摘要：數(shù)字圖像技術(shù)是一項(xiàng)現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)技術(shù)，在很多領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。我們首先簡(jiǎn)要介紹了數(shù)字圖像技術(shù)的基本內(nèi)容，然后簡(jiǎn)述了本校本科生物專(zhuān)業(yè)植物學(xué)教學(xué)中引入數(shù)字圖像技術(shù)開(kāi)展教學(xué)的幾個(gè)案例，并對(duì)數(shù)字圖像技術(shù)在教學(xué)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)和缺陷進(jìn)行了分析，并探索了發(fā)揮這些優(yōu)勢(shì)以及消除缺陷的方法，為建設(shè)數(shù)字化的高校生物教學(xué)提出了一些設(shè)想。

關(guān)鍵詞：高校教育計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像技術(shù)植物學(xué)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，越來(lái)越多的數(shù)字技術(shù)和軟件被應(yīng)用到教學(xué)，特別是高等學(xué)校教學(xué)中[1]。為了緊跟時(shí)代的步伐，培養(yǎng)更多高素質(zhì)的人才，我們教師隊(duì)伍需要不斷探索利用這些數(shù)字技術(shù)去解決教學(xué)和研究中所遇到的問(wèn)題，提高教學(xué)的效率和水平。

植物學(xué)在很多高等院校生物專(zhuān)業(yè)內(nèi)是一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，現(xiàn)代教學(xué)中植物學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容通常包含植物的結(jié)構(gòu)解剖和植物的系統(tǒng)分類(lèi)兩大部分[2、3]。由于現(xiàn)實(shí)中植物是三維實(shí)體，無(wú)論是植物的解剖結(jié)構(gòu)還是分類(lèi)都需要涉及到對(duì)植物多個(gè)結(jié)構(gòu)層次多角度的觀察和對(duì)比，然而由于教學(xué)條件和教學(xué)時(shí)間的限制，課堂上教師通常很難采用植物實(shí)體來(lái)直觀而清楚地講解相關(guān)知識(shí)，這就可能造成學(xué)生對(duì)很多知識(shí)的理解和學(xué)習(xí)出現(xiàn)困難[3]。這些年來(lái)計(jì)算機(jī)已經(jīng)相當(dāng)普及，成為課堂教學(xué)的一個(gè)基本工具，而計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像技術(shù)也比較成熟，很多相關(guān)的軟件也能被普通人所使用[4]。在我校的植物教學(xué)活動(dòng)中，通過(guò)運(yùn)用幾項(xiàng)數(shù)字圖像技術(shù)，我們克服了上述教學(xué)過(guò)程中所遇到的困難，并且初步建立了一套全新的數(shù)字教學(xué)方法，現(xiàn)就一些具體實(shí)踐情況進(jìn)行總結(jié)分析，以期與相關(guān)教師共同探討。

一、現(xiàn)代數(shù)字圖像技術(shù)簡(jiǎn)介

數(shù)字圖像技術(shù)又稱(chēng)計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)，包括計(jì)算機(jī)圖像生成技術(shù)和圖像處理技術(shù)兩方面內(nèi)容。前者是通過(guò)計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)生成所需要的二維或三維圖形的過(guò)程，后者是將輸入的圖像信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)然后利用計(jì)算機(jī)加以處理的過(guò)程。這兩種技術(shù)都起始于上世紀(jì)中期，到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展出了豐富的內(nèi)容，包含很多的方法。

計(jì)算機(jī)圖像生成技術(shù)常用的方法有二維圖形繪制、二維圖形構(gòu)造、三維數(shù)據(jù)采集、三維圖形重構(gòu)、三維圖形構(gòu)造等，常用的軟件包括Coreldraw、AutoCAD、3dmax、Maya、Matlab等。計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)常用方法包括圖像變換、圖像編碼壓縮、圖像增強(qiáng)與復(fù)原、圖像分割、圖像描述與圖像識(shí)別等，常用的軟件一般有Photoshop、Matlab等[5]。

計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)已經(jīng)在生活中的很多地方得到了應(yīng)用，例如娛樂(lè)休閑中的電影特效制作、電子游戲模型生成、視頻錄制與播放等；衣食住行中的服裝數(shù)字化設(shè)計(jì)、室內(nèi)裝飾設(shè)計(jì)、視頻安全監(jiān)控等。

二、在植物學(xué)教學(xué)中運(yùn)用數(shù)字圖像技術(shù)的典型教學(xué)案例

（一）植物各層次結(jié)構(gòu)的清晰呈現(xiàn)

在植物根、莖的次生結(jié)構(gòu)講解內(nèi)容中，植物的次生生長(zhǎng)過(guò)程是重點(diǎn)也是難點(diǎn)，其中植物細(xì)胞不同的分裂方式以及這些方式在次生生長(zhǎng)中造成的不同結(jié)果等知識(shí)對(duì)學(xué)生而言不易理解，老師通常需要反復(fù)講解強(qiáng)調(diào)才能使學(xué)生記住這些知識(shí)點(diǎn)。為了讓學(xué)生更快更好的理解這些知識(shí)，我們用3dmax軟件做出了植物細(xì)胞的立體模型，并制作了細(xì)胞按不同方式分裂的動(dòng)畫(huà)，然后將最終分裂的結(jié)果對(duì)應(yīng)到組織器官層次展示出根或莖的宏觀變化，并配以擬人的卡通形象最終做成幻燈片或Flash。在課堂中，我們向?qū)W生播放我們的結(jié)果，只需要配以少量的講解，學(xué)生就能清楚整個(gè)植物次生生長(zhǎng)過(guò)程，并能聯(lián)系微觀和宏觀結(jié)構(gòu)。

又在植物繁殖結(jié)構(gòu)章節(jié)的講解中，我們發(fā)現(xiàn)雌蕊結(jié)構(gòu)部分的胎座類(lèi)型按通常的講解很難被學(xué)生所接受，即使學(xué)生接受了也很難做到真正理解，遇到具體實(shí)物稍有變型就無(wú)法判別。為什么會(huì)有這樣的情況，我們通過(guò)與學(xué)生的交流了解到：一方面學(xué)生很難將書(shū)本上描述胎座的子房切面圖與真實(shí)子房的三維結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)起來(lái)，另一方面這些胎座類(lèi)型之間的關(guān)聯(lián)和差別不易弄清。為了幫助學(xué)生克服這一困難，我們首先使用3dmax軟件建立了多種子房的立體模型，通過(guò)在模型上添加橫向剖面和縱向剖面，直觀地將胎座類(lèi)型與整個(gè)子房結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來(lái)；

（二）植物物種多視角對(duì)比無(wú)時(shí)空限制

傳統(tǒng)植物分類(lèi)學(xué)的內(nèi)容的教授方式一般為形態(tài)特征文字描述和代表物種圖片展示，由于文字的抽象性，加上圖片不能展示植物的全貌，學(xué)生們不易將文字特征與實(shí)物特征聯(lián)系起來(lái)，導(dǎo)致不少學(xué)生即使能夠記住很多分類(lèi)學(xué)知識(shí)，但是在實(shí)際植物識(shí)別中無(wú)法準(zhǔn)確運(yùn)用。我們?cè)谥参锵到y(tǒng)分類(lèi)的教學(xué)中借助了數(shù)字三維成像技術(shù)，首先通過(guò)數(shù)碼錄像設(shè)備和體視顯微鏡對(duì)植物個(gè)體或關(guān)鍵識(shí)別器官進(jìn)行多角度拍攝，再結(jié)合三維重構(gòu)軟件對(duì)拍攝的數(shù)碼圖片進(jìn)行處理并重構(gòu)為三維圖像并保存為通用文件格式。拍攝的植物材料選取教學(xué)科屬中的代表種活體植株，采集地和采集時(shí)間不受限制，并且可隨教學(xué)的開(kāi)展不斷收集擴(kuò)充。將所有拍攝處理后得到的三維文件按照書(shū)本上主流的分類(lèi)系統(tǒng)建立文件系統(tǒng)，然后在課堂上運(yùn)用三維互動(dòng)操作軟件進(jìn)行展示，并讓學(xué)生積極參與，多角度觀察數(shù)字材料掌握植物的分類(lèi)知識(shí)和技巧。通過(guò)此方法的初步使用，不僅增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)植物的識(shí)別能力而且減輕了教師每次上課前準(zhǔn)備演示實(shí)體材料的負(fù)擔(dān)。

三、數(shù)字圖像技術(shù)在植物學(xué)教學(xué)中具有的優(yōu)勢(shì)和缺陷

（一）多視角與多層次

數(shù)字圖像技術(shù)通過(guò)對(duì)實(shí)物圖片的處理或者人工建模技術(shù)能夠較好地還原實(shí)物的三維特性，在植物學(xué)教學(xué)中就可以將植物材料立體地展示出來(lái)，從而讓學(xué)生從多個(gè)角度觀察和分析材料，傳遞圖片所不能給出的信息。另外數(shù)字圖像技術(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件能夠?qū)⒅参矬w不同層次如：細(xì)胞、組織、器官、個(gè)體的形態(tài)結(jié)構(gòu)展示在同一界面，幫助學(xué)生全面地認(rèn)識(shí)植物結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的由來(lái)，這是一般的文字講述很難做到的。

（二）充分利用多媒體設(shè)備

我們采用的每一項(xiàng)數(shù)字圖像技術(shù)均需要用到計(jì)算機(jī)軟件，其中三維圖像軟件要求計(jì)算機(jī)具有較高的內(nèi)存和運(yùn)算速度，這一點(diǎn)能夠充分發(fā)揮現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)。另外有幾項(xiàng)數(shù)字圖像技術(shù)需要采用數(shù)碼相機(jī)和數(shù)字顯微鏡收集實(shí)物素材，而這兩大設(shè)備在現(xiàn)代生物教學(xué)中已比較普及，我們可以任何季節(jié)對(duì)目標(biāo)植物的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)和繁殖結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行圖像采集。

（三）對(duì)教師帶來(lái)較大的挑戰(zhàn)

雖然植物學(xué)教學(xué)中所使用的數(shù)字圖像技術(shù)并不要求教師對(duì)圖像處理技術(shù)有很深的了解，但是掌握幾種圖像軟件的基本操作是必須的。而對(duì)于一般的生物學(xué)教師而言，由于我們以前很少有機(jī)會(huì)接觸這些圖像軟件，而且計(jì)算機(jī)軟件基礎(chǔ)相對(duì)其他理工科專(zhuān)業(yè)教師偏弱，所以要想將這種技術(shù)熟練而深入地運(yùn)用到植物學(xué)教學(xué)中，還需要我們自身多進(jìn)行相關(guān)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，在有條件的情況下與其他學(xué)院或其他學(xué)校老師合作進(jìn)行討論學(xué)習(xí)。

四、數(shù)字圖像技術(shù)在植物教學(xué)中的展望

數(shù)字圖像技術(shù)是當(dāng)前比較流行的一類(lèi)計(jì)算機(jī)技術(shù)，其應(yīng)用價(jià)值很大，當(dāng)然掌握難度也不小。在我們的教學(xué)過(guò)程中，需要不斷加強(qiáng)對(duì)教師軟件技能的培訓(xùn)，另外還需根據(jù)教學(xué)的效果不斷思考和改進(jìn)技術(shù)運(yùn)用的方式和技巧。同時(shí)，我們不能忽略一個(gè)重要事實(shí)：植物學(xué)教學(xué)中，不管使用什么技術(shù)，都是作為一種教學(xué)手段，真正的教學(xué)目的是讓學(xué)生掌握植物學(xué)知識(shí)和技能[6、7]。所以我們?cè)谖磥?lái)的植物學(xué)教學(xué)中，必須始終以植物學(xué)教學(xué)大綱為基礎(chǔ)，仍然以傳統(tǒng)的教學(xué)方法為主，只是在重點(diǎn)難點(diǎn)處考慮使用數(shù)字圖像技術(shù)，并設(shè)法依據(jù)植物學(xué)知識(shí)系統(tǒng)將技術(shù)運(yùn)用系統(tǒng)化。最后，我們要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，因?yàn)橛?jì)算機(jī)知識(shí)的革新是非常迅速的，學(xué)生們往往需要掌握更多的計(jì)算機(jī)技能，我們可以讓學(xué)生一起運(yùn)用計(jì)算機(jī)和其他多媒體設(shè)備收集和準(zhǔn)備教學(xué)材料，師生在教學(xué)過(guò)程中共同進(jìn)步。

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作者簡(jiǎn)介

黃嵐杰（1985.7-）男，漢族，湖北人，湖北大學(xué)研究生，研究方向：植物學(xué)。