種子學實驗教學體系建設與實踐

孟 敏, 王竹林, 鄭錦絹, 胡 甘

(西北農林科技大學 農學院, 陜西 楊凌 712100)

種子是農業生產最基本的生產資料,是農作物高產、多抗、優質的內在因素[1],種子產業化的快速發展需要專業人才支撐。繼2002 年中國農業大學首次招收種子科學與工程專業本科生之后,至今已有35 所農業高校開展了種子科學與工程專業本科生和研究生教育[2-3]。我校于20世紀90年代初在農學院農學專業設置了“種子生產與營銷”專業方向,于2003年開始正式招收“種子科學與工程”專業本科生[4]。種子科學與工程專業對實踐性和應用性要求很高,因此系統的、完善的實驗教學體系建設,是提高學生發現問題、分析問題和解決問題能力的必要保障。

1 實驗教學建設

種子科學與工程專業培養目標為:培養適應現代種業發展需要、全面發展、創新意識強,具備堅實的植物遺傳改良、種子生產、加工、貯藏、質量檢驗、種業經營管理及相關領域的基礎理論和扎實的實踐技能,能在種業及相關行業從事植物遺傳改良、種子生產、加工貯藏、營銷與管理等工作的復合型創新人才[5]。

1.1 基本條件建設

我院于2007年成立了“種子工程實驗室”,配備了高水平的實驗教學團隊和專職實驗技術人員,包括教授1名、副教授6名、高級實驗師2名、實驗師1名。教輔人員積極申報各類項目,穩定實驗室建設投資經費,先后購置了種子脫粒機、復式清選機、包衣機、種子計量包裝機、種子加工車、PCR儀、離心機、電泳設備、凝膠成像系統、種子風篩選實驗臺等儀器設備500余臺件,總價值近500萬元。其中2010年購置儀器203臺件,價值156.1萬元；2011年購置儀器9臺件,價值20.1萬元；2012年購置儀器240臺件,價值66.9萬元；2015年購置儀器80臺件,價值180萬元。平均年更新率達10%,滿足了種子科學與工程專業實驗教學對儀器的需求。

建立了教學實踐標本園區實習基地,占地 約3.47公頃,配備了園區生產和維護教職員工8人；建造標準用房屋10間,包括辦公室2間、植物標本和教學掛圖室2間、實驗操作室2間；搜集展示各類珍貴作物種子標本238個、植物標本367個、教學掛圖485個。同時,以協議和掛牌的形式確定了5個校外實踐實驗教學基地, 滿足了學生綜合實踐實習的需要。

加強與精品課程相配套的實驗教材建設,鼓勵編著出版實驗指導教材。引入國內外先進實驗教學項目,先后配套編寫了《種子生產綜合實驗指導書》和《種子科學與技術實驗指導》等校級規劃實驗教材。實驗教師授課采用授課通、多媒體等現代高科技教學手段。

1.2 教學內容建設

改革傳統的實驗教學內容,將學科前沿的研究內容和解決生產實際問題的研究內容引進實驗教學,實現基礎、前沿、生產實際的有機結合,以及實驗教學與科研、生產實踐的緊密結合,培養學生綜合能力與創新精神,提高教學質量。實驗室根據我院實際情況,將教學內容分為4個層次。

(1) 基本性實驗教學層次。基本性實驗教學是以大綱規定的基本內容和要求為目標,強調基本原理和基本實驗技能的掌握,如觀察、記載、數據采集與結果分析方法、種子的基本處理方法、種子標本采集與制作等,如“種子形態構造及幼苗習性觀察” “種子生活力的測定”“種子老化處理”等基礎性實驗。

(2) 綜合性實驗教學層次。綜合性實驗教學是指運用多門課程的綜合知識,對學生實驗技能和實驗方法進行綜合訓練的實驗。綜合性實驗要求在知識點上和實驗手段兩個方面具有綜合性,是在學生具有一定基礎知識和基本操作技能后才開設的,如“種子蛋白質含量的測定-考馬斯亮藍法”要求掌握蛋白質提取技術,分光光度計、電子天平等儀器的使用方法,以及標準曲線繪制等實驗技能和能力；“種子活力的四唑染色測定”要求在會使用分光光度計、離心機等儀器操作、掌握標準曲線繪制基礎上,還要會剝胚、離心、比色等實驗技能[6]。綜合性實驗體現了實驗內容的復合性、實驗儀器的多樣性、實驗過程的綜合性,重點培養學生的綜合分析能力、實驗動手能力、數據處理能力、查閱資料能力、運用多學科知識解決問題的能力[7]。

(3) 研究性實驗教學層次。研究性實驗教學,就是將科技前沿研究狀況和最新成果融入實驗教學,使學生了解學科前沿的發展動態,加深學生對本學科的認識,形成實驗教學和科研的良性互動[8],如:品種種子純度鑒定,經典的鑒定方法是田間小區種植鑒定法,但田間小區種植鑒定存在很多缺點,如不易區別表型相近的單株、易受環境因素的影響、耗費人力物力等。開設了“小麥種子醇溶蛋白聚丙烯酰胺凝膠電泳鑒定品種種子純度”實驗項目,利用醇溶蛋白分析法,根據個體間儲藏蛋白的電泳譜帶的異同鑒定種子純度,具有操作簡單、速度快、費用低等優點；運用先進科技儀器毛細管電泳系統能夠快速高效分離蛋白的特點開設了“毛細管電泳系統分離小麥種子中各種蛋白”實驗項目；隨著基因組學的迅猛發展和基因組測序技術的推廣,國際種子貿易協會(ISTA)和國際植物新品種聯盟(UP-OV)相繼開展了以SSR(simple sequence repeat)標記鑒定小麥、玉米、水稻、大豆等作物品種的研究[9],因此開設了“利用SSR分子標記鑒定品種種子純度”實驗項目。將這些學科前沿與生產實際應用中待解決的問題引入實驗項目,使學生的實驗學習與本專業科研實際相結合,利用新手段、新方法解決實際問題,調動了學生學習的積極性和主動性。

(4) 實踐性實驗教學層次。為每個班級在標本園區設一塊實驗田,學生自行安排栽培品種和栽培過程,在指定實驗指導教師的指導下,完成從種到收直至種子純度、發芽率、水分、活力等一系列鑒定過程。同時鼓勵學生利用課余時間和寒暑假到作物標本園、教師的科研試驗田、實踐教學基地及種子企業進行現場參觀實踐,達到內容豐富、增強學生的感性認識、擴大學生的知識面的目的。

通過遞增的4層次教學實驗和實踐的培養,加深學生對種子科學與工程專業課程基礎理論的理解,培養學生綜合分析和解決問題的能力,引導學生關注本學科的發展前沿、最新動態和生產實際,使學生開闊視野、活躍思維、對專業有全面的了解和熱愛[10]。

1.3 教學方法建設

實驗教學采取穩步推進、先易后難、系統訓練,以學生自主學習為主、教師指導為輔的引導式、啟發式教學,將培養創新能力和研究性思維貫穿整個實驗教學之中。目前采用的實驗教學方法主要有4種:

(1) 講座式。教師以講座形式向學生講授實驗基本理論和基本知識、實驗技術原理、數據處理方法、科學研究方法、文獻查閱、科學論文和技術報告的撰寫方法等,學生通過聽取講座來獲取基本技能和學習方法。

(2) 實訓式。對于技能訓練、基礎性實驗和驗證性實驗,學生在預習實驗指導書的基礎上查閱資料,在教師指導下,在實驗室獨立完成實際操作訓練和數據測量,取得實驗結果,課后再撰寫實驗報告。

(3) 研究報告式。對于設計型和創新研究綜合實驗,采取分組的辦法,學生3～4人一組[11],在教師的指導下,從了解實驗背景、學習相關理論知識、學習相關實驗技能開始,完成文獻查閱、實驗方案設計、溶液配置、儀器組裝和調試、數據測量分析、結果討論等,最后撰寫一篇科技論文格式的研究報告。項目進行過程中隨時有指導教師指導、糾錯、引領。

(4) 開放式。對創新能力較強、善于動手的學生,實驗室免費開放，采取進入實驗室要登記、項目完成后要以研究報告或結果匯報形式反饋給實驗室的管理方式。學生根據自己的能力和愛好,選擇相應的實驗項目,或者將自己的創意帶到實驗室來實現,讓學生體驗創造性學習的樂趣,激發學生的創新意識。

1.4 實驗考核方式建設

探索多元化實驗考核方法,提倡學生開展自主學習、合作學習、探究式學習,引導學生由“學習、考試”型向“學習、思考、研究、創新”型轉變。實驗考核由實驗習慣、實驗操作、實驗報告和實驗考試4部分組成。實驗前要求學生寫出預習報告,由指導教師檢查并給出預習成績。預習不合格者不能進行實驗。實驗操作結束后,指導教師檢查實驗數據并根據實驗習慣、操作情況、實驗技能掌握和實驗結果給出實驗習慣和操作成績。要求學生每一個實驗必須寫一份完整的實驗報告,實驗報告批閱后指導教師給出數據處理和回答問題的成績。實驗全部結束后組織考試,給出實驗考試成績[12]。實驗考核成績的考核標準如下:

(1) 實驗習慣成績,占總成績的10%。考核內容包括是否準時參加實驗、有沒有實驗預習報告、有無實驗記錄、是否維護實驗室的安全有序和整潔、儀器使用記錄和保護等[13]。

(2) 實驗基本操作考核成績,占實驗成績的20%。考核學生實驗技能的掌握、儀器的使用操作、實驗中異常現象的分析處理能力。

(3) 實驗報告成績,占實驗成績的 40%。從實驗報告項目是否全面、 正確,數據記錄是否合理、數據分析處理是否正確、實驗結果如何等方面給成績。

(4) 期末實驗的筆試成績,占總成績的30%。內容包括整個課程實驗教學中涉及的所有實驗的基本原理、步驟、結果處理等,著重考查學生知識的融會貫通和創新思維的能力。

考核對學生應掌握的知識和技能提出若干量化的指標,具有客觀性,同時也對教師提出了符合實際的考核指標,構成了完整的教學質量評價體系。

1.5 教師能力水平提升建設

社會知識更新的速度越來越快,信息技術在各個領域的應用越來越廣泛,各種學科領域的新技術不斷涌現,實驗室已經將實驗教師隊伍的學習培訓作為一項常抓不懈的課題,對實驗技術隊伍有目的、有組織、有計劃地進修培訓,鼓勵實驗技術隊伍人員跨國界、跨地區、跨學校、跨專業開展交流合作,為實驗人員提供參與教學和科研活動的機會,開闊實驗教師的眼界和思路,既能提高實驗技術隊伍素質,又能充分調動實驗技術人員的積極性和創造性,更好地為高校的教學、科研、人才培養、學科建設、技術創新服務。

2 結語

經過多年的建設和實踐,在各層次、各環節,全方位為種子科學與工程專業培養學生服務,使得學生的綜合能力、實踐動手操作能力等都有較大的提高,學生的整體素質得到明顯改善。近幾年種子科學與工程本科畢業生整體就業率為98.6%以上,其中升學率55%以上。畢業生知識結構合理、踏實敬業、吃苦耐勞、實踐動手能力突出、適應崗位工作能力和開拓創新能力強,具有良好的敬業精神和團結合作精神。

參考文獻(References)

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[12] 張玲麗,鄭錦娟,宋喜悅,等.種子生物學實驗教學的改革與探索[J].實驗科學與技術,2015,13(5):213-215.

[13] 王竹林. 實驗室良好習慣的培養[J].實驗技術與管理, 2011,28(4):19-21.