“植物组织培养技术”实验一流本科课程建设与实践＊

王文慧，马绍英，李 胜，王婷婷

（1.甘肃农业大学基础实验教学中心，甘肃 兰州 730070；2.甘肃农业大学生命科学技术学院，甘肃 兰州 730070）

“植物组织培养技术”实验是生物技术专业的重要课程，该技术也是现代生物技术的重要组成部分，在生命科学的研究中发挥了极其重要的作用，为了响应国家“双万计划”[1]，本研究以“植物组织培养技术”实验为例，从实验教学内容革新、学生能力培养、完善实验教学考核体系以及网络教学资源平台建设等方面，阐述一流本科实验课程的建设，以期为建设一流本科课程提供新的思路[2]。

1 实验平台建设与教学内容的革新

在学校的大力支持下，植物组织培养实验室面积由原来的40 m2扩大到现在的180 m2，各个功能室独立分隔又相互连通，建成了科学、系统的植物组织培养实验室，学院为组织培养室购置了多台超净工作台、人工智能气候箱等教学仪器设备，为“植物组织培养技术”实验建成一流本科课程搭建了良好的平台。“植物组织培养技术”实验在课程建设以前是“植物组织培养”理论课程的一部分（12 学时），因课时太少，实验课很难系统开设，无论是实验内容、方法、材料的选取，还是实验的具体操作过程均由实验老师确定，学生只是按照教师的思路和方法被动操作，同时因实验室面积有限，实验单组人数较多，学生独立操作实验的时间非常有限。自2016年该课程开始建设以来，将“植物组织培养技术”实验独立设课，课程分为线上线下2个部分教学，其中包括线下32 学时的操作和线上48 学时的理论讲授。实验内容由过去的单个简单实验经过不断的改革探索，结合老师的科学研究，逐步形成了以“基础性、设计性、综合性、创新性”为主线的实验教学新内容，同时依据现代网络技术建立了植物组织培养技术线上资源共享网络平台和专家在线答疑系统，并开设与植物组织培养企业参观实习相结合的三维一体教学模式[3]。

2 学生能力的培养

2.1 提高学生实验的主动性和积极性

在完成前期实验的基础上，逐渐形成了以“应用性、综合性和创新性实验”为主线教学体系，学生可根据自己的兴趣，设计自己的个性实验，和老师一起探讨自己实验的创新性。同时通过资源共享平台，和专家们一起解决实验中遇到的问题，使自己设计的实验得以顺利开展。实验室随时为学生开放，学生可根据自己的时间进行实验内容的安排，在一定程度上确保了实验的连续性。通过实验教学改革，使得枯燥的实验操作变得更加趣味化，进一步促进了学生对实验的掌握与理解，使传统实验教学变得富有创新性，增强了学生实验的主动性和积极性[4]。

2.2 培养学生创新思维能力

学生在进行植物组织培养技术实验操作过程中，综合性实验是根据自己的爱好进行选择与设计，在进行前期准备过程中，对实验的目标有一定的预期，然后在实验老师的指导下进行系统设计与实验。对出现的问题可通过查阅文献及访问专家系统解决，若未能解决，则可通过实验指导老师的现场指导来解决，使学生对预期的实验进行非固定化的传统实验，而根据自己的思维进行设计与实验，培养学生的创新思维能力、独立分解问题和解决问题的能力、查阅资料获取知识的能力，这也为应用型人才的培养提供了良好的平台与机遇。

2.3 教学科研相结合

教学科研相结合是“植物组织培养技术”实验课程改革的新模式，在“植物组织培养技术”实验得到充分保证的前提下，教师将与该课程相关的科研项目介绍给学生，学生自愿选择参与项目的相关内容，创立以科研为依托的“创新性实验”教学体系。在完成基本实验教学的基础上，不断完善探究新的实验教学模式，进一步提高综合性实验的兼容性、合理性与先进性，摸索教学研结合的新思维和新方法。以植物组织培养技术应用为主线，完善综合实验的理论和技能，进一步推进学生的科研创新，扩大自主设计实验的选题范围，鼓励应用性实验项目，体现植物组织培养与生物技术应用实践的结合[5]。

3 建立完整的实验教学考核体系

在考核体系上，打破了传统的以考勤和实验报告撰写为主的实验考核体系。

（1）在网络平台及专家系统在线预习时长及向专家提问次数占10%：要求学生提前预习实验内容，在预习过程中进入植物组织培养技术网络平台，与专家互动答疑，解决预习中遇到的问题。

（2）基础性实验部分占35%：包括培养基的配制（母液的计算与配置，培养基的制作与灭菌，将静置冷却凝固好的培养基编号拍照，污染1 瓶扣1分）；无菌操作（外植体的消毒、接种，试管苗的继代培养，要求接种10 瓶外植体材料培养15 d 后拍照，继代10 瓶试管苗培养10 d 后拍照，污染1 瓶扣1分）；无菌苗的移栽定植（炼苗、移栽、定植，每人炼苗移栽试管苗10 盆，每盆移栽2 棵植株，移栽后管护15 d拍照，死亡1棵扣1分）。

（3）综合性实验占20%：综合性实验是指利用所培养的无菌材料进行脱分化与再分化的延伸实验，LED 光质调控下试管苗的根系发育与茎叶生长的差异比较实验，选择其中一个方向进行自行设计与实验，要求实验方案设计合理，脱分化与再分化率达到不同材料的要求，光质调控实验的茎叶与根系的发育在不同光质下差异明显，根据培养材料完成预期目标的质量进行合理打分。

（4）设计性实验占10%：设计性实验是指植物组织培养室的设计，要求设计的每个功能室的衔接合理，水电门窗、无菌室及每个室的功能合理，功能室内仪器摆放合理，每一个不合理设计点扣1分。

（5）创新性实验占5%：是指学生经过一个学期的植物组织培养实验，对实验的方法、仪器、器皿、工具等方面进行创新性改造与设计，提出自己的思路和设计方案，根据思路与设计的可行性进行打分。

（6）实验报告的撰写占20%：包括写作的规范性，数据处理的科学性等。

改革后的植物组织培养技术实验课程考核办法，使考核体现在每一个实验环节上，更加注重教学的过程管理，进一步提升了学生的实验技能与创新思维。教学改革前后学生实验技能改变情况如图1，自2016年植物组织培养课程改革后，学生在基础性实验及设计性实验中的完成率明显增加，主要体现在培养基及外植体的继代培养污染率降低，组培苗练苗成活率升高。且从设计性实验中发现学生对组织培养的各个功能室的理解到位，有的同学将现代智能元素也融入到设计方案中，且方案合理，富有创新性。课程改革后新增的综合性实验和创新性实验随着课程的不断完善，学生的完成率逐年增长。与改革前相比，学生对相关实验的理解更到位，通过自主学习及老师指导对理论知识的掌握更全面，从而提高了综合性实验的完成质量，处理组与对照组差异显著，有利于激发学生的探索欲望。同时，学生根据掌握的理论知识及实验操作过程进行了实验设计及方法的创新，提出混合光、LED灯的不同强度对组培苗的影响以及设计培养基的封装装置等，进一步增强了学生综合运用知识解决问题的能力，并提高了教学质量。综上，该课程的改革明显增加了学生的学习兴趣。同时，综合性实验和创新性实验的开设有利于开发学生的创新思维，打破传统教学的固化思维，从被动学习转换为主动学习，提高实验操作技能水平的同时扩展知识面并增强对理论知识的理解，进一步体现出双一流植物组织培养课程建设提升学生实践能力的优势。

图1 学生完成《植物组织培养技术》实验课程不同类型实验的比较

4 网络教学资源平台建设

4.1 平台搭建

在“植物组织培养技术”实验在线上平台的建设中，以教学资源建设和信息平台建设为核心[6]，以课程建设为主线，结合课程资源上传、在线教学、师生互动、课程作业、在线测试、答疑和讨论等功能，将全部教学资源统一整合开展教学活动。学生根据自身实际情况进行自主学习、互动学习，在强化技能、巩固基础的同时，持续反思并提高实验技能和创新思维能力[7]。

4.2 专家系统开发

为进一步推进植物组织培养技术课程体系的改革，加强实践教学，引导和培养学生动手能力、科研创新能力，提高本科教学质量和学校创一流学科建设，以教学中学生选择组培材料较多的葡萄材料为例，开发了葡萄组织培养技术专家系统[8]。

专家系统分为1V1咨询、信息查询、葡萄组织培养微课堂和知识库4个模块，如图2所示。

图2 专家系统结构图

（1）1V1咨询又称专家一对一咨询，此模块主要的功能是课外答疑，针对学生在课后或者对实验内容存在的疑问，可以进入专家系统的1V1 咨询模块进行提问，专家会在第一时间进行答疑。

（2）信息查询模块可供学生查询植物组织培养的相关知识。

（3）葡萄组织培养微课堂模块针对葡萄组织培养的全过程（见图3），主要包括培养基制备、外植体消毒接种、继代培养、组培苗移植、常见问题及其解答、学习题库6个方面，供学生全面掌握葡萄组织培养技术及理论知识。

图3 专家系统-葡萄组织培养微课堂

（4）知识库模块主要包括组织培养验室设计及注意事项，植物组织培养常用药品，仪器及设备，培养基种类及配置方法，外植体采集、消毒、接种，继代培养，炼苗，组培苗移栽和后期管理等11 个方面（见图4），通过学习该模块，使学生能够快速并全面掌握植物组织培养相关的理论知识。

图4 专家系统中知识库的详细组成

5 结束语

加快建设高等教育强国，提高和保证高等教育质量的基础工程是一流本科教育，也是基层教学改革的重中之重[9]。新时代下，一流本科教育有新的要求，包括牢固本科教育的地位，培养高水平的人才体系、加强一流本科教育内涵建设[10]。而一流本科教育内涵建设是培养高水平人才的前提。因此，对其建设至关重要，涉及加强专业、课程建设，实施课堂改革等[10]。将与社会需要紧密结合的科研成果纳入课程教学中，培养满足社会需要的高水平人才。本研究结合一流本科教育建设的背景，针对目前植物组织培养技术应用型人才培养课程体系陈旧的现状，对“植物组织培养技术”实验专业课程体系进行了改革，在传统授课的基础上增加了综合性实验和创新性实验，搭建网络教学平台，并对考核体系进行完善，较传统教学更注重应用性实践教学、自主学习及创新能力的培养。通过考核总结分析发现“植物组织培养技术”实验课程的改革提高了学生独立分析问题，解决问题的能力，培养了学生自学及创新能力，为学生进一步从事科研工作奠定了一定的基础。通过该课程近年来的教学改革，植物组织培养技术应用型人才的培养，为提高本科教学质量和开创双一流课程建设提供一种新的思路与方法[11]。