高校植物學實驗教學改革與探索

方穎 羊海軍 陳建軍

摘 要：圍繞以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標，培養(yǎng)實踐創(chuàng)新型人才，探索植物學實驗教學改革的有效途徑。從實驗教學內容的同步化、實驗教學技術的數字化、實驗項目的多樣化、創(chuàng)新實驗方式的自主化、考核方式的多元化等方面進行研究，探索多元化教學方法。實踐證明，通過實施教學改革，本實踐課程取得了較好的教學效果，強化了大學生基礎實踐技能和自主創(chuàng)新能力，在激發(fā)學生創(chuàng)造性實習訓練等方面取得了顯著成效。

關鍵詞：實踐創(chuàng)新;植物學實驗;教學改革;效果評價

植物學實驗課是針對高等學校農林生物本科專業(yè)開設的基礎實驗課，與植物學理論課相結合的實驗教學課程，培養(yǎng)學生從實踐學習過程中鞏固理論基礎，提升實踐動手能力與創(chuàng)新思維。教育學生從實踐中以全新的角度思考問題，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，使之成為實踐創(chuàng)新型人才，是一項具有系統(tǒng)性、持續(xù)性、層次性的創(chuàng)新教育工程。[1]因此，本文從多元化實踐教學方法出發(fā)，結合當前高校農林專業(yè)的發(fā)展目標和實踐創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標，構建科學的培養(yǎng)思路，以自主創(chuàng)新和實踐創(chuàng)新的素質能力相結合為導向，為探索植物學實驗教學改革設計一套合理可行的路徑。

? 一、以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為導向的植物學實驗教學改革方案

（一） 實驗教學內容的同步化

植物學的理論知識點繁多，特別是植物形態(tài)解剖部分，需要記憶大量描述性名詞和專有名詞，導致學生對這門課的興趣不高，理論知識的概念沒有建立起來，就難以與實驗內容相融合，使理論與實踐脫節(jié)，在實驗課上只是機械的按照教師安排做驗證性實驗，而失去主動性與創(chuàng)新性的思維開拓，這一現(xiàn)狀使植物學實驗教學和學生能力的培養(yǎng)都難以取得成效。在植物形態(tài)部分實驗教學過程中及時更新現(xiàn)代植物學研究的前沿和發(fā)現(xiàn)，與新研究進展同步，采取圖文并茂列舉與現(xiàn)代植物學進展相關信息。[2]例如，在根尖的分區(qū)結構部分，有研究表明根冠的形成與土粒的摩擦有關，在水中生長的與土壤中生長的海芋根根冠比較細胞層數更少，使學生形象的理解根冠的結構與生理功能。[3]在觀察凱氏帶的結構中，研究通過小檗堿苯胺藍染色法直觀觀察和了解凱氏帶的形成，凱氏帶與凱氏點的結構區(qū)別，以及不同植物的凱氏帶生長特點。[4]除了介紹植物結構研究進展，還可以在觀察器官的顯微結構時候舉例闡述其與日常生活緊密相關的生理生化現(xiàn)象，比如“水稻的拔節(jié)與抽穗”是與居間分生組織的活動有關?！昂}卜吃起來比較干，而白蘿卜皮辣但瓤甜”，則關系到木質部和韌皮部的分布與細胞的組成。更新后的實驗內容充分訓練了學生的觀察能力與探索思維，既使死板的理論知識更生動，還能激發(fā)學生對植物科學的學習產生興趣和愛好，從而更有利于培養(yǎng)創(chuàng)新思維，進而幫助學生提出假設、開展創(chuàng)新實驗研究。

（二） 實驗教學技術的數字化

隨著實踐教學改革的創(chuàng)新以及綜合性要求的提高，實驗課的課堂學時數相對不足，利用計算機技術和網絡信息化技術，把虛擬數字化切片系統(tǒng)與虛擬植物學模擬仿真實驗系統(tǒng)兩套教學資源應用到植物學實驗中，構建一個虛擬數字化植物形態(tài)學的網絡體系，達到優(yōu)化教學結構，提高教學質量，推進高校網絡資源共享的目標。

1.積極推進虛擬數字化切片系統(tǒng)應用

虛擬數字切片平臺結合現(xiàn)有的數碼互動實驗室，徹底改變傳統(tǒng)的教學模式，形成虛擬版的數碼互動教學，實驗課堂上通過數碼互動教學系統(tǒng)的虛擬顯微切片的資源庫進行高清教學，具有指導內容直觀，示范性效果好等特點。教師在多功能數碼顯微鏡的教師端演示講解顯微圖像、細微結構的區(qū)分、區(qū)別易混淆的概念，并共享到學生電腦屏幕，使學生與教師、學生與學生之間的顯微鏡視野的分享與討論，更有針對性與直觀性，實現(xiàn)實時共享互動，達到高效的完成學習和指導內容的教學效果。[5]此外，課后自學時間學生通過校園網絡登陸數字切片平臺，看到更多的典型的植物形態(tài)結構，有利于鞏固和加深課堂實驗的理性認識。自數字化切片生物顯微虛擬實驗室專題網站建立以來，得到了廣大師生的廣泛關注，已在我校生物學、農學、林學、園藝、草業(yè)科學、植物保護、資源環(huán)境等5個學院24個本科專業(yè)的植物學實驗教學中得到應用，同時還被應用于生物類專業(yè)研究生的植物顯微制片技術課程教學，在實驗教學應用中起到良好的輔佐作用。根據數據庫記錄顯示，生物顯微虛擬實驗室已上傳數字化切片350余張，總計訪問量3300多次;校園植物專題網站總計訪問量達76000多次。

2.打造虛擬仿真實驗平臺的實踐教學方式

虛擬仿真實驗室是采用信息技術實現(xiàn)交互式虛擬仿真實驗，為學生探究性學習、自主實驗和創(chuàng)新實踐創(chuàng)造條件。[6]基于公共基礎課實驗教學中心構建的農林植物學虛擬仿真實驗教學平臺，利用虛擬仿真技術，可再現(xiàn)現(xiàn)實情景，使學生與虛擬實驗教學課堂進行人機交互，產生沉浸感和逼真體驗，有助于低成本全景式形象化教學情境的設立，進而克服現(xiàn)實教學過程中由片段化、抽象化、高成本造成的教學障礙，有利于知識、技能、理念的展示和傳播，從而幫助學生更好的開展學習。學生既可通過虛擬實驗平臺動手操作由相關課程的教師設計的典型實驗，又可自主設計實驗，有利于培養(yǎng)設計能力和創(chuàng)新意識。該平臺建成了植物學形態(tài)與結構觀察、校園植物實習、植物生長發(fā)育、實驗室安全與儀器設備規(guī)范使用等四大教學模塊，較好地解決了專業(yè)、課程與實驗項目對儀器設備或技術虛擬仿真教學需求，也較好地滿足了學生利用虛擬仿真教學平臺和資源自主開展預習、復習和訓練提高的要求。

（三） 實驗項目的多樣化

在實驗項目設計中，建設和擴展實驗教學項目的改革，注重培養(yǎng)自主性主動性，強調動手能力創(chuàng)新實踐思維，實踐教學與理論課教學緊密結合，并在理論教科書上升華提煉，改進基礎驗證性實驗，強化綜合性實驗，增加自主創(chuàng)新性實驗、專題實驗、自選實驗等多種形式的實驗項目內容，改變被動的驗證性實驗教學模式，推動植物學實驗教學改革，使之更有利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。[7]比如，每次實驗課都會演示和驗證的植物學基本解剖以及染色方法等基礎技術，學生熟練掌握后，通過提供幾種可選擇題目，由學生自主設計植物形態(tài)觀察與顯微探究的實驗計劃。此外，可由學生自由組合的實驗小組完成實驗后以ppt匯報實驗總結，作為綜合性開放實驗的實驗結果提交形式。以創(chuàng)新課題項目的實驗為立足點，倡導學生參與小組項目實驗，改進學生實驗操作技能，培養(yǎng)學生自主學習，獨立發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，提高創(chuàng)新思維能力。

（四） 創(chuàng)新實驗方式的自主化

以創(chuàng)新實驗為基礎，倡導學生參與科研和課外科技活動。科研訓練和創(chuàng)新實踐及基礎知識學習都是高級科研人才培養(yǎng)中不可缺少的基本要素。帶領學生親身參與各項科研和課外科技實踐活動，在本科階段得到科學研究與發(fā)明創(chuàng)造的訓練，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，逐漸掌握思考問題、解決問題的方法、提高其創(chuàng)新實踐的能力。[8]大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目是在專業(yè)教師的指導下，跨年級的學生自由組合，共同完成小型的科研創(chuàng)新項目，其突出特點是創(chuàng)新性和訓練性。低年級的學生通過一兩年公共實踐課程的學習和研究，運用所掌握的理論知識結合基礎實驗技術承擔一個跨專業(yè)的小型科研項目，在完成項目的實驗過程中，小組成員都參與并承擔研究任務，解決實際的困難，激發(fā)了主動性，拓寬了基礎與知識面，既訓練了科研創(chuàng)新的技能又提高實踐創(chuàng)新活動的能力，取得良好的教學效果。

（五） 考核方式的多元化

實驗課是一項主觀能動性較強的課程活動，如果學生只關注完成撰寫實驗報告，甚至翻閱理論書本填寫報告的內容，而不是通過實驗操作和主動觀察來完成，則違反了教學初衷，導致學生的創(chuàng)新鍛煉得不到有效體現(xiàn)。因此，應當把實驗的操作規(guī)范性和可行性應當作為考核的一項內容，在此基礎上，采用綜合考查方式保障創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)是學生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)效果的有力輔助[9]。構建多維度、全方位的綜合考察方式，不局限在實驗報告與固定的答卷考場，靈活多樣的形式對于實踐能力更有考查意義。如實驗考試增加實驗材料作為“考卷”，提供學生梨果實，要求學生根據所學的技術手段找出石細胞，或者在顯微鏡下辨別不同發(fā)育時期的百合子房的永久裝片，并總結其特征;在考查植物分類與植物檢索的知識點方面，給出一些校園常見的植物的花，讓學生自己解剖后寫出花程式，并通過檢索表檢索對應的植物科屬名。在綜合能力和考查內容的方面多個角度培養(yǎng)了學生的學術能力，要求學生既要掌握理論研究的基本知識和方法，也要求開拓實踐創(chuàng)新思維，引導他們自主思考能力，使實驗報告與實際生活生產緊密聯(lián)系。學生通過自己動手，獨立思考，總結分析等得出自己的實驗結果，完成實驗報告的情況可占實驗考試成績的一定百分比例。通過這樣的考查學習，學生反復熟悉理論系統(tǒng)知識的同時，分析問題的能力、實踐技術的能力、創(chuàng)新思維能力等也得到了有效的鍛煉。

二、實驗改革教學效果評價

通過以注重創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)為目標的教學改革，提高了實驗教學的效果，激發(fā)與調動了學生對植物學課程的學習熱情與積極性。實踐證明，學生的自主學習興趣提高，把植物科學融入日常生活，自發(fā)組織植物興趣小組與協(xié)會，并開展科普惠民活動，在學校的每年大型紫荊節(jié)中展示植物作品以及科普植物小知識，提高了學生的創(chuàng)新能力與教師的實驗教學研究能力。公共基礎課實驗中心植物學實驗室的老師于2012～2017年期間指導學生完成校級創(chuàng)新項目8項，省級項目3項，優(yōu)秀省級創(chuàng)新項目1項，國家級創(chuàng)新項目3項;組織學生參加各類創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新競賽，獲得廣東大學生創(chuàng)業(yè)大賽金獎，第二屆“全國植物生產類大學生實踐創(chuàng)新論壇”創(chuàng)新成果三等獎，第四屆“全國植物生產類大學生實踐創(chuàng)新論壇” 創(chuàng)新成果一等獎各1次。

三、小結

在植物學實踐改革的培養(yǎng)方案下，以培養(yǎng)創(chuàng)新能力作為實踐教學工作的目標，形成以創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)為指導的開放實驗課程體系，包括探究式學習為主的教與學課堂互動、側重實踐創(chuàng)新能力的實驗項目與科技活動、數字化虛擬化教學技術等實驗課程內容和教學方式，既促進創(chuàng)新能力的提高又優(yōu)化技能的訓練，使知識、技能和能力融為一體，成為實踐創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)根基，有效推動了實踐課程體系的改革，培養(yǎng)大學生創(chuàng)新實踐能力，推動植物學實踐教學向更高層次躍升。

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