高校植物学实验教学改革与探索

2018-08-07方颖羊海军陈建军

高教探索 2018年7期

方颖羊海军陈建军

摘要：围绕以创新能力培养为目标，培养实践创新型人才，探索植物学实验教学改革的有效途径。从实验教学内容的同步化、实验教学技术的数字化、实验项目的多样化、创新实验方式的自主化、考核方式的多元化等方面进行研究，探索多元化教学方法。实践证明，通过实施教学改革，本实践课程取得了较好的教学效果，强化了大学生基础实践技能和自主创新能力，在激发学生创造性实习训练等方面取得了显著成效。

关键词：实践创新;植物学实验;教学改革;效果评价

植物学实验课是针对高等学校农林生物本科专业开设的基础实验课，与植物学理论课相结合的实验教学课程，培养学生从实践学习过程中巩固理论基础，提升实践动手能力与创新思维。教育学生从实践中以全新的角度思考问题，发现问题，解决问题，使之成为实践创新型人才，是一项具有系统性、持续性、层次性的创新教育工程。[1]因此，本文从多元化实践教学方法出发，结合当前高校农林专业的发展目标和实践创新型人才培养目标，构建科学的培养思路，以自主创新和实践创新的素质能力相结合为导向，为探索植物学实验教学改革设计一套合理可行的路径。

一、以创新能力培养为导向的植物学实验教学改革方案

（一）实验教学内容的同步化

植物学的理论知识点繁多，特别是植物形态解剖部分，需要记忆大量描述性名词和专有名词，导致学生对这门课的兴趣不高，理论知识的概念没有建立起来，就难以与实验内容相融合，使理论与实践脱节，在实验课上只是机械的按照教师安排做验证性实验，而失去主动性与创新性的思维开拓，这一现状使植物学实验教学和学生能力的培养都难以取得成效。在植物形态部分实验教学过程中及时更新现代植物学研究的前沿和发现，与新研究进展同步，采取图文并茂列举与现代植物学进展相关信息。[2]例如，在根尖的分区结构部分，有研究表明根冠的形成与土粒的摩擦有关，在水中生长的与土壤中生长的海芋根根冠比较细胞层数更少，使学生形象的理解根冠的结构与生理功能。[3]在观察凯氏带的结构中，研究通过小檗碱苯胺蓝染色法直观观察和了解凯氏带的形成，凯氏带与凯氏点的结构区别，以及不同植物的凯氏带生长特点。[4]除了介绍植物结构研究进展，还可以在观察器官的显微结构时候举例阐述其与日常生活紧密相关的生理生化现象，比如“水稻的拔节与抽穗”是与居间分生组织的活动有关。“胡萝卜吃起来比较干，而白萝卜皮辣但瓤甜”，则关系到木质部和韧皮部的分布与细胞的组成。更新后的实验内容充分训练了学生的观察能力与探索思维，既使死板的理论知识更生动，还能激发学生对植物科学的学习产生兴趣和爱好，从而更有利于培养创新思维，进而帮助学生提出假设、开展创新实验研究。

（二）实验教学技术的数字化

随着实践教学改革的创新以及综合性要求的提高，实验课的课堂学时数相对不足，利用计算机技术和网络信息化技术，把虚拟数字化切片系统与虚拟植物学模拟仿真实验系统两套教学资源应用到植物学实验中，构建一个虚拟数字化植物形态学的网络体系，达到优化教学结构，提高教学质量，推进高校网络资源共享的目标。

1.积极推进虚拟数字化切片系统应用

虚拟数字切片平台结合现有的数码互动实验室，彻底改变传统的教学模式，形成虚拟版的数码互动教学，实验课堂上通过数码互動教学系统的虚拟显微切片的资源库进行高清教学，具有指导内容直观，示范性效果好等特点。教师在多功能数码显微镜的教师端演示讲解显微图像、细微结构的区分、区别易混淆的概念，并共享到学生电脑屏幕，使学生与教师、学生与学生之间的显微镜视野的分享与讨论，更有针对性与直观性，实现实时共享互动，达到高效的完成学习和指导内容的教学效果。[5]此外，课后自学时间学生通过校园网络登陆数字切片平台，看到更多的典型的植物形态结构，有利于巩固和加深课堂实验的理性认识。自数字化切片生物显微虚拟实验室专题网站建立以来，得到了广大师生的广泛关注，已在我校生物学、农学、林学、园艺、草业科学、植物保护、资源环境等5个学院24个本科专业的植物学实验教学中得到应用，同时还被应用于生物类专业研究生的植物显微制片技术课程教学，在实验教学应用中起到良好的辅佐作用。根据数据库记录显示，生物显微虚拟实验室已上传数字化切片350余张，总计访问量3300多次;校园植物专题网站总计访问量达76000多次。

2.打造虚拟仿真实验平台的实践教学方式

虚拟仿真实验室是采用信息技术实现交互式虚拟仿真实验，为学生探究性学习、自主实验和创新实践创造条件。[6]基于公共基础课实验教学中心构建的农林植物学虚拟仿真实验教学平台，利用虚拟仿真技术，可再现现实情景，使学生与虚拟实验教学课堂进行人机交互，产生沉浸感和逼真体验，有助于低成本全景式形象化教学情境的设立，进而克服现实教学过程中由片段化、抽象化、高成本造成的教学障碍，有利于知识、技能、理念的展示和传播，从而帮助学生更好的开展学习。学生既可通过虚拟实验平台动手操作由相关课程的教师设计的典型实验，又可自主设计实验，有利于培养设计能力和创新意识。该平台建成了植物学形态与结构观察、校园植物实习、植物生长发育、实验室安全与仪器设备规范使用等四大教学模块，较好地解决了专业、课程与实验项目对仪器设备或技术虚拟仿真教学需求，也较好地满足了学生利用虚拟仿真教学平台和资源自主开展预习、复习和训练提高的要求。

（三）实验项目的多样化

在实验项目设计中，建设和扩展实验教学项目的改革，注重培养自主性主动性，强调动手能力创新实践思维，实践教学与理论课教学紧密结合，并在理论教科书上升华提炼，改进基础验证性实验，强化综合性实验，增加自主创新性实验、专题实验、自选实验等多种形式的实验项目内容，改变被动的验证性实验教学模式，推动植物学实验教学改革，使之更有利于学生创新能力的培养。[7]比如，每次实验课都会演示和验证的植物学基本解剖以及染色方法等基础技术，学生熟练掌握后，通过提供几种可选择题目，由学生自主设计植物形态观察与显微探究的实验计划。此外，可由学生自由组合的实验小组完成实验后以ppt汇报实验总结，作为综合性开放实验的实验结果提交形式。以创新课题项目的实验为立足点，倡导学生参与小组项目实验，改进学生实验操作技能，培养学生自主学习，独立发现问题、解决问题，提高创新思维能力。

（四）创新实验方式的自主化

以创新实验为基础，倡导学生参与科研和课外科技活动。科研训练和创新实践及基础知识学习都是高级科研人才培养中不可缺少的基本要素。带领学生亲身参与各项科研和课外科技实践活动，在本科阶段得到科学研究与发明创造的训练，培养学生的创新思维和创新意识，逐渐掌握思考问题、解决问题的方法、提高其创新实践的能力。[8]大学生创新创业训练项目是在专业教师的指导下，跨年级的学生自由组合，共同完成小型的科研创新项目，其突出特点是创新性和训练性。低年级的学生通过一两年公共实践课程的学习和研究，运用所掌握的理论知识结合基础实验技术承担一个跨专业的小型科研项目，在完成项目的实验过程中，小组成员都参与并承担研究任务，解决实际的困难，激发了主动性，拓宽了基础与知识面，既训练了科研创新的技能又提高实践创新活动的能力，取得良好的教学效果。

（五）考核方式的多元化

实验课是一项主观能动性较强的课程活动，如果学生只关注完成撰写实验报告，甚至翻阅理论书本填写报告的内容，而不是通过实验操作和主动观察来完成，则违反了教学初衷，导致学生的创新锻炼得不到有效体现。因此，应当把实验的操作规范性和可行性应当作为考核的一项内容，在此基础上，采用综合考查方式保障创新型人才的培养是学生实践创新能力培养效果的有力辅助[9]。构建多维度、全方位的综合考察方式，不局限在实验报告与固定的答卷考场，灵活多样的形式对于实践能力更有考查意义。如实验考试增加实验材料作为“考卷”，提供学生梨果实，要求学生根据所学的技术手段找出石细胞，或者在显微镜下辨别不同发育时期的百合子房的永久装片，并总结其特征;在考查植物分类与植物检索的知识点方面，给出一些校园常见的植物的花，让学生自己解剖后写出花程式，并通过检索表检索对应的植物科属名。在综合能力和考查内容的方面多个角度培养了学生的学术能力，要求学生既要掌握理论研究的基本知识和方法，也要求开拓实践创新思维，引导他们自主思考能力，使实验报告与实际生活生产紧密联系。学生通过自己动手，独立思考，总结分析等得出自己的实验结果，完成实验报告的情况可占实验考试成绩的一定百分比例。通过这样的考查学习，学生反复熟悉理论系统知识的同时，分析问题的能力、实践技术的能力、创新思维能力等也得到了有效的锻炼。

二、实验改革教学效果评价

通过以注重创新实践能力培养为目标的教学改革，提高了实验教学的效果，激发与调动了学生对植物学课程的学习热情与积极性。实践证明，学生的自主学习兴趣提高，把植物科学融入日常生活，自发组织植物兴趣小组与协会，并开展科普惠民活动，在学校的每年大型紫荆节中展示植物作品以及科普植物小知识，提高了学生的創新能力与教师的实验教学研究能力。公共基础课实验中心植物学实验室的老师于2012～2017年期间指导学生完成校级创新项目8项，省级项目3项，优秀省级创新项目1项，国家级创新项目3项;组织学生参加各类创业创新竞赛，获得广东大学生创业大赛金奖，第二届“全国植物生产类大学生实践创新论坛”创新成果三等奖，第四届“全国植物生产类大学生实践创新论坛” 创新成果一等奖各1次。

三、小结

在植物学实践改革的培养方案下，以培养创新能力作为实践教学工作的目标，形成以创新实践能力培养为指导的开放实验课程体系，包括探究式学习为主的教与学课堂互动、侧重实践创新能力的实验项目与科技活动、数字化虚拟化教学技术等实验课程内容和教学方式，既促进创新能力的提高又优化技能的训练，使知识、技能和能力融为一体，成为实践创新型人才的培养根基，有效推动了实践课程体系的改革，培养大学生创新实践能力，推动植物学实践教学向更高层次跃升。