新師范背景下基于OBE理念的植物組織培養課程教學改革研究與實踐*

◆韓立敏 化文平

0 引言

OBE（Outcome-based Education）理念以成果為目標導向，是新時代新師范背景下的一種先進教育理念。基于該理念，以學生為本，采用逆向思維進行課程體系設計，制訂人才培養方案。陜西學前師范學院生物科學專業全面貫徹黨的教育方針，根據新時代教師教育高質量發展要求和中學生物教育課程改革理念，立足陜西、面向西部，服務區域基礎教育發展，旨在培養德智體美勞全面發展的中學生物教師。

植物組織培養課程對接高中生物選擇性必修3《生物技術與工程》相關章節[1]，既能滿足未來生物教師從教的知識需求，培養其生物技術技能和實踐創新能力，又可促其適應科技發展，增強社會責任感。2022 年，全國普通高中全面實施新課程、使用新教材，高中生物學教學已進入“雙新”時代，這對未來中學生物教師的培養提出新的要求。如何堅持“學生中心、產出導向、持續改進”教育理念，更新教學內容，改革教學方式與手段，創新教學模式，寓價值觀引導于知識傳授和能力培養之中，成為新師范背景下植物組織培養課程教學的新挑戰。

本研究在新師范視域下基于OBE 理念的指導，對植物組織培養課程教學進行改革研究與實踐，為全面增強該課程的教學效果和育人成效作出有意義的嘗試與探索。

1 植物組織培養課程簡介

植物組織培養為生物科學專業素質拓展課，理論與實踐并重，理論和實驗各16 課時，課程見習2 課時（見表1）。通過本課程的學習，學生將掌握植物組織培養基本理論和技能，能夠獨立設計并組織開展植物組織培養實驗，分析和解決植物組織培養過程中出現的問題，養成探索未知、勇攀科學高峰的科學精神，樹立服務社會、科技報國的責任感和使命感，為未來從事植物組織培養教學、科研、開發或經營奠定基礎。

表1 植物組織培養教學內容

2 植物組織培養課程教學的痛點

植物組織培養課程內容多、實踐性強、技術要求高，但課時少、實驗條件有限。傳統教學模式下，學生無法在有限學時內掌握眾多知識點和實踐技能。學生雖學過植物生物學、植物生理學、遺傳學等課程，具備一定基礎，但對不同課程知識的整合能力不足，難以支撐綜合性的植物組織培養的學習。植物組織培養實驗周期長，學生在有限的教學和實踐時間里難以體驗成就感。如何在有限的課時中開展有深度、有寬度、有厚度、有溫度的豐富的教學活動，提高學生的自主學習能力，激發學生的學習興趣和動力，是亟待解決的問題。

3 植物組織培養教學改革研究與實踐

3.1 理論教學的改革研究與實踐

3.1.1 教學內容的重構優化 為使教學內容更系統化，在有限課時中實現課程教學目標，支撐人才培養目標的實現，對植物組織培養教學的內容進行優化，采取刪除重復內容、整合相關內容、精選教學案例、線上線下結合等方式 進行課程內容的重構（表1），為學生未來從教夯實基礎，提升能力，開闊視野。

3.1.2 基于PBL 的案例教學法的運用 植物組織培養技術的快速發展及廣泛應用涌現了大量優秀研究成果，為案例教學法的運用提供了豐富的教學素材。PBL（Problem-based learning）教學法是以問題為導向的教學方法，在教師的引導下，學生圍繞問題開展學習[2]。案例教學法是以學生為中心，以案例為導向開展教學[3]。將案例教學法與PBL 教學法有機結合（圖1），教師精選案例，將案例依據教學目標分解提煉形成問題鏈，讓學生圍繞問題進行主動探究，結合教師對案例的深入剖析，自主構建知識，實現能力的提升。

圖1 基于PBL 的案例教學過程

通過問題導向式的案例教學，啟迪學生思維、拓展學生思路、激發學生潛能，促進其主動思考、科學分析和解決問題[4]。如人參毛狀根培養案例中設計問題鏈：“你認識人參嗎？人參有何功效？有效活性成分是什么？生產中存在的問題是什么？如何解決？如何進行人參毛狀根的誘導與培養？如何實現人參毛狀根的工業化生產？”馬鈴薯脫毒培養案例中設計問題鏈：“馬鈴薯知幾分？馬鈴薯栽培過程中遭受病毒侵襲有什么危害？如何解決病毒性病害問題？如何進行植物脫毒？如何進行馬鈴薯的莖尖分生組織的培養？”通過問題鏈的設計將所要講的知識點串起來，不僅激發學生思考、探究問題，引 導學生發現問題、分析問題、解決問題，提高學習積極性和主觀能動性，還增強知識點間的邏輯性，有助于培養學生嚴謹的科研思維。

3.1.3 驅動課堂教學創新的混合式教學模式的構建 雨課堂具有開放性、交互性和共享性等特點，為本課程教學活動主要使用的平臺。教師將植物組織培養中的難點內容通過錄屏軟件制作成教學微視頻，將其與課件等在課前適時推送給學生，學生借助平臺學習并將疑惑及時反饋。課堂上教師針對性授課，通過彈幕、限時答題、投稿等進行互動，課堂效率大幅提高。在課后推送作業、拓展性學習資源等，供學生鞏固提高。雨課堂可以全程采集教學數據，記錄教學過程，在學期末對本課程的課堂報告等教學數據進行整理分析，作為過程性考核的一部分。借助中國大學MOOC 和智慧樹平臺的植物組織培養在線課程資源，教師根據教學目標和學生特點，選擇合適的線上課程章節作為課前任務或課后拓展性學習資源推薦給學生，通過任務完成報告、收獲分享了解學生的線上課程學習情況。這樣就可以形成“線下教學為主+雨課堂學習為輔+MOOC 或智慧樹平臺為補”的混合式教學模式[5]，該教學模式適合學生個性化地學習，激發學生的學習興趣，開闊學生視野，課堂教學質量大幅度提升。

3.1.4 思政元素的挖掘及其育人目標 充分挖掘植物組織培養課程中蘊含的豐富的思政元素，精心設計教學，有機融入，潤物無聲地育人，實現價值塑造、知識傳授和能力培養的深度融合[6]。在本課程教學中，以立德樹人為核心，通過思政元素的滲透厚植師范生的家國情懷，樹立正確的價值觀，塑造科學精神，培養辯證思維，增強生態保護意識等（圖2），以培養新時代國家建設所需要的“有理想信念、有道德情操、有扎實知識、有仁愛之心”的“四有”好老師。

圖2 植物組織培養的思政元素及其育人目標

在介紹植物組織培養技術發展史時，使學生認識到科學的發展在于創新，在于批判性地繼承。通過WHITE 與培養基的發明、朱至清與禾谷類高效培養基、屠呦呦與青蒿素等里程碑事件及科學家故事，讓學生了解科學家探索之路，培養其艱苦奮斗、不畏困難、鍥而不舍、默默耕耘、嚴謹求實、熱愛祖國、勇于創新、勇攀高峰的科學精神[7]；通過植物組織培養的發展現狀與未來趨勢的分享，使學生體會到科技的魅力，可謂是“一葉一芽可成林”，激發學生呵護綠色、感受生命的情感。

在講植物組織培養的基本原理時，引導學生客觀、辯證地分析問題，正確理解植物細胞全能性的絕對性和相對性。在學習植物可通過器官發生或胚胎發生途徑進行形態建成時，引導學生用全面、發展、動態的眼光看問題。

在講解超凈工作臺和高溫高壓滅菌鍋時，使學生認識到植物組培相關設備與工具的研發是一個不可忽視的領域，“工欲善其事，必先利其器”，科學技術是第一生產力。

按照植物組織培養技術流程為學生分享各種技術時，引導學生嫻熟掌握該技術并將其轉化為現實生產力，為社會生產和人類生活服務，培養理論與實際相結合的思維，激發學生科技報國的情感，助力中國夢的實現。以滅菌技術知識點為載體，對學生進行實驗室安全教育，牢記規范操作，珍愛生命。培養基中的水分、糖類物質、大量和微量元素、植物生長調節劑、凝固劑等均為培養基基本組成成分，融為一體，適當配比組合，共同為離體植物材料的生長與發育提供各類營養。借此培養學生的集體意識、團隊協作精神，使學生認識到每個人都是集體的一分子，生活中待人誠信友善，工作上凝聚個人力量形成合力，充分發揮“石榴籽效應”。另外，培養基中的各類成分，植物生長所需要的溫度、光照、濕度等環境條件的調控均須在適宜范圍內，過高過低都對植物的離體培養不利，引導學生體會儒家思想的核心理念，即生物界的“中庸之道”。

在植物組織與器官培養部分，通過介紹太白米、白及等瀕危植物資源保護利用，楊樹等組培快繁，馬鈴薯、草莓和蝴蝶蘭等脫毒苗的培育等，使學生認識到組培技術可用來解決瀕危植物的繁殖問題，可使農作物豐產、提高品質，可用以培育花卉新品種等，在現代農業生產及國民經濟發展中發揮著重要作用，培養學生關心“三農”的情懷，引導學生服務農業生產，助力鄉村振興和美麗中國建設，激發學生主動利用所學知識和技能解決產業問題的意愿和決心，增強建設國家的社會責任感、使命感和愛國情懷[8]。

在植物細胞培養部分，借助抗癌明星藥物紫杉醇的藥源問題與生產，培養學生合理開發與利用植物資源，落實可持續發展的理念，掌握植物細胞的大規模培養技術，助力健康中國建設。

在人工種子與種質資源章節，引入有理想、有情懷、愛國家的鐘揚老師與獼猴桃種質資源的感人故事，依托榜樣的力量培養學生科學情懷和社會責任感與使命擔當意識。

3.1.5 基于OBE 理念的作業設計 植物組織培養課程既要滿足師范生勝任中學階段教學的知識要求，還要滿足學生的可持續發展需求，而達成教學目標離不開必要的作業訓練。在作業設計方面，基于OBE 理念，融知識掌握、思維訓練與能力提升培養于一體，構建包括復習鞏固性作業、拓展性作業、實踐性作業的多層次作業體系，既有加深學生理解所學知識、鞏固記憶的名詞解釋、簡答等鞏固性作業，又有植物組培工廠設計、制作思維導圖等拓展性訓練，還包括有助于學生將理論知識與現實生產和生活相聯系、增強學生學習興趣和探索欲的具有一定挑戰性和創新性的課程論文撰寫等實踐性作業。各類作業按照一定比例納入過程性考核（圖3）。

圖3 植物組織培養課程考核評價

在植物組織培養教學中，根據章節教學目標的需要，適時、適量給學生布置復習鞏固性作業。在“植物組織培養實驗室的建設”這章講完后，給學生布置“植物組培工廠的建設規劃與設計”作業，要求學生根據生產任務、給定面積、資金成本、設備價格等綜合考慮設計出所需要的組培工廠，畫出平面和立體設計圖，并對生產預期進行描述。為幫助學生更好地理清思路，進行知識體系的構建，在植物組織培養的基本原理、基本技術、器官與組織培養、細胞與原生質體培養等章節講完后，要求學生利用軟件做出四個章節的思維導圖，并錄屏講解設計思維導圖的想法。在理論課接近尾聲時，通過雨課堂發布課程論文任務及要求，每個學生圍繞藥用植物、觀賞植物、糧食作物、果蔬等選取自己感興趣的植物，查閱國內外文獻資料，綜述該植物的組織培養研究現狀及發展前景，撰寫課程小論文，并將研究成果制作成PPT，在全班范圍內匯報分享，然后教師點評、同學點評，完善修改PPT 后，將課程論文和匯報PPT 裝訂形成一份作業提交。這是貫穿課前、課中、課后，基于以任務發布、執行實施、反饋評價、持續改進構成的閉環翻轉課堂教學的實踐性作業（圖4）。學生學會、掌握知識與能夠講出來并且講好有很大差異，掌握知識只是單向的輸入，而分享出來則既有輸入，又有內化、加工、轉化、輸出。通過基于翻轉課堂的作業設計，提高學生的學習積極性和主觀能動性，鍛煉學生的基本教學技能，促使他們轉換角色，培養表達能力、總結歸納和比較分析能力。同時，學生對植物組培技術有了更為深刻的認識與理解，并且學會反思，促進自我發展與成長。

圖4 基于翻轉課堂的實踐性作業設計與實施

3.2 實踐教學改革研究與實踐

3.2.1 基于“雙創”思維與能力培養的課程見習 根據課程見習的要求，利用課程實踐性、應用性強的特點，結合師范生培養目標，針對性地設計見習項目，著力培養學生的創新創業意識、思維與能力。為學生提供“研發植物組織培養科普APP”“撰寫植物組織培養相關企業創業計劃書”兩個可選見習項目，借助雨課堂將學生隨機分配，每六人構成一個研發小組或創業團隊，選擇一個見習項目，討論確定具體訓練項目。基于項目任務，團隊協作調研、構思、設計、撰寫計劃書，形成研究成果，錄屏、剪輯、制作路演微視頻并提交。通過科普APP 的研發，培養學生的創新思維與能力，提高科普教育素養，體會將植物克隆的秘密展示給公眾的樂趣和成就感。以創業計劃書撰寫項目引導學生關注行業發展動態，利用科學技術服務社會，培養創業意識與思維。課程見習的實施激發了學生的求知欲與探索欲，強化了學生的自主創新創業意識，提高了學生的創新創業能力，培養了學生的團隊協作精神與能力。在此過程中涌現了“培培樂”“組培印記”“植物足跡”“植—培tips”“一個細胞的森林暢想”“最酷炫的花園”等優秀創意項目。

3.2.2 實驗教學內容的優化 根據實驗教學目標、學科發展動態、課程實際課時以及課程內容的特點，對實驗教學內容進行優化改革。原來，基礎性、驗證性實驗多，呈模塊化分散，綜合性、邏輯聯系不夠強，通過整合、優選改革后，以綜合性、設計性實驗為主（表1），更注重對學生綜合創新能力的培養。

3.2.3 混合式實驗教學模式的構建 虛擬仿真實驗是虛擬現實、人機交互等現代信息技術與實驗教學深度融合的產物，其應用可以拓展實驗教學內容廣度和深度、延伸實驗教學時間和空間，助力實驗教學質量和水平的提升[9]。植物組織培養實驗耗時長，課時不足，實驗條件有限，將虛擬仿真實驗引入實驗教學中以解決這些問題和困難，可增大實驗教學信息容量，提高學生學習積極性、改善實驗教學效果，推動植物組織培養實驗教學改革和創新。

國家虛擬仿真實驗教學課程共享平臺（http://www.ilab-x.com/）擁有豐富的植物組織培養相關模擬仿真實驗教學項目資源免費向公眾開放，如 “楊樹良種組培再生虛擬仿真實驗”“藥用植物細胞組織培養及應用綜合設計虛擬仿真實驗”“秦嶺珍稀瀕危藥用植物保育及規范化生產虛擬仿真實驗教學項目”“稀缺藥用植物次生代謝物的虛擬合成”等，在實驗教學中利用好這些教學資源，構建線上線下相結合、虛實有機融合的實驗教學模式（圖5）。

圖5 虛實有機融合的混合式實驗教學模式

對于無條件開展的實驗項目，如“植物細胞培養與次生代謝產物生產”，根據實際教學需要和學生特點，引入“藥用植物細胞組織培養及應用綜合設計虛擬仿真實驗”作為獨立實驗項目開設，實現教學目標，培養學生的實驗設計和綜合創新能力，并使學生全面掌握利用植物細胞的大規模培養生產藥用次生代謝產物的技術。對于有條件開展的實驗，學生開展實際實驗，虛擬仿真實驗作為其課前學習任務或課后鞏固提高的工具[10-11]。實踐表明：虛擬仿真實驗教學資源的引入有效緩解了實驗條件不足，解決了實驗周期過長導致不能很好地從宏觀、整體上把握技術流程的問題。

虛擬仿真實驗的無限次可重復性課前學習，有助于學生在實體實驗開始前對實驗原理、內容、方法、注意事項等的全面掌握，提高操作效率，促使教師減少講解，將更多學時分配給學生動手實踐，充分調動學生學習的興趣和主動性，增強實驗教學效果。課后通過虛擬仿真實驗鞏固，有利于拓展學生思維，提高學習深度，開闊視野。2019 級69 名生物科學專業學生的問卷調查結果顯示：72.46%的學生認為虛擬仿真實驗可提高自主學習能力，分別有82.61%、86.96%的學生認為虛擬仿真實驗有助于提升實際實驗的速度和成功率，喜歡虛實結合模式的學生占75.36%。

3.2.4 實驗考核的改革 在實驗教學過程中注重對學生動手操作能 力、實驗設計與綜合創新能力、分析與解決問題的能力、勇于探索的創新精神和團隊精神、工匠精神的培養，驅動學生的自主探究性學習，引導學生認真開展實驗，養成實事求是的科學態度。實驗考核評價體系應體現這些教學目標的達成度，并且適應實驗教學方法與模式的創新改革。將獨立虛擬仿真實驗教學項目的線上考核成績按照一定比例納入實驗考核，對學生課前、課中、課后的任務完成情況進行評價全程覆蓋：課前任務主要包括設計性實驗方案的設計、虛擬仿真實驗等線上資源的學習和文獻查閱，體現對學生自主學習能力的考查；課中評價主要從學生的操作技能、小組合作、問題解決能力等維度評價；課后任務的評價主要從實驗報告的質量、拓展性學習資源的獲得感、動態追蹤管理實驗材料等方面進行，改變以往教師單一評價為主的成績評價體系，引入學生自評和學生互評[12]。學生自評有助于進行自我反思與發展。學生互評從學生視角對其他學生在實驗系列任務完成和團隊協作精神進行評價，借此培養學生客觀公正的心態和誠實守信的精神。改革后的實驗考核評價實現實驗考核的全程性、多角度、多維度評價。

3.2.5 實驗教學共同體的建立 在實驗教學中，構建以學生為中心的，由任課教師、實驗員、實驗室管理者、學生組成的實驗教學共同體（圖6）。任課教師根據教學目標、實際實驗條件和學生特點設計實驗項目，并組織、指導學生開展實驗；實驗員做好課前材料、試劑、耗材及設備等準備工作；實驗室負責人做強實驗室安全保障、衛生管理工作，共同為學生的實驗開展、探究學習提供優質服務，為增強實驗教學效果提高與提升實驗教學質量提供保證。

圖6 植物組織培養實驗教學共同體

4 教學改革研究總結與反思

針對新時代大學生學習特點，結合人才培養目標和課程教學目標，對植物組織培養教學方法創新、課程思政實施、混合式教學模式建立、考核評價完善等進行研究與探索，在此過程中做好教學設計、科學組織管理、師生無縫對接與配合非常重要。混合式教學要求教師具備很強的信息技術運用能力，要實現課程思政內化于心、外化于行，不斷提高思政素養，給學生以如沐春風的學習體驗。整個教學過程中對教師的教和學生的學都提出更高的要求，課前、課后的任務更多，知識的難度、深度提高，課程更具厚度和溫度。教的變革和學的轉變共同實現該課程的課堂革命和學習革命，切實增強了教師的教學效果和學生的學習成效。學期末，學生回看其成長微相冊時，興奮時刻、收獲時刻、心動時刻的畫面呈現給他們滿滿的回憶、豐富的收獲與靜靜的反思，并構成下學期新的學習起點。

本次改革雖然取得一定成效，但教育對象在不斷變化，教育技術在不斷發展，教育環境日新月異，因此仍需與時俱進，不斷進行課堂教學的改革創新研究工作，致力于教學效果的增強和人才培養質量的提升。