植物生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

趙小梅 廉玉姬 林光哲

摘 要：開展植物生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是當(dāng)今經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、相關(guān)專業(yè)學(xué)生順利走上工作崗位的迫切需要。該文介紹了植物生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目模塊化、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法等方面的改革措施，并分析了實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的效果。

關(guān)鍵詞：植物生物技術(shù);實(shí)驗(yàn)教學(xué);模塊化;改革

中圖分類號(hào) Q94-336文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2020）06-0153-03

Abstract： Plant biotechnology experimental teaching is the urgent requirement for economic and social development， is an important way to broaden employment channels for students.In this article， we illustrated the reform on the experimental teaching concept， the modularization of experimental project ， the content of the course and the teaching method， and the effect of the reform of plant biotechnology experiment teaching.

Key words： Plant biotechnology; Experiment teaching; Reform

細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、基因工程等現(xiàn)代生命科學(xué)及相應(yīng)技術(shù)正迅速發(fā)展，植物生物技術(shù)也隨之迅猛發(fā)展，其不僅在改良植物遺傳性狀、選育新品種、創(chuàng)造新種質(zhì)、提高產(chǎn)量等農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而且在食品、藥業(yè)、能源、環(huán)境等領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，在解決人類所面臨資源、能源、環(huán)境等問(wèn)題中發(fā)揮著越來(lái)越重大的作用[1]。針對(duì)與植物生物技術(shù)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生開設(shè)植物生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程，是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)、生命科學(xué)迅速發(fā)展，拓寬學(xué)生就業(yè)渠道的迫切需要[2]。在以往的相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，多較重視理論教學(xué)，而對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)并不十分重視，實(shí)踐教學(xué)中存在所占課時(shí)的比例較小，學(xué)生動(dòng)手操作機(jī)會(huì)少，實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法單調(diào)，學(xué)生被動(dòng)實(shí)驗(yàn)等諸多問(wèn)題[2-9]。為解決上述問(wèn)題，筆者開展了植物生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革，以期使學(xué)生真正掌握相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，對(duì)生物技術(shù)涉及的各種原理形成正確而完整的認(rèn)識(shí)，強(qiáng)化學(xué)生的專業(yè)意識(shí)與專業(yè)技能，培養(yǎng)其科研素養(yǎng)，提高研究創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。

1 更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念

在以往的有關(guān)植物生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，比較重視理論教學(xué)，而忽視了實(shí)踐教學(xué)，對(duì)于實(shí)踐教學(xué)的重要性認(rèn)識(shí)不充分，往往只將其作為驗(yàn)證理論課程的附屬品，而在課程設(shè)置方面實(shí)驗(yàn)課所占的學(xué)時(shí)較少[3-7]。針對(duì)這些問(wèn)題，結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)校的人才培養(yǎng)目標(biāo)，以及區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)人才的需求，開展了植物生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。在改革中，以學(xué)生為主體，圍繞學(xué)生能力培養(yǎng)，在學(xué)生培養(yǎng)方案中增加了植物生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)在總課程中所占的學(xué)時(shí)數(shù)，將實(shí)驗(yàn)課與理論課的學(xué)時(shí)比例由1∶2調(diào)整為1∶1。

2 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目模塊化

過(guò)去實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱中設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，多為一個(gè)個(gè)孤零零的實(shí)驗(yàn)，彼此間未有聯(lián)系，缺乏系統(tǒng)性、目的性、針對(duì)性[3-7]。在新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系中，充分考慮生物技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)時(shí)植物生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于學(xué)生扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)技能、過(guò)硬的專業(yè)意識(shí)與專業(yè)技能、科研意識(shí)和研究創(chuàng)新能力等培養(yǎng)的重要性，按照認(rèn)知規(guī)律——由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由淺入深，把有針對(duì)性設(shè)計(jì)的所有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行系統(tǒng)化整理，形成了相應(yīng)的模塊：基礎(chǔ)模塊、專業(yè)能力強(qiáng)化模塊、研究創(chuàng)新模塊。學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，以一種植物為實(shí)驗(yàn)材料，針對(duì)3個(gè)模塊分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，最終成為一個(gè)完整的、系統(tǒng)的、深入的實(shí)驗(yàn)體系。改革后的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目層次清晰，模塊分明，更加注重學(xué)生基本技能、專業(yè)技能、創(chuàng)新精神及科研能力的培養(yǎng)，更適于生物技術(shù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求。

2.1 基礎(chǔ)模塊 主要包括與基本實(shí)驗(yàn)方法和技能訓(xùn)練相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如無(wú)菌操作技術(shù)、誘導(dǎo)愈傷組織和器官分化等基礎(chǔ)性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在此模塊對(duì)學(xué)生進(jìn)行基礎(chǔ)操作方面的集中訓(xùn)練，使其獲得扎實(shí)的實(shí)踐技能。

2.2 專業(yè)技能訓(xùn)練模塊 多為綜合運(yùn)用多種實(shí)驗(yàn)技術(shù)的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如與單倍體培養(yǎng)、多倍體誘導(dǎo)、原生質(zhì)體的培養(yǎng)等相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。學(xué)生在完成基礎(chǔ)操作模塊的訓(xùn)練后，進(jìn)行該模塊的訓(xùn)練，可鍛煉學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的綜合運(yùn)用能力，提高其綜合分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力，從而培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)意識(shí)，強(qiáng)化學(xué)生的專業(yè)技能。

2.3 研究創(chuàng)新模塊 研究創(chuàng)新模塊是整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的提升與應(yīng)用，是培養(yǎng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展所需的應(yīng)用型生物技術(shù)專業(yè)人才的重要環(huán)節(jié)，主要包括與體細(xì)胞融合、植物遺傳轉(zhuǎn)化等相關(guān)的一些研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、教師科研成果轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、生產(chǎn)實(shí)踐成果轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等。學(xué)生可根據(jù)自己的興趣愛(ài)好，自主選題，在教師指導(dǎo)下查閱文獻(xiàn)，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線，獨(dú)立或以小組形式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，也可參與教師的科研課題、科研訓(xùn)練及各類科技競(jìng)賽活動(dòng)，進(jìn)校內(nèi)實(shí)踐基地或校外合作單位進(jìn)行實(shí)踐，此模塊重在培養(yǎng)學(xué)生的科研思維、研究創(chuàng)新意識(shí)和科研素養(yǎng)，為其進(jìn)行研究創(chuàng)新搭建平臺(tái)。

3 改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

3.1 提高研究創(chuàng)新性、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的比例 21世紀(jì)，健康、糧食、環(huán)境等問(wèn)題越來(lái)越制約著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，生物技術(shù)的發(fā)展為解決這些問(wèn)題提供了科學(xué)可行的解決思路與方案，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域現(xiàn)代生物技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，從而有效地提高了農(nóng)業(yè)科技水平，促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，保障國(guó)家糧食安全，提高了農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量，豐富了農(nóng)產(chǎn)品類型，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，促使農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增效。傳統(tǒng)的教學(xué)模式多將原本綜合性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分成若干個(gè)小實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，設(shè)置的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單[5]，主要為驗(yàn)證性、用時(shí)短、容易做的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目[4，7]。為保證所開實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的先進(jìn)性、前沿性和時(shí)效性，教師設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，逐步提高綜合設(shè)計(jì)性和研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的比例，在保障學(xué)生基礎(chǔ)技能訓(xùn)練的前提下，實(shí)現(xiàn)了與現(xiàn)代生物技術(shù)發(fā)展的有效銜接。

3.2 將課程組科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 課程組成員多承擔(dān)或參與國(guó)家自然基金、省自然基金、市科技發(fā)展計(jì)劃等多個(gè)項(xiàng)目，教師在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科學(xué)研究的同時(shí)，積極探索如何將科研成果及時(shí)轉(zhuǎn)化為綜合設(shè)計(jì)性、研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，給予學(xué)生充分參與科學(xué)研究的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生的科研思維，鍛煉學(xué)生的研究創(chuàng)新能力。通過(guò)探索形成了一批與科研相結(jié)合的特色實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，有10余個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目來(lái)源于教師的科研成果，比如，鐵皮石斛圓球莖的誘導(dǎo)、云薹屬植物的體細(xì)胞雜交、花生金屬硫蛋白基因家族的克隆及其功能分析等。

3.3 與生產(chǎn)實(shí)踐緊密結(jié)合 圍繞生物技術(shù)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，將開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用緊密結(jié)合，提高實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的應(yīng)用性?，F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)體系中有10余個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是由生產(chǎn)實(shí)踐中的成果轉(zhuǎn)化而來(lái)，比如，非洲菊再生體系的建立、非洲菊試管苗的移栽、鐵皮石斛圓球莖的成苗誘導(dǎo)、馬鈴薯抗PVY和PVX病毒分子標(biāo)記輔助育種等。與臨沂仙株生物科技有限公司等公司簽訂了合作協(xié)議，學(xué)生既可進(jìn)行校內(nèi)實(shí)踐，也可進(jìn)行校外實(shí)踐，為學(xué)生順利從學(xué)校走向社會(huì)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生從學(xué)習(xí)到工作的順利過(guò)渡奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 改進(jìn)教學(xué)方法

在以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生多機(jī)械地按照操作步驟或按教師的指導(dǎo)去照搬照抄[9]，被動(dòng)的接受知識(shí)，教師參與過(guò)多，實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法比較單調(diào)[3，10]。改革中，改變以往教師講解、演示，學(xué)生練習(xí)的做法，針對(duì)不同模塊的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，采取不同的教學(xué)方法?；A(chǔ)操作模塊實(shí)驗(yàn)主要通過(guò)教師講解、演示重要操作，學(xué)生以個(gè)人為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)不斷操作練習(xí)，相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備可熟練操作，基本的實(shí)驗(yàn)方法與操作技術(shù)可系統(tǒng)扎實(shí)地掌握。專業(yè)操作模塊多為綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生可以個(gè)人或小組為單位根據(jù)學(xué)時(shí)自主選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，申請(qǐng)開放實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)自己的時(shí)間安排實(shí)驗(yàn)，教師主要針對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行啟發(fā)式的指導(dǎo)，輔助學(xué)生進(jìn)行分析，確保學(xué)生實(shí)驗(yàn)順利完成;研究創(chuàng)新性模塊的實(shí)驗(yàn)主要為研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、校內(nèi)實(shí)踐基地或校外實(shí)踐基地進(jìn)行的實(shí)踐、參與教師的科研項(xiàng)目等，學(xué)生自由組合，根據(jù)自己的興趣愛(ài)好選題，實(shí)驗(yàn)中心為學(xué)生提供研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、研究所需的儀器設(shè)備及實(shí)驗(yàn)耗材，教師先教授學(xué)生如何利用各種數(shù)據(jù)庫(kù)、搜索引擎等查閱文獻(xiàn)，以及一些先進(jìn)儀器設(shè)備的使用，然后指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中教師有針對(duì)性地進(jìn)行指導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，指導(dǎo)學(xué)生撰寫論文，以論文形式提交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，或進(jìn)實(shí)踐基地實(shí)踐，以實(shí)踐報(bào)告的形式匯報(bào)，整個(gè)過(guò)程中注重激發(fā)學(xué)生興趣、鼓勵(lì)個(gè)性發(fā)展、激勵(lì)創(chuàng)新，訓(xùn)練科研思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和科研素養(yǎng)。

不同的實(shí)驗(yàn)教方法分別有針對(duì)性地夯實(shí)學(xué)生的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)理論與技能，訓(xùn)練學(xué)生的恒心、耐力，強(qiáng)化學(xué)生的專業(yè)意識(shí)、專業(yè)技能，培養(yǎng)其自主探究、合作探究、研究創(chuàng)新等能力，突出個(gè)性發(fā)展，使其不僅具備了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)理論與技能基礎(chǔ)，而且大大提升了專業(yè)素養(yǎng)與能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)、科研意識(shí)、科研思維、創(chuàng)新能力。

5 實(shí)驗(yàn)改革的效果

5.1 學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣更加濃厚 不斷更新教學(xué)內(nèi)容，將基礎(chǔ)與前沿、理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，不僅有益于人才的培養(yǎng)，而且越來(lái)越契合區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展;學(xué)生可自主選擇部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，預(yù)約實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，進(jìn)行開放性實(shí)驗(yàn)，或參與教師的研究課題及各類科技競(jìng)賽活動(dòng)，從而大大激發(fā)了其學(xué)習(xí)興趣和求知欲望。每年學(xué)生參加的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目約10余項(xiàng)，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)約10余項(xiàng)，參加人數(shù)約20余人，形成了一種積極向上、愛(ài)鉆研的學(xué)習(xí)風(fēng)氣。

5.2 學(xué)生的綜合、實(shí)踐、創(chuàng)新能力得以不斷增強(qiáng) 教師進(jìn)行理論授課時(shí)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)實(shí)踐操作學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解能力大大提高，交流更加通暢，學(xué)生學(xué)習(xí)由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)，他們主動(dòng)思考、探索，主動(dòng)提出問(wèn)題，尋求解決問(wèn)題的方案，變得更深、更專。學(xué)生也反映通過(guò)實(shí)踐，自身實(shí)驗(yàn)基本技能更加扎實(shí);學(xué)會(huì)了如何查閱文獻(xiàn)，在教師指導(dǎo)下制定實(shí)驗(yàn)方案;學(xué)會(huì)了科技論文的撰寫;培養(yǎng)了了科研意識(shí)，科研創(chuàng)新能力得到了提高;不再覺(jué)得理論課抽象難懂。近5年，在校期間所帶的本科生發(fā)表論文5篇，3名學(xué)生在“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽、“挑戰(zhàn)杯”山東省大學(xué)生課外科技學(xué)術(shù)作品競(jìng)賽、創(chuàng)業(yè)計(jì)劃競(jìng)賽等活動(dòng)中獲獎(jiǎng)，3名學(xué)生申請(qǐng)獲得國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，10余名學(xué)生在校大學(xué)生科技創(chuàng)新大賽中獲獎(jiǎng)，1篇畢業(yè)論文被評(píng)為“山東省優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文”。

5.3 搭建了學(xué)生的科研創(chuàng)新平臺(tái) 學(xué)生可根據(jù)自己的興趣、考研方向等，查閱文獻(xiàn)、自主選題，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)預(yù)約，自主完成實(shí)驗(yàn);學(xué)生也可參與教師的科學(xué)研究項(xiàng)目，或進(jìn)校內(nèi)外實(shí)踐基地進(jìn)行實(shí)踐，在此平臺(tái)上，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，鞏固基本操作技能，提高實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神、科研意識(shí)和綜合素質(zhì)，為其將來(lái)繼續(xù)深造學(xué)習(xí)和順利工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

近5年，生物技術(shù)專業(yè)的考研率大大高于全國(guó)同類院校的平均水平，考取中科院、復(fù)旦大學(xué)等著名院所的學(xué)生逐年增加，許多學(xué)生還考取了國(guó)外知名大學(xué)，并獲得全額獎(jiǎng)學(xué)金，學(xué)生扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)技能、較好的科研創(chuàng)新能力深受國(guó)內(nèi)外專家的好評(píng)。

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（責(zé)編：張宏民）