草业科学专业实验教学改革探讨

王建芳 曹让 呼天明 杨培志

摘要 分析了草业科学专业本科实验教学的现状和存在问题，从教学实验项目优化整合、教师引导式课堂讲解与讨论到以学生为中心的开环式研究型实验教学过程，从加强实验仪器设备、场地及时间等条件保障、建立互动式考核评价体系等方面对草业科学专业实验教学改革进行了实践和探讨。提出了引入奥尔堡PBL（problem-based learning）模式，结合草业科学专业的特点，对本科实验教学改革提出设想并进行了初步实施，旨在为建立草业科学专业实验教学新体系奠定基础。

关键词 奥尔堡PBL模式;草业科学专业;实验教学改革

中图分类号 S-01;G 642.0  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2021）16-0277-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.16.074   开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Discussion on the Experimental Teaching Reform of Pratacultural Science Speciality

WANG Jian-fang， CAO Rang，HU Tian-ming et al

（College of Grassland Agriculture， Northwest A & F University， Yangling，Shaanxi  712100）

Abstract This paper analyzed the status and existing problems of the experiment teaching of pratacultural science speciality. The reform of experimental teaching of pratacultural science speciality was practiced and discussed from the optimization and integration of teaching experiment projects， teacher-guided explanation and discussion in class to student-centered open-loop research-oriented experimental teaching process， strengthening the guarantee of experimental equipment，site and time， and establishing an interactive evaluation system. And Aalborg problem-based learning （PBL） mode was introduced. Combined with the characteristics of  pratacultural science speciality， the experiment teaching reform was designed and preliminary carried out， in order to lay the foundation for establishing a new experimental teaching system for pratacultural science speciality.

Key words Aalborg PBL model;Pratacultural science specialty;Experimental teaching reform

为落实党的十九大精神，树立和践行习总书记“绿水青山”理念，服务国家林草科技发展战略。2018年，西北农林科技大学以国家战略为指导，正式成立了草业与草原学院，对国家草业科学与草原生态行业人才培养和科技创新具有重要意义和积极影响。具有悠久发展历史的西北农林科技大学草学学科成为国家“双一流”高校拟重点建设的一流学科，也是引领新学院发展的主流专业。草业科学专业具有与养殖、种植以及生态等多领域、多学科的关联性，是一个实践性较强的学科专业，实验、实践环节作为本科阶段专业课教学的重要组成部分，在培养新时代草业科学创新应用型专业人才过程中发挥着重要作用。多年来草业科学专业的教师们一直在不断探索中推进草业科学专业实验教学改革和学科发展。

1 草业科学专业本科实验教学现状及存在问题

目前草业科学专业主要开设牧草栽培学实验、牧草育种学实验等9门课程30多个实验项目，它们与相应的理论课程互为支撑、相互关联，成为草业科学专业的支柱課程，也是培养学生实践操作能力、综合应用能力及解决实际问题能力的重要环节。

笔者在对往届学生进行问卷调查时发现，同学们对实验课程项目设置的满意度仅52%;近50%的学生课后很快就会忘记自己做过的实验内容，甚至有个别学生在课堂上都不知道自己在做什么实验;还有学生希望实验仪器使用起来能像手机那样智能化、信息化等。当前的实验项目设置和实验教学模式很难激起学生的学习和实践兴趣，一些学生对实验、实践过程没有参与感和获得感。总而言之，目前的实验课程在项目设置、教学模式及实验条件保障等方面还存在一些问题。

1.1 教学实验项目设置不合理

目前9门实验课程各自独立，不同课程任课教师间缺乏沟通，实验课程体系与项目设置缺乏系统性，导致一些实验项目设置重复，而针对本科生将来不同发展方向的实用性、综合性以及研究性实验项目相对较少。

1.2 实验教学模式跟不上时代发展需要

目前大部分实验课都是学生先进入实验室等待教师布置实验任务，教师讲解操作方法和注意事项后，学生按要求操作并记录实验结果，学生课后完成实验报告，最后教师根据学生的操作和实验报告评分。这种实验教学过程能顺利完成教学任务，但不利于学生发挥主观能动性，对教师过度依赖，不利于培养具有现代化思维和解决问题能力的专业人才[1]。

1.3 实验条件保障不到位

由于新学院刚成立，草业科学教学实验室也刚从原来的学院分离出来，以前的实验教学条件及管理方式显然已不能满足新学院对本科教学的需要，随着现代科技的发展和新时代对人才培养的需求，无论是对教学实验仪器设备配置还是对管理制度及运行模式都提出了更高的要求。因此，新的教学实验室建设成为当前的一项首要任务。

2 对草业科学专业实验教学改革的设想

针对草业科学专业实验教学的现状及存在问题，该研究引入奥尔堡PBL模式，结合草业科学专业的特点，从以下方面设计教改思路，对草业科学专业实验教学进行探索改革。

2.1 引入奥尔堡PBL教学模式

首先要求师生充分学习、了解奥尔堡PBL（problem-based learning）教学模式的理念和方法。丹麦奥尔堡大学PBL模式[2]是在教师的引导下，“以学生为中心，以问题为导向”，采用小组讨论的形式，围绕问题，由学生自行收集资料，制订实验方案，发现问题，解决问题，并进行师生互动交流学习、信息反馈等[3-4]（图1）。

这种模式在激发学生的学习热情、提高团队合作能力以及提高学生的自主学习能力等方面效果明显[5]，是培养学生自主学习能力和创新能力的一种教学模式。近年来，该模式在世界各国教育界受到广泛推崇和运用，并取得了显著的教学效果[2-6]。在专业课实验教学中引入PBL模式，可以激发学生对专业实验的兴趣，尽快建立起对本专业的喜爱和获取更多专业知识的渴望。

2.2 实验课程内容的优化

2.2.1

整合、更换重复性实验项目。加强各任课教师之间的沟通、交流与合作，从专业整体角度系统性设置教学实验项目。将课程中设置重复的实验更换为具有实际应用价值的项目，比如牧草中各类功能性营养成分的提取鉴定和检测、环境重金属污染在牧草各部位的富集程度分析、不同贮存条件下牧草种子中各种酶活性的变化等，以更好地达到本科阶段培养目标，向社会输送有知识、有能力的专业人才。

2.2.2 延伸、更新实验内容。根据当前草业科学专业本科人才培养方案，配合理论课内容，在验证实验的基础上进行延伸，增加一些综合性、设计性实验项目，提升本科生综合运用各学科知识设计实验和解决实际问题的能力，使得实验课程内容与当前科技发展相适应，体现科学实验现代化、智能化等特点[6]。比如，学习利用杂种优势来培育牧草新品种、利用分子生物技术探索开发草资源新的利用途径等内容，使学生明确草业科学在农业生产中的重要作用，同时懂得科学知识如何结合生产实践才能更有力地推动国家经济发展。

2.3 学生自主性课前预习和实验设计

（1）学生自由组合成4～5人/组的小组，在以后的实验课预习、讨论、实验操作、评比等各个环节都以此小组为单位，形成分工合作、协调一致完成实验任务的各团队。

（2）按照PBL模式，教师提前7 d通过网络预告每次实验课的具体内容，要求学生提前预习，并以小组为单位提出问题，然后进行文献查阅、资料收集、研究讨论[7];每个同学还可以将自己的预习笔记或学习体会共享到小组群里，共同学习;各小组可以提出不同的实验方案，在群里展开讨论等。

这个过程将充分发挥了学生的学习积极性，让他们在提出问题、分析问题和解决问题的过程中获取知识并使其有效运用。

2.4 教师引导式实验课堂讲解和答疑

进入正式实验课堂时，学生对此次实验是带着问题来的，教师只需针对学生提出的问题进行引导式讲解，然后再与学生一起讨论如何解决问题，无须再讲解实验过程，也不必限定具体实验方法。接下来学生就可以按照自己的设计和预先分配给各小组的实验任务进行实际操作。比如在“饲草蛋白含量测定”实验中，课前预习时同学们已经了解到多种蛋白质测定方法，就可以让他们选择自己认为最合适的方法来完成实验，并对所得结果进行比较与讨论，评判各种方法的特点、优缺点等。每次实验课在教师的宏观把控和引导下，由学生自主完成。

2.5 开环式研究性实验教学

奥尔堡PBL模式主张打破学科壁垒，建立“以学生为中心、以问题为导向”的开环式教学体系[5-6]。结合草业科学专业的特点，一方面，实验不必拘泥于实验室内的课堂实验操作，可以延伸到课前、课后和田间地头的开环式实验教学;另一方面，实验过程中所用的理论知识不应局限于该门课程，要引导学生打破课程甚至学科界限，跨专业、跨领域开环式学习和思考问题，在完成实验任务的过程中充分做到多學科、多领域理论知识与实验实践的深度融合。教师可以将科研项目中与授课内容相关联的研究问题植入本科实验教学，引导学生关注当前草业科学发展新动态和新技术，以问题为导向开展各类研究性实验项目[8]，将专业课程实验和学科发展紧密联系起来。与传统演示性、验证性实验教学相比，研究性实验教学重在强化学生实验活动的主动性，激发学生对本专业的热情和兴趣，围绕所学专业知识发挥自主创造性。在教学实验过程中，学生还可能会发现自己感兴趣和擅长的专业领域，为今后就业或升学确立发展方向。

2.6 开放式教学实验条件保障

按照PBL模式，学生是学习的主体，是教学实验项目的主动参与者[8]。为配合师生完成教学实验任务，锻炼学生自主学习、选择和设计实验方案，独立、正确地使用仪器设备完成实验操作和数据采集等方面的能力，教学实验管理要以学生为中心，提供必要的条件支持，包括场地、时间、仪器设备以及技术指导等方面的条件保障。

2.6.1 实验场地、时间保障。在保证安全的情况下，对于学生进入试验田和实验室的时间不作特别限制，实行课前、课后开放式实验管理模式，既锻炼了学生的时间管理意识和能力，又满足了试验研究的条件需求。

2.6.2 大型仪器设备共享保障。根据教学实验课程改革需求，做好教学实验室建设，改进实验设施，购置更新仪器设备，并加强实验室运行管理，保证实验仪器的先进性和完好率，最大限度满足本科教学实验需要。为此，西北农林科技大学草业与草原学院为本科教学实验室购置了先进的高效液相色谱系统、离子色谱系统、PCR仪、植物组织渗透仪、凝胶电泳成像系统、人工智能气候室等，构建了大型仪器设备共享平台，对本科教学进行开放式共享。对于一些成本高、维护工作量大的大型精密仪器，提前对学生进行安全操作培训，指导他们正确使用和维护仪器，在提高学生运用高端实验仪器技术水平的同时，不断提高学生的安全意识和工作责任感，养成良好的实验操作习惯和职业素养。

2.6.3 答疑解惑保障。智能手机和互联网为师生答疑解惑提供了便利和保障。对于学生在实验操作学习过程中遇到的问题，专业实验课指導教师可通过网络进行实时指导、交流和探讨，并对学生的研究性实验给予导向性把握。

2.7 互动式考核评价体系

PBL教学模式对实验教学效果的评价基于信息反馈[9-10]，一方面要了解学生在这种教学模式下获取专业实验技能和专业知识的效果，另一方面要了解学生对实验教学模式的满意度和接受程度。互动式考核评价体系包括问卷调查、网络互动、测试考评及小组评价等多方位评价、反馈环节（图2）。

通过这种互动式评价，教师可以及时了解学生对实验操作技能的掌握、对知识点的理解、对小组活动的参与程度及取得成果等，从而对学生的实验实践环节给出正确的考核评分;针对学生在实验实践环节中的新需求和对实验课程的意见反馈，教师可以实时动态调整、改进实验教学方式方法。通过互动式考核评价体系的建立，可以达到师生双向评价[10]，形成信息反馈和教改的良性循环。

3 结语

实验教学要充分体现专业特色和专业要求，要有利于学生在实验过程中激发专业兴趣，巩固专业思想，提高专业技能，促使其从掌握知识向形成技能的转换[11-13]，更要符合新时期对专业人才的要求，提高专业课教学质量和效率。引入PBL教学模式，可以实现对草业科学专业实验教学的改进，这是一项任重而道远的持续性工作。项目实施过程中，既要学习运用PBL模式的优势和方法，又要结合学科特点和学院实际情况，改进调整各环节、各步骤，在不断探索中完善，在不断改进中提升，最终形成一套适合本专业实验教学的方法体系，助力草业科学专业教学改革与发展。

新学院的成立给草业学科发展带来了良好的机遇，为草业科学专业实验教学改革提供了有力的条件保障，为培养优秀的现代化专业人才奠定了基础。

参考文献

[1] 舒朋华，魏夏兰，鞠志宇，等.基于奥尔堡PBL模式的有机实验教学改革[J].实验技术与管理，2020，37（2）：157-159.

[2] KOLMOS A，FINK F K，KROGH L.The Aalborg PBL model[M].Aalborg：Aalborg University Press，2004：11-17.

[3] 年智英，杜翔云.奥尔堡PBL模式下的课程与教学实践[J].比较教育研究，2011，33（11）：86-90.

[4] 甄艳坤，阮幼津.基于丹麦奥尔堡大学PBL模式的应用光学设计课程教学实践探索[J].科技创新导报，2019，16（23）：203-205.

[5] 舒朋华，魏夏兰，鞠志宇，等.奥尔堡PBL模式下的课程整合与应用型人才培养：以制药工程专业为例[J].西南师范大学学报（自然科学版），2019，44（3）：146-150.

[6] 张倩，李明，王军，等.“新工科”培养模式下自动化专业综合实验构建[J].实验技术与管理，2020，37（1）：163-166.

[7] KOLMOS A，FINK K F，KROGH L.The Aalborg model：Problem based and project organized learning [M]//KOLMOS A，FLEMMING K，KROGH L，et al.The Aalborg PBL model-progress，diversity and challenges.Aalborg，Denmark：Aalborg University Press，2004：14-16.

[8] 阳富强.安全工程专业研究性实验教学模式探索[J].实验技术与管理，2020，37（1）：208-211.

[9] 舒朋华，鞠志宇，许志红，等.奥尔堡PBL模式对提升有机波谱分析教学效果的启示[J].化学教育，2018，39（16）：16-20.

[10] BETTINA D，EGELUND H J，HANS H，et al.Students experiences of change in a PBL curriculum[J].International journal of engineering education，2016，32：384-395.

[11] 廖洁丹，黄良宗，刘昊，等.奥尔堡PBL模式对新时期高等教育教学改革与创新的启示：以地方本科院校《兽医微生物学》课程为例[J].教育现代化，2019，6（40）：68-70.

[12] 申纪云.高校实践育人的深度思考[J].中国高等教育，2012（Z2）：11-14.

[13] 葛艳，卢晓东.“以学生为中心”的实践教学案例设计与实现[J].实验技术与管理，2020，37（2）：178-181.