基于新農科建設的植物組織與細胞培養課程實驗教學改革研究

2021-07-19 19:25:43李立群馮永忠李春蓮

高教學刊 2021年16期

李立群　馮永忠　李春蓮

摘? 要：以新農科建設為契機，針對傳統植物組織與細胞培養課程實踐教學中存在的問題進行改革探索。建立專業化研究性的實驗教學體系，構建以學生為中心的教學模式，營造學思結合的教學氛圍，采用多元化實驗教學方法等措施提高學生的創新思維。同時，加強實驗教學管理，實行小班授課并結合“全過程”考核方法，提高實驗教學效果和實踐教學質量，為新時期農學專業發展和一流學科建設奠定基礎。

關鍵詞：新農科;實驗教學改革;植物組織與細胞培養

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）16-0128-04

Abstract： Taking the construction of new agricultural sciences as an opportunity， we reform and explore the problems existing in the traditional practice teaching of Plant Tissue and Cell Culture. We establish a professional research experimental teaching system， build a student-centered teaching mode， create a teaching atmosphere that combines learning and thinking， and adopt diversified experimental teaching methods to improve students' innovative thinking. Meanwhile， we strengthen the management of experimental teaching， implement small class teaching and assess students through whole teaching process. Improving the effect of experimental teaching and the quality of practical teaching will lay the foundation for the development of agricultural majors and the construction of first-class disciplines in the new era.

Keywords： new agricultural science; experimental teaching reform; Plant Tissue and Cell Culture

農學是以實踐為主的學科，也是西北農林科技大學的傳統優勢專業，在學校人才培養過程中，一直發揮著積極的引領作用。新農科建設要求以實踐推動創新發展，實踐教學應突顯“以學生為本、素質教育、系統性和創新性”的目標與宗旨[1-4]。遵循這一宗旨，我們以加強創新思維、創新能力和創新素質作為實踐育人的根本出發點，培養“全面發展，具有實用技能的創新型復合人才”，這是我校新農科建設的要求，也是我校推進教育改革，促進教學發展的方向。我們必須在構建農業發展新理論和新技術的人才培養知識體系的同時，強化學生的專業實踐技能培養，改進專業實踐教學模式和手段。因此，我們認真分析了實踐教學存在的問題和教學管理中的薄弱環節，對以實踐教學為主的植物組織與細胞培養這門專業骨干課程進行了改革探索，以提高人才培養質量，滿足新時期對農科人才的需求，推動教學發展，達到一流本科建設的目標。

一、植物組織與細胞培養課程實驗教學現狀

以往，我院的植物組織與細胞培養課程側重知識本位[5]，存在著“學生嚴重依賴教師[6-7]，實驗教學內容少，教材不新穎，教學方式單調，實驗條件欠佳，教學效果不理想”的現象。每次的實驗課程只是“教學實驗”而已，沒有從根本內涵上向“實驗教學”轉變[8]，沒有突出學生主體。這些嚴重影響著學生實踐技能的提高，制約著教學質量的提升。因此，我們根據新農科建設的具體要求和教學督導組的建議，認真細致地從實踐教學內容、實驗教學方式、實驗條件支撐、實驗教學管理幾個方面進行了多元化改革探索，為學院教學發展和新農科建設打好基礎。

二、豐富實驗教學內容，構建專業化研究性實驗教學體系

實驗教學內容，一方面，體現了理論在實踐中應用的成果[9]，另一方面，用方法論指導學生探索與創新。因此，合適的實驗教學內容體系是培育高素質專業人才，提高教育教學質量的重要保障。

植物組織與細胞培養作為一門實踐性很強的技

能課程，如果本科階段掌握嫻熟，畢業就可獲得一技之長，在工作中發揮作用。我們按照新農科建設的要求及農業發展的新技術、新知識，重新構建了實驗教學體系，編寫了新的實驗教材。實驗課程從內容、類型、課時安排上比過去有了顯著的變化。我們吸取兄弟院校植物組織培養課程全實驗教學[10]的經驗，撇掉“唯理論”“唯課程”教學的弊端。在新版本科培養方案中，將植物組織與細胞培養課程從32學時理論課調整為8學時理論課與32學時實驗課相結合的課程體系，教學內容更注重理論知識的應用與實踐，更偏重于組織培養技術在科研和生產實踐中的應用[11]。現在植物組織與細胞培養課程教學在基礎實驗的基礎之上加大綜合性、研究型和創新型實驗比重。重新安排32學時11個實驗項目，實驗教學內容豐富新穎。新的實驗教學體系多層次設置基礎性、綜合性、研究型、創新型實驗，滿足了新課程改革的要求，更加有利于提高實驗教學的專業性和學生的創新思維。內容見表1，實驗內容設計與農學專業緊密結合，從基礎到創新循序漸進。學生能系統性地掌握農作物的特性及組織培養技術的前瞻性和這門技術在育種實踐中的創新應用。植物組織與細胞培養課程在三年級開設，同學們來自各個專業，已選定自己實習方向和指導教師。他們可通過綜合性實驗與專業具體項目結合;研究型、創新型實驗與申報的科技創新項目或教師科研項目結合，進行實踐創新訓練，為今后繼續深造和直接參加工作實踐奠定良好基礎。

三、構建“學為中心，學思結合”的實驗教學氛圍

以前，植物組織培養實驗教學情景是學生聽取教師半小時左右的實驗目的、意義及實驗步驟講解，走進實驗技術人員提前準備好的操作室，觀看教師的演示之后，按部就班地完成實驗，然后參照實驗指導書，抄寫實驗報告。學生每次實驗輕松簡單，收獲甚少，實驗教學效果極其不理想。

課程組教師針對植物組織與細胞培養課程實驗教學方法中存在的問題，積極改進實驗教學模式，打破學生依賴教師的常規。首先，構建“學生學習為中心”的實驗課堂，借鑒本校陳鵬教授的方法，在課程實驗設計中，在實驗目標確定的前提下，只為學生提供基本實驗材料和方法，并不預設任何細化的操作流程，讓學生在熟悉課程設計原則的基礎上，確定實驗方案并進行小組論證。自主連續設計實驗流程，激發學生們自主思維的巨大興趣，讓實踐教學的“知識重現”為“知識重演”，構建“學為中心，學思結合”的教學氛圍，徹底解決學生僅靠“照方抓藥”就可以完成全部實驗的頑疾，提高學生的創新思維和預設能力。

四、教學方法多元化改革，突出專題特色

豐富合理的實驗課程內容必須與良好的教學方法緊密結合，才能使實驗教學行之有效。根據不同的實驗項目，創新實驗方法，在實驗教學中實行專題式教學方法和問題教學法等多種方法相結合施教[12]。

農學院涉及作物多，除小麥、玉米、油菜、棉花外，還有谷子、糜子等小雜糧，生物技術育種手段先進，專題式實驗教學最能突出農學特色。按照植物組織與細胞培養課程實驗中所涉及的農作物類型，設計成“專題式”實驗。例如，前半年將小麥花藥或花粉培養、小麥幼胚培養幾個實驗結合起來，形成實驗專題，用一個月時間來完成專題實驗。在一種作物不同生長時期選擇取材，應用制作方法不同的C17、W14、N6和MS培養基培養不同的外植體，且消毒處理、接種方法都不一樣，有利于激發同學們的科學研究興趣和探索精神。這樣系統性地安排指導實驗，可以充分將專業知識與實驗教學結合起來，使同學們深刻理解如何應用組織培養技術實現生物技術育種，了解方法創新的價值意義。專題式實驗教學有利于抓住農作物組織培養的關鍵技術，更能激發同學們主動探索創新，提高分析問題、解決問題、綜合應用知識的能力，并能加深對農學專業的理解和熱愛。

問題式教學法，是將強根榮、王玉紅等老師的教學研究成果和農藝特點相結合，在每次上實驗課前，實驗教師提出實驗中可能涉及的問題，讓學生思考，預先學習，上課時實驗教師再針對學生的疑問示范講解、巡視答疑。課后學生完成實驗報告，鞏固知識，教師批閱報告總結問題。例如，在進行創新型實驗前，提出五個問題：1. 要選用什么作物作為研究對象，油菜、糜子還是西洋參？2. 實驗流程怎樣制定，哪些細節不容忽視？3. 培養基該怎樣制作？與前面實驗有何關聯？4. 材料的最佳消毒方式，培養條件分別是什么？5. 哪些環節不熟悉需要查閱參考資料等等。實驗動手前提出這一系列問題要求學生思考，同學們帶著疑問和探究的理念主動查閱資料、交流討論，甚至請教研究生學長。同學們完全是主動學習深入思考，知識點信息量倍增，知識面不斷擴展。實驗操作過程也格外認真，每個環節都很嚴謹，實驗結果很理想。這種教學法不僅充分調動了學生學習的主動性和積極性，同學們在挑戰自我的過程中，還鍛煉了探索精神，體會到了創新的樂趣，提高了科研素質和綜合能力。

同時，我們的植物組織與細胞培養課程實驗教學也引入翻轉課堂教學[13-14]。實驗課上同學們思維特別活躍，主動和老師共同探討實驗方案，自主設計實驗方法，摸索實驗進行的最佳條件。在實驗過程中融入自己的想法，鍛煉了創新思維，提升了實驗教學效果和創新素質。

這些創新性實驗教學方法，不僅使學生扎實掌握了實踐技能和科學實驗的基本方法，而且充分調動了學生學習的積極性和主動性，培養了學生創新思維和獨立科研能力以及發現問題和解決問題的能力，收到了良好的教學效果，達到了素質教育的目標。

五、借力科研平臺，拓展實驗教學場所

遵照新農科建設主旨，充分發揮公共平臺在創新人才培養方面的作用，本院作物學創新平臺在本科生拓展研究方法、提高研究手段等方面起到了很好的支撐作用。對于教學實驗室不能完成的項目可以在創新平臺進行實施，全方位為實踐教學和創新人才培養服務。同時，根據建立專業實驗教學平臺的要求，學院分析“植物組織與細胞培養”實驗室已有的儀器、設備和專業實驗平臺具體資源配置要求之間的差距，同時保證實驗教學人人獨立操作的原則。學校撥付經費為學院生物技術實驗室及組織培養實驗室更新超凈工作臺，購置大型培養箱、恒溫空氣搖床，增加天平、顯微鏡、移液器、酸度計、微波爐、滅菌鍋;補充PCR儀、電泳儀及凝膠成像系統等;無菌室增配新的移動紫外燈車等滅菌消毒設施;實驗室配備安裝多媒體，加強輔助教學，大力改善植物組織與細胞培養這門綜合實踐操作課程的教學條件，完善專業實驗場所建設。

六、加強授課管理，縮小課堂規模

為保證教師和學生的積極互動以及實驗教學取得良好的效果，課程組對植物組織與細胞培養實驗課堂規模進行調整，實行小班授課。每班16人，兩人一組協作配合，獨立操作。一方面，有利于師生、學生之間的密切互動，討論問題和答疑解惑。另一方面，有助于提高實驗教學效果，更便于后期對學生進行實驗過程考核。尤其對植物組織與細胞培養這門嚴格要求無菌操作的技術課程來說，是個良好的保障。實驗室人少，干擾少，秩序良好;學生實驗認真仔細，再也見不到人多儀器少，做的做，看的看的現象。學生實驗成功率顯著提高，極大地克服了過去實驗污染嚴重，無法完成后續實驗的弊端。

七、改進考核管理方式，注重全過程考核

對應新的實驗課程體系，課程組制定了新的考核辦法。由于植物組織與細胞培養課程是以實驗為主的綜合技能課程，實驗過程要求較高且具有明顯的階段性[15]（完成外植體接種到再生植株的培養過程一般需六至八個階段），實驗結果的觀察和其他實驗不一樣，它是一個長期的動態過程，需要長期觀察、記錄并分析實驗結果[16]。僅依靠接種的數量和污染率，以及實驗報告的撰寫來評價學生對實驗技能的掌握程度是片面的、不科學的，因此必須實行全過程考核。尤其是注重平時考核，將考核貫穿到植物組織與細胞培養課程教學的全過程。加強對學生的平時實驗考核，突出對實驗方案的討論與制定、實驗細節的觀察與操作、問題的分析與解答等環節，引導學生注重實驗過程學習，注重學思結合。從過去的“重結果”有效地轉向“重過程”，科學評價學生的知識水平和創新能力，更好地達到以考核促進學習的目的，全面提高學生的綜合素質，達到創新人才培養目標和就業需求。

八、結束語

實施植物組織與細胞培養課程實踐教學改革是提高實踐教學質量水平，加強新農科專業建設，推動學科創新發展的重要舉措。我們強化專業實踐，重視創新教育，使實踐教學取得了顯著的成效，師生都有獲得感。同學們對植物組織與細胞培養技術的應用和生物技術育種研究工作產生了濃厚的興趣，他們結合專業方向申請的科技創新項目獲得國家級資助兩項，校級資助兩項，院級資助五項;8名學生在升入研究生階段從事與該課程有緊密關系的小麥生物技術育種、彩色馬鈴薯新品種選育、油菜轉基因、小雜糧快繁等研究工作，多名同學畢業后進入知名企業從事植物組織培養技術工作，98%的畢業生得到“專業技術過硬，溝通能力強，綜合素質高”的好評。基于新農科建設的植物組織與細胞培養課程教學實踐改革，為培養具有研究和創新能力的高層次專業人才奠定了堅實的基礎，從而加快我校“雙一流”建設的步伐。

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