新農科建設背景下的植物化學保護實驗教學改革的探索與實踐

唐 萍 蘇發武 秦小萍 王再強 李迎賓 吳國星

（云南農業大學植物保護學院，云南昆明 650201）

中國涉農高校科教優勢明顯，技術力量雄厚，擔負著為率先實現農業現代化提供人才保障和科技支撐的重任。在中國新農科建設背景下，構建農科教學新模式，完善涉農人才培養體系，培育具有創新精神、實踐能力和社會責任感的高素質復合型人才成為涉農專業建設的首要任務[1-2]。課程是完成專業培養目標的載體和核心，因此進行課程改革，打造一流課程，將助力新農科建設，促進卓越農林人才培養、鄉村振興和農業現代化的實現[3-4]。

植物化學保護學是科學使用農藥防治害蟲、害螨、線蟲、病原菌、雜草、鼠類等有害生物，保護農林牧業生產安全的一門科學[5]，也是植物保護專業中應用性很強的專業核心課程，是植物保護課程體系中必不可少的一部分。植物化學保護實驗是植物化學保護學的配套課程，該實驗課可以促進學生對本領域的理論知識的認識和理解，強化專業技能，提高學生的動手能力、實踐能力和創新能力，有利于培養綜合創新型人才。

過去，云南農業大學植物化學保護學實驗課程教學內容單一、教學方法陳舊，驗證性實驗較多，導致學生上課興趣不濃厚，學習熱情低，學習被動，實驗課后學生對實驗過程及結果印象不深刻，實驗課并沒有達到課程設置目的。因此，建立植物化學保護學實驗課程的創新型教學體系，改變以往的教學方法，把實驗教學的重點放到培養學生的綜合能力上十分重要[6]?；诖?，課題組從“翻轉課堂”的運用，綜合性、創新性實驗的開設，實驗課第二課堂的開展，考核方式的改革4個方面，對云南農業大學植物化學保護實驗課程進行了教學改革的探索與實踐。

1 “翻轉”的實驗課堂

“翻轉課堂”從提出至今，已在很多課程教學中實踐，有比較成熟的理論、形式和方法，對提高學生學習興趣、促進自主學習有較為積極的作用[7-9]。“翻轉課堂”在理論課程教學中運用較廣，課程組在連續5年的教學實踐中，不斷探索和實踐“翻轉課堂”，將其成功運用于植物化學保護課程中，使得學生學習興趣濃厚，教學質量顯著提升[10]。然而，該方法在實驗課中運用和實踐的報道較少[11]。本課程組在“翻轉課堂”實踐基礎上，不斷探索和大膽創新，于2019年和2020 年將該方法引入植物化學保護學實驗教學中，選取了“波爾多液的配制及其質量檢測”試驗課進行“課堂翻轉”，通過與植物化學保護理論課程緊密結合的方式，實行“課與課”的翻轉，拓展了翻轉課堂的含義，豐富了實驗課堂教學的形式，實現了從“驗證實驗”向“探究實驗”的轉變。

1.1 課前

本實驗要求學生掌握波爾多液正確的配制方法，并了解波爾多液的性質。學生需要觀看課程組教師上傳的視頻，該視頻講解和演示波爾多液6種配制方法的基本操作，同時給出實驗的內容提綱，并留有思考問題。學生通過觀看教師的課程視頻，基本了解整個實驗操作及所用的實驗藥劑、玻璃器皿等實驗材料，同時，學生在觀看視頻后需要積極思考，并查閱資料，了解波爾多液的性質、配制方法等相關知識，才能保證順利完成實驗，掌握波爾多液配制的正確方法。另外，學生還可以根據自己查閱的資料，提出關于波爾多液配制或性質探究的其他實驗方法，并在課前與實驗教師討論其可行性、合理性等問題，在教師指導下完成該實驗。

1.2 課中

學生進入實驗室進行實驗，完成老師給出的6 種配制波爾多液的方法和2種質量檢測方法以及自己附加的實驗，并記錄數據。同時，課程組將質量較差的石灰和硫酸銅隨機放置于部分實驗小組的實驗桌面上，學生將在不知情的情況下用這些材料完成實驗，這將影響波爾多液的質量，學生需要根據實驗結果做出正確的判斷，真正了解影響波爾多液品質的因素。

1.3 課后

課程組將“波爾多液的配制及其質量檢測”這個實驗，安排為本門課程的第2 個實驗，按照教學日歷，這個實驗完成后，將在植物化學保護學理論課堂上學習殺菌劑。波爾多液是其中一個藥劑，因此，把波爾多液實驗課的討論轉移至植物化學保護學理論課學習的課堂，實現了理論課與實驗課的“課堂翻轉”。在銅制劑殺菌劑的學習過程中，學生將結合文獻資料、實驗操作和實驗結果與分析，介紹波爾多液正確的配制方法與質量檢測方法，并揭示其操作錯誤的原因，最后再進行波爾多液的生物活性與使用方法的學習。在實踐此教學方式后，學生的參與度很高，討論也很激烈，學生對自己做的實驗會有較多問題和想法，課堂討論提升了實踐教學的深度和高度，實現了從理論到實踐，又從實踐回到理論的飛躍。

2 開設綜合設計性實驗

驗證性實驗是比較傳統的實驗類型，由教師給出實驗方案和步驟，學生按照教師的講解進行實驗操作，這樣的方法不利于培養學生的創造性思維，實驗后學生往往一知半解，不能實現本門課程對學生設定的能力目標和素質目標，不利于新農科建設背景下復合型涉農人才的培養。植物保護學院專業所有學生在大學一年級就進入各個實驗室開始學業實習，3 年時間學生掌握了較多的實驗方法，具有一定的科研思維能力，這為本門課程開設綜合設計性實驗奠定了基礎，自己設計并完成實驗也極大地激發了學生的興趣，實驗的成功也能增強學生的專業自信心。因此，本課程組嘗試在本門實驗課程中開設“殺菌劑的室內毒力測定”綜合設計性實驗和“多菌靈的前世今生”大綜合實驗。

2.1 “殺菌劑的室內毒力測定”綜合設計性實驗

課前，學生自主學習殺菌劑的室內毒力測定方法，兩人一組設計實驗方法，并把詳細的實驗方案提交給老師，老師根據實驗室的設備、材料等條件，提出建議。在此過程中，學生會選擇抑菌圈法、生長速率法、最小濃度法，其中選擇抑菌圈法的學生最多，還有學生會將這些方法創新。實驗課中，各小組采用各自選擇的方法進行實驗，學生在實驗過程中互相討論，了解其他小組的實驗方法，通過“自己做”和“看別人做”，學到更多的方法。一周后，學生來實驗室觀察并記錄實驗結果，在實驗報告上詳細記錄實驗步驟以及實驗結果，并根據自己的實驗結果進行分析討論。

2.2 “多菌靈的前世今生”大綜合實驗

“多菌靈的前世今生”大綜合實驗包括多菌靈藥劑的制成與質量檢測、多菌靈的抑菌作用、多菌靈的殘留分析3 個部分，該實驗的前2 個部分在本課程的課內教學中實行，而多菌靈的殘留分析則放在農藥學第二課堂進行，屬于選做實驗。此大綜合實驗包含的3 個部分將會在3 次連續的實驗中完成，每次實驗教師都會提出思考問題，由學生自行查閱資料，去尋找答案。由“多菌靈”串起來的3 個實驗，把看似完全分離的3 個知識模塊聯系起來，通過連續的3 個實驗，學生不但掌握了常用農藥的配制方法與技術、農藥室內生物測定、農藥殘留分析的基本操作技術與方法，而且通過實驗深入了解多菌靈這個農藥的合成、生物活性和殘留問題，解釋了“多菌靈從哪來，又去到哪里”這個問題，同時通過這個大綜合實驗，進行了“使用農藥并不等于污染環境”的教育。

3 開設第二課堂

目前，云南農業大學植保專業的植物化學保護學實驗課程共24個學時，8個實驗，主要包含農藥加工與質量檢測、農藥生物測定、農藥殘留分析3部分實驗內容。由于課程學時限制，學生不能全面學習和掌握該門課程的實驗操作方法和技術，為了讓學生能獲得更多的植物化學保護學科相關的實驗技能，加強學生實踐能力和自主學習能力，課程組開設了植物化學保護學實驗第二課堂。

3.1 第二課堂申請條件

學生在以下情況下可以申請進入植物化學保護學實驗第二課堂：第一，學生因特殊原因，沒能按課表時間去上實驗課時，可以申請進入第二課堂，完成課程實驗；第二，學生在實驗課上，對實驗結果不滿意，需重新做實驗，可以申請進入第二課堂；第三，學生對本門課程比較感興趣，想深入學習和研究植物化學保護學相關實驗技術與方法，可申請進入實驗室，實驗項目可以自己設計，也可以由教師指定。

3.2 第二課堂的開課形式

植物化學保護實驗課第二課堂的開課時間由學生自己選定，并和指導教師預定登記，地點在農藥學創新實驗室，實驗所用到的儀器設備，主要為農藥學教學儀器設備，也有部分由農藥學科研實驗室課題組提供，這些儀器都在各個試驗室內，經過預約就可以使用。

重做實驗和補做實驗的教學方法和課內實驗相同，學生仍然需要先通過觀看教學視頻，依據實驗提綱，按照實驗方法與步驟，獨立操作完成實驗。

對于創新型實驗的開設，結合農藥學教師的科研方向和課題，課程組設置了5 個供學生選擇的實驗模塊：殺菌劑作用機理研究、殺蟲劑作用機理研究、除草劑作用機理研究、生物農藥開發和農藥合成。農藥系的老師在這幾個方面都有基金項目支撐，有較好研究基礎，可以給感興趣的學生提供思路、方法及實驗條件。創新型實驗的開設，需要學生在設置的范圍內，挑選自己感興趣的方向，自己查閱資料，參考教師的意見和建議，制定實驗方案，獨立完成實驗。

3.3 第二課堂的管理與運行

植物化學保護實驗第二課堂由任課教師負責管理，實驗內容為教學內容，實驗耗材由教學經費出，自命題實驗項目則由相應的科研導師負責耗材和實驗儀器設備等。目前，植物化學保護實驗第二課堂良好，已有25 人進入第二課堂重做實驗，有7人進入實驗室補做實驗，43 人進入第二課堂進行創新性實驗，進行創新性實驗的學生，最后都進入了農藥學相關科研實驗室開展進一步科研訓練和實習。

3.4 第二課堂成績考核

根據第二課堂開展的情況，課程組制定了相應的成績評定方法：重做和補做實驗成績為該實驗成績的80%；創新實驗作為加分項，學生需要提交一份實驗報告，指導教師批閱評分，加分為該實驗成績的10%。第二課堂的開設很大程度上解決了學生因特殊原因請假、缺席實驗課程的問題，也是課堂實驗教學的延伸，彌補學時削減帶來教學內容不飽滿的問題，又能適度提高課程的深度，加強科研技能訓練、提高科研素質。

4 改革考核方式及成效

2013 年云南農業大學植保專業的植物化學保護學實驗課程從植物化學保護學課程中劃分出來，獨立開課，2013—2016 年，課程考核主要以考試為主，學生對實驗操作的積極性和重視度不夠，有的學生缺席幾次實驗課，最后通過考前準備，取得了不錯的成績。另外，歷年的試卷重復率很高，如果要降低重復率，又容易偏離實驗內容，所以課程組對該門課的考核與評價方式進行了改革（見表1）。

表1 教學改革前后的植物化學保護實驗成績評定標準

考核由原來的考試改為考查，成績組成為：平時成績（50%）+實驗報告成績（50%）。改革前的學生平時成績僅包括實驗操作、實驗紀律，改革后的平時成績增加了隨堂問答，占總成績的10%，隨堂問答中，課題組制成了30 份問答卷，每個問答卷包括10 個小題，包括實驗的操作、實驗原理和注意事項等，學生對抽到的問答卷進行口頭回答，教師現場評分。這不僅要求學生在實驗前作充分的預習，還要求學生能在每次實驗后總結學習，否則將不能順利完成答卷。另外，對于學生的實驗報告，課程組新增加一項創新加分題，學生通過查資料，并結合實驗操作，可以提出實驗改造的建議，這個建議一旦被課程組教師認可，課程組將給學生實驗報告成績加分。學生如果進入第二課堂參與創新性實驗，則實驗成績也會得到加分（創新性實驗成績×10%）。綜上所述，學生的本門課程成績=實驗操作（20%）+隨堂問答（10%）+實驗紀律（20%）+實驗報告（50%）+加分。通過改革前后的學生成績分析，改革前測試點較少，學生成績過度集中于80～90 分段，學生成績無區分度，測試無難度，學生對課程也不太重視，且成績無法看出學生的能力差別。通過改革考核方式，增加了2 個測試點，再加上課程教學上的改革，2021 年4個班學生成績分布趨于正態分布（圖1），成績在60～100分之間分布，70～80分段人數>80～90分段人數>60～70 分段人數>90～100 分段人數，成績基本能反映學生的能力，且有區分度，這樣的考核也讓學生更加重視課程學習，激發學生的學習積極性和創造性。

圖1 2017—2021年植物化學保護實驗成績分布

5 討論

目前，植物化學保護學實驗課程教學中仍然存在問題，如學時限制，教學內容不飽滿；實驗類型單一，綜合設計性實驗較少，部分實驗由于實驗條件限制無法開設；有的實驗的內容和方法技術滯后于農藥學學科發展。針對這些問題，課程組提出了以下解決方案。首先，擬將部分實驗改為綜合設計性實驗。其次，對部分要求較高，無法在實驗室中操作完成的實驗，以虛擬仿真實驗[12-13]的方式進行。此外，從學生成績分布看，90～100 分段（3%）的學生較少，一方面的原因是學生的創新意識和積極性還沒有充分地調動起來，目前真正進入植物化學保護實驗第二課堂的學生不足10%，課程組也在思考和探索新的方法，加強對第二課堂的管理，使其發揮積極有效的作用，同時課程組也將在每學期請學生做一份調查問卷，希望能通過學生的反饋看到教學中的問題，促使第二課堂的開設更加完善和科學。為了構建農科教學新模式，實現培養高素質復合型人才的目標，課程組將圍繞培養目標，持續開展教學改革，把殺菌劑室內毒力測定，除草劑室內毒力測定、殺蟲劑室內毒力測定和毒理實驗設置為綜合性、設計性實驗，通過學生自學、自制實驗方案、結果討論，培養學生的自主學習能力和實踐能力。同時對實驗條件要求較高、耗時較長的實驗，例如農藥殘留分析實驗、大田藥效實驗，課程組將通過設計虛擬仿真實驗進行教學，該實驗課程組已借助學校虛擬仿真實驗平臺進入設計階段，如果完成建設，驗證性實驗、綜合設計性實驗、虛擬仿真實驗在本門課的學時比例將為3∶4∶1。

6 展望

植物化學保護學實驗作為植物化學保護學的搭配課程，在植物保護專業人才培養中發揮著重要作用。本課程組的教學改革已取得良好成效，學生對課程的興趣顯著提高，同時也促進了學生的實踐能力和創新能力的培養和鍛煉。在今后的教學中課程組將不斷探索和實踐，創新教學方法，促進教學改革，激發學生學習興趣，實現高素質復合型人才培養目標，為新農科建設背景下的植物化學保護學實驗教學提供參考和借鑒。