基于创新思维的应用型本科院校植物生理学实验教学改革探讨

刘爱荣， 黄守程， 叶梅荣， 程昕昕

(安徽科技学院,安徽 凤阳 233100)

创新思维是指以新颖独创的方法解决问题的思维过程[1]。在“大众创业，万众创新”的时代背景下，创业创新日益成为综合国力竞争的制高点。大学生是最具有创业活力和潜力的群体之一，而高校则是培养创业创新人才的摇篮[2]。因此，培养具有创业创新能力的青年人才，是摆在当前高校发展面前的当务之急[3]。安徽科技学院是省属应用型本科高校，农学专业是其传统优势专业之一，在农学专业植物生理学实验教学过程中应积极顺应时代的变革，注重培养学生的创新思维，强化创新实践能力训练，才能为社会输送具有创新思维和创业创新能力的农学专业人才[4]。

1 植物生理学与农学的关系

《植物生理学》既是一门基础理论学科，也是一门实践性很强的学科。对于农学专业而言，《植物生理学》是重要学科基础课程之一。它为《普通遗传学》《遗传育种》《分子生物学》《植物保护》《作物栽培学》等专业课程的学习，提供了必要的知识基础，对实现农学专业培养目标起着重要作用。

2 传统植物生理学实验教学的局限性

《植物生理学》教学包含理论和实验教学两大部分，而植物生理学实验课教学是将理论认识转化为感性认识，开拓创新思维，并增强实践技能的重要保证。多年来，安徽科技学院农学专业植物生理学实验课没有得到足够重视，常作为理论课的从属部分。传统植物生理学实验主要采用单项验证性实验为主的小实验教学法，学生按照已设定好的实验步骤机械操作，获得单个实验项目的实验数据，完成一篇模式化的实验报告，实验内容上缺乏系统性，谈不上创新性[3-4]。不进行独立考核，只是在期末考试试卷中安排少量的实验考试内容。传统的实验教学使学生一直处于被动学习的状态，很难激发学生的学习兴趣，不能使学生系统地掌握本课程的实验技能，忽略了对大学生主动思维能力、动手能力、独立分析、解决问题能力的培养，不利于学生创新思维与和创新能力的培养。因此，亟待改革传统植物生理学实验教学的授课内容、授课形式以及考核模式，将创新思维融于实验教学中，激发学生的实验兴趣，逐步孵化学生创业创新精神和能力。

3 创新思维融入实验教学的改革

3.1 新编实验大纲，完善教学计划

安徽科技学院农学专业植物生理学实验原有实验教学大纲中规定，该门课程需完成18学时的教学，其中包括6个实验项目，每个实验项目3学时，分6周完成；实验授课基本按照理论课教学进度同步进行。该实验大纲中实验项目少，实验教学方法和形式单一，培养目标定位低，难以适应“十三五”时期我校高水平应用型大学建设对创新性人才培养需要。根据当前我校农学专业的培养目标“毕业生能从事现代农业生产、科研开发、经营管理与技术推广等相关工作，具有创新意识和创业能力”的需要，课程组修订了原有的实验大纲。新的实验大纲中规定实验教学按模块进行，时间安排在第3学期或7月份小学期进行，课时调整为20学时，1个学分，分5次进行，每次4学时。实验模块、学时分配和时间安排情况见表1。

表1 改革后的农学专业植物生理学实验模块、学时分配、时间安排表

需要说明的是，第一，大纲规定的6大模块内容结合作物生长进程和理论课的内容安排的，具有较强的系统性；第二，模块二至六中每一模块内容包含两项生理指标的测定；第三，虽然列出了6大模块内容，但实际上只要选择5大模块完成(满足20学时)即可，模块一至模块四为必选，模块五和六可任选一项。

3.2 引导创新思路，撰写实验方案

传统实验课教学模式是，实验授课之前，授课教师在黑板上写好实验原理、材料、步骤，并且配好所需实验试剂，学生上课时只需按部就班操作进行，基本不需要预习或思考就能完成，不能激发学生的实验兴趣，学生更无法融入自己的创新思维。而融入创新思维的教学模式是，在理论课的同时或实验课之前，师生需在以下4个方面进行准备工作。第一，授课教师引导学生创新思维，即引导学生如何选择具有良好发展潜力的或自己感兴趣的优质农作物种类或品种；引导如何设计对实验农作物进行温、光、水和肥等因素的相关处理；引导如何选择5大模块内容测定相关生理指标；引导如何设计和撰写实验方案等等。第二，学生的前期准备工作则是，根据自己兴趣和特长，组成4～6人的实验团队，查阅相关文献，确定实验所用农作物种类或品种，如水稻、小麦、棉花和玉米等，共同探讨本团队的实验设计，并撰写植物生理学实验课方案。第三，授课教师对学生撰写的实验方案的可行性、科学性和合理性进行批阅并提出修改意见。第四，学生反复修改实验方案定稿后，再开展实验。

3.3 利用课余时间，积累管理实验作物经验

除了植物生理学实验大纲中规定20学时的授课时间(表1)以外，引导学生利用课余时间进行资料查阅、实验方案撰写、实验作物的培养和管理、作物生长状况的观察记录以及部分实验试剂配制等。

以前植物生理学实验课所需作物材料多是从市场购得，种类少，主要为小麦、小青菜和洋葱等。由于学生没有参与实验作物培养，缺乏对实验作物的培养和管理经验。基于创新思维实验教学的要求，学生可以选择自己感兴趣的特色作物种类或品种，并通过对温度、光照、水分、矿质营养等非生物环境条件的管理调控，自己完成所选作物的播种和苗期培养等过程。学生不仅学会农作物实验材料培养及管理技术，又加深了对非生物的环境因子对作物生长重要性和必要性的感性认识，进一步激发了学生的实践积极性。

3.4 强化技能训练，鼓励方法创新

课堂上强化对学生的基本实验操作技能的系统性和规范性训练。具体的做法是：实验室购买学生所需实验农作物的种子，学生按照大纲中规定的五个模块内容进行实验。

模块一：包含4个方面的相关内容。第一，对所选实验农作物的种子至少利用染料染色法、TTC法等2种方法进行种子生活力的快速测定，鼓励学生尝试使用其它方法进行探索。第二，对所选实验农作物种子进行消毒和播种。第三，完成后期实验农作物培养所需贮备液(供后期培养实验农作物配制营养液所需)的配制，配好的贮备液全班通用。第四，按照实验方案对实验农作物进行不同的处理。由于不同实验小组所选的作物种类或品种、处理方法、以及处理的时间不同，这就需要授课教师统一协调，分批指导，当然一定程度上增加了授课老师的工作量。

所谓分批指导是指因学生所选择的试验方案的不同而进行分别指导：例如，有的小组在实验方案中，是考察非生物环境因子对种子的影响，那么就应当在模块一内容完成后就对种子进行相应处理，再进行播种及苗期培养；如果有的小组在实验方案中，主要考察其他非生物环境因子处理对农作物苗期生长的影响，那么就要先对实验农作物种子进行催芽、播种、幼苗培养，再选择相应非生物环境因子(如高温、低温、干旱、冷害、冻害等)进行处理；又如有的小组在实验方案中，是考察营养元素缺乏对作物生长的影响，那么也要先进行播种、培养幼苗、移栽幼苗(可以用砂基或溶液培养)，同时配制完全营养液、缺N、缺P、缺K、缺Ca、缺Mg等缺素营养液[5]，并用缺素营养液培养农作物。与此同时，授课教师还要强调一般作物常用Hoagland营养液进行培养，而对于水稻则需用按照国际水稻所配方配制营养液进行培养。

模块二：对处理后实验农作物进行水分代谢有关生理指标的测定。要求学生熟练掌握植株含水量和渗透势等至少2项指标的测定方法、原理和步骤。要求学生了解衡量农作物水分代谢状况常用的生理指标及其测定方法。另外，值得说明的是测定所有生理指标所需试剂也均由学生自己配制。

模块三：对处理后实验农作物进行矿质营养生理指标测定。要求学生熟练掌握N含量和硝酸还原酶活性至少2项指标的测定方法、原理和步骤；了解衡量作物矿质营养状况常用的生理指标及测定方法。

模块四:对处理后实验农作物进行光合作用生理指标的测定。要求学生熟练掌握叶绿素含量、光合强度至少2项指标的测定方法、原理和步骤；了解衡量作物光合作用能力强弱常用的生理指标及其测定方法。

模块五：对处理后农作物进行激素生长和开花生理相关指标测定。要求学生熟练掌握作物种子萌发率、生长量、相对生长速率至少2项指标的测定方法、原理和步骤；了解衡量激素对作物生长、开花、果实发育等影响的生理指标及测定方法。

模块六:对处理后实验农作物进行逆境生理指标的测定。要求学生熟练掌握抗氧化酶、质膜透性或丙二醛含量至少2项指标的测定方法、原理和步骤；了解衡量植物抗逆性强弱的生理指标及测定方法。学生在完成必选模块的相关生理指标的测定过程中，鼓励学生对实验测定方法进行进一步探索和创新。

3.5 研讨实验结果，创新考核方式

五大模块实验内容结束后，每一位学生对原始实验数据进行整理并计算所测定指标的结果，进行小组内研讨。讨论的内容包含实验的目的和意义、实验结果的准确性、代表性、合理性、以及操作的规范性等等；当然对实验创新性思维也可以大胆提出，具体地说，就是实验设计方案中利用温、光、水、肥等因素对实验农作物进行处理，探讨其理论和实践意义是什么？实验设计中应注意哪些事项？还有哪些创新性的设计？又如，作物同一植株不同器官含水量是否相同？对不同作物缺乏同一元素和同一作物缺乏不同元素，其缺乏症有哪些相同之处和不同之处的探讨？在叶绿素含量的测定中相同处理、相同材料、相同实验方法、同一仪器进行测定，为什么其结果往往不一致，甚至结果差别很大？同一作物不同叶位叶片的光合能力是否一致？等等。针对这些问题，授课教师要引导学生进行思考和研讨，目的是强化学生对实验的感性认识，深化他们的理性认识，并开启或激发创新思维。

以前主要从学生平时操作规范性、熟练程度、实验结果、实验报告撰写和期末理论课试卷中加入少量实验相关内容等几个方面，对农学专业植物生理学实验课的学习情况进行考查。考核局限性表现在：考核标准低，考核内容和项目少，没有过程性考核，缺乏对学生创新性思维、创新实践能力进行系统和全面考核。为此，基于创新思维的《植物生理实验》课进行独立设课，建立融入创新思维的考核新标准。新标准中考核内容包含以下5个方面：实验设计方案、实验材料培养、实验操作技能、实验课程小论文和创新性。

实验设计方案占15%。主要考查实验方案中设计的可行性、合理性。

实验材料培养占20%，考查植株成活(占10%)，生长正常和培养作物的观察记录(占10%)；植株全部死亡记为0分。

实验操作技能占25%，其中包括实验室试剂的配制、相关生理指标测定基本操作过程规范性、实验仪器规范操作的熟练性和规范性。

课程小论文占20%，主要考查格式规范性、语言专业性、结果合理性、结论科学性。

创新性占20%，主要考查设计方案创新性、操作过程创新性、研讨中思维的创新性。

4 创新思维融入实验教学的优势

4.1 革新实实验内容，奠定科研基础

改变学生完成单个实验操作到撰写实验报告的片面学习模式，基于创新思维的植物生理学实验模块教学模式为：授课教师引导，学生查阅资料，学生撰写实验设计方案，授课教师审阅实验设计方案，学生播种培养实验作物，进行非生物的环境因子处理，测定相关生理代谢指标，研讨实验设计和结果，撰写课程论文。经过这些内容充实和系统化实验过程，使学生初步了解如何开展植物生理学科研实验，启蒙学生的科研思维，培养学生科研基本功。

4.2 小组分工合作，哺育团队精神

融入创新思维的实验课教学模式中，学生需要分小组按模块进行，分工合作；同时学生在撰写实验设计方案、撰写课程论文的过程中，相互之间会以多种方式研讨交流实验过程和结果，这些课堂或课余的学习交流不仅激发学生创新性思维，还融洽同学关系，培养了他们的合作精神和团队意识。

4.3 完善考核内容，强化过程考核

以前实验课程不单独开设，也不单独进行考核，且植物生理学课程学习成绩评定的依据是：期末考试成绩占80%+平时成绩占20%(包含理论课出勤、听课状态、课堂笔记、实验课出勤、操作、实验报告等)，由于实验课在总成绩占的比例很少，所以学生对实验课程不够重视。基于创新思维的实验教学模式，将植物生理学实验课程单独开设，单独考核，从实验设计能力、培养农作物能力、实验技能、课程小论文、创新思维等5个方面进行考核，考核内容系统全面，强化了过程性考核。

4.4 实验反哺理论，孵化创新思维

课本上的理论知识都是前人经过长期实践总结得出的结论。教师讲授的理论知识，往往停留在理论层面，学生“知其然而不知其所以然”，缺乏感性认识。南宋诗人陆游的“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”饱含了“实践出真知”的教育思想理念。基于创新思维的植物生理学实验教学改革，正是践行了这种教育理念，也是培养学生对本课程规定的实验操作能力的重要保证，丰富和完善了理论教学内容的重要手段；更是帮助学生对理论知识的二次理解，是反哺理论教学必不可少的环节。同时，学生在完成设计课程方案、培养材料、实验操作和撰写科研论文等环节中会多角度、大范围地阅读和思考，并提出相应问题，有助于对相关植物生理学理论获取新理解、新发现、孵化新颖独创的方法解决实验问题，培养学生的创新思维能力。

综上所述，在融入创新思维实验教学中，结合安徽科技学院高水平应用型大学办学定位和特色以及社会对创新性人才的需求等实际情况，将不断探索如何将植物生理学实验教学与理论教学、学科前沿、农业生产实际的需要更紧密结合，构建合理的植物生理学实验课程体系，把相关的理论课程知识链接或融合到实验实践教学中，不断探索创新实验教学理念和模式，激发学生的创新思维和能力，从而不断提高学生综合素质和创新实践能力，为毕业后的创新创业奠定基础。