“新农科”建设背景下的植物组织培养实践教学改革探究

郭国业，庞发虎，杨柯金，杨建伟

(南阳师范学院生命科学与农业工程学院，河南南阳，473061)

植物组织培养技术是20世纪初期发展起来的一项生物技术，并随着生物技术的发展而不断发展和完善。植物组织培养技术是在无菌和人工控制条件下，利用适当的培养基对离体的植物器官、组织、细胞及原生质体进行培养，获取再生细胞或试管苗植株。[1]随着生物技术的发展，植物组织培养已经成为现代生物技术和农业生产中的重要研究手段，并产生了巨大的社会经济效益。目前，植物组织培养课程在高校的多个生物学类专业中开设，该课程基于植物学、植物生理学、细胞生物学、分子生物学等先修课程知识，是一门技术性、实践性、应用性很强的专业课程，也被许多高校认定为生物学专业的特色课程。[2]在实际教学中，由于该课程具有多学科交叉性和明显的实践性特征，且受教学条件限制，部分高校存在理论课时和实践课时设置不足，或被定为选修课，导致学生的学习积极性和兴趣不高，存在明显的“混学分”现象，知识和技能的获得感不高，不能有效实现培养目标。

目前，植物组织培养技术已经日益成熟，并且在创新和推进地方产业结构升级，推动地区特色农业生产发展中发挥着越来越重要的作用。“新农科”建设的大力推进，对实践课程教学和人才培养目标提出了新要求，课程教学改革和创新建设也需协同推进。[3-5]改革植物组织培养课程教学中存在的各种突出问题和不足，创新教学方法和教学模式，改善教学环境，不仅对植物组织培养实验教学具有重要意义，而且有利于学生能力和素质培养，是推动普通院校向应用型高校转型发展的有效途径。为提升教学质量与教学效果，促进教学质量改革，培养符合社会需求的创新型和实践应用型生物技术人才，本研究针对高校在植物组织培养教学中存在的突出问题，创新教学方法和改革模式，为植物组织培养教学改革提供思路。

一、植物组织培养课程教学中存在的问题

(一)课程学时和学分分布不合理

植物组织培养虽是一门重要的实践性和应用性强的课程，但其学时、学分相比其他专业基础课所占比重并不高，在课程性质的设置上也存在一些问题。例如，部分高校直接将该课程定为专业选修课，学分为1学分，极大降低了学生对课程的重视度和兴趣；在教学安排上，部分高校重理论轻实践，理论学时安排较多，实践学时相对较少，或者是理论学时和实验学时的数量相当，教师讲得多，学生主动参与得少。[5-6]同时，由于植物组织培养的多学科交叉性，某些专业的学生在相关先修课程中已经学过了部分理论原理知识，对理论知识的学习积极性不高。此外，植物组织培养的实验课时设置偏少，但学生人数多，设备条件又有限，加之实验项目的完成具有时间周期性和持续性，学生在有限的课堂时间内很难完成实验内容。由于参与度不高，学生的体验感不强，学习的积极性和效率也不高，对学生的实践和创新能力培养造成了不良影响。[7]不仅如此，部分高校由于培养方案的导向问题，植物组织培养课程只设置了实验课，缺少理论讲授，即使作为一门实践性较强的课程，学生在没有经过系统性理论知识和原理的学习情况下就直接进入实践环节，教师的教学压力也会急剧增加。[8]

(二)教学方式单一

传统的植物组织培养教学多采用满堂灌的“填鸭式”教学，教师多采用单向传授的方式强行向学生灌输知识，学生被动听课，学习积极性不高，学习效果不好，缺少主动思考，很少积极参与课堂讨论，进而造成课堂风貌不佳的现象。在传统的实验教学中，教师需要在课前做好预实验准备，学生在教师的指导下完成预定工作，如进行简单的培养基配制、接种等训练，最终获得预期结果，完成实验报告。这种单线教学方法和重复性的工作在一定程度上限制了学生的创新意识，学生的体验感和获得感不强，积极性也不高，不利于学生独立思维和创新能力的培养。[9-10]由此可见，传统的教学方法已经难以适应“以学生为中心”的教学理念，难以达到预期的培养目标。

(三)配套的教学设施条件不充分

植物组织培养课程是一门操作性、实践性很强的课程，实验环境条件会在很大程度上影响到学生的课堂实践参与度。规范的植物组织培养需要实验室设计合理，配套设施条件完善，实验工具和仪器设备充分，供试的试验材料充分且具有选择性。同时，规范的植物组织培养实验室需要有准备室、灭菌室、更衣室、接种室、培养室等设计合理且相互隔离的房间；接种室需要具备充足的超净工作台、全面的紫外照射以满足杀菌消毒的条件；培养室要具备良好的通风换气设备、温度、湿度和光照控制等条件。然而，部分高校在开展该课程时，实验教学条件不充分，甚至会影响植物组织培养教学的正常进行。[11]部分高校还存在实验室缺少光照培养设备、细胞培养设备、培养基分装设备、超净工作台等仪器设备或仪器设备陈旧老化、年久失修等问题，严重影响了实验教学的正常进行。[12]

(四)教学效果评价不够科学

在传统教学模式下，植物组织培养课的教学效果评价主要表现形式为课堂考勤、实验作业及实验考试，考核方式比较单一，成绩考核更偏重对理论知识的考查，不能有效反映学生的实践能力和创新意识[5，10-11]。首先，由于该课程的选修性质和低学分，部分学生会以“混学分”的态度对待课堂学习。其次，实验报告成绩在成绩考核中占有较大的比重，缺少实验课堂的过程性考核，造成学生的实验报告相互抄袭、千篇一律的严重问题，甚至出现有的小组会因为实验结果不理想而编造实验数据的问题。最后，期末考核以考核理论知识和原理为主，导致部分学生即使平时没有积极参与课堂学习，期末通过突击学习和背诵也能取得好成绩。这些问题影响了教学质量，使植物组织培养课难以真正实现人才培养目标。

二、改革措施和改进途径

针对植物组织培养课存在的一系列问题，笔者通过数年的植物组织培养课程实践教学探讨，结合当前国内不同高校对植物组织培养课程教学研究的进展和改革探究，认为高校可以采取以下解决思路和改革措施。

(一)优化课时结构，更新教学内容

在大力加强建设“新农科”学科建设的背景下，针对植物组织培养课程交叉性、实践性和应用性强的特点，高校应基于该课程实际及其他先修课程的内容，精简理论讲授内容，适当减少理论课时，增加实验课时。因此，在修订课程方案时，高校可以尝试将植物组织培养课的课时从传统的32个学时理论讲授调整为18个学时，实验教学课时可适当增至32或36个学时，使教师少讲多引导、多示范，学生转变为课程学习的主导者和实践者，成为课堂的中心和主体。在教学内容方面，要注重增加植物组织培养技术在科研和生产实践中的应用案例。首先，高校在对教学内容进行优化时，需要从整体着眼，合理规划相似章节讲授的内容，适当删除先修课程已经学过的内容或在实验教学中没有实践教学条件来开展的内容。在课程内容讲授方面，要精简繁杂的理论，避免类同的内容重复讲授，适当引入国内外最新科研成果和进展。[7]其次，实验教学内容要丰富新颖。实验教学的素材应与科研和生产实践结合起来，实时更新传统老旧的教学案例，合理加入具有地方产业特色的科技应用性成果素材，从而提高学生的学习兴趣和实践能动性。在实验教学实施计划中，高校要适当提高综合性与创新性实验的比例，以此提高学生的独立自主实践能力，培养学生的团结协作精神和创新性思维。

(二)利用在线学习平台，创新线上线下混合式教学模式

积极创新和应用任务驱动法、分小组讨论法、翻转课堂等多种教学方法，可以提高课堂教学效果，增强学生的实践应用能力。[13-15]在理论教学中，信息化教育技术，如超星学习通或雨课堂等在线网络课程资源学习平台，可以充分拓展教学方法，灵活运用任务驱动、启发讲解、情境创设、随堂练习和检测等方法也有利于不断提升教学效果。例如，在介绍植物茎尖脱毒和离体快繁培养的章节内容时，教师可以通过超星学习通或雨课堂等在线学习平台课前发布预习章节学习内容，在课堂上进行随堂检测，通过播放和观看专题视频进行情境创设，在课堂上展示关联特定知识点，如愈伤组织、褐化苗等培养实物，并组织小组讨论，以此避免教师单一讲授知识的枯燥和乏味，提高学生参与课堂学习的积极性。在这样的课堂中，教师能够及时了解和掌握学生的学习情况与动态，学生也能获得更好的学习体验。

在实验课教学方面，教师要改变传统的准备实验、课堂讲授、学生完成的机械教学模式，可以利用学习平台在课前发布实验内容、虚拟仿真教学视频或操作视频录像，让学生对组培实验和操作有初步的认识。课堂上，教师根据学生的反馈进行较短时间的答疑和讲解示范，把更多的时间留给学生，提高课堂效率。在教学安排上，在完成前期基础性实验项目后，学生大多已经基本熟悉和掌握了植物组织培养的基本操作技能和实验流程，如果后续实验仍在教师的指导安排下按照固定的流程步骤进行，就会降低学生参与的积极性，不利于学生创新能力的培养。因此，后续的综合性实验项目可采用任务驱动教学法和线上线下混合教学模式，教师根据课程教学目标和实验计划，利用超星学习通或雨课堂在线课前发布实验题目和任务，让学生自由组成3—4人的小组，以小组为单位通过数据库搜索和查阅文献，综合分析实现培养目标对不同类型的植物激素及浓度梯度的要求。在课堂上，学生主要进行交流和讨论，自主设计实验方案，确定实验流程和要点，并结合教师提出的修改意见，再次讨论后确定实验方案。之后，小组通过分工合作实施和完成实验，小组成员对实验结果进行讨论、分析和总结，交由教师进行评价。在形成实验成果后，小组组长将实验结果、记录和分析实验数据上传至线上学习平台，各小组相互点评，最后由教师对各小组的实验方案、实验结果和数据进行综合点评，提出指导意见和建议。

这种结合任务驱动教学法和线上线下混合教学模式的教学方法促使学生充分利用线上课程资源，独立设计和实施实验，不仅有利于培养学生独立思考、分析问题与解决问题的能力，以及团队协作和创新能力，而且有利于增进师生、学生间的知识与情感交流，还可以实现对学生的个性化指导，同时充分提高学生的参与度，实现互动教学，提高教学效果，真正体现“以学生为主体，以教师为主导”的教学理念。

(三)增加经费投入，改进实验教学设施条件

高素质应用型人才培养的实验教学模式需要最大限度地提高学生的创新意识和综合能力，而创新意识和综合能力的提高离不开良好的实验教学环境条件。根据专业课程需求，建立规范合理的植物组织培养课程专业实验教学平台，可以充分实现实验教学学生人人独立操作的要求，保证实验教学有序、安全、高效、高质量地达成实验目标和课程目标，实现人才培养。目前，大多数高校的生物学专业开设了植物组织培养课程，但配套的实验教学条件参差不齐。因此，实验教学条件不充分的高校需要适当投入经费，大力改善实践操作课程的教学条件，完善专业实验场所建设：首先，要建立功能明确、设计规范的植物组织培养实验室；其次，要配备安装多媒体教学设施和网络设施，加强辅助线上线下教学，提高教学效率和质量；最后，要及时更新陈旧设备，增加硬件设施如超净工作台、温控光照培养箱、体视显微镜、高压蒸汽灭菌锅、PCR仪等设备，改善无菌设施环境。高校只有完善配套的实验教学条件，才能确保每位学生在实验课堂上能够有所做、有所观、有所思、有所创、有所获、有所乐。

(四)注重过程性评价，建立多元化课程考核评价体系

人才培养质量和培养效果更多反映在考核和成绩评价上。植物组织培养课程具有较强的实践性，实践操作对实验结果具有关键性作用，且实验环节具有明显的时间周期性和阶段性，一般完成外植体的组织培养需要3—5周，实验结果需要动态跟踪。因此，仅依据学生的实验报告评价学生对知识和技能的掌握程度既不全面又不科学。通过改革传统教学方法、创新教学模式提高学生的课堂学习效果，决定了对学生的学习效果和成绩评价也需要新的体系。过程性评价更关注学生在学习过程中的表现，多元化的考核与评价可以准确、客观地评价学生对知识和技能的掌握情况。[5，10，16]可见，当前的课程考核评价不能再是过去简单的线性一维，而应具有全方位和多元化的特点。以南阳师范学院生物科学专业为例，其传统的植物细胞工程技术课程成绩考核评价为平时考勤(10%)、实验报告(30%)、期末考核(60%)，且占较高比重的期末考核多偏重对理论知识、原理及实验步骤的考查。这种考核评价方式单一化、机械化，不能准确评价学生的实验技能和对课程知识的掌握情况。因此，南阳师范学院生物科学专业创新教学模式，优化课程考核评价体系，建立了多元化的过程性评价体系，注重学习的过程性考核。改革后的植物细胞工程技术课程考核评价方案为平时成绩占60%、期末考核占40%。其中，平时成绩主要由学习平台在线签到、随堂检测、章节任务学习、主题讨论、课堂抢答、小组成果展示和互评、线下实验报告等考核指标组成。新的考核旨在凸显学生的主体性，加强学生对实验过程环节的重视，突出对实验方案的设计和实验细节的把握。这些考核方式能够启发学生发现问题和分析问题，提高学生解决问题和协作互助的能力，注重学思结合，能够有效调动学生参与实验课堂学习的积极性和创造性。[17]

三、结语

在新形势下，建设“新农科”是乡村振兴战略的重要组成部分，也是适应农林教育发展趋势和“新农科”人才需求的必经之路。改革和创新植物组织培养课程实践教学方法，建设一流实践课程，既是推动“新农科”建设，强化实践教育和创新创业教育改革与实践的重要途径，又是提高人才培养质量、实现高素质应用型人才培养的关键举措。作为一门实践性很强的课程，大力推进植物组织培养课程实践教学改革，可以培养学生良好的责任担当、实践技能和创新意识，实现应用型人才高质量培养目标，为社会输送急需的应用型专业人才。