高校植物生理学实验课程教学的探索与实践

2024-10-03刘萌萌

科技风 2024年27期

摘要：植物生理学的课程是涉农高校植物生产类专业的必修课程，植物生理学确实是涉农高校植物生产类专业的必修课程之一，对于培养从事农业、园艺、林学等领域工作的专业人才至关重要。这门课程不仅提供了关于植物生命活动的基本原理和机制的知识，还强调了这些原理在农业生产实践中的应用。该文通过分析传统植物生理学实验课程中出现的问题，提出了一系列的改革措施，能够很好地促进学生科学研究素质的养成，为培养植物生产创新和应用复合型农科人才奠定坚实的基础。

关键词：植物生理学；实验教学；教学改革；教学模式；设计性实验

一、概述

植物生理学实验是研究植物生命活动规律的科学，它通过实验方法深入了解植物的各种生理过程及其与环境的关系。植物生理学实验不仅能够帮助我们理解植物的基本生命活动，如水分和矿物质的吸收、光合作用、呼吸作用、生长发育等，还能为我们提供有关植物如何适应不同环境条件的信息。随着基础学科研究的不断发展和完善，前沿的研究技术已经应用到各个相关领域，学科间的融合发展也是大势所趋。植物生长与调控的理论课程内容在持续更新和调整，因此，随着科学技术的进步和教学理念的发展，植物生长与调控实验教学课程也需要不断地做出相应的调整和优化，以适应新时代的教学需求。

二、植物生理学课程传统教学现状及存在的问题

（一）实验教学方法单一

植物生产类实验的实验周期较长、受季节因素限制较大、实验课程内容冗杂等较多客观因素都给这门课带来了很大的难度与挑战，这些问题极大地影响了学生的学习体验和效果。此外，重复的教学内容和一成不变的实验指导书可能会导致教学内容变得传统化和模板化，从而影响学生的学习兴趣和创新能力的培养，极大地限制了授课教师的思维模式［23］。

（二）实验教学内容局限性大

植物的生长与发育是一个复杂而又精细的过程，它不仅贯穿于植物从种子萌发到成熟结实的整个生命周期，而且还受到内外部多种因素的影响和调控，这些因素包括但不限于光照、温度、水分、土壤养分以及植物自身的遗传特性等。由于许多植物具有较长的生长周期，例如一些多年生植物可能需要几年甚至更长时间才能完成一个完整的生命周期，这就给高校的教学活动带来了极大的挑战。

（三）实验内容脱离实际生产

植物生理学实践的学习是农业生产的重要理论基础，了解植物生长和调控的原理有助于了解农作物的生长规律，这在实际生产中有助于农业生产管理，在农作物生长中遇到生物或者非生物胁迫才可以制订相应的处理方案，而如今的实验过程中缺乏相应的场景也是现在的实验内容中的主要问题之一。实验内容如果与实际生产脱节，不仅会使学生难以理解其实际应用价值，还可能导致他们缺乏将理论知识转化为实践技能的能力。

三、植物生长与调控实验教学改革方法

（一）利用技术解决时间难点

在教育实践中，教师往往难以通过传统的实验方式向学生展示植物完整生长周期中的各种变化及其背后的生物学机制。这主要是因为长期的观察实验不仅耗时久，而且需要持续的关注与记录，这对于课程安排紧凑且资源有限的大学课堂而言是不太现实的。为了克服这一难题，教育者们采取了多种创新方法来帮助学生更好地理解和学习植物生长的相关知识。例如：

（1）模拟实验：利用计算机软件或模型来模拟植物的生长过程，让学生能够在较短的时间内观察到植物生长周期中的关键变化。

（2）视频资料：收集并播放植物生长过程的延时摄影视频，这样可以在几分钟内展示几个月甚至几年的变化，极大地提高了教学效率。实地考察：组织学生参观植物园、农场或其他植物栽培基地，通过实地观察正在生长的植物来获得直观的感受。

（3）短期实验：选择生长周期较短的植物品种作为实验对象，比如豌豆或拟南芥等，以便学生能在有限的时间内完成从播种到收获的全过程观察。

（4）案例研究：分析历史上著名的植物学实验案例，结合现代研究成果，引导学生思考植物生长与环境之间的相互作用。

（二）变换实验设计主体

设计性实验主要是让学生成为设计实验的主角，让学生担任真正的引导者、组织者和开展者。例如，通过开展实验“比较不同激素对种子萌发的影响”，学生分组选择不同的植物材料、不同的激素和不同的浓度进行处理。学生会去了解到激素的配置方法、每一种激素的特殊性、样品采集、植物培养等一系列环环相扣的过程，让学生了解实验设计、实验准备过程和实验开展过程等真正做实验的每一个细节和步骤。让学生真实地体验独立科研实验的每一个环节。较早地培养学生良好的科研习惯，为今后的科研学习、培养良好的科研习惯和严谨认真的科研太多打下坚实的基础［7］。

（三）强化实验报告

此外，学生的实验报告撰写环节也需要强化。掌握实验技术，了解实验设计和实验步骤是非常重要的，但是实验报告也是必不可少的环节。实验报告的作用除了让学生回顾整个实验过程，包括实验目的、意义和方法等，还能够让学生对本次实验课程进行思考和总结。传统的实验报告只是让学生模板式地写出实验结果，这是远远不够的。实验报告的强化可以从以下几个方面进行：

（1）提供模板：为学生提供实验报告的标准模板，明确每部分的要求和注意事项，帮助他们构建清晰的报告框架。

（2）定期检查进度：在实验过程中定期检查学生的进展，提供及时的反馈和建议，尤其是在数据收集和分析阶段。

（3）小组讨论：鼓励学生之间进行小组讨论，分享彼此的实验经验、遇到的问题以及解决方案，促进交流与合作。

（4）一对一辅导：针对个别学生的需求，提供个性化的指导和支持，帮助他们在撰写过程中克服困难。

（5）创新实践：鼓励学生使用多媒体元素，如视频、动画等，以增强报告的表现力和吸引力。

（6）跨学科融合：鼓励学生将植物学与其他学科（如数学、计算机科学等）的知识相结合，探索新的研究方法和技术。

（7）社区参与：邀请行业专家或科研人员参与到学生的实验项目中，为他们提供专业指导和实践经验。

（四）建立多维度的评价标准

建立多维度的评价标准是改进植物生理学实验课程评价体系的关键一步，这样的评价体系不仅能够全面评估学生的综合能力，还能激发学生的学习兴趣和积极性。例如，在“植物对不同干旱胁迫的响应”实验中，授课教师可以让学生自己当博主，开展科普活动，对重要的知识点用最普通而又通俗易懂的语言、文字、画面进行记录和分享，让学生用自己喜闻乐见的形式主动学习。学生会运用自己的方式，例如拍照片、拍视频、设计脚本、编辑Vlog等多种多样的方式了解植物对非生物胁迫的响应，学生可以把植物在干旱条件下叶片萎蔫、气孔变小这些响应拍下视频，加上音乐和文字等，把课堂的重要知识点串联起来。在分组学习中，不同组的学生可以参考借鉴学习其他组同学的展现模式想法等。此外，在学生复习的过程中，也不光是枯燥无味地翻书、背诵，而是在等公交、等电梯、等外卖的时候打开手机，利用碎片化的时间对一个个的知识点进行复习，加深印象，这种方式比书本的文字性知识更容易理解，学习效果一定大有提升。当然除了在课堂设计上，也应加强多媒体教学。植物种类多、繁杂，授课教师可以通过展示不同的植物的生长环境联系到植物的外观形态等。鼓励学生以小组形式完成项目，共同解决实验中的问题，通过团队合作的方式培养学生的沟通能力和团队精神。项目展示的方式可以提高学生的积极性。小组成员共同完成项目后，进行项目成果展示，可以是PPT演示、海报展示等形式，展示研究成果的同时也锻炼学生的演讲技巧。同时，可以通过引入同伴互评机制，让同学们互相评价对方的实验报告或口头报告，以此促进相互学习和交流。另外，鼓励学生参与社区绿化项目或学校园艺活动，将所学知识服务于社会，培养社会责任感和实践能力。通过实施上述多维度的立体考察模式，不仅能够更全面地评估学生的学习成果，还能激发他们的学习兴趣和积极性，促进综合素质的全面提升［46］。

（五）实践与创新能力

提升学生和教师的实践与创新能力对于培养未来的科学家和技术人才至关重要，而如何提升学生和教师的创新能力呢？主要有以下几种方法：

（1）项目驱动学习：鼓励学生参与真实的研究项目，如校园绿化项目、社区园艺活动等，通过实践加深对理论知识的理解。学生从小生活在家庭的温室中，到了大学阶段又生活在温暖的象牙塔里，对外界接触较少，不知道实际生产中的问题，更无法用所学的知识应用。因此，在大学阶段，参加真实的研究项目，参与社区绿化建设等项目是非常有必要，非常有意义的。首先，学生可以自己寻找合作机会：与当地政府机构、社区组织或非营利组织合作，寻找参与社区绿化建设的机会。接下来学生可以自主进行项目策划：与合作伙伴共同策划绿化项目，包括确定项目目标、选择合适的植物种类、规划种植区域等。继而，学生可以组队进行真正的实地考察：在项目开始之前，对项目地点进行实地考察，了解当地的土壤条件、气候特点等。按照计划实施绿化项目，包括植物种植、日常养护等。当然，后续维护也是非常重要的。项目完成后，进行长期的维护和监测，确保植物健康成长。最后一个阶段就是进行成果展示：通过报告、展览等形式，向社区居民展示项目成果，提高公众对环境保护的认识。这类实践活动不仅能够帮助学生将所学知识应用于实际工作中，还能培养他们的社会责任感和团队合作能力。

（2）创新竞赛：举办创新设计大赛、实验技能竞赛等活动，举办植物生理学创新设计大赛，鼓励学生设计新的实验装置或方法，以解决植物生理学领域的问题。鼓励学生设计新的实验装置或方法，对于解决植物生理学领域的问题具有重要意义。这不仅能够激发学生的创新思维，还能培养他们的实践能力和解决问题的能力。以下是一些建议，旨在帮助学生在植物生理学实验中设计新的实验装置或方法：确定研究问题并明确目标。首先，学生需要明确实验的目标是什么，例如，极端天气出现的频率每年都呈上升趋势，研究植物在不同环境条件下的生长响应有较为实际的意义。学生可以进行相应的文献调研，通过查阅相关文献，了解现有研究的进展和存在的问题，找出可以改进的地方。例如，抗性强的植物可以抵抗极端天气的出现，在极度干旱或者极度高温的条件下也可以生长得很好的植物。创新实验设计头脑风暴：组织小组讨论，鼓励学生提出创新的想法和实验方案。原型制作：根据提出的方案制作初步的实验装置原型，进行初步测试。改进与优化：根据测试结果不断调整和优化实验装置或方法。实验装置的设计与制作材料选择：选择合适的材料来制作实验装置，考虑到耐用性、成本等因素。技术应用：结合现代技术，如传感器、自动化控制系统等，提高实验的精确度和效率。安全性考量：确保实验装置的安全性，避免潜在的风险。方法的创新，例如数据收集：开发新的数据收集方法，如使用无人机进行遥感监测，以获得更全面的植物生长实时监测的数据。而在数据分析中，可以采用先进的数据分析技术，如利用机器学习算法来处理大量数据，提取有用的信息。紧接着便是进行实验验证：通过对比实验，验证新方法的有效性和可靠性。实验结果的应用，实际应用：将实验结果应用于实际项目中，如社区绿化建设等，以解决实际问题。成果展示：通过报告、论文等形式，展示实验成果，与同行分享经验。持续改进：根据反馈意见，不断改进实验装置或方法，提高其性能和实用性。教师指导与支持提供资源：为学生提供所需的实验材料和技术支持。定期检查：定期检查学生的进展，提供及时的反馈和建议。鼓励创新：鼓励学生大胆尝试新想法，即使失败也是宝贵的经验，从失败中总结教训，获得能量。激励学生发挥创造力，开发新的实验方法或技术。通过一系列系统的训练模式，不仅能够培养学生的创新思维和实践能力，还能促进他们在植物生理学领域的深入研究，为解决实际问题提供新的思路和方法。

结语

植物生理学确实是一门理论性和实践性都非常强的学科，它不仅涵盖了植物生命活动的基本规律和机制，还涉及了植物如何适应环境变化等多个方面。因此，在植物生理学的教学中，实验课程环节不可或缺且非常重要。本文通过分析传统的植物生长与调控实验课程存在的问题提出了优化实验内容、强化实验报告和改革教学模式等几种方式。以期为以后的课程发展和改革提供建设性的建议，希望能够在一定程度上提高学生的实验技能，培养科学的思维模式和严谨的科学实验精神。随着国家和社会对粮食安全及种质资源的重视，植物生长与调控实验课程需要紧跟生物技术前沿，优化教学内容，提升教学质量，提高学生的实践能力，让学生参与生产，了解生产实际情况，丰富实践知识，开拓思路，同时坚定专业思想，为国家培养高质量植物生产类人才。

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