基于新农科建设的植物组织与细胞培养课程实验教学改革研究

2021-07-19李立群冯永忠李春莲

高教学刊 2021年16期

李立群　冯永忠　李春莲

摘要：以新农科建设为契机，针对传统植物组织与细胞培养课程实践教学中存在的问题进行改革探索。建立专业化研究性的实验教学体系，构建以学生为中心的教学模式，营造学思结合的教学氛围，采用多元化实验教学方法等措施提高学生的创新思维。同时，加强实验教学管理，实行小班授课并结合“全过程”考核方法，提高实验教学效果和实践教学质量，为新时期农学专业发展和一流学科建设奠定基础。

关键词：新农科;实验教学改革;植物组织与细胞培养

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2021）16-0128-04

Abstract： Taking the construction of new agricultural sciences as an opportunity， we reform and explore the problems existing in the traditional practice teaching of Plant Tissue and Cell Culture. We establish a professional research experimental teaching system， build a student-centered teaching mode， create a teaching atmosphere that combines learning and thinking， and adopt diversified experimental teaching methods to improve students' innovative thinking. Meanwhile， we strengthen the management of experimental teaching， implement small class teaching and assess students through whole teaching process. Improving the effect of experimental teaching and the quality of practical teaching will lay the foundation for the development of agricultural majors and the construction of first-class disciplines in the new era.

Keywords： new agricultural science; experimental teaching reform; Plant Tissue and Cell Culture

农学是以实践为主的学科，也是西北农林科技大学的传统优势专业，在学校人才培养过程中，一直发挥着积极的引领作用。新农科建设要求以实践推动创新发展，实践教学应突显“以学生为本、素质教育、系统性和创新性”的目标与宗旨[1-4]。遵循这一宗旨，我们以加强创新思维、创新能力和创新素质作为实践育人的根本出发点，培养“全面发展，具有实用技能的创新型复合人才”，这是我校新农科建设的要求，也是我校推进教育改革，促进教学发展的方向。我们必须在构建农业发展新理论和新技术的人才培养知识体系的同时，强化学生的专业实践技能培养，改进专业实践教学模式和手段。因此，我们认真分析了实践教学存在的问题和教学管理中的薄弱环节，对以实践教学为主的植物组织与细胞培养这门专业骨干课程进行了改革探索，以提高人才培养质量，满足新时期对农科人才的需求，推动教学发展，达到一流本科建设的目标。

一、植物组织与细胞培养课程实验教学现状

以往，我院的植物组织与细胞培养课程侧重知识本位[5]，存在着“学生严重依赖教师[6-7]，实验教学内容少，教材不新穎，教学方式单调，实验条件欠佳，教学效果不理想”的现象。每次的实验课程只是“教学实验”而已，没有从根本内涵上向“实验教学”转变[8]，没有突出学生主体。这些严重影响着学生实践技能的提高，制约着教学质量的提升。因此，我们根据新农科建设的具体要求和教学督导组的建议，认真细致地从实践教学内容、实验教学方式、实验条件支撑、实验教学管理几个方面进行了多元化改革探索，为学院教学发展和新农科建设打好基础。

二、丰富实验教学内容，构建专业化研究性实验教学体系

实验教学内容，一方面，体现了理论在实践中应用的成果[9]，另一方面，用方法论指导学生探索与创新。因此，合适的实验教学内容体系是培育高素质专业人才，提高教育教学质量的重要保障。

植物组织与细胞培养作为一门实践性很强的技

能课程，如果本科阶段掌握娴熟，毕业就可获得一技之长，在工作中发挥作用。我们按照新农科建设的要求及农业发展的新技术、新知识，重新构建了实验教学体系，编写了新的实验教材。实验课程从内容、类型、课时安排上比过去有了显著的变化。我们吸取兄弟院校植物组织培养课程全实验教学[10]的经验，撇掉“唯理论”“唯课程”教学的弊端。在新版本科培养方案中，将植物组织与细胞培养课程从32学时理论课调整为8学时理论课与32学时实验课相结合的课程体系，教学内容更注重理论知识的应用与实践，更偏重于组织培养技术在科研和生产实践中的应用[11]。现在植物组织与细胞培养课程教学在基础实验的基础之上加大综合性、研究型和创新型实验比重。重新安排32学时11个实验项目，实验教学内容丰富新颖。新的实验教学体系多层次设置基础性、综合性、研究型、创新型实验，满足了新课程改革的要求，更加有利于提高实验教学的专业性和学生的创新思维。内容见表1，实验内容设计与农学专业紧密结合，从基础到创新循序渐进。学生能系统性地掌握农作物的特性及组织培养技术的前瞻性和这门技术在育种实践中的创新应用。植物组织与细胞培养课程在三年级开设，同学们来自各个专业，已选定自己实习方向和指导教师。他们可通过综合性实验与专业具体项目结合;研究型、创新型实验与申报的科技创新项目或教师科研项目结合，进行实践创新训练，为今后继续深造和直接参加工作实践奠定良好基础。

三、构建“学為中心，学思结合”的实验教学氛围

以前，植物组织培养实验教学情景是学生听取教师半小时左右的实验目的、意义及实验步骤讲解，走进实验技术人员提前准备好的操作室，观看教师的演示之后，按部就班地完成实验，然后参照实验指导书，抄写实验报告。学生每次实验轻松简单，收获甚少，实验教学效果极其不理想。

课程组教师针对植物组织与细胞培养课程实验教学方法中存在的问题，积极改进实验教学模式，打破学生依赖教师的常规。首先，构建“学生学习为中心”的实验课堂，借鉴本校陈鹏教授的方法，在课程实验设计中，在实验目标确定的前提下，只为学生提供基本实验材料和方法，并不预设任何细化的操作流程，让学生在熟悉课程设计原则的基础上，确定实验方案并进行小组论证。自主连续设计实验流程，激发学生们自主思维的巨大兴趣，让实践教学的“知识重现”为“知识重演”，构建“学为中心，学思结合”的教学氛围，彻底解决学生仅靠“照方抓药”就可以完成全部实验的顽疾，提高学生的创新思维和预设能力。

四、教学方法多元化改革，突出专题特色

丰富合理的实验课程内容必须与良好的教学方法紧密结合，才能使实验教学行之有效。根据不同的实验项目，创新实验方法，在实验教学中实行专题式教学方法和问题教学法等多种方法相结合施教[12]。

农学院涉及作物多，除小麦、玉米、油菜、棉花外，还有谷子、糜子等小杂粮，生物技术育种手段先进，专题式实验教学最能突出农学特色。按照植物组织与细胞培养课程实验中所涉及的农作物类型，设计成“专题式”实验。例如，前半年将小麦花药或花粉培养、小麦幼胚培养几个实验结合起来，形成实验专题，用一个月时间来完成专题实验。在一种作物不同生长时期选择取材，应用制作方法不同的C17、W14、N6和MS培养基培养不同的外植体，且消毒处理、接种方法都不一样，有利于激发同学们的科学研究兴趣和探索精神。这样系统性地安排指导实验，可以充分将专业知识与实验教学结合起来，使同学们深刻理解如何应用组织培养技术实现生物技术育种，了解方法创新的价值意义。专题式实验教学有利于抓住农作物组织培养的关键技术，更能激发同学们主动探索创新，提高分析问题、解决问题、综合应用知识的能力，并能加深对农学专业的理解和热爱。

问题式教学法，是将强根荣、王玉红等老师的教学研究成果和农艺特点相结合，在每次上实验课前，实验教师提出实验中可能涉及的问题，让学生思考，预先学习，上课时实验教师再针对学生的疑问示范讲解、巡视答疑。课后学生完成实验报告，巩固知识，教师批阅报告总结问题。例如，在进行创新型实验前，提出五个问题：1. 要选用什么作物作为研究对象，油菜、糜子还是西洋参？2. 实验流程怎样制定，哪些细节不容忽视？3. 培养基该怎样制作？与前面实验有何关联？4. 材料的最佳消毒方式，培养条件分别是什么？5. 哪些环节不熟悉需要查阅参考资料等等。实验动手前提出这一系列问题要求学生思考，同学们带着疑问和探究的理念主动查阅资料、交流讨论，甚至请教研究生学长。同学们完全是主动学习深入思考，知识点信息量倍增，知识面不断扩展。实验操作过程也格外认真，每个环节都很严谨，实验结果很理想。这种教学法不仅充分调动了学生学习的主动性和积极性，同学们在挑战自我的过程中，还锻炼了探索精神，体会到了创新的乐趣，提高了科研素质和综合能力。

同时，我们的植物组织与细胞培养课程实验教学也引入翻转课堂教学[13-14]。实验课上同学们思维特别活跃，主动和老师共同探讨实验方案，自主设计实验方法，摸索实验进行的最佳条件。在实验过程中融入自己的想法，锻炼了创新思维，提升了实验教学效果和创新素质。

这些创新性实验教学方法，不仅使学生扎实掌握了实践技能和科学实验的基本方法，而且充分调动了学生学习的积极性和主动性，培养了学生创新思维和独立科研能力以及发现问题和解决问题的能力，收到了良好的教学效果，达到了素质教育的目标。

五、借力科研平台，拓展实验教学场所

遵照新农科建设主旨，充分发挥公共平台在创新人才培养方面的作用，本院作物学创新平台在本科生拓展研究方法、提高研究手段等方面起到了很好的支撑作用。对于教学实验室不能完成的项目可以在创新平台进行实施，全方位为实践教学和创新人才培养服务。同时，根据建立专业实验教学平台的要求，学院分析“植物组织与细胞培养”实验室已有的仪器、设备和专业实验平台具体资源配置要求之间的差距，同时保证实验教学人人独立操作的原则。学校拨付经费为学院生物技术实验室及组织培养实验室更新超净工作台，购置大型培养箱、恒温空气摇床，增加天平、显微镜、移液器、酸度计、微波炉、灭菌锅;补充PCR仪、电泳仪及凝胶成像系统等;无菌室增配新的移动紫外灯车等灭菌消毒设施;实验室配备安装多媒体，加强辅助教学，大力改善植物组织与细胞培养这门综合实践操作课程的教学条件，完善专业实验场所建设。

六、加强授课管理，缩小课堂规模

为保证教师和学生的积极互动以及实验教学取得良好的效果，课程组对植物组织与细胞培养实验课堂规模进行调整，实行小班授课。每班16人，两人一组协作配合，独立操作。一方面，有利于师生、学生之间的密切互动，讨论问题和答疑解惑。另一方面，有助于提高实验教学效果，更便于后期对学生进行实验过程考核。尤其对植物组织与细胞培养这门严格要求无菌操作的技术课程来说，是个良好的保障。实验室人少，干扰少，秩序良好;学生实验认真仔细，再也见不到人多仪器少，做的做，看的看的现象。学生实验成功率显著提高，极大地克服了过去实验污染严重，无法完成后续实验的弊端。

七、改进考核管理方式，注重全过程考核

对应新的实验课程体系，课程组制定了新的考核办法。由于植物组织与细胞培养课程是以实验为主的综合技能课程，实验过程要求较高且具有明显的阶段性[15]（完成外植体接种到再生植株的培养过程一般需六至八个阶段），实验结果的观察和其他实验不一样，它是一个长期的动态过程，需要长期观察、记录并分析实验结果[16]。仅依靠接种的数量和污染率，以及实验报告的撰写来评价学生对实验技能的掌握程度是片面的、不科学的，因此必须实行全过程考核。尤其是注重平时考核，将考核贯穿到植物组织与细胞培养课程教学的全过程。加强对学生的平时实验考核，突出对实验方案的讨论与制定、实验细节的观察与操作、问题的分析与解答等环节，引导学生注重实验过程学习，注重学思结合。从过去的“重结果”有效地转向“重过程”，科学评价学生的知识水平和创新能力，更好地达到以考核促进学习的目的，全面提高学生的综合素质，达到创新人才培养目标和就业需求。

八、結束语

实施植物组织与细胞培养课程实践教学改革是提高实践教学质量水平，加强新农科专业建设，推动学科创新发展的重要举措。我们强化专业实践，重视创新教育，使实践教学取得了显著的成效，师生都有获得感。同学们对植物组织与细胞培养技术的应用和生物技术育种研究工作产生了浓厚的兴趣，他们结合专业方向申请的科技创新项目获得国家级资助两项，校级资助两项，院级资助五项;8名学生在升入研究生阶段从事与该课程有紧密关系的小麦生物技术育种、彩色马铃薯新品种选育、油菜转基因、小杂粮快繁等研究工作，多名同学毕业后进入知名企业从事植物组织培养技术工作，98%的毕业生得到“专业技术过硬，沟通能力强，综合素质高”的好评。基于新农科建设的植物组织与细胞培养课程教学实践改革，为培养具有研究和创新能力的高层次专业人才奠定了坚实的基础，从而加快我校“双一流”建设的步伐。

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