开放教育中植物生理学实验教学路径探讨

摘" 要：该文旨在探讨在开放大学中实施植物生理学实验教学的可行性路径，以解决网络学习环境下实验教学面临的困境，提升学生的实践能力和学习效果。通过提出虚拟实验模拟软件、实验操作视频教程、在线实验课程、家庭实验、实验设计项目和网络实验讨论平台，以及集中到地方开放大学统一教学等创新方法，有效改善传统开放教学中实验教学的不足。结果表明，这些教学策略显著克服实验设备和材料不足、难以进行实验观察和数据收集、缺乏实验指导和交流机会及实验设计和数据分析困难等问题，为学生提供一个更加灵活、互动和高效的学习环境。

关键词：开放教育;植物生理学;实验;虚拟仿真;实践能力

中图分类号：G642.4" " " "文献标志码：A" " " " " "文章编号：2096-9902（2025）02-0137-04

Abstract： This paper aims to explore feasible pathways for implementing plant physiology experiment teaching in open universities to address the challenges faced in experimental teaching within online learning environments and to enhance students' practical skills and learning outcomes. By proposing innovative methods such as virtual experiment simulation software， experiment operation video tutorials， online experiment courses， home experiments， experiment design projects， online experiment discussion platforms， and centralized teaching at local open universities， the shortcomings of traditional experimental teaching in open education are effectively improved. The results show that these teaching strategies significantly overcome challenges such as the lack of experimental equipment and materials， difficulties in conducting experimental observations and data collection， the absence of experiment guidance and interaction opportunities， as well as challenges in experiment design and data analysis， thus providing students with a more flexible， interactive， and efficient learning environment.

Keywords： open education; plant physiology; experiment; virtual simulation; practical ability

植物生理学是一门研究植物生命活动的学科，涵盖了植物的生物化学、生理学和分子生物学过程，包括生长、发育、营养吸收、水分利用、光合作用、呼吸和代谢调节等方面。其研究对于理解植物的生存机制、生长发育过程及其与环境的相互作用至关重要，提供了植物生产、环境保护和农业生产的理论支持和技术指导[1]。植物生理学实验作为这一学科的重要组成部分，对学生掌握相关知识具有重要意义，有助于理论与实践的结合，培养实验设计和操作技能，促进团队合作和科学思维的培养，有助于理论与实践相结合，培养实验设计和操作技能，促进团队合作，加强科学思维[2]。

开放大学依托现代信息技术，结合“互联网+”特征，采用线上线下相结合的教学模式，致力于培养应用型人才，服务全民终身学习。在此背景下，建设虚拟教研室和开展虚拟教研活动具有显著优势。首先，开放大学的体系办学优势为虚拟教研提供了坚实的体制保障。通过国家、省、市、县各级开放大学及行业企业学院和学习中心组成的网络化办学体系，虚拟教研得以顺利开展，支持优秀网络教学团队的组建。其次，线上线下相结合的教学模式为虚拟教研提供了创新契机，有效解决了学生的工学矛盾，促进了课程建设和教学资源的共建共享。此外，应用型人才培养目标对实践教学提出更高要求，虚拟教研能够促进理论与实践教学的统一，实现名师与行业专家的协作，推动教学创新与发展[3]。

随着数字化时代的到来，开放大学教育正在重塑现代教育体系，为各学科领域提供新的学习和教学途径。然而，在当前网络学习环境下，植物生理学实验教学面临诸多挑战，如缺乏实验设备和材料、无法进行实验观察和数据收集、缺乏实验指导和交流机会，以及难以进行实验设计和数据分析。

为克服这些困难，本文探讨了将植物生理学实验教学与开放教育融合的可能性和优势，旨在创建一个更加灵活、包容、互动和高效的学习环境。这一举措将为学生提供更多的实践机会和交流渠道，全面提升其学习效果和实践能力。

1" 当前开放教育中植物生理学实验教学的教学困境

1.1" 缺乏实验设备和材料

在网络学习环境中，缺乏实验设备和材料是植物生理学实验教学面临的一个显著挑战。植物生理学实验通常需要使用各种仪器和材料来模拟或观察植物的生长、发育和生理反应。在传统的实验室中，学生通过操作实际设备和观察植物生长过程，可以直观理解实验原理并获得实践经验。然而，在网络学习中，由于无法直接接触实验设备和材料，学生无法进行真实的实验操作，导致几个关键问题。

首先，学生的理解和应用能力受限。没有实际操作的机会，学生难以巩固理论知识，导致对实验原理的理解不够深入。他们可能无法将理论与实际操作相结合，这种脱节影响了对植物生理学实验的全面掌握。

其次，学生缺乏实践经验。实践是学习的重要组成部分，通过实验操作，学生可以培养实验技能和操作能力。然而，缺乏实验设备和材料意味着学生无法进行实际操作，进而无法获得必要的实践经验，这种缺失严重影响了学生的动手能力和实际操作水平。

最后，学习动力可能会不足。由于无法进行实际的实验操作，学生可能对学习植物生理学实验失去兴趣，导致学习动力降低，从而影响整体学习效果。没有实际操作的参与感，学生可能感到学习枯燥乏味，进一步削弱其学习积极性。

综上所述，如何在网络学习环境中克服实验设备和材料的不足，提升学生的理解力、实践能力和学习动力，是亟待解决的重要问题。

1.2" 难以进行实验观察和数据收集

在网络学习环境中，缺乏实验观察和数据收集是植物生理学实验教学面临的一个关键挑战。实验观察和数据收集对于深入理解植物的生长、发育和生理反应过程至关重要。然而，学生在网络学习中无法直接观察植物的生长过程，也无法进行实验数据的收集和记录，导致一系列问题。

首先，学生的理解受限。没有实验观察的直接体验，学生只能通过文字、图片或视频获得信息，这种间接的学习方式限制了他们对植物生长、发育和生理反应过程的直观理解，影响了对实验原理的深入掌握。

其次，数据收集的不足严重影响了实验的完整性。无法进行实验数据的收集和记录，意味着学生缺乏数据支撑，无法进行有效的数据分析和实验结果验证。这种缺失使得学生难以理解实验结果，也无法得出准确的实验结论，从而影响科学思维的发展。

此外，实践经验的缺失是另一个显著问题。实验观察和数据收集是实践性学习的核心环节，缺乏这些环节，学生无法积累实践经验，无法培养实验操作技能和科学思维能力。这种实践经验的不足限制了学生在实际操作中的能力提升。

最后，学习动力可能因此降低。由于无法进行实际的实验观察和数据收集，学生可能对植物生理学实验的学习失去兴趣，导致学习动力下降，进一步影响整体学习效果。

综上所述，网络学习环境下缺乏实验观察和数据收集的局限，严重影响了学生对植物生理学实验的理解、实践能力的培养及学习动力的维持，是需要重点解决的问题。

1.3" 缺乏实验指导和交流机会

在网络学习环境中，缺乏实验指导和交流机会是植物生理学实验教学中的显著挑战。传统的实验室环境下，学生能够与老师和同学面对面交流，及时获得指导并解决实验中的问题。然而，在网络学习中，学生面临着多重困难。

首先，学生缺乏实时指导。由于无法在实验操作过程中获得老师的及时反馈，学生在遇到问题时可能难以及时解决，这会影响实验的顺利进行和整体学习效果。

其次，学生可能感到孤立和缺乏支持。缺乏与老师和同学的面对面交流，学生可能会感到孤立，无法获得所需的帮助和情感支持，从而影响学习体验和动力。

另外，学生无法与同学进行经验和解决方案的分享。没有交流讨论的机会，学生无法从他人的实验经验中学习，也难以借鉴解决方案，这限制了学习的深度和广度。

最后，学生在遇到复杂实验问题时，可能无法及时获得有效的解决方案。这种情况下，学习进度可能会受阻，进一步影响学习效果。

总的来说，网络学习中缺乏实验指导和交流的机会，使得学生在学习过程中面临孤立感和支持不足的问题，难以及时解决实验中的困难，从而影响了学习效果和实验能力的培养。这是网络学习中亟需解决的关键问题。

1.4" 难以进行实验设计和数据分析

在网络学习环境中，实验设计和数据分析的指导不足是植物生理学实验教学面临的一个关键挑战。实验设计和数据分析是理解植物生理过程和获得可靠实验结果的核心环节，但在网络学习中，学生可能遇到多个困难。

首先，学生缺乏实验设计和数据分析方面的指导和支持。由于无法与老师面对面交流，学生可能得不到及时的反馈和建议，导致实验设计和数据分析过程中的困惑无法及时解决，影响学习效果。

其次，理论与实践之间的脱节是一个常见问题。虽然学生掌握了理论知识，但在实验设计和数据分析中，他们可能无法有效应用这些知识，导致实验设计不完善或数据分析不准确，影响实验结果的有效性。

此外，技术和工具的不足也是一大挑战。实验设计和数据分析通常需要使用专业软件和工具，而学生可能缺乏这方面的技术经验，难以进行系统和科学的数据处理和分析，进一步限制了其实验能力。

最后，数据质量问题也是一个关键挑战。由于缺乏实验操作的指导和监督，学生在数据采集过程中可能出现问题，导致数据质量不佳，进而影响后续的数据分析和实验结论的准确性。

综上所述，网络学习中实验设计和数据分析的指导缺乏，使学生在实验过程中面临多重挑战，阻碍了他们对植物生理学实验的深入理解和实践能力的提升，这是需要重点解决的问题。

2" 开放教育中植物生理学实验的教改思路

针对当前网络学习植物生理学实验遇到的困境，以下是一些可能的解决方案。

2.1" 开发虚拟实验模拟软件

虚拟实验模拟软件是一种利用计算机技术模拟实验过程和结果的工具，通过图形化界面和交互式操作，学生可以在计算机上进行植物生理学实验操作，如调整实验条件、添加药剂、观察植物生长和生理反应等[4-6]。该软件能够模拟植物在不同环境条件下的生理反应，如光合作用、呼吸作用和水分吸收等，帮助学生观察和理解这些过程。虚拟实验模拟软件还具备交互式学习功能，允许学生根据需求自由探索实验，纠正错误操作并通过重试加深理解。此外，该软件可以模拟多种类型的实验，涵盖植物生理学的各个方面，为学生提供丰富的实验体验。这种方式有效弥补了实际实验的缺陷，提升了学生的实践能力和对植物生理学原理的理解，促进了网络学习环境中的实验教学效果。王京等[7]阐述了虚拟仿真技术在ICP-OES实验教学中的应用，展示了其良好的实验教学效果。

2.2" 实验操作视频教程教学

实验操作视频教程是一种通过视频展示实验操作步骤和技巧的教学方法，旨在培养学生的实验操作技能。教师或专业人士制作详细的视频教程，涵盖实验准备、操作步骤、注意事项等内容，并特别强调关键技巧和安全注意事项。视频逐步展示实验过程，包括准备实验器材、调配试剂、操作实验仪器等，每个步骤配有文字说明，确保学生清晰理解操作过程。学生可以实时观看视频，也可反复观看以加深理解，并根据视频中的指导进行自主学习和实践，通过模仿操作步骤提高实验操作的熟练度。实验操作视频教程为网络学习环境中的学生提供了清晰的实验指导，弥补了缺乏实验室环境的不足，帮助学生在自主学习中有效培养和提升实验操作技能，促进植物生理学实验的有效学习。目前已有许多视频网站可供学生进行实验视频的观看学习，例如中国慕课网。

2.3" 在线实验课程教学

在线实验课程通过网络平台提供实验演示和解说，旨在帮助学生学习实验原理和操作方法。专业老师设计课程内容，包括实验介绍、目的、步骤和结果分析，并录制实验演示视频，详细展示实验过程中的每个步骤和关键点，如器材准备、试剂配制、操作步骤演示和数据记录等。在视频中，老师对每个操作步骤进行解说，介绍其目的、原理和注意事项，帮助学生理解实验过程并提高操作的准确性。此外，在线实验课程还提供互动交流机会，学生可以与老师在线讨论，解决疑惑，深化对实验内容的理解。课程还可能配备学习资源和辅助材料，如实验手册和参考资料，供学生进一步学习和巩固知识。通过这些方式，在线实验课程在网络学习环境中为学生提供了丰富的实验演示和专业指导，全面提升了学生的实验操作技能和科学思维能力，有效支持植物生理学实验的学习。李岩等[8]在燕山大学通过构建在线实验课程，创新了无机化学的实验教学模式，提升了学生的学习效率。

2.4 探索家庭实验

探索家庭实验是一种鼓励学生在家中进行简单植物生理学实验的教学方法，通过利用家庭植物或种子进行观察和实验操作，增加学生的实践经验和探究乐趣。老师可以选择适合在家中进行的实验项目，如种子发芽、光合作用和水分吸收实验等，帮助学生在家庭环境中进行科学探究。学生需准备所需材料，如种子、花盆和土壤等，并按照实验步骤操作，观察植物的生长过程，记录并分析关键数据，如发芽率和生长速度。实验结束后，学生可以分享实验结果，与老师和同学进行讨论和交流，从而加深对植物生理学原理的理解。这种教学方法不仅提升了学生的实验操作能力和观察力，还培养了其科学思维能力和独立探究精神，为进一步的学习奠定了坚实基础。

2.5 实验设计项目

实验设计项目是一种开放式教学方法，鼓励学生自主选择植物生理学实验主题并设计实验方案，通过文献调研、数据分析等方式进行实验性学习。学生首先根据兴趣选择实验主题，并进行文献调研以了解相关研究背景和已有成果。随后，学生制定实验设计方案，明确实验目的、假设、实验组设计、方法和步骤，确保实验的科学性和可行性。接着，学生按照设计方案进行实验操作，采集并记录关键数据。在实验完成后，学生对数据进行统计分析，并通过报告、海报或演示文稿呈现结果，客观评价和解释实验结果，讨论其意义和局限性。通过参与实验设计项目，学生能够提升实验设计和科学研究能力，培养科学思维和创新能力，激发学习兴趣与探究欲望，同时促进综合素质的全面发展。

2.6 搭建网络实验讨论平台

网络实验讨论平台是一种在线平台，旨在为学生提供交流分享实验经验和解决实验问题的机会，促进学生之间的交流与合作。教师或教育者建立该平台，可能采用网络论坛、社交媒体群组或在线学习管理系统等形式。学生可以在平台上发布实验经验、分享心得体会和实验结果，描述实验过程中的关键步骤和问题解决方法。学生还可以提出实验中的问题，并通过互助式讨论获得解答和建议，促进相互学习和帮助。教师在平台上提供指导和监督，回答问题并参与讨论，增强学生间的合作。此外，平台还支持资源共享，学生可以分享实验技巧、操作指南、数据分析工具等，积累知识和资源。通过网络实验讨论平台，学生在一个开放、互动的环境中交流实验经验，解决问题，促进合作，拓展学习视野，培养团队合作意识，提升学习效果和实践能力。

2.7" 集中地方开放大学进行统一实验教学

通过将开放学员集中到距离较近的地方开放大学，并由教师统一到这些地点进行实验教学，可以有效提升实验教学的效率和质量。江苏开放大学下设的74个办学点覆盖全省市县，便于学员前往参加实验课程。教师根据教学计划，提前准备实验教材和设备，在地方开放大学进行集中授课，演示实验操作，讲解实验原理和操作技巧，并指导学员进行数据记录和分析。学员在实验教学中积极参与，互动交流，共同解决问题，增强实践能力和学习效果。实验结束后，进行教学评估和反馈，以优化教学质量。此方法利用了地方开放大学的资源，降低了学员的学习成本和时间成本，改善了网络学习环境下实验教学的困境，提供了更好的学习体验和环境，有效提高了学生的学习效果和实践能力。

3" 结束语

在本文中，我们探讨了开放教育环境下植物生理学实验教学面临的诸多挑战，并提出了针对性解决方案。首先，针对实验设备和材料的缺乏问题，提出了通过开发虚拟实验模拟软件、实验操作视频教程和在线实验课程等方式，弥补传统实验教学的不足，帮助学生在虚拟环境中获得实验操作技能和理论理解。其次，针对实验观察和数据收集困难的问题，我们建议通过探索家庭实验和实验设计项目，让学生在家中或自主环境中进行简单实验操作，从而提升其实践经验和数据分析能力。此外，利用网络实验讨论平台，促进学生之间的交流和合作，弥补了因缺乏面对面指导和交流而导致的学习动力不足和孤立感。最后，通过集中地方开放大学进行统一实验教学，进一步提高实验教学的效率和质量，优化学习体验。尽管开放教育面临质量保证、技术支持等挑战，但通过这些创新路径的实施，植物生理学实验教学将在灵活性、互动性和效果上得到显著提升，为学生提供更加丰富和高效的学习体验，同时推动教育的创新与发展。

参考文献：

[1] 马小英，贾方兴，吕沫，等.“以学生为中心”的植物生理学实验教学设计初探[J].高校生物学教学研究（电子版），2022，12（1）：43-47.

[2] 王小菁.植物生理学（第8版）[J].生命世界，2019（5）：2.

[3] 伊基红.开放大学在线课程虚拟教研创新研究[J].人才教育理论，2024（19）：109-112.

[4] 陈海军.虚拟教研的方式及其应用[J].中国校外教育，2016（32）：11-12.

[5] 孔亚暐，崔艳秋，王亚平，等.“新教研”：课程（群）类虚拟教研室建设路径研究[J].高教学刊，2023，9（10）：23-26.

[6] 桑新民，潘华东.虚拟教研模式的构想与实践[J].人民教育，2001（8）：17-20.

[7] 王京，丁飞，邱晓航.虚拟仿真技术在ICP-OES实验教学中的应用[J].实验技术与管理，2021，38（5）：145-148.

[8] 李岩，郭文锋，沙鸥，等.在线课程混合教学模式构建——以无机化学实验为例[J].广东化工，2024，51（10）：182-183.

基金项目：江苏开放大学课程建设项目（1044152ZL2023/015）

第一作者简介：杜迎春（1987-），女，博士，讲师。研究方向为农业开放教育与社会教育，农业微生物资源挖掘。

*通信作者：王琳（1980-），女，博士，副教授。研究方向为农业开放教育与社会教育，农业废弃物资源化利用。