基于全國大學(xué)生生命科學(xué)競賽的植物學(xué)開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究

［摘 要］開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)已經(jīng)成為高校人才培養(yǎng)中的重要環(huán)節(jié)。文章針對目前植物學(xué)開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，基于全國大學(xué)生生命科學(xué)競賽開展了教學(xué)改革研究。浙江大學(xué)植物學(xué)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)和生物國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心依據(jù)競賽數(shù)據(jù)以及本科生創(chuàng)新思維和能力培養(yǎng)的需求，建立了全面開放平臺，重構(gòu)了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，改革了教學(xué)模式，為學(xué)生提供了自主化、個(gè)性化、階段化的實(shí)驗(yàn)資源和教學(xué)指導(dǎo)，顯著提高了植物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，為深化以“賽”促“教”、以“賽”促“學(xué)”的教育理念， 以及培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才提供了參考。

［關(guān)鍵詞］全國大學(xué)生生命科學(xué)競賽；植物學(xué)；開放實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革

［中圖分類號］G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A ［文章編號］2095-3437（2025）11-0001-05

植物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是生物科學(xué)類或農(nóng)林園藝等相關(guān)專業(yè)的一門基礎(chǔ)必修課或?qū)I(yè)課[1]。傳統(tǒng)植物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程因?qū)W科特點(diǎn)，形成了固化的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式[2]。植物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和模式對整個(gè)植物學(xué)課程的教學(xué)效果具有決定性作用。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往更注重理論的驗(yàn)證和再現(xiàn)，導(dǎo)致學(xué)生難以將所學(xué)理論知識應(yīng)用到實(shí)踐中，缺乏綜合實(shí)踐操作能力和創(chuàng)新思維。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更新緩慢，往往使用固定的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開展教學(xué)，這些實(shí)驗(yàn)可能已經(jīng)過時(shí)或未能反映最新的科研成果和技術(shù)，這使得學(xué)生難以接觸到前沿的科學(xué)研究，也阻礙了其對新知識的獲取和應(yīng)用[3]。

在本科人才培養(yǎng)過程中，實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)之一。然而，在傳統(tǒng)的植物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中，存在部分學(xué)生實(shí)踐訓(xùn)練強(qiáng)度不夠、創(chuàng)新能力培養(yǎng)不足等情況，難以滿足植物學(xué)學(xué)科發(fā)展和新時(shí)代對高校創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求。隨著數(shù)字賦能高等教育實(shí)踐教學(xué)改革的深入，探討如何拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、變革教學(xué)模式，以及更好地激發(fā)學(xué)生的興趣、培養(yǎng)其創(chuàng)新思維和能力，已成為植物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重點(diǎn)。

在創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略背景下，把學(xué)科競賽作為大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力提升的練兵場將是最有效的教育途徑[4]。大學(xué)生通過參加競賽，能夠掌握與生命科學(xué)領(lǐng)域相關(guān)的基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法，提升自身綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力[5]。開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、科學(xué)精神的載體，推動了個(gè)性化、自主化、分級化教學(xué)的發(fā)展，促進(jìn)了學(xué)生知識、能力、素質(zhì)的全面進(jìn)步。因此，以學(xué)科競賽為抓手，以實(shí)驗(yàn)課程的育人需求為導(dǎo)向，圍繞建立開放平臺、重構(gòu)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、改革教學(xué)模式等方面開展植物學(xué)開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究，對于提高教學(xué)效果和提升人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重要意義。

一、競賽背景下加強(qiáng)植物學(xué)開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的必要性

2021年，全國大學(xué)生生命科學(xué)競賽正式被納入“全國普通高校大學(xué)生競賽排行榜”[6]，每年舉辦一屆，分為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類和科學(xué)探究類兩個(gè)賽道。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類競賽主要以研究成果或創(chuàng)業(yè)活動作為參賽作品，重視項(xiàng)目結(jié)果評價(jià)?？茖W(xué)探究類競賽堅(jiān)持“興趣驅(qū)動、科學(xué)探究、過程評價(jià)、能力提升”的方針，主要通過自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)或野外調(diào)查來尋找并解決生命科學(xué)問題，重在研究過程評價(jià)，受到了更廣泛的關(guān)注。

浙江大學(xué)生物國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心（以下簡稱中心）作為全國大學(xué)生生命科學(xué)競賽（科學(xué)探究類）的秘書處單位，負(fù)責(zé)協(xié)助落實(shí)科學(xué)探究類競賽（以下簡稱競賽）的有關(guān)工作。浙江大學(xué)植物學(xué)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)（以下簡稱教學(xué)團(tuán)隊(duì)）對競賽相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)近五年參賽學(xué)校數(shù)、隊(duì)伍數(shù)和學(xué)生數(shù)逐年增加（見圖1）。2020—2024年，競賽共吸引來自全國629所高校16732個(gè)團(tuán)隊(duì)的69938名學(xué)生和23501名指導(dǎo)教師參加，可見競賽的影響力較為深遠(yuǎn)。由表1可知，雖然參賽團(tuán)隊(duì)數(shù)量逐年增加，但與植物學(xué)相關(guān)的三個(gè)學(xué)科領(lǐng)域中，植物學(xué)與植物生理學(xué)、植物生產(chǎn)類（農(nóng)學(xué)）參賽團(tuán)隊(duì)總數(shù)為2385個(gè)，占全部參賽團(tuán)隊(duì)數(shù)量的14.26%，而野外實(shí)習(xí)類（植物學(xué)）的參賽團(tuán)隊(duì)數(shù)量只有35個(gè)，占比0.21%。

與參賽團(tuán)隊(duì)數(shù)量較多的微生物學(xué)、生物化學(xué)與分子生物學(xué)兩個(gè)熱點(diǎn)學(xué)科相比，植物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革需要進(jìn)一步深化，以激發(fā)學(xué)生對植物學(xué)的興趣，培養(yǎng)其創(chuàng)新思維能力。

二、基于競賽的植物學(xué)開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

開放式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)以學(xué)生為主體、教師為引導(dǎo)，形成以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)、以綜合性實(shí)驗(yàn)為引領(lǐng)、以探索創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)為目標(biāo)的教學(xué)模式[7]。國內(nèi)很多高校植物學(xué)課程雖開設(shè)了開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，但由于資源、空間等限制因素，存在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)性和綜合性不強(qiáng)、教學(xué)方法保守等問題，沒有充分體現(xiàn)此類教學(xué)的多元性、開放性和交叉性，不利于培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和科研思維的高素質(zhì)人才。

針對目前浙江大學(xué)（以下簡稱我校）在植物學(xué)開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，教學(xué)團(tuán)隊(duì)依托競賽的影響力，主要通過建立開放平臺、重構(gòu)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、改革教學(xué)模式等途徑，不斷完善開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，在促進(jìn)植物學(xué)教學(xué)改革、提升學(xué)生自主創(chuàng)新能力、深化中心內(nèi)涵式發(fā)展三個(gè)方面形成合力，實(shí)現(xiàn)學(xué)生、教學(xué)團(tuán)隊(duì)和實(shí)驗(yàn)中心三個(gè)層面的“共贏”。

（一）建立開放平臺

實(shí)驗(yàn)室面向本科生開放是提升學(xué)生自主創(chuàng)新能力的重要路徑[8]。中心堅(jiān)持“通專融合，開放交叉”的人才培養(yǎng)理念，于2010年建成了大學(xué)生綜合創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室，這是一個(gè)專門為培養(yǎng)大學(xué)生的科研創(chuàng)新意識和能力、提高大學(xué)生綜合素質(zhì)而設(shè)立的生命科學(xué)類課外訓(xùn)練平臺[9]。開放實(shí)驗(yàn)室設(shè)有實(shí)驗(yàn)操作區(qū)、學(xué)習(xí)討論區(qū)、細(xì)胞培養(yǎng)室等多個(gè)功能區(qū)域，并由專職教師進(jìn)行管理，全時(shí)間段面向在校本科生開放。通過不斷改善實(shí)驗(yàn)條件、提高管理水平和共享運(yùn)行機(jī)制，開放實(shí)驗(yàn)室為本科生培養(yǎng)提供了自由的學(xué)習(xí)空間、先進(jìn)的儀器設(shè)備和堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持。此外，平臺專職教師和課程指導(dǎo)教師的雙重指導(dǎo)，促進(jìn)了學(xué)生自主探究能力向高水平方向發(fā)展，對于滿足學(xué)生差異化的學(xué)習(xí)需求和優(yōu)化大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系具有重要意義。

（二）重構(gòu)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

如表2所示，我校原有的植物學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目雖然包含了基礎(chǔ)操作和應(yīng)用技能訓(xùn)練，但實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，各項(xiàng)目間的聯(lián)系不夠緊密，缺乏設(shè)計(jì)性和研究性，難以滿足拔尖創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求。

表2 植物學(xué)（分類學(xué)部分）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

[序號 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 類型 學(xué)時(shí) 1 植物學(xué)實(shí)驗(yàn)基本技能 驗(yàn)證性 2 2 藻類、地衣植物觀察及植物標(biāo)本的采集和制作方法 驗(yàn)證性 3 3 苔蘚、石松類、蕨類植物觀察及植物營養(yǎng)器官的形態(tài)描述 驗(yàn)證性 3 4 裸子植物觀察及植物生殖器官的形態(tài)描述 驗(yàn)證性 3 5 花程式、花圖式的記錄方法和植物分類檢索表的使用 驗(yàn)證性 2 6 種子植物分類學(xué)習(xí) 綜合性 2 7 校園植物實(shí)習(xí) 綜合性 3 8 課外拓展：模式植物栽培、植物視頻拍攝制作 綜合性 1 ]

學(xué)科競賽的本質(zhì)是培養(yǎng)學(xué)生解決學(xué)科實(shí)際問題的能力[10]。將競賽解決問題模式引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，設(shè)計(jì)分層實(shí)驗(yàn)?zāi)K。在綜合性實(shí)驗(yàn)中借鑒競賽模式，采用任務(wù)驅(qū)動法引導(dǎo)學(xué)生自主探究。學(xué)生自主選題或提出問題，并利用課余時(shí)間和開放平臺進(jìn)行綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。

以學(xué)生參加第八屆全國大學(xué)生生命科學(xué)競賽（科學(xué)探究類）并獲得一等獎的項(xiàng)目“基于環(huán)境DNA技術(shù)與大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的湖泊生態(tài)系統(tǒng)高等植物多樣性研究——以杭州西湖水體為例”為例。該項(xiàng)目思路源于學(xué)生在西湖游覽時(shí)提出的問題：西湖周邊有哪些植物？如何鑒定這些植物的種類？如何得知其分布情況？在教師指導(dǎo)下，學(xué)生組隊(duì)開展了為期半年左右的開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，自主設(shè)計(jì)了技術(shù)路線（見圖2），著重探究并評估了環(huán)境 DNA 技術(shù)在城市水體及其周邊植物多樣性研究中的應(yīng)用，旨在以西湖為模板，為各大城市區(qū)域生態(tài)環(huán)境建設(shè)和保護(hù)提供參考。此項(xiàng)研究成果得到評審專家的一致好評，并被推薦為競賽閉幕式的優(yōu)秀展演作品。

（三）改革教學(xué)模式

1.以問題為導(dǎo)向開展分組分層教學(xué)

植物學(xué)實(shí)驗(yàn)課通常以教師為主導(dǎo)，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)踐，這樣不利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和創(chuàng)造性。針對一個(gè)教學(xué)班不同層次和不同水平的學(xué)生，教學(xué)團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了分組分層遞進(jìn)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式（見圖3）。學(xué)生先完成基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，達(dá)到要求后進(jìn)入綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)K。在綜合性實(shí)驗(yàn)中借鑒競賽模式，以問題探究為靶向，采用任務(wù)驅(qū)動法引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主探究學(xué)習(xí)。教師設(shè)置不同方向的選題，學(xué)生自主選題或提出問題，并自由組隊(duì)，逐步完成相關(guān)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。在達(dá)到相關(guān)要求后，學(xué)生可以分組申請進(jìn)入開放平臺，進(jìn)一步開展高階性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，并深入探究，同時(shí)參加學(xué)科競賽。實(shí)踐表明，分組分層遞進(jìn)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式有助于促進(jìn)學(xué)生更加自主地掌握基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)技能，更能有效地培養(yǎng)學(xué)生的興趣，使學(xué)生能圍繞解決植物學(xué)領(lǐng)域相關(guān)的科學(xué)問題開展自主實(shí)驗(yàn)或野外調(diào)查，全面培養(yǎng)其創(chuàng)新思維，提高其實(shí)踐操作能力。

[查閱資料 ][課內(nèi)外自主探究 ][實(shí)驗(yàn)選題、分組 ][綜合性實(shí)驗(yàn) ][基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn) ][研討總結(jié) ][自主實(shí)驗(yàn) ][設(shè)計(jì)方案 ] [學(xué)科競賽 ][創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn) ] [達(dá)到要求] [申請進(jìn)入開放平臺][培育轉(zhuǎn)化][驅(qū)動創(chuàng)新]

圖3 分層遞進(jìn)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

2.靈活設(shè)計(jì)翻轉(zhuǎn)課堂

鼓勵(lì)并指導(dǎo)學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)課堂的主角，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、積極探究。實(shí)驗(yàn)教學(xué)從綜合性實(shí)驗(yàn)開始，學(xué)生自主選題并進(jìn)行分組，完成實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)并將其提交給教師。教師審閱后提出修改意見并組織學(xué)生進(jìn)行研討。學(xué)生匯報(bào)實(shí)驗(yàn)方案、技術(shù)路線，進(jìn)行交流討論，結(jié)合討論意見修改完善實(shí)驗(yàn)方案。各小組在教師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，及時(shí)記錄數(shù)據(jù)、分析整理并上傳實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，最后撰寫報(bào)告和論文。

3.運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)輔助教學(xué)

充分利用“互聯(lián)網(wǎng) + 教育”的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式，以彌補(bǔ)線下教學(xué)和交流時(shí)間的不足。應(yīng)用“智慧樹”“浙大釘”等輔助教學(xué)平臺，針對不同的教學(xué)內(nèi)容靈活采用不同的教學(xué)方式，教師可線上發(fā)布實(shí)驗(yàn)相關(guān)的文獻(xiàn)資料和要求，學(xué)生隨時(shí)討論和反饋實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)師生高效互動。

三、基于競賽的植物學(xué)開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革成效

近年來，中心和教學(xué)團(tuán)隊(duì)基于競賽數(shù)據(jù)以及本科生創(chuàng)新思維和能力培養(yǎng)的需求，建立了開放平臺，重構(gòu)了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并改革了教學(xué)模式，為學(xué)生提供了自主化、個(gè)性化、階段化、分級化的實(shí)驗(yàn)資源和教學(xué)指導(dǎo)，滿足了以知識、能力、素質(zhì)為導(dǎo)向的創(chuàng)新人才培養(yǎng)需求，顯著提高了植物學(xué)開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

實(shí)踐表明，以競賽為驅(qū)動力，從基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)到創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，難度層層遞進(jìn)，有助于不斷培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力?；诟傎愴?xiàng)目，教師將學(xué)科前沿研究引入實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，指導(dǎo)學(xué)生開展綜合性、探究性實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建了以學(xué)生為主體的教學(xué)模式，充分調(diào)動了學(xué)生的主觀能動性，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合素質(zhì)?？蒲小胺床浮苯虒W(xué)，實(shí)現(xiàn)了科教相長、教學(xué)相長、師生共同成長的良好局面，全面提高了教學(xué)效果。

可以說，基于競賽的植物學(xué)開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一種融入科研元素的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。該模式以實(shí)際問題或競賽項(xiàng)目為載體，通過引導(dǎo)學(xué)生親身實(shí)踐、自主探究，實(shí)現(xiàn)了知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀等多維目標(biāo)。其促使學(xué)生將理論知識與科研實(shí)踐相結(jié)合，從而培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。通過學(xué)生學(xué)習(xí)效果問卷調(diào)查可知（見圖4），95%的學(xué)生反饋“開放實(shí)驗(yàn)具有挑戰(zhàn)性”，93%的學(xué)生認(rèn)為“提高了實(shí)踐操作能力”，91%的學(xué)生認(rèn)為“提高了綜合素質(zhì)”。

lt;D：＼張毅＼下載文件＼2025＼大學(xué)教育（上半月）202506＼11d4.jpggt;[86%" " " " " " " 88%" " " " " " "90%" " " " " " "92%" " " " " " " 94%" " " " " " "96%][學(xué)生占比統(tǒng)計(jì)][為今后的科研工作打下了基礎(chǔ)

提高了實(shí)踐操作能力

促進(jìn)自主學(xué)習(xí)

提高了綜合素質(zhì)

有利于個(gè)性化學(xué)習(xí)

開放實(shí)驗(yàn)具有挑戰(zhàn)性

對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容感興趣]

圖4 學(xué)生學(xué)習(xí)效果問卷調(diào)查

四、結(jié)語

開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校人才培養(yǎng)的重要模式，是一項(xiàng)長久的系統(tǒng)工程，需要圍繞新時(shí)代下創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，不斷深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，探究先進(jìn)的、適宜的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，并挖掘更多有利于學(xué)生發(fā)揮個(gè)性潛能的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。

今后，還需要圍繞新時(shí)代下拔尖創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)生專業(yè)特點(diǎn)，進(jìn)一步加強(qiáng)教學(xué)和競賽的耦合度，不斷完善植物學(xué)開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。同時(shí)突破“科研項(xiàng)目式培養(yǎng)”“競賽式培養(yǎng)”等的局限性，更加關(guān)注學(xué)生的想法，貼合學(xué)生的成長規(guī)律，鼓勵(lì)興趣驅(qū)動型自主探究。此外，教師應(yīng)更加注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研、產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，及時(shí)把握學(xué)科前沿和研究熱點(diǎn)，加強(qiáng)與國內(nèi)外高校、科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)的合作和交流，不斷更新、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，拓展課程深度和寬度，將創(chuàng)新教育與數(shù)字賦能有機(jī)融入課程教學(xué)和專業(yè)教育，使創(chuàng)新教育體系更完善。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

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