基于翻轉(zhuǎn)課堂的園藝植物生物技術(shù)課程實驗教學*

楊英杰，劉 萍，吳礽超，周愛琴，王 然，崔振華，楊紹蘭，侯鴻敏

（1.青島農(nóng)業(yè)大學 園藝學院，山東 青島 266109；2.青島嶗應(yīng)海納光電環(huán)保集團有限公司，山東 青島 266114）

1 園藝植物生物技術(shù)實驗課程在園藝專業(yè)課程中的重要性

園藝植物生物技術(shù)是高等農(nóng)林院校園藝專業(yè)的核心課程之一，其基本內(nèi)容主要包括園藝植物組織培養(yǎng)、細胞工程、脫毒及病毒檢測、DNA分子標記、基因工程以及生物信息學等，具有較強的理論性及應(yīng)用性。園藝植物生物技術(shù)課程將現(xiàn)代生物技術(shù)理論應(yīng)用于園藝植物研究，要求學生通過該課程的學習，了解現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展概況以及發(fā)展趨勢，掌握園藝植物組織培養(yǎng)、細胞培養(yǎng)、脫毒快繁及病毒檢測、DNA分子標記、基因工程的基本原理和技術(shù)，初步了解生物信息學的應(yīng)用領(lǐng)域與前景。由此可見，在充足的課堂理論教學基礎(chǔ)上，實驗教學是該課程的重要組成部分，不僅可以幫助學生加深對理論知識的理解，還可以幫助學生系統(tǒng)地理解并掌握相關(guān)實驗技術(shù)，培養(yǎng)學生的動手操作能力、創(chuàng)新能力和綜合應(yīng)用能力[1]，使學生具備用生物技術(shù)手段并擁有在生產(chǎn)中培育高效、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)園藝植物的能力，以及在相關(guān)科研機構(gòu)、高校及企事業(yè)單位從事與園藝植物相關(guān)研究的能力，符合應(yīng)用性人才培養(yǎng)目標。

2 目前園藝植物生物技術(shù)課程實驗教學存在的問題

園藝植物生物技術(shù)課程實驗教學是針對相關(guān)重要技術(shù)而設(shè)計安排的實驗課程，內(nèi)容涉及園藝植物組織培養(yǎng)、細胞工程、分子標記以及基因工程等幾個模塊，而每個模塊涉及較多的基本實驗內(nèi)容。在前期研究中，我們針對園藝植物生物技術(shù)課程實驗教學中存在的問題，提出了一系列改革措施[2]，取得了一定的成效，但在具體的實施過程中，依然發(fā)現(xiàn)了一些問題，主要有以下幾個方面：

2.1 理論課與實驗課結(jié)合不緊密

針對前期提出的園藝植物生物技術(shù)與園藝植物育種學等課程實驗內(nèi)容有重疊的現(xiàn)象，我們整合課程間重復性實驗內(nèi)容[2]，形成了基于園藝植物生物技術(shù)，園藝植物育種學，園藝產(chǎn)品貯藏運銷學等理論課程的一門綜合性實驗課程園藝綜合實驗。在對2019-2020年內(nèi)上過園藝植物生物技術(shù)及園藝綜合實驗這兩門的課程的同學進行問卷或談話調(diào)查，發(fā)現(xiàn)多數(shù)同學表示園藝植物生物技術(shù)課程中涉及的基因工程、分子標記以及生物信息學等相關(guān)理論內(nèi)容抽象難懂，但操作性、應(yīng)用性較強，需要實驗課程幫助理解鞏固；由于實驗課程與理論課程并不在同一學期開課，學生在上實驗課時，理論知識早已經(jīng)忘記大半，雖然課上老師也會對實驗?zāi)康?、原理、方法等進行介紹與講解，但效果并不顯著，實驗也就成了走形式。同時，與園藝專業(yè)本科生科研訓練導師交流發(fā)現(xiàn)，由于實驗教學沒有發(fā)揮出該有的教學效果，針對這些本應(yīng)掌握并熟練運用的基本知識與技能，大部分學生幾乎無法順利地應(yīng)用到科研訓練與畢業(yè)試驗中去。

實驗教學擁有理論教學不可替代的作用，只有在理論課的基礎(chǔ)上，有機結(jié)合系統(tǒng)全面的實驗教學，才能加深對理論知識的理解，更好地利用理論知識指導實踐。但目前課程設(shè)計中理論和實驗課存在結(jié)合不緊密的脫節(jié)現(xiàn)象，影響了學生對課程內(nèi)容以及相關(guān)技術(shù)的熟練掌握與運用。

2.2 傳統(tǒng)的實驗課堂遠遠滿足不了生物技術(shù)實驗的教學要求

針對前期提出的在傳統(tǒng)園藝植物生物技術(shù)課程實驗教學中的驗證性實驗束縛學生創(chuàng)新思想、積極性和主動性，無法激起學生操作興趣的問題，我們刪除驗證性實驗步驟中的關(guān)鍵步驟，在實驗課堂講解過程中引導學生結(jié)合理論知識，通過自主思考、計算等方式，完善實驗步驟，并完成實驗操作。同時，在完成基本驗證性實驗內(nèi)容的基礎(chǔ)上引入一系列自主設(shè)計綜合實驗[2]。

但在實施過程中，針對驗證性實驗，只有少數(shù)同學可以積極主動地去思考計算，大部分同學依然是應(yīng)付的態(tài)度，甚至參考抄襲別人的實驗步驟來完成實驗。雖然與之前的教學方法相比，部分學生的主觀能動性得到提升，但這依然不是適合大部分學生的最佳教學方法。另外，由于自主設(shè)計實驗以項目形式實施，項目內(nèi)包含一系列獨立而連貫的小實驗，如何引導學生設(shè)計整體實驗方案、按照方案順利實施，解決實驗過程中遇到的問題，并對中間結(jié)果及最終結(jié)果進行分析等成為了實驗教學中的難點，消耗了實驗教學的大量學時。學生還是依賴教師在實驗課堂上的講授，希望教師能給出最優(yōu)的實驗方案及操作步驟，遇到問題做不到積極主動的解決；同學間存在實驗方案相互抄襲，甚至是不做實驗、用別人實驗結(jié)果交差的現(xiàn)象。因此，目前存在的問題依然是實驗教學不能激起學生興趣，且自主設(shè)計實驗實施受限。

同時，園藝產(chǎn)業(yè)快速崛起，對外交流日益頻繁；生物技術(shù)迅猛發(fā)展，很多前沿研究均以英文論文形式發(fā)表，且學術(shù)交流越來越國際化，園藝產(chǎn)業(yè)迫切需要既精通英語又具有豐富園藝專業(yè)知識的高素質(zhì)復合型專門人才。但目前園藝學科雖然開設(shè)專業(yè)英語課程，但由于專業(yè)詞匯在平時的學習和生活中應(yīng)用較少，導致學習后得不到充分鞏固，本科生園藝專業(yè)英語詞匯量依然不足，聽說讀寫能力較差，更談不上查閱英文文獻的能力了。據(jù)了解，在保證其他科目正常學習的前提下，目前本科生精讀一篇英文文獻的時間約為一個月，專業(yè)英語的欠缺嚴重限制了學生學習前沿知識的自主性。因此，我們認為，傳統(tǒng)實驗課堂遠遠滿足不了生物技術(shù)實驗的教學要求。

2.3 教師對教學方法及教學研究的探討不足

隨著社會突飛猛進的發(fā)展，對教育水平及教育方法提出了更高的要求。教師要端正教學態(tài)度，不斷探討較為有效的新的教學方法，以提高自己的教學水平。這就要求教師要投身于教學研究和教學探索中去，時刻思考如何提高學生的興趣、激發(fā)其創(chuàng)新思維，如何不斷改進實驗內(nèi)容、形成有機的實驗體系。但教學項目的研究不像科研項目一樣能夠快速出成果，一個項目的實施、一個新的教學體系的形成需要時間，而真正的教學效果在缺乏系統(tǒng)評價標準的前提下短期內(nèi)也是很難看到成效的。因此，授課教師對教學方法的改革以及教學研究的探討不足，更愿意守著陳舊的教學體系，哪怕是改革也只是些不痛不癢的小改變。

3 園藝植物生物技術(shù)課程實驗教學進一步改革措施

基于以上分析，園藝植物生物技術(shù)課程實驗教學依然有待進一步改革，針對上述園藝植物生物技術(shù)課程實驗教學中存在的問題，具體改革措施如下：

3.1 將理論教學與實驗教學有機結(jié)合，精選教學內(nèi)容

將園藝植物生物技術(shù)課程實驗內(nèi)容調(diào)整至本課程中，在前期開設(shè)園藝綜合實驗課程的基礎(chǔ)上，將課程內(nèi)與其他課程的重復性實驗內(nèi)容剔除。只需要將園藝植物生物技術(shù)理論課程與實驗教學的開課時間進行調(diào)整，保證理論與實踐的有機結(jié)合，如講授組織培養(yǎng)內(nèi)容后立即安排相關(guān)實驗內(nèi)容在一周后進行。同時在保證教學質(zhì)量的基礎(chǔ)上精選教學內(nèi)容，如原生質(zhì)體提取和質(zhì)粒提取雖然是兩個獨立的實驗，但在原理和操作方面有一定的相似性，在理解兩個實驗基本原理的基礎(chǔ)上，如果能夠完成原生質(zhì)體提取實驗，質(zhì)粒提取幾乎不存在任何困難。故二者選其一，只設(shè)置原生質(zhì)體提取實驗。實驗教學的目的不是將所有實驗都做一遍，而是對基本原理和操作技術(shù)的掌握，以及舉一反三能力的獲得。因此，實驗內(nèi)容的精簡并不會使學生少學到什么，而是留出更多課時去學習新的內(nèi)容，包括自主設(shè)計綜合實驗。

3.2 將翻轉(zhuǎn)課堂引入傳統(tǒng)實驗教學體系

翻轉(zhuǎn)課堂改變了傳統(tǒng)的教學順序，將課堂內(nèi)外的時間重新進行調(diào)整組合，讓教師、學生、課堂的角色產(chǎn)生根本變化。在這種教學模式下，教師依然是教學過程的主導，學生掌握學習的決定權(quán)和主動權(quán)，二者配合積極開展討論式、研究式等教學活動，學生能主動發(fā)現(xiàn)問題、探索問題、解決問題，從而獲得深層次理解和多層次鍛煉[3]。目前已有多篇翻轉(zhuǎn)課堂用于實驗課程的相關(guān)報道[4-8]。且從教學模式滿意度、教學過程效果和教學模式優(yōu)越性等方面的調(diào)查結(jié)果顯示，學生對翻轉(zhuǎn)課堂實驗教學模式總體處于比較滿意的狀態(tài)[9]。

針對園藝植物生物技術(shù)實驗課程中的驗證性實驗，為了提高學生的積極性與主動性，同時加強實驗效果，我們將翻轉(zhuǎn)課堂教學模式引入該課程的實驗教學。首先，每次實驗課前一周，在教師已經(jīng)完成了實驗相關(guān)理論教學的基礎(chǔ)上，給學生發(fā)送電子版實驗指導及相關(guān)學習資料。實驗指導中只列出實驗?zāi)康摹⒑唵蔚膶嶒炘?，沒有具體試驗操作步驟。相關(guān)的學習資料包括1-2篇可參考的文獻資料、課程相關(guān)課件及視頻。視頻多是針對PCR、分子雜交、遺傳轉(zhuǎn)化、RNA干擾等較為難懂的相關(guān)技術(shù)，幫助沒有從事過相關(guān)研究的學生理解原理。學生在觀看課件、視頻以及參考文獻的基礎(chǔ)上，需自行查閱資料，并制定實驗方案，在開課前3天發(fā)給指導教師。教師給予理論性指導并輔助學生對實驗方案進行論證及優(yōu)化，此過程可在開課前重復多次。在正式上課時，學生根據(jù)做好的實驗方案進行具體操作，在有限的課程時間內(nèi)完成實驗，并在課后一周提交實驗報告，報告內(nèi)容包括實驗方案、實驗記錄、實驗結(jié)果，以及實驗過程中遇到的問題及解決方法。學生最終的實驗方案、課堂上的實驗操作以及最終的實驗報告分別占總成績的50%、20%以及30%（圖1）。這樣的教學及考核模式讓學生無法抄襲別人的實驗方案及報告，使學生的自覺性和主動性得到一定的提升。

圖1 驗證性實驗具體實施方案

針對園藝植物生物技術(shù)實驗課程中的自主設(shè)計綜合實驗，鑒于學時數(shù)的限制，主要采取以下類似翻轉(zhuǎn)課堂改革方案：首先，在教學平臺的基礎(chǔ)上，結(jié)合學院科研平臺，開放實驗室資源，以選修課方式或大學生創(chuàng)新等方式讓學生自由選題。選題可以在實驗課程的教學大綱中選擇已有綜合實驗，也可以結(jié)合科研訓練導師的科研項目，或結(jié)合大學生自主創(chuàng)新實驗項目。在前面翻轉(zhuǎn)課堂的訓練下，學生有了自主查閱資料和設(shè)計實驗方案的基礎(chǔ)，只需要將設(shè)計好的實驗方案與授課教師、科研訓練導師或項目指導教師進行充分交流與優(yōu)化，即可得到較為完善的實驗方案，并將方案以開題的方式形成文字稿。在實驗的具體實施過程中，學生根據(jù)實驗內(nèi)容，靈活安排時間并進行操作，在此過程中學生可隨時針對實驗中的問題以及關(guān)鍵技術(shù)與教師進行交流討論。同時，學生還要及時記錄實驗過程，提出并分析問題，最后不斷優(yōu)化實驗方案，直至實驗結(jié)束。在實驗項目結(jié)束后將具體實驗方法、實驗結(jié)果以及相關(guān)討論等形成科技小論文形式的實驗報告，最終將開題文字稿與實驗報告一同上交。指導教師分別針對學生在項目實施過程中的綜合表現(xiàn)、開題報告和實驗報告給出成績，分別占總成績的40%，30%和30%（圖2），通過后可申請創(chuàng)新學分。這樣的教學及考核模式可以讓學生間實驗選題的重復度大大降低，基本無法抄襲別人的實驗方案，學生的自覺性和主動性大幅度提升。需要指出的是，不同學生自主設(shè)計綜合性實驗的設(shè)計方案會有不同，實驗結(jié)果也可能會不一致，這就要求學生在實驗操作中要特別精細，注意取得實驗數(shù)據(jù)的客觀性和科學性，提醒學生設(shè)置正、負對照，適當增加實驗重復次數(shù)并進行統(tǒng)計學分析。最終的結(jié)果在整個實驗的實施過程中是重要的，但又不是最重要的，最重要的是實驗方案的設(shè)計依據(jù)、實驗操作的規(guī)范程度、遇到問題時的解決方案及最終實驗結(jié)果的分析與討論。教師對學生進行考核時也要注意從每個學生的實際情況出發(fā)，因為同一專業(yè)的同學在學習能力、創(chuàng)新性思維等方面均有很大差異。教師的任務(wù)是通過教學，使每位同學在原有基礎(chǔ)上都有較大的提升與進步。學生的努力和進步能得到與之相匹配的考核成績，是對其學習積極性的最好鼓勵方式。

圖2 自主設(shè)計綜合性實驗具體實施方案

3.3 在園藝植物生物技術(shù)及實驗課程中引入雙語教學模式

初步嘗試在園藝植物生物技術(shù)及實驗課程中引入雙語教學模式。學生在學習了專業(yè)英語的基礎(chǔ)上，在本課程中對學過的專業(yè)詞匯進行復習，對新的專業(yè)詞匯進行系統(tǒng)學習，并在查閱文獻資料的同時對這些英語詞匯進行鞏固。為了保證教學質(zhì)量，我們多由國外留學回國的青年教師進行相關(guān)內(nèi)容的講解。這種教學模式加強了學生的英語學習，促進了學生在國際學術(shù)活動中自由交流，同時也加速了學生對前沿知識的掌握，學生懂的多了，知道的多了，想法就多了，這使得園藝植物生物技術(shù)課程實驗教學效果大大提升。

3.4 加強教師隊伍建設(shè)，提高教師進行教學改革和研究的積極性

園藝植物生物技術(shù)大部分內(nèi)容依托分子生物學，是一門緊跟技術(shù)發(fā)展的學科。隨著分子生物學的快速發(fā)展，各種先進的基因工程、分子標記等技術(shù)手段越來越多地應(yīng)用到園藝植物育種及相關(guān)研究中。想要課程內(nèi)容緊跟現(xiàn)代科學發(fā)展要求，授課教師必須時刻關(guān)注相關(guān)科研最前沿，利用學校的教育平臺，融合新技術(shù)，隨時改革，隨時創(chuàng)新。因此，相關(guān)授課教師需定期組織專題討論會，互相交流近年來園藝學科的發(fā)展情況、新技術(shù)的開發(fā)以及應(yīng)用情況等。在此基礎(chǔ)上精選教學內(nèi)容、優(yōu)化教學方案。同時增強學院各課題組間的學習交流，并積極參加各種學術(shù)會議，用新理論、新技術(shù)武裝自己，為優(yōu)秀人才培養(yǎng)添磚加瓦。

為了鼓勵教師在教學方面做出更多成績，真正為新型應(yīng)用性人才培養(yǎng)貢獻力量，學校各類教研項目的支持力度大大提高。同時，學校連續(xù)兩年評選“教學卓越獎”，主要獎勵在教學工作中有突出貢獻的教師，獎勵金額高達5萬元。這些措施在一定程度上激發(fā)了教師進行教學方法改革和研究的積極性。

4 結(jié)束語

園藝植物生物技術(shù)是園藝專業(yè)的核心課程之一，是一門應(yīng)用性很強的課程。在園藝植物生物技術(shù)課程不斷的改革探索中，雖然也走過彎路，但總體上來說已經(jīng)取得一定的教學效果。在今后的教學中，隨著社會的發(fā)展和人才需求的改變，勢必還會進行一系列的改革，但我們有信心在改革和發(fā)展的道路上，堅持培養(yǎng)符合社會需求的優(yōu)秀人才。不過，我們也必須承認，在我國傳統(tǒng)的固有教學模式下，學生從小學至大學，早已經(jīng)習慣了傳統(tǒng)的應(yīng)試教學方法，習慣通過老師灌輸，自己死記硬背來獲取知識；實踐方面更是老師怎么說自己怎么做，不愿討論，不會反駁，不愿意去改變學習方式，更不會自己去探索學習，設(shè)計出一套屬于自己的、從原理到操作全部了如指掌的實驗方法。因此，新的教學方法容易會使學生或多或少地感到不適應(yīng)，尤其是翻轉(zhuǎn)課堂類教學方式，需要學生課后付出更多的時間和精力，而這種付出和他們整個學習生涯中習慣的課后復習預(yù)習均不同。所以教育觀念的更新和轉(zhuǎn)變需要時間。個人認為，小學，中學和大學的教學改革一直如火如荼地進行[10-11]，也會一直進行下去。當從小學就開始經(jīng)歷各種新式課堂和教學方法的學生步入大學后，我們的教學改革之路可能會更加好走。