及课程实践教学[1-5]。因此，实践教学是该门课程的重要环节，通过实践教学可以让学生更好地掌握植物病害症状和病原物的主要鉴别特征、发病规律及其防治措施，从而才能让学生巩固和理解课堂所学知识，培养学生独立思考、独立工作的能力，培养学生养成求真务实、认真思考、严谨踏实的科学态度[6-7]。随着科技的飞速发展和不断进步，在大数据背景下，5G移动网络以及人工智能等新技术不断涌现出来，不仅给人们的生产生活带来便利之处，还影响着教育方式与学习方式，从而满足现代学生发展需要[8-9]。传统的实践教学方式已经无法满足实践教学的需求，需要探索新的、更具创新性和吸引力的实践教学方式，本研究在前期研究的基础上，应用“互联网+”“大数据平台”“智慧手机APP”“人工智能”等[10]新型实践教学手段融入到《植物病原学》课程的教学过程中，探索其在整个教学过程中的作用及成效，为更好地建设《植物病原学》课程提供一定的理论依据及实践经验。

二 《植物病原学》课程实践教学存在的问题

（一） 实践教学形式单一

目前主要采用的《植物病原学》实践教学形式主要是教师讲授理论后，学生通过观察一些简单的实验后再绘图的过程。学生都是观看老师给出的固定标本，缺乏主动思考和探索创新的意识，这种实践教学形式不利于培养学生发现问题和解决问题的能力，同时也限制了学生独立思考和探索创新的积极性和主动性，不利于《植物病原学》教学的发展。

（二） 实践教学课时有限

《植物病原学》目前的时间教学课时一般为32学时，按照每个实验课4个学时计算，也就是只能开展8次实验教学，而理论课程的教学内容远远不能仅仅通过8次实验课程得到巩固和加强，学生要想通过短短的8次实验课达到彻底巩固和了解理论课程所学内容几乎不可能，这只能让学生初步了解该课程的基本实践操作、进行简单的病原物识别。要想通过实践教学环节培养学生独立思考和动手的能力，综合认知植物病原的病症、发病规律、病害循环、分离鉴定及防治措施等过程，则需要大大增加实践教学环节的课时数，或者利用“互联网+”“大数据”等现代的科技手段，让学生可以自主学习。

（三） 实践教学考核形式单一

传统的《植物病原学》实践考核方式主要是学生撰写实习报告和简单的植物病害标本鉴定，学生对学生学习成效的判断仅仅只能通过实验报告进行判断，长此以往，不能客观全面地反映学生对所学知识的掌握程度，单一的考核形式也不能激发学生学习的热情和主动性。考核结果也难以对学生做出综合性评价。

（四） 运用现代教学手段不足

随着科技的不断进步，智能手机、大数据、互联网等新兴技术不断涌现，如何有效地将这些现代教学手段和设备融入到《植物病原学》实践教学环节中，让学生能够利用这些现代教学手段更好地学习病原物及微生物的形态特征，激发学生的学习热情和主动性，提高教学质量和学生培养质量。

室内实验材料大多由教师准备，不利于学生综合实践能力的提升我校《植物病原学》室内实验是由相关任课教师提供实验菌物标本、破片等材料，这些实验材料都是已经制作好的标本，部分室内实验标本材料由于时间过长，特征不明显，导致学生室内实验所观察到的特征与野外实习采集到的标本不一致。同时，室内实验过多地让学生观察标本，而忽略了注重培养学生制作标本的能力，不利于学生综合能力的培养。

（五） 实践教学资源有限

目前我校《植物病原学》可供使用的实践教学资源非常有限，部分标本材料时间长，数量不能满足现有班级学生进行正常的教学实践使用，而且部分标本材料过于陈旧，病原的特征不明显，不利于很好地掌握和固定理论知识，达不到《植物病原学》的实践教学目标。

三 《植物病原学》课程实践教学改革的措施

（一） 基于“大数据平台”开展实践教学

为了解决《植物病原学》实践教学资源不足的问题，本研究采用互联网、大数据、AI、物联网等技术搭建了林业有害生物智能空间大数据平台，成为连接教师、学生、林农和林地的平台。林农、学生可随时将野外采集的病害图像信息上传至平台，经过专家审核和鉴定后成为平台数字标本，极大扩充了实践教学数字标本资源，有效解决标本资源不足问题。平台内的相关科研专家通过手机APP便能接收任何一名学生或林农关于植物病害鉴定等相关的提问，并通过解答自动回传至学生手机，有效解决了实践教学指导教师资源不足；林业有害生物智能空间大数据平台支持接入全国范围内物联网设备，能将有害生物图像、视频实时传入平台，扩大学生了解不同区域、不同地块有害生物信息，弥补实践教学资源不足的问题。

（二） 创新实践教学组织模式

利用自主开发的大数据平台，改变传统实践教学组织模式，通过智能手机形成线上线下结合的实践教学组织模式，突破传统时间和空间限制，学生能随时学，教师能随时教；本平台有智能识别模式，学生和林农能通过智能识别获取病害种类、防控技术、农资农药相关知识，在实践教学中形成教师指导和机器协助结合的教学模式。

（三） 创新育人模式

在传统实践教学的基础上，结合现代信息技术，形成科技育人、服务育人、创新创业育人一体的育人新模式。信息技术应用于实践教学，让传统专业经现代技术赋能变得高大上，提高了学习兴趣和积极性，形成科技育人模式；本成果将教学和创新创业融合起来，教师和学生在教学及解决林生产需求过程中，不断创新知识技术，看到商机，激发创业热情，形成创新创业育人模式；本成果将教学和服务结合起来，学生一边学习，一边利用所学知识服务林农，教师不断指导学生服务林农，学生从林农急切病虫问题咨询中、从严重病虫图片中看到森林保护专业对守护绿水青山、促进林业产业发展和林农增收的重要意义，立志努力学习，做一名合格的林业卫士，在服务林农过程中受到来自政府部门、林农和媒体的肯定，更加坚定学用结合，形成服务育人模式。

图1 大数据平台应用于实践教学示意图

（四） 创新实践教学评价体系

《植物病原学》实践教学最重要的就是如何对学生的学习效果进行考核评价，传统的考核方式仅通过实验报告的形式体现，比较单一，并且在完成实验报告的过程中会出现相互抄袭的现象，仅通过实验报告很难真实反映学生学习的效果。因此，本研究在传统评价标准的基础上，对学生整个教学实践环节进行综合评价，实验报告批改后及时返还到学生手中，让学生及时进行改正；实践教学中增加学生采集标本鉴定并进行标本制作等内容，最大限度地激发学生的探索创新能力；实习等的鉴定考核以学生汇报鉴定结果为主，考核学生PPT制作、语言表达等综合能力；运用大数据智能空间平台，让学生线上解答农户提出的问题，做到学以致用，教师对学生解答结果的正确性进行最终评判。

四 “大数据平台”在《植物病原学》课程实践教学改革中的成效

（一） 教学实践成效显著

通过实践教学活动中开展学生标本采集、鉴定、分离培养、标本制作及在大数据平台解答农户的提问等过程，让学生了解如何对引起植物病害的病原物进行鉴定、分离培养等过程，充分激发了学生学习的积极性和主动性，增强了学生的实践能力、创新力、动手能力和自信心，《植物病原学》实践教学成效显著。

（二） 专业建设水平提高

通过将“大数据平台”应用于《植物病原学》实践教学促进专业建设水平的提高。以林业有害生物智能空间大数据平台为基础建成林业有害生物综合实践教学虚拟仿真平台1个；学生与教师合作依托本成果及开发的平台参加了各类创新创业大赛和社会实践，获得第五届全国互联网+大学生创新创业大赛银奖、第六届“创青春”创新创业大赛银奖等国家级奖励或表彰4项，获第四届云南省互联网+大学生创新创业大赛省部级奖励或表彰12项，获第九届“挑战杯”云南省大学生创业计划竞赛金奖2项，学生各方面综合素质显著提高。相关成果支撑了专业建设水平的提高。我校森林保护专业由2018年云南省专业评估C级水平提高到B级水平，达到国内一流。植物保护专业由C级水平提高到C+级水平。

（三） 学生培养质量显著提高

通过将“大数据平台”应用于《植物病原学》专业课程实践教学，一方面提升了本专业教学现代化水平，另一方面学生通过平台了解到林业有害生物的危害性，促进学生立志成为合格森林医生，在学生中形成比学赶超的良好氛围。学生利用手机解决全国各地林农有害生物问题中巩固和创新知识，取得良好学习效果。在学生中形成了良好的学习习惯和氛围，学生培养质量显著提高，近六年森林保护和植物保护专业考取研究生人数逐年攀升，升学率稳步提高，2016～2021年的六年间，植物保护专业升学率从35.29%上升到51.52%，共计增加了16.23个百分点，平均每年增加2.7个百分点；森林保护专业升学率从11.11%上升到68%，共计增加56.89个百分点，平均每年增加9.5个百分点（表1）。两个专业本科生学生升学率居云南省前列。另外，考上外校研究生人数及比例均有所突破，以往学院本科生中能够考上外校研究生的人数屈指可数，每年最多1～2个，近3年内，植物保护、森林保护专业平均每年可达到11.3个，考上外校研究生人数占考上研究生人数的比例突破30%，其中2021年最高达到38.24%（表2）。

表1 学院植物保护、森林保护专业近6年学生考研情况统计表

表2 植物保护、森林保护专业近3年考上省内外重点院校研究生统计表

（四） 实践教学资源和科研数据资源快速汇聚

将大数据应用于实践教学后，并将教学与服务林农有机结合实现了教学资源和科技资源的快速增加，几年来，新增有害生物数字标本43954张，数字标本覆盖云南省16个州市110个县，全国18个省区，林业有害生物发生的种类、位置、时间、面积等信息31万多条；师生共同解答林农有害生物问题3万多个，为林农提供查询、智能识别8万多次，在线林农超过4万人，林农病害问题得到及时有效解决，为经济林所在地扶贫攻坚作出一定贡献，同时也树立了我校大学生创新创业教育的榜样。