多層次·多元化實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建與實(shí)踐

張衛(wèi)光，楊廣玲，林 琎，范維娣

(1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院實(shí)驗教學(xué)中心，山東泰安 271000；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)藥環(huán)境毒理研究中心，山東泰安 271000)

實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)活動主要包括實(shí)驗課程教學(xué)、科研實(shí)踐、畢業(yè)設(shè)計、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)、創(chuàng)新實(shí)踐和社會實(shí)踐等環(huán)節(jié)，是高校教學(xué)的重要組成部分，是承載著將理論知識轉(zhuǎn)化為實(shí)踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)環(huán)節(jié)，是加速學(xué)生掌握和運(yùn)用專業(yè)知識的過程，是培養(yǎng)大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的重要方面。 《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020 年)》提出高等教育要創(chuàng)新人才培養(yǎng)體制，加強(qiáng)實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。教育部頒發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見》明確提出，高等教育要加強(qiáng)實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)，加快實(shí)驗實(shí)踐體系教學(xué)改革，加強(qiáng)大學(xué)生創(chuàng)新思維能力與實(shí)驗實(shí)踐能力的培養(yǎng)，全面提升學(xué)生的實(shí)驗實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。立足于應(yīng)用型、實(shí)踐型、創(chuàng)新型等人才培養(yǎng)的目標(biāo)，在內(nèi)容和形式上改革與創(chuàng)新實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)體系勢在必行。

1 多層次、多元化實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)體系的內(nèi)涵

多層次，即從實(shí)驗項目的性質(zhì)和教學(xué)目的出發(fā)，從基礎(chǔ)驗證性實(shí)驗、綜合性實(shí)驗、設(shè)計研究性實(shí)驗，到大學(xué)生研究訓(xùn)練(student research training，以下簡稱“SRT”)、小型課題科研實(shí)驗、畢業(yè)實(shí)習(xí)等研究創(chuàng)新性實(shí)驗，滿足實(shí)驗教學(xué)對基礎(chǔ)專業(yè)知識和技能及研究創(chuàng)新能力培養(yǎng)的不同需求。多元化，即從實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)的形式出發(fā)，從實(shí)物教學(xué)到虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)，從室內(nèi)到田間，滿足實(shí)驗教學(xué)全方位培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，解決生產(chǎn)實(shí)際問題能力的需求。其主要內(nèi)涵如圖1所示。

實(shí)驗教學(xué)首先要完成教學(xué)大綱所規(guī)定的專業(yè)課程的實(shí)驗、實(shí)習(xí)和綜合實(shí)踐教學(xué)任務(wù)。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)實(shí)驗教學(xué)中心(以下簡稱“中心”)每學(xué)年要承擔(dān)全校不同專業(yè)約80門課程，600項實(shí)驗項目的實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)任務(wù)，另外還有《普通昆蟲學(xué)》《普通植物病理學(xué)》等主要專業(yè)課程教學(xué)實(shí)習(xí)及植保、植檢、農(nóng)藥等專業(yè)綜合實(shí)踐。除了完成實(shí)驗教學(xué)計劃外，還建立了一個現(xiàn)代植物保護(hù)學(xué)實(shí)驗室，多個大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗室以及儀器室，滿足各種開放性實(shí)驗的需求，如SRT、校級、省級及國家級創(chuàng)新計劃、畢業(yè)實(shí)習(xí)、部分在中心完成的教師科研實(shí)驗以及各種創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊。每個創(chuàng)新實(shí)驗室根據(jù)不同專業(yè)和實(shí)驗類型放置一些常用設(shè)備，以便學(xué)生開展各種開放性實(shí)驗?，F(xiàn)代植物保護(hù)學(xué)實(shí)驗室和儀器室則放置大型精密儀器設(shè)備，以供教學(xué)和開放實(shí)驗共享。另外，還指派1名專職高級職稱實(shí)驗技術(shù)人員對開放實(shí)驗進(jìn)行統(tǒng)籌管理，指導(dǎo)學(xué)生正確使用各種儀器設(shè)備并指導(dǎo)監(jiān)督實(shí)驗進(jìn)程。

作為應(yīng)用型學(xué)科，植物保護(hù)類專業(yè)包括植物保護(hù)、植物檢疫、森林保護(hù)、制藥工程(農(nóng)藥)、菌物及煙草各專業(yè)，在實(shí)驗教學(xué)的過程中主要應(yīng)用各種實(shí)物材料。如病蟲實(shí)驗實(shí)踐主要是觀察認(rèn)識和制作各種病蟲標(biāo)本；農(nóng)藥實(shí)驗不僅要用到各種活體病蟲試材及植物材料，在制備和分析的過程中還要用到各種器皿和儀器設(shè)備；煙草及菌物專業(yè)各種實(shí)驗材料需要學(xué)生自種自收，并用于后期各種加工和分析實(shí)驗。自2017年7月教育部發(fā)布《關(guān)于 2017—2020 年開展示范性虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)項目建設(shè)的通知》(教高廳〔2017〕 4號)并啟動國家級虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)項目的建設(shè)工作以來，虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。虛擬仿真實(shí)驗作為一種現(xiàn)代化的實(shí)驗教學(xué)方式，能拓展實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容廣度和深度，延伸實(shí)驗教學(xué)時間和空間，提升實(shí)驗教學(xué)質(zhì)量和水平。中心在2020年開發(fā)了《玉米螟發(fā)生與綠色防控虛擬仿真實(shí)驗》(圖2a)，并被認(rèn)定為國家級虛擬仿真實(shí)驗一流課程，同年又建設(shè)了一個高標(biāo)準(zhǔn)虛擬仿真實(shí)驗室(圖2b)。中心自2014年開始構(gòu)建面向全校師生的數(shù)字化玻片標(biāo)本資源共享平臺(圖2c)，數(shù)據(jù)庫主要是實(shí)驗教學(xué)所涉及的病蟲害玻片標(biāo)本，現(xiàn)有數(shù)字化標(biāo)本500余號，并不斷完善更新中。學(xué)生可以在自己的電腦、手機(jī)等通信設(shè)備上通過校園網(wǎng)訪問標(biāo)本數(shù)據(jù)庫，隨時隨地學(xué)習(xí)實(shí)驗內(nèi)容。

圖1 多層次、多元化實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)體系內(nèi)涵Fig.1 Connotation of multi-level and diversified experimental practice teaching system

圖2 虛擬仿真實(shí)驗資源及數(shù)碼標(biāo)本資源庫Fig.2 Virtual simulation experiment resources and digital specimen resource library

立足于培養(yǎng)大學(xué)生最終能服務(wù)于農(nóng)林生產(chǎn)，解決生產(chǎn)實(shí)際問題的目標(biāo)，在實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)中，室內(nèi)和室外田間相結(jié)合，能盡快提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)修養(yǎng)和技術(shù)技能。室內(nèi)的實(shí)驗教學(xué)在一定程度上只能是部分代替或模擬野外農(nóng)林生產(chǎn)實(shí)際狀況，還需田間的進(jìn)一步實(shí)際操作和驗證。中心現(xiàn)有校內(nèi)教學(xué)基地3余hm，能滿足植保、煙草、農(nóng)藥不同專業(yè)的室外實(shí)踐需要。另有菌物實(shí)訓(xùn)基地，能滿足菌物專業(yè)從育種、栽培到加工整條產(chǎn)業(yè)鏈的生產(chǎn)實(shí)踐需求。中心還在泰安藥鄉(xiāng)林場、徂徠山林場等大型國有林場，以及主要煙草產(chǎn)區(qū)、制藥企業(yè)和菌物生產(chǎn)企業(yè)建立教學(xué)實(shí)踐基地。通過定期組織學(xué)生赴校外教學(xué)基地參觀實(shí)習(xí)，能讓學(xué)生掌握生產(chǎn)實(shí)際動態(tài)，認(rèn)識生產(chǎn)實(shí)際問題，提高動手實(shí)踐能力。

2 構(gòu)建多層次、多元化實(shí)驗教學(xué)體系的必要性

2017 年教育部、財政部、國家發(fā)改委印發(fā)《統(tǒng)籌推進(jìn)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)實(shí)施辦法》，2017 年10月習(xí)近平在十九大報告中指出，加快一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)，加快中國高等教育事業(yè)發(fā)展，培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才。2019年山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)專業(yè)入選國家級一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)；2020年山東農(nóng)業(yè)大學(xué)入選山東省高水平大學(xué)“沖一流”建設(shè)高校，植物保護(hù)學(xué)科入選山東省高水平優(yōu)勢特色學(xué)科建設(shè)，玉米螟發(fā)生與綠色防控虛擬仿真實(shí)驗被認(rèn)定為國家級虛擬仿真實(shí)驗一流課程。進(jìn)行多層次、多元化的實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)體系的探索和構(gòu)建，有效提升學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，對加快一流專業(yè)建設(shè)和學(xué)科建設(shè)具有重要意義。

既要完成各課程大綱規(guī)定的實(shí)驗實(shí)踐學(xué)時，又要通過研究性和創(chuàng)新性一系列科研類型的實(shí)驗教學(xué)，進(jìn)一步提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和實(shí)踐創(chuàng)新能力。

傳統(tǒng)的實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)以教學(xué)大綱為主要內(nèi)容，按照事先安排的教學(xué)日歷按部就班地進(jìn)行教學(xué)活動，再輔以課程教學(xué)實(shí)習(xí)實(shí)踐。學(xué)生接觸的實(shí)驗內(nèi)容都一樣，難以體現(xiàn)學(xué)生實(shí)驗實(shí)踐能力的個體差異以及激發(fā)學(xué)生的興趣和創(chuàng)新發(fā)展。根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)和實(shí)踐能力，考慮學(xué)生的個體差異和興趣愛好，建立以培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新能力為核心的多層次、多元化實(shí)驗教學(xué)新模式。

長期以來教學(xué)過程中堅持以“理論知識為主，實(shí)驗實(shí)踐為輔”的教學(xué)理念，缺乏對實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)的足夠重視，實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)活動內(nèi)容尚未與農(nóng)業(yè)實(shí)踐生產(chǎn)相結(jié)合，學(xué)生運(yùn)用專業(yè)知識解決實(shí)際生產(chǎn)問題的能力較差。改變傳統(tǒng)的“以教師為中心”的講授型教學(xué)方法，采用“學(xué)生為主、教師為輔”的實(shí)驗教學(xué)方式，在實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)中采用自主探索式、團(tuán)隊式等教學(xué)方法和手段培養(yǎng)學(xué)生動手能力、創(chuàng)新能力、獨(dú)立分析和解決問題的能力及團(tuán)隊協(xié)作精神。 將生產(chǎn)實(shí)際問題和科學(xué)前沿問題融入實(shí)驗教學(xué)中，鼓勵學(xué)生參與到教師的科研項目中，同時在教師指導(dǎo)下申報校級、省級和國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，進(jìn)而培養(yǎng)具有綜合型實(shí)驗實(shí)踐能力的植物保護(hù)相關(guān)專業(yè)人才。

3 構(gòu)建多層次、多元化實(shí)驗教學(xué)體系的保障措施

實(shí)驗中心作為實(shí)驗教學(xué)的主體單位，空間環(huán)境、儀器設(shè)備質(zhì)量、任課教師和實(shí)驗技術(shù)人員素質(zhì)，對實(shí)驗教學(xué)的高效開展及學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用。中心始建于2003年，目前另有菌物培訓(xùn)基地，植物保護(hù)實(shí)驗站和虛擬仿真實(shí)驗室，承擔(dān)山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院植物保護(hù)、植物檢疫、森林保護(hù)、煙草、制藥工程、菌物專業(yè)以及其他專業(yè)如園藝、林學(xué)、農(nóng)學(xué)等相關(guān)實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)工作。2016年以來，隨著山東省高水平應(yīng)用型專業(yè)建設(shè)項目以及新舊動能轉(zhuǎn)換專項資金的投入，中心在環(huán)境和儀器設(shè)備等硬件方面得到了極大的提升，1 000元以上的設(shè)備總價近1 000萬元，10萬元以上的大型設(shè)備24臺套，另建設(shè)了6個病蟲互動實(shí)驗室。以實(shí)驗中心為主體進(jìn)行實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)，其優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾方面：①以中心為單位，更有利于實(shí)驗教學(xué)的統(tǒng)籌安排和實(shí)驗室的管理，提高相關(guān)材料和設(shè)備的利用效率。②實(shí)驗室和設(shè)備資源集中，在進(jìn)行計劃內(nèi)教學(xué)的基礎(chǔ)上，更利于開發(fā)綜合性、研究型、創(chuàng)新型實(shí)驗。③人員集中，專業(yè)課教師及實(shí)驗技術(shù)人員可以更有效地溝通實(shí)驗教學(xué)過程中的各種問題，學(xué)生也可以更方便地與指導(dǎo)教師進(jìn)行交流。

實(shí)驗教學(xué)隊伍包括指導(dǎo)教師和專職實(shí)驗技術(shù)人員，二者分工不同。指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)實(shí)驗教學(xué)授課及開放實(shí)驗的選題指導(dǎo)以及實(shí)驗路線設(shè)計等。實(shí)驗技術(shù)人員負(fù)責(zé)實(shí)驗室的日常管理、設(shè)備的使用與維護(hù)以及具體實(shí)驗技術(shù)的指導(dǎo)工作。農(nóng)業(yè)高校中植物保護(hù)作為傳統(tǒng)優(yōu)勢學(xué)科，中心實(shí)驗指導(dǎo)教師隊伍實(shí)力雄厚，擁有一支年齡結(jié)構(gòu)合理、較高專業(yè)水平的師資隊伍，目前共有專職教師68人，其中教授30人，副教授19人，高級職稱比例為72%。高水平的實(shí)驗教學(xué)隊伍，不僅能高質(zhì)量地完成實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)，還能緊跟學(xué)科前沿，不斷更新實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容。中心還有一支年輕有活力的專職實(shí)驗技術(shù)人員隊伍，共9人，其中高級實(shí)驗師4人，具有博士學(xué)歷的2人，碩士學(xué)歷的6人，45歲以下實(shí)驗技術(shù)人員7人。隨著中心建設(shè)質(zhì)量的不斷提高以及職能的擴(kuò)大，對實(shí)驗技術(shù)人員的要求也越來越高：實(shí)驗教學(xué)過程中涉及的工具和材料需要不斷更新和完善；大型儀器設(shè)備需要更專業(yè)的管理和功能開發(fā)；開放創(chuàng)新實(shí)驗需要更規(guī)范和有效的指導(dǎo)。為提高實(shí)驗技術(shù)人員的專業(yè)素養(yǎng)和技能，更好地服務(wù)實(shí)驗教學(xué)，中心積極選派實(shí)驗技術(shù)人員參加中國高等教育學(xué)會、山東省教育技術(shù)與裝備協(xié)會等組織的實(shí)驗室管理和建設(shè)培訓(xùn)及儀器設(shè)備展覽會，鼓勵實(shí)驗技術(shù)人員積極申報各級教研課題及發(fā)表實(shí)驗技術(shù)與管理性文章。擁有高水平的實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)隊伍，是構(gòu)建多層次、多元化實(shí)驗教學(xué)體系的根本保障。

4 多層次、多元化實(shí)驗教學(xué)體系實(shí)踐效果

近年來，經(jīng)過所有指導(dǎo)教師和實(shí)驗人員的不斷努力，中心已經(jīng)形成開放性、創(chuàng)新型的實(shí)驗教學(xué)氛圍，并取得了一定的成果。

以2016—2020年為例，除去2020年上半年受新冠疫情的影響，學(xué)生完成的各種開放創(chuàng)新實(shí)驗項目逐年提高。2016—2017年僅17項，2018年增加至36項，2019年達(dá)到42項，2020年下半年復(fù)學(xué)后，開放實(shí)驗項目23項。開放實(shí)驗數(shù)量的增加，說明中心在實(shí)驗條件方面得到了提升，同時也證實(shí)了在多層次、多元化的實(shí)驗教學(xué)體系框架內(nèi)，使實(shí)驗教學(xué)活動更加充滿生機(jī)和活力。

多層次、多元化實(shí)驗教學(xué)體系的根本就是滿足學(xué)生個性化發(fā)展的需求，讓學(xué)生有更多的途徑和條件在完成大綱課程的同時，通過各種開放性實(shí)驗豐富自己的專業(yè)知識及提高專業(yè)技能。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的基礎(chǔ)是實(shí)驗實(shí)踐，多層次、多元化的實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)體系為創(chuàng)新人才的培養(yǎng)奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。中心成立了大學(xué)生創(chuàng)客中心，規(guī)范引導(dǎo)和幫助學(xué)生成立創(chuàng)新團(tuán)體和創(chuàng)業(yè)公司。不僅為學(xué)生提供實(shí)驗空間和設(shè)施條件，每個創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)體還配備了專門的指導(dǎo)教師，將新理念和新成果注入學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中，以提高學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的專業(yè)水平。近年來，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植保學(xué)院在全國和山東省的專業(yè)實(shí)踐技能和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中屢獲佳績(部分獲獎情況見表1)，從一定程度上反映了多層次、多元化的實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)體系所取得的成果。

表1 學(xué)生專業(yè)技能及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽部分獲獎情況Table 1 Part of the awards of students’ professional skills and innovation and entrepreneurship competitions

5 結(jié)語

多層次、多元化的實(shí)驗教學(xué)體系并不是一蹴而就的，而是隨著中心軟硬件的提升，逐步革新實(shí)驗教學(xué)方法和實(shí)驗項目內(nèi)容，逐漸積累所形成的一種全方位立體化的教學(xué)體系。雖然實(shí)驗教學(xué)體系發(fā)展比較成熟，并取得了一定成績，但其中仍有很多有待完善的方面，如隨著新型精密儀器設(shè)備的購置，綜合性、設(shè)計研究性實(shí)驗課程項目的開發(fā)；開放性實(shí)驗的遴選機(jī)制和考核的量化管理；更多虛擬仿真實(shí)驗項目的建設(shè)；企事業(yè)實(shí)踐教學(xué)基地教學(xué)與效益的合理化結(jié)合以及實(shí)驗技術(shù)人員如何更有效地參與實(shí)驗教學(xué)等。在今后的教學(xué)工作中，還需不斷完善實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)體系，扎實(shí)工作，提高實(shí)驗教學(xué)質(zhì)量，為我國農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型植保人才，為實(shí)現(xiàn)民族復(fù)興的中國夢貢獻(xiàn)力量。