新农科建设背景下的植物化学保护实验教学改革的探索与实践

唐 萍 苏发武 秦小萍 王再强 李迎宾 吴国星

（云南农业大学植物保护学院，云南昆明 650201）

中国涉农高校科教优势明显，技术力量雄厚，担负着为率先实现农业现代化提供人才保障和科技支撑的重任。在中国新农科建设背景下，构建农科教学新模式，完善涉农人才培养体系，培育具有创新精神、实践能力和社会责任感的高素质复合型人才成为涉农专业建设的首要任务[1-2]。课程是完成专业培养目标的载体和核心，因此进行课程改革，打造一流课程，将助力新农科建设，促进卓越农林人才培养、乡村振兴和农业现代化的实现[3-4]。

植物化学保护学是科学使用农药防治害虫、害螨、线虫、病原菌、杂草、鼠类等有害生物，保护农林牧业生产安全的一门科学[5]，也是植物保护专业中应用性很强的专业核心课程，是植物保护课程体系中必不可少的一部分。植物化学保护实验是植物化学保护学的配套课程，该实验课可以促进学生对本领域的理论知识的认识和理解，强化专业技能，提高学生的动手能力、实践能力和创新能力，有利于培养综合创新型人才。

过去，云南农业大学植物化学保护学实验课程教学内容单一、教学方法陈旧，验证性实验较多，导致学生上课兴趣不浓厚，学习热情低，学习被动，实验课后学生对实验过程及结果印象不深刻，实验课并没有达到课程设置目的。因此，建立植物化学保护学实验课程的创新型教学体系，改变以往的教学方法，把实验教学的重点放到培养学生的综合能力上十分重要[6]。基于此，课题组从“翻转课堂”的运用，综合性、创新性实验的开设，实验课第二课堂的开展，考核方式的改革4个方面，对云南农业大学植物化学保护实验课程进行了教学改革的探索与实践。

1 “翻转”的实验课堂

“翻转课堂”从提出至今，已在很多课程教学中实践，有比较成熟的理论、形式和方法，对提高学生学习兴趣、促进自主学习有较为积极的作用[7-9]。“翻转课堂”在理论课程教学中运用较广，课程组在连续5年的教学实践中，不断探索和实践“翻转课堂”，将其成功运用于植物化学保护课程中，使得学生学习兴趣浓厚，教学质量显著提升[10]。然而，该方法在实验课中运用和实践的报道较少[11]。本课程组在“翻转课堂”实践基础上，不断探索和大胆创新，于2019年和2020 年将该方法引入植物化学保护学实验教学中，选取了“波尔多液的配制及其质量检测”试验课进行“课堂翻转”，通过与植物化学保护理论课程紧密结合的方式，实行“课与课”的翻转，拓展了翻转课堂的含义，丰富了实验课堂教学的形式，实现了从“验证实验”向“探究实验”的转变。

1.1 课前

本实验要求学生掌握波尔多液正确的配制方法，并了解波尔多液的性质。学生需要观看课程组教师上传的视频，该视频讲解和演示波尔多液6种配制方法的基本操作，同时给出实验的内容提纲，并留有思考问题。学生通过观看教师的课程视频，基本了解整个实验操作及所用的实验药剂、玻璃器皿等实验材料，同时，学生在观看视频后需要积极思考，并查阅资料，了解波尔多液的性质、配制方法等相关知识，才能保证顺利完成实验，掌握波尔多液配制的正确方法。另外，学生还可以根据自己查阅的资料，提出关于波尔多液配制或性质探究的其他实验方法，并在课前与实验教师讨论其可行性、合理性等问题，在教师指导下完成该实验。

1.2 课中

学生进入实验室进行实验，完成老师给出的6 种配制波尔多液的方法和2种质量检测方法以及自己附加的实验，并记录数据。同时，课程组将质量较差的石灰和硫酸铜随机放置于部分实验小组的实验桌面上，学生将在不知情的情况下用这些材料完成实验，这将影响波尔多液的质量，学生需要根据实验结果做出正确的判断，真正了解影响波尔多液品质的因素。

1.3 课后

课程组将“波尔多液的配制及其质量检测”这个实验，安排为本门课程的第2 个实验，按照教学日历，这个实验完成后，将在植物化学保护学理论课堂上学习杀菌剂。波尔多液是其中一个药剂，因此，把波尔多液实验课的讨论转移至植物化学保护学理论课学习的课堂，实现了理论课与实验课的“课堂翻转”。在铜制剂杀菌剂的学习过程中，学生将结合文献资料、实验操作和实验结果与分析，介绍波尔多液正确的配制方法与质量检测方法，并揭示其操作错误的原因，最后再进行波尔多液的生物活性与使用方法的学习。在实践此教学方式后，学生的参与度很高，讨论也很激烈，学生对自己做的实验会有较多问题和想法，课堂讨论提升了实践教学的深度和高度，实现了从理论到实践，又从实践回到理论的飞跃。

2 开设综合设计性实验

验证性实验是比较传统的实验类型，由教师给出实验方案和步骤，学生按照教师的讲解进行实验操作，这样的方法不利于培养学生的创造性思维，实验后学生往往一知半解，不能实现本门课程对学生设定的能力目标和素质目标，不利于新农科建设背景下复合型涉农人才的培养。植物保护学院专业所有学生在大学一年级就进入各个实验室开始学业实习，3 年时间学生掌握了较多的实验方法，具有一定的科研思维能力，这为本门课程开设综合设计性实验奠定了基础，自己设计并完成实验也极大地激发了学生的兴趣，实验的成功也能增强学生的专业自信心。因此，本课程组尝试在本门实验课程中开设“杀菌剂的室内毒力测定”综合设计性实验和“多菌灵的前世今生”大综合实验。

2.1 “杀菌剂的室内毒力测定”综合设计性实验

课前，学生自主学习杀菌剂的室内毒力测定方法，两人一组设计实验方法，并把详细的实验方案提交给老师，老师根据实验室的设备、材料等条件，提出建议。在此过程中，学生会选择抑菌圈法、生长速率法、最小浓度法，其中选择抑菌圈法的学生最多，还有学生会将这些方法创新。实验课中，各小组采用各自选择的方法进行实验，学生在实验过程中互相讨论，了解其他小组的实验方法，通过“自己做”和“看别人做”，学到更多的方法。一周后，学生来实验室观察并记录实验结果，在实验报告上详细记录实验步骤以及实验结果，并根据自己的实验结果进行分析讨论。

2.2 “多菌灵的前世今生”大综合实验

“多菌灵的前世今生”大综合实验包括多菌灵药剂的制成与质量检测、多菌灵的抑菌作用、多菌灵的残留分析3 个部分，该实验的前2 个部分在本课程的课内教学中实行，而多菌灵的残留分析则放在农药学第二课堂进行，属于选做实验。此大综合实验包含的3 个部分将会在3 次连续的实验中完成，每次实验教师都会提出思考问题，由学生自行查阅资料，去寻找答案。由“多菌灵”串起来的3 个实验，把看似完全分离的3 个知识模块联系起来，通过连续的3 个实验，学生不但掌握了常用农药的配制方法与技术、农药室内生物测定、农药残留分析的基本操作技术与方法，而且通过实验深入了解多菌灵这个农药的合成、生物活性和残留问题，解释了“多菌灵从哪来，又去到哪里”这个问题，同时通过这个大综合实验，进行了“使用农药并不等于污染环境”的教育。

3 开设第二课堂

目前，云南农业大学植保专业的植物化学保护学实验课程共24个学时，8个实验，主要包含农药加工与质量检测、农药生物测定、农药残留分析3部分实验内容。由于课程学时限制，学生不能全面学习和掌握该门课程的实验操作方法和技术，为了让学生能获得更多的植物化学保护学科相关的实验技能，加强学生实践能力和自主学习能力，课程组开设了植物化学保护学实验第二课堂。

3.1 第二课堂申请条件

学生在以下情况下可以申请进入植物化学保护学实验第二课堂：第一，学生因特殊原因，没能按课表时间去上实验课时，可以申请进入第二课堂，完成课程实验；第二，学生在实验课上，对实验结果不满意，需重新做实验，可以申请进入第二课堂；第三，学生对本门课程比较感兴趣，想深入学习和研究植物化学保护学相关实验技术与方法，可申请进入实验室，实验项目可以自己设计，也可以由教师指定。

3.2 第二课堂的开课形式

植物化学保护实验课第二课堂的开课时间由学生自己选定，并和指导教师预定登记，地点在农药学创新实验室，实验所用到的仪器设备，主要为农药学教学仪器设备，也有部分由农药学科研实验室课题组提供，这些仪器都在各个试验室内，经过预约就可以使用。

重做实验和补做实验的教学方法和课内实验相同，学生仍然需要先通过观看教学视频，依据实验提纲，按照实验方法与步骤，独立操作完成实验。

对于创新型实验的开设，结合农药学教师的科研方向和课题，课程组设置了5 个供学生选择的实验模块：杀菌剂作用机理研究、杀虫剂作用机理研究、除草剂作用机理研究、生物农药开发和农药合成。农药系的老师在这几个方面都有基金项目支撑，有较好研究基础，可以给感兴趣的学生提供思路、方法及实验条件。创新型实验的开设，需要学生在设置的范围内，挑选自己感兴趣的方向，自己查阅资料，参考教师的意见和建议，制定实验方案，独立完成实验。

3.3 第二课堂的管理与运行

植物化学保护实验第二课堂由任课教师负责管理，实验内容为教学内容，实验耗材由教学经费出，自命题实验项目则由相应的科研导师负责耗材和实验仪器设备等。目前，植物化学保护实验第二课堂良好，已有25 人进入第二课堂重做实验，有7人进入实验室补做实验，43 人进入第二课堂进行创新性实验，进行创新性实验的学生，最后都进入了农药学相关科研实验室开展进一步科研训练和实习。

3.4 第二课堂成绩考核

根据第二课堂开展的情况，课程组制定了相应的成绩评定方法：重做和补做实验成绩为该实验成绩的80%；创新实验作为加分项，学生需要提交一份实验报告，指导教师批阅评分，加分为该实验成绩的10%。第二课堂的开设很大程度上解决了学生因特殊原因请假、缺席实验课程的问题，也是课堂实验教学的延伸，弥补学时削减带来教学内容不饱满的问题，又能适度提高课程的深度，加强科研技能训练、提高科研素质。

4 改革考核方式及成效

2013 年云南农业大学植保专业的植物化学保护学实验课程从植物化学保护学课程中划分出来，独立开课，2013—2016 年，课程考核主要以考试为主，学生对实验操作的积极性和重视度不够，有的学生缺席几次实验课，最后通过考前准备，取得了不错的成绩。另外，历年的试卷重复率很高，如果要降低重复率，又容易偏离实验内容，所以课程组对该门课的考核与评价方式进行了改革（见表1）。

表1 教学改革前后的植物化学保护实验成绩评定标准

考核由原来的考试改为考查，成绩组成为：平时成绩（50%）+实验报告成绩（50%）。改革前的学生平时成绩仅包括实验操作、实验纪律，改革后的平时成绩增加了随堂问答，占总成绩的10%，随堂问答中，课题组制成了30 份问答卷，每个问答卷包括10 个小题，包括实验的操作、实验原理和注意事项等，学生对抽到的问答卷进行口头回答，教师现场评分。这不仅要求学生在实验前作充分的预习，还要求学生能在每次实验后总结学习，否则将不能顺利完成答卷。另外，对于学生的实验报告，课程组新增加一项创新加分题，学生通过查资料，并结合实验操作，可以提出实验改造的建议，这个建议一旦被课程组教师认可，课程组将给学生实验报告成绩加分。学生如果进入第二课堂参与创新性实验，则实验成绩也会得到加分（创新性实验成绩×10%）。综上所述，学生的本门课程成绩=实验操作（20%）+随堂问答（10%）+实验纪律（20%）+实验报告（50%）+加分。通过改革前后的学生成绩分析，改革前测试点较少，学生成绩过度集中于80～90 分段，学生成绩无区分度，测试无难度，学生对课程也不太重视，且成绩无法看出学生的能力差别。通过改革考核方式，增加了2 个测试点，再加上课程教学上的改革，2021 年4个班学生成绩分布趋于正态分布（图1），成绩在60～100分之间分布，70～80分段人数>80～90分段人数>60～70 分段人数>90～100 分段人数，成绩基本能反映学生的能力，且有区分度，这样的考核也让学生更加重视课程学习，激发学生的学习积极性和创造性。

图1 2017—2021年植物化学保护实验成绩分布

5 讨论

目前，植物化学保护学实验课程教学中仍然存在问题，如学时限制，教学内容不饱满；实验类型单一，综合设计性实验较少，部分实验由于实验条件限制无法开设；有的实验的内容和方法技术滞后于农药学学科发展。针对这些问题，课程组提出了以下解决方案。首先，拟将部分实验改为综合设计性实验。其次，对部分要求较高，无法在实验室中操作完成的实验，以虚拟仿真实验[12-13]的方式进行。此外，从学生成绩分布看，90～100 分段（3%）的学生较少，一方面的原因是学生的创新意识和积极性还没有充分地调动起来，目前真正进入植物化学保护实验第二课堂的学生不足10%，课程组也在思考和探索新的方法，加强对第二课堂的管理，使其发挥积极有效的作用，同时课程组也将在每学期请学生做一份调查问卷，希望能通过学生的反馈看到教学中的问题，促使第二课堂的开设更加完善和科学。为了构建农科教学新模式，实现培养高素质复合型人才的目标，课程组将围绕培养目标，持续开展教学改革，把杀菌剂室内毒力测定，除草剂室内毒力测定、杀虫剂室内毒力测定和毒理实验设置为综合性、设计性实验，通过学生自学、自制实验方案、结果讨论，培养学生的自主学习能力和实践能力。同时对实验条件要求较高、耗时较长的实验，例如农药残留分析实验、大田药效实验，课程组将通过设计虚拟仿真实验进行教学，该实验课程组已借助学校虚拟仿真实验平台进入设计阶段，如果完成建设，验证性实验、综合设计性实验、虚拟仿真实验在本门课的学时比例将为3∶4∶1。

6 展望

植物化学保护学实验作为植物化学保护学的搭配课程，在植物保护专业人才培养中发挥着重要作用。本课程组的教学改革已取得良好成效，学生对课程的兴趣显著提高，同时也促进了学生的实践能力和创新能力的培养和锻炼。在今后的教学中课程组将不断探索和实践，创新教学方法，促进教学改革，激发学生学习兴趣，实现高素质复合型人才培养目标，为新农科建设背景下的植物化学保护学实验教学提供参考和借鉴。