植物學實驗課程教學改革與探索

劉媛 陳濤 楊德龍 李葆春 程宏波 幸華 丁偉

摘 要：植物學實驗課程是理論知識體系的鞏固和延伸，通過改進實驗內容和教學手段，可提高學生對理論知識的理解和掌握，同時培養學生觀察問題、分析問題和解決問題的能力，最終達到提高人才培養質量的目的。本研究從實驗學時與內容、教學方法、考核方式三方面對植物學實驗課程進行改革，通過成績和調查問卷反映改革效果，并對下一步實驗改革做出規劃。實踐證明，通過實驗改革不僅能提高植物學理論知識的學習效果，還能增加學生學習的興趣，激發學生的創新能力。

關鍵詞：植物學實驗;實驗教學;教學改革

中圖分類號：G642? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2022）03-0090-04

目前，隨著電子科技融入日常生活，獲取知識的途徑發生相應變化，傳統的教學方式已無法適應，導致教育模式也需做出相應改變。為達到培養應用型人才的要求，近年來國內各大高校已開始進行實驗教學改革[1]，因此植物學實驗的教學改革也勢在必行。植物學實驗課作為理論知識的配套實驗課程，是植物學課程的延伸。通過實驗課中具體的操作，可將課本中抽象的概念具象化，便于學生更好地理解知識點，攻克課程中的重難點;此外，通過植物學實驗課還能提高學生動手操作的能力，培養他們科學思考問題以及理論聯系實際的能力，提升科研思維和創新能力等綜合素質[2]，為培養生物學及農牧、園林、環保等農林領域高素質應用型人才奠定基礎[3]。

甘肅農業大學的植物學實驗課程也一直在改革[4]。目前植物學實驗課程開設在大一第一學期，此階段學生習慣于做驗證性實驗，傾向于等待教師灌輸細化后的知識點，依照教師演示的每個實驗步驟按部就班開展實驗;對于綜合類實驗，很少有學生能做到提前預習和設計，且不習慣在完成實驗后進行反思和評價，因此需要教師不斷地對實驗內容和教學手法進行改革，提升學生做實驗的興趣，盡可能地調動學生主動思考、細心觀察，并且科學辯證地看待問題。

植物學實驗教學注重學生在實驗教學中的主體性與參與性，鼓勵學生動手實踐、獨立思考、思維創新。通過實驗教學將抽象難懂的理論知識形象化、具體化;通過驗證性實驗、綜合性實驗、設計性實驗等形式，鍛煉學生的理論知識驗證、綜合運用、動手操作、團隊合作以及創新能力[5]。本文就甘肅農業大學近五年的植物學實驗改革進行分析，以期完善新時代環境下的植物學實驗教學模式，并為其他實驗課程教學模式的完善提供借鑒。

1 改革手段與措施

1.1 實驗學時和內容的改革

植物學實驗內容在原有的基礎上進一步整合，將部分2學時驗證性實驗進行合并，形成綜合性大實驗，并且增設“校園植物的調查”等綜合性實驗，如表1所示。改動后的綜合性實驗項目數增至5個，實驗時長達到20學時，驗證性實驗略有縮減，如圖1所示。

綜合性實驗的增加使實驗內容更加豐富，同時還調動了學生對知識點的串聯和思考，全面提升了學生的綜合性素質。例如在做校園植物調查時，學生不僅要從整體方面對植物的特征和生活環境進行描述，還需對每個器官形態進行專業描述，并結合檢索工具書和相關軟件對其進行命名，最后對該植物的調查情況做總結報告，對學有余力的學生還可以布置拓展任務，如編寫《校園植物檢索表》《校園植物志》等，在完成基本實驗素質培養的基礎上，進一步加強不同層次學生的個性發展，達到培養適應現代社會需求新人才的目標。

在驗證性實驗中也適當增加了動手操作環節，進一步提高學生的動手能力和思維創新能力。例如，在觀察植物組織的實驗中，利用芹菜實驗不僅觀察其葉柄的厚角組織，同時也觀察葉片表皮的保護組織和莖中的輸導組織，做到豐富實驗內容的同時一材多用節約資源。另外在觀察葉片表皮保護組織的實驗時，可利用印跡法對前期實驗中萌發的蠶豆和玉米的葉片表皮細胞進行采集，在顯微鏡下觀察表皮細胞和氣孔器的結構和排列，從而讓學生明確單、雙子葉植物葉片保護組織性狀的不同，如圖2所示。

在實驗過程中，對學有余力的學生可提出同種植物葉片中氣孔器在上表皮和下表皮的分布是否一樣等拓展性問題，鍛煉學生的觀察和綜合分析能力。若有學生在氣孔器的結構和功能方面有更多的興趣，還可通過申請科創項目、科研訓練或畢業設計等方式進一步研究，引導學生探索千姿百態的植物和大自然的奧妙，認識植物結構與功能的關系。因此，通過遞進式的實驗教學，可以使能力不同的學生均發揮出自己的水平，達到分段式教育的目的;而更多的實際操作可增加學生對實驗的興趣，激發他們從身邊事物中發現知識、應用知識的能力，從而提高學生的綜合素質。

1.2 實驗教學方法的改革

新的社會背景和科技條件的改善給予教育更多的教授方式，在網絡與計算機普及的今天，植物學實驗課與時俱進，也更新了授課方式，如采用“線上+線下”的授課方式[6]，在課前通過學校在線平臺發布授課內容，上傳相關理論知識，引導學生在課前根據教師提供的資料和網絡資源，對所做實驗有初步認識。因此，學生帶著在預習中碰到的問題聽講，在上實驗課時對實驗現象和理論知識會有更好的理解，這樣便于學生掌握已有知識點和提出新想法。在正式授課時，通過適當布置一些任務供學生完成，然后在課堂上進行經驗交流，可以促進學生對知識點更深刻的理解;還可提出一些待解決的問題，引導學生進一步開發創新思維模式，辯證地對待事物表象和本質的關系，培養學生的科研意識，為今后的專業課學習以及參與科研項目和大學生創新項目等科學活動創造條件。最后，通過翻轉課堂培養學生的科研意識[7]，以科學的態度看待事物的發生和發展，進一步提高學生發現問題和分析問題的能力。這些手段不僅培養了學生的專業興趣，還培養了學生的科學思維能力，達到培養綜合性素質人才的需求。例如在顯微鏡的構造與使用實驗課前，學生可根據教學平臺發布的實驗視頻對顯微鏡構造和使用有初步的了解，在實驗課上通過教師的講授和示范加深印象，從而做到自己動手操作時不慌亂;對于高中就已經接觸過顯微鏡的學生來說，可讓他們先行操作示范，并在實驗中與他人交流經驗。在“種子的萌發”綜合大實驗中，學生可自行設計不同的材料和環境條件，從不同角度驗證種子萌發的環境條件，最后完成實驗報告并在課堂上匯報。這種教學方式既開拓了學生的思維能力，還可以鍛煉學生的總結歸納能力和語言表達能力。

1.3 考核方式的改革

考核方式從原有的“考勤+實驗報告冊”模式，調整為平時成績、實驗報告成績和測試成績三大部分構成，如表2所示。驗證性實驗大多以紙質版實驗報告冊的形式呈現，綜合性實驗則主要采用PPT進行課堂匯報。測試是指到期末時學生進行徒手切片，制作臨時切片，然后從臨時切片或永久制片中找到指定的結構以完成測試，此環節既能考察學生的動手操作能力，還能考查學生對實驗內容的熟悉程度，同時也鍛煉了學生的綜合實驗技能。多維度的考核方式可讓學生更重視鍛煉動手能力和操作水平，避免學生通過抄襲實驗報告等手段一味地追求理論成績。

2 改革效果

2.1 植物學實驗課程成績情況

如圖3所示，從近五年的學生成績來看，學生的總成績在穩步提高，其中平時成績基本保持穩定，實驗報告與測試部分的分數均在穩步增長，由此看來學生在做實驗過程中分析問題的能力也在逐步提高。

2.2 問卷調查情況

筆者通過問卷調查的形式考查學生對改革后實驗內容、教學形式、教學效果等方面的滿意程度。對本校學習植物學實驗課程的22個班級的學生進行了問卷調查，共發放問卷1024份，收回1007份，其中有效問卷970份（約95%）。90%的學生對教學內容表示滿意，認為教學內容豐富合理，10%的學生表示不滿意，其主要原因是認為實驗內容較難，尤其是綜合性大實驗中有關實驗自主設計部分以及實驗總結匯報部分難度最大，完成較為困難。改革后的教學形式因為增加了網絡教學和翻轉課堂的內容，因此獲得了96%的滿意度;4%不滿意教學形式的學生中，是因為電腦和網絡等硬件設備的問題。對于新的考核方式，因為增設了測試部分，從多維度考查學生的實驗水平，因此滿意度達95%，平時動手能力強的學生成績提高明顯;但有少部分學生認為考核方式難度較大，因為增加的測試部分需要學生兼顧徒手操作能力和綜合理解能力。

由于通過這種考核方式能夠明顯提高學生對知識點的掌握和考試成績，所以筆者認為可以進一步細化考核方式里的每項指標和內容，讓實驗不僅僅讓學生草草動手了事，而是能夠更有效地輔助學生對植物學理論知識的掌握，同時也讓學生在動手過程中找到科研的興趣，激發學生努力向上的學習熱情。

3 下一步課程改革思路

3.1 顯微數碼互動實驗室的建設

實驗條件的提升是保證實驗改革質量的后盾，同時也為實驗創新以及培養學生科研能力提供了必要條件。隨著計算機和網絡技術的不斷革新，顯微數碼互動系統為植物解剖結構的觀察提供了更好的平臺[8]，利用該系統可將教師端演示講解的顯微結構圖像共享至學生端，讓學生更準確清晰地看清結構，還可全程監控學生實驗情況，隨時查看每位學生在電腦上的操作以及顯微鏡下的觀察視野，實現實驗課程的實時互動，使實驗過程更加“透明”和有序，從而達到高效完成指導實驗內容的教學效果。如在通過徒手切片觀察芹菜葉柄的厚角組織和梨的石細胞實驗時，經常出現學生找不到正確的觀察位置或石細胞分離程度不夠等問題，教師通過此系統可以隨時糾正學生的觀察錯誤和制片問題，還可以有針對性地指導學生實驗過程中的問題，提高教學質量。除此之外，教師還可選取學生視野中具有較好觀察效果的進行投屏或共享，對典型案例進行講評，從而提高學生的學習積極性。

3.2 植物學實驗電子資源庫的建設

利用計算機技術和網絡信息化技術，構建一個虛擬數字化植物形態學的網絡體系，如電子課件、植物照片庫、實驗操作微視頻、數字切片庫等資源，可優化教學結構，提高教學質量。其中，建立數字切片庫需將傳統玻璃切片制作為數字切片[9]，數字切片不僅具有使用便捷、便于保存等優點，同時還能保護玻璃示范片，降低其損耗，節省實驗室資源成本。學生在使用數字切片時，不僅能在上課時仔細觀察，還能在課后進行復習回顧，因此更有利于學習、記憶和復習，提高了學習的動力和效率。

我校植物學課程開設時間為每年9月至次年1月的秋季學期，按照教學進度進行葉的識別、復葉的類型、花冠的類型與花序的類型等綜合型實驗時，部分植物的葉片和花朵已經衰敗，缺乏充足的植物材料，此時可利用植物照片庫等資源進行識別，也可安排學生到指定公園觀察植物并用手機進行拍照[10]，然后提交電子實驗報告。這些方法不僅可解決實驗材料有限的問題，還保護了植物資源，同時學生可利用電子實驗報告隨時進行回顧復習。這種將手機的功能與傳統的教學模式相結合的模式，在提高學生學習興趣的同時培養學生的動手實踐能力與創新思維，達到提高教學質量的目標。

3.3 虛擬仿真野外實習平臺的建設

在植物學的學習過程中，實地野外考察是必不可少的一個環節。但近幾年受安全問題、疫情問題、實習經費等情況影響，本校自2003年以來安排學生進行野外實習的次數逐漸減少。因此，植物分類的相關實驗主要在校內完成，有限的植物種類和數量也限制了學生在此類實驗中的主動性和創造性;此外，受植物自然生長規律及生長季節的影響，大多數植物在分類實驗中很難同時觀察到花和果實，而對于分類學來說，最關鍵的是花和果實形態術語部分，因此無法觀察導致很難達到較好的教學效果。通過虛擬實驗平臺的建立，運用計算機有針對性地進行虛擬實驗開發與研制，模擬植物發育的形態結構變化，使學生不受時間和空間的限制，在沒有顯微鏡、解剖鏡等工具時也能自由觀察，進行實驗，可以進一步提高植物學實驗的教學效果[11]。

適應新時代的發展，培養新時代需要的人才是我們教學的初衷與目標，因此需要我們在教學改革的路上繼續探索、努力前行。

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參考文獻：

〔1〕劉鐵志，唐立紅，段永平.植物學課程教學改革的幾點嘗試[J].赤峰學院學報：自然科學版，2016，32（16）：245-247.

〔2〕孔蘭靜，李銳藝，郭興啟，等.農業院校植物學實驗課程改革與探索[J].高校生物學教學研究：電子版，2019，9（04）：47-50.

〔3〕方穎，羊海軍，陳建軍.高校植物學實驗教學改革與探索——以農林專業類實踐創新人才培養為例[J].高教探索，2018，34（07）：48-50.

〔4〕李葆春，劉媛，楊德龍，等.“植物學”實驗課程改革與探索——以甘肅農業大學為例[J].河北農業大學段淳清學報：農林教育版，2017，19（04）：96-99.

〔5〕陳擁軍，鄒菊花，雷抒情.植物學實驗中開發學生創新能力初探[J].實驗室研究與探索，2010，29（11）：65-67.

〔6〕王聰，張睿鸝，關雪蓮，等.“線上+線下”混合植物學實驗教學模式探索與實踐[J].教育教學論壇，2020，12（44）：209-211.

〔7〕楊延紅，宋桂全，馬成亮，等.創新實驗教學模式構建植物學翻轉課堂——以《校園植物調查研究》實驗為例[J].安徽農學通報，2019，25（02）：128-130.

〔8〕段淳清，娜日蘇，趙金花，等.顯微網絡互動教學模式在植物學實驗教學中應用的初探[J].實驗室科學，2013，16（03）：59-61.

〔9〕李春妹，凡強，張以順，等.植物學實驗教學的改革與實踐[J].高校生物學教學研究：電子版，2018，8（04）：37-40.

〔10〕潘建斌，駱爽，張立勛，等.智能手機在生物學野外實習中的應用[J].高等理科教育，2016，24（05）：93-97.

〔11〕杜月林，黃剛，王峰，等.建設虛擬仿真實驗平臺探索創新人才培養模式[J].實驗技術與管理，2015，32（12）：26-29.