种子学实验教学体系建设与实践

2018-04-03王竹林郑锦绢

实验技术与管理 2018年4期

孟敏, 王竹林, 郑锦绢, 胡甘

(西北农林科技大学农学院, 陕西杨凌 712100)

种子是农业生产最基本的生产资料,是农作物高产、多抗、优质的内在因素[1],种子产业化的快速发展需要专业人才支撑。继2002 年中国农业大学首次招收种子科学与工程专业本科生之后,至今已有35 所农业高校开展了种子科学与工程专业本科生和研究生教育[2-3]。我校于20世纪90年代初在农学院农学专业设置了“种子生产与营销”专业方向,于2003年开始正式招收“种子科学与工程”专业本科生[4]。种子科学与工程专业对实践性和应用性要求很高,因此系统的、完善的实验教学体系建设,是提高学生发现问题、分析问题和解决问题能力的必要保障。

1 实验教学建设

种子科学与工程专业培养目标为:培养适应现代种业发展需要、全面发展、创新意识强,具备坚实的植物遗传改良、种子生产、加工、贮藏、质量检验、种业经营管理及相关领域的基础理论和扎实的实践技能,能在种业及相关行业从事植物遗传改良、种子生产、加工贮藏、营销与管理等工作的复合型创新人才[5]。

1.1 基本条件建设

我院于2007年成立了“种子工程实验室”,配备了高水平的实验教学团队和专职实验技术人员,包括教授1名、副教授6名、高级实验师2名、实验师1名。教辅人员积极申报各类项目,稳定实验室建设投资经费,先后购置了种子脱粒机、复式清选机、包衣机、种子计量包装机、种子加工车、PCR仪、离心机、电泳设备、凝胶成像系统、种子风筛选实验台等仪器设备500余台件,总价值近500万元。其中2010年购置仪器203台件,价值156.1万元；2011年购置仪器9台件,价值20.1万元；2012年购置仪器240台件,价值66.9万元；2015年购置仪器80台件,价值180万元。平均年更新率达10%,满足了种子科学与工程专业实验教学对仪器的需求。

建立了教学实践标本园区实习基地,占地约3.47公顷,配备了园区生产和维护教职员工8人；建造标准用房屋10间,包括办公室2间、植物标本和教学挂图室2间、实验操作室2间；搜集展示各类珍贵作物种子标本238个、植物标本367个、教学挂图485个。同时,以协议和挂牌的形式确定了5个校外实践实验教学基地, 满足了学生综合实践实习的需要。

加强与精品课程相配套的实验教材建设,鼓励编著出版实验指导教材。引入国内外先进实验教学项目,先后配套编写了《种子生产综合实验指导书》和《种子科学与技术实验指导》等校级规划实验教材。实验教师授课采用授课通、多媒体等现代高科技教学手段。

1.2 教学内容建设

改革传统的实验教学内容,将学科前沿的研究内容和解决生产实际问题的研究内容引进实验教学,实现基础、前沿、生产实际的有机结合,以及实验教学与科研、生产实践的紧密结合,培养学生综合能力与创新精神,提高教学质量。实验室根据我院实际情况,将教学内容分为4个层次。

(1) 基本性实验教学层次。基本性实验教学是以大纲规定的基本内容和要求为目标,强调基本原理和基本实验技能的掌握,如观察、记载、数据采集与结果分析方法、种子的基本处理方法、种子标本采集与制作等,如“种子形态构造及幼苗习性观察” “种子生活力的测定”“种子老化处理”等基础性实验。

(2) 综合性实验教学层次。综合性实验教学是指运用多门课程的综合知识,对学生实验技能和实验方法进行综合训练的实验。综合性实验要求在知识点上和实验手段两个方面具有综合性,是在学生具有一定基础知识和基本操作技能后才开设的,如“种子蛋白质含量的测定-考马斯亮蓝法”要求掌握蛋白质提取技术,分光光度计、电子天平等仪器的使用方法,以及标准曲线绘制等实验技能和能力；“种子活力的四唑染色测定”要求在会使用分光光度计、离心机等仪器操作、掌握标准曲线绘制基础上,还要会剥胚、离心、比色等实验技能[6]。综合性实验体现了实验内容的复合性、实验仪器的多样性、实验过程的综合性,重点培养学生的综合分析能力、实验动手能力、数据处理能力、查阅资料能力、运用多学科知识解决问题的能力[7]。

(3) 研究性实验教学层次。研究性实验教学,就是将科技前沿研究状况和最新成果融入实验教学,使学生了解学科前沿的发展动态,加深学生对本学科的认识,形成实验教学和科研的良性互动[8],如:品种种子纯度鉴定,经典的鉴定方法是田间小区种植鉴定法,但田间小区种植鉴定存在很多缺点,如不易区别表型相近的单株、易受环境因素的影响、耗费人力物力等。开设了“小麦种子醇溶蛋白聚丙烯酰胺凝胶电泳鉴定品种种子纯度”实验项目,利用醇溶蛋白分析法,根据个体间储藏蛋白的电泳谱带的异同鉴定种子纯度,具有操作简单、速度快、费用低等优点；运用先进科技仪器毛细管电泳系统能够快速高效分离蛋白的特点开设了“毛细管电泳系统分离小麦种子中各种蛋白”实验项目；随着基因组学的迅猛发展和基因组测序技术的推广,国际种子贸易协会(ISTA)和国际植物新品种联盟(UP-OV)相继开展了以SSR(simple sequence repeat)标记鉴定小麦、玉米、水稻、大豆等作物品种的研究[9],因此开设了“利用SSR分子标记鉴定品种种子纯度”实验项目。将这些学科前沿与生产实际应用中待解决的问题引入实验项目,使学生的实验学习与本专业科研实际相结合,利用新手段、新方法解决实际问题,调动了学生学习的积极性和主动性。

(4) 实践性实验教学层次。为每个班级在标本园区设一块实验田,学生自行安排栽培品种和栽培过程,在指定实验指导教师的指导下,完成从种到收直至种子纯度、发芽率、水分、活力等一系列鉴定过程。同时鼓励学生利用课余时间和寒暑假到作物标本园、教师的科研试验田、实践教学基地及种子企业进行现场参观实践,达到内容丰富、增强学生的感性认识、扩大学生的知识面的目的。

通过递增的4层次教学实验和实践的培养,加深学生对种子科学与工程专业课程基础理论的理解,培养学生综合分析和解决问题的能力,引导学生关注本学科的发展前沿、最新动态和生产实际,使学生开阔视野、活跃思维、对专业有全面的了解和热爱[10]。

1.3 教学方法建设

实验教学采取稳步推进、先易后难、系统训练,以学生自主学习为主、教师指导为辅的引导式、启发式教学,将培养创新能力和研究性思维贯穿整个实验教学之中。目前采用的实验教学方法主要有4种:

(1) 讲座式。教师以讲座形式向学生讲授实验基本理论和基本知识、实验技术原理、数据处理方法、科学研究方法、文献查阅、科学论文和技术报告的撰写方法等,学生通过听取讲座来获取基本技能和学习方法。

(2) 实训式。对于技能训练、基础性实验和验证性实验,学生在预习实验指导书的基础上查阅资料,在教师指导下,在实验室独立完成实际操作训练和数据测量,取得实验结果,课后再撰写实验报告。

(3) 研究报告式。对于设计型和创新研究综合实验,采取分组的办法,学生3～4人一组[11],在教师的指导下,从了解实验背景、学习相关理论知识、学习相关实验技能开始,完成文献查阅、实验方案设计、溶液配置、仪器组装和调试、数据测量分析、结果讨论等,最后撰写一篇科技论文格式的研究报告。项目进行过程中随时有指导教师指导、纠错、引领。

(4) 开放式。对创新能力较强、善于动手的学生,实验室免费开放，采取进入实验室要登记、项目完成后要以研究报告或结果汇报形式反馈给实验室的管理方式。学生根据自己的能力和爱好,选择相应的实验项目,或者将自己的创意带到实验室来实现,让学生体验创造性学习的乐趣,激发学生的创新意识。

1.4 实验考核方式建设

探索多元化实验考核方法,提倡学生开展自主学习、合作学习、探究式学习,引导学生由“学习、考试”型向“学习、思考、研究、创新”型转变。实验考核由实验习惯、实验操作、实验报告和实验考试4部分组成。实验前要求学生写出预习报告,由指导教师检查并给出预习成绩。预习不合格者不能进行实验。实验操作结束后,指导教师检查实验数据并根据实验习惯、操作情况、实验技能掌握和实验结果给出实验习惯和操作成绩。要求学生每一个实验必须写一份完整的实验报告,实验报告批阅后指导教师给出数据处理和回答问题的成绩。实验全部结束后组织考试,给出实验考试成绩[12]。实验考核成绩的考核标准如下:

(1) 实验习惯成绩,占总成绩的10%。考核内容包括是否准时参加实验、有没有实验预习报告、有无实验记录、是否维护实验室的安全有序和整洁、仪器使用记录和保护等[13]。

(2) 实验基本操作考核成绩,占实验成绩的20%。考核学生实验技能的掌握、仪器的使用操作、实验中异常现象的分析处理能力。

(3) 实验报告成绩,占实验成绩的 40%。从实验报告项目是否全面、正确,数据记录是否合理、数据分析处理是否正确、实验结果如何等方面给成绩。

(4) 期末实验的笔试成绩,占总成绩的30%。内容包括整个课程实验教学中涉及的所有实验的基本原理、步骤、结果处理等,着重考查学生知识的融会贯通和创新思维的能力。

考核对学生应掌握的知识和技能提出若干量化的指标,具有客观性,同时也对教师提出了符合实际的考核指标,构成了完整的教学质量评价体系。

1.5 教师能力水平提升建设

社会知识更新的速度越来越快,信息技术在各个领域的应用越来越广泛,各种学科领域的新技术不断涌现,实验室已经将实验教师队伍的学习培训作为一项常抓不懈的课题,对实验技术队伍有目的、有组织、有计划地进修培训,鼓励实验技术队伍人员跨国界、跨地区、跨学校、跨专业开展交流合作,为实验人员提供参与教学和科研活动的机会,开阔实验教师的眼界和思路,既能提高实验技术队伍素质,又能充分调动实验技术人员的积极性和创造性,更好地为高校的教学、科研、人才培养、学科建设、技术创新服务。

2 结语

经过多年的建设和实践,在各层次、各环节,全方位为种子科学与工程专业培养学生服务,使得学生的综合能力、实践动手操作能力等都有较大的提高,学生的整体素质得到明显改善。近几年种子科学与工程本科毕业生整体就业率为98.6%以上,其中升学率55%以上。毕业生知识结构合理、踏实敬业、吃苦耐劳、实践动手能力突出、适应岗位工作能力和开拓创新能力强,具有良好的敬业精神和团结合作精神。

参考文献(References)

[1] 宿华.种子在农业生产中的作用和前景[J].种子世界,1989,11(1):11

[2] 郭宝健,许如根,张新忠,等. 种子科学与工程专业建设的探究[J].中国种业,2016,2:18-19.

[3] 张桂莲,唐启源,张海清. 种子科学与工程专业实验教学改革[J]. 实验科学与技术, 2011,9(4):88-89,111.

[4] 马守才,廖允成,付增光.种子科学与工程本科专业的建设与发展[J].高等农业教育,2007(8):54-56.

[5] 时侠清,张子学,舒英杰.种子科学与工程专业人才培养目标定位与策略[J].安徽科技学院学报,2011,25(4):57-60.

[6] 杜锦,王金龙,向春阳,等.加强实践能力培养,促进种子专业综合实验教学[J].天津农学院学报,2016,23(1):75-77.

[7] 邢红宏,梁承红,张纪磊.充分利用综合性实验培养学生的综合素质[J].实验室研究与探索,2013,32(2):165-167.

[8] 靳天玉,梅中磊,马骞.以研究型实验教学培养创新能力[J].高校实验室工作研究, 2014(1):91-92.

[9] 刘丽华,庞斌双,王立新,等.醇溶蛋白法和SSR标记法检测小麦种子纯度的比较[J].麦类作物学报,2013,33(3):429-434.

[10] 冯万军,杜慧玲,贺立恒,等.基于创新型人才培养模式实践教学体系的探索与实践:以种子科学与工程专业为例[J].高等农业教育,2015(4):70-73.

[11] 梁丽.构建分层次实验教学体系培养创新型人才[J].实验室研究与探索,2014,33(1):217-219.