新農科背景下作物育種學數字化教學模式探索與實踐

孫麗芳，王霞，郭永霞，姜麗麗，高樹仁

（黑龍江八一農墾大學 農學院，黑龍江大慶 163319）

作物育種學是一門實踐性、技術性較強的綜合性學科[1-2]，教師僅通過講解作物育種學理論，口述實踐環節，設置碎片化的小實驗輔助理論教學，難以讓學生全面、系統地掌握育種理論及方法[3]。隨著“互聯網+教育”與“AI+教育”的不斷普及，為滿足社會經濟和技術發展對農業人才的需求，作物育種學數字化教學轉型逐漸成為農學專業發展的重要方向[4-6]。

1 作物育種學數字化教學模式的發展

黑龍江八一農墾大學作物育種學課程建設發展歷程可以追溯到1958 年建校初期的遺傳育種學課程。團隊教師主要開展小麥、玉米和大豆品種選育工作，之后在1996 年和2006 年分別開展水稻和馬鈴薯育種工作。在課程建設過程中，課程團隊教師進行教學改革，先后完成課程學時改革、教學方法改革、考試制度改革和實驗課程改革等多項工作，積累了豐富的教學經驗。

順應“互聯網+”時代教學主體、教學資源與教學媒介等要素的變革與發展，2019 年，黑龍江八一農墾大學作物育種學教師團隊開始探索線上線下混合式教學。2020 年春季學期，學校開設依托智慧樹授課平臺的作物育種學精品資源共享課，開展線上線下混合式教學的實踐，對遇到的新問題進行研究，積累了一定的線上線下混合式教學經驗。目前，作物育種學課程已開設6 學期，累計上課人數達700 余人，課堂互動達3 000 余次，發布作業和開展測試200 余次。

此外，通過多年的教學，教師積累了大量的教學資源，如開發了玉米、馬鈴薯和高粱的品種選育虛擬仿真軟件，錄制了6 種作物田間雜交演示視頻，為作物育種學數字化教學奠定堅實基礎。

2 作物育種學數字化教學實施過程

2.1 構建以學生為中心的智慧課堂教學體系

黑龍江八一農墾大學基于OBE 理念，依托中國農業大學國家在線一流課程（智慧樹在線開放課程）搭建課程網絡平臺，構建基于“MOOC+SPOCs+翻轉課堂”的智慧課堂教學體系[7]。教師在課程設計中突出學生的主體地位：學生課前完成基本知識點的學習；課中，教師將科技前沿、社會熱點、教師科研和專家講壇與重點知識有機融合，拓寬學生視野，培養學生自信心，激發學生創新動力和積極性，突出學生在教學過程中的主體地位；課后，學生通過繪制思維導圖總結重點知識，通過問答討論理解知識，通過階段測試鞏固知識。另外，教師將育種家的事跡有機融入課堂教學，培養學生“學農、知農、愛農”情懷及社會責任感。

2.2 重構教學環境，實現“物理、資源”的深度融合

實驗和實習是作物育種學教學的重要組成部分。作物育種學實驗課程以培養學生的實踐技能為核心，以教師指導和實驗教學示范中心為支撐，團隊教師通過合并、增加、更新教學內容，設計符合教學實際情況并具有創新性、層次鮮明的實驗教學內容，包括玉米、大豆育種材料室內考種，小麥面筋及蛋白含量測定，馬鈴薯品系（種）瘡痂病抗性鑒定，異交作物雜種優勢及F2 衰退現象田間觀察和測量，串聯重復多態性（SSR）分子標記在玉米種質資源遺傳多樣性中的應用等實操實驗。同時，教師利用新錄制的6 種糧食作物田間雜交視頻，自主開發玉米、馬鈴薯和高粱新品種選育虛擬仿真實驗軟件（網絡版），引進分子生物學相關儀器，使用虛擬仿真軟件（手機版）開展演示實驗和虛擬實驗。

以上實操實驗和數字化教學資源的建設與開發，涵蓋了作物育種材料的播前準備、田間小區規劃、作物品質分析、雜種優勢現象觀察與測量、室內育種材料鑒定選擇、作物雜交技術、品種區域試驗總結、分子標記在育種中的應用等實驗技術。另外，教師通過春季播種期的專業實習和秋季收獲期的課程實習開展田間鍛煉和室內考種訓練，鍛煉學生對育種知識的運用。

2.3 采用多元化的考核方式，開展基于數據的綜合評價

課程組教師探討在混合式教學模式下作物育種學課程的考核評價體系[8-9]。理論課程考核遵循的標準從知識考核向能力考核轉變，從概念問答與敘述形式轉變為場景化、探究化、遞進式的能力考核方式，通過多種形式實行全過程考核，完成對知識和能力的檢測。教師合理劃分各項考核成績在總成績中的占比，即考核內容由線上共享課視頻學習及章節測試（占20%）、課前習題和線上階段性測試及課堂互動（占20%）、線下課堂表現（占10%）、線下期末閉卷考試（占50%）組成，充分體現過程學習與考核的有機融合。

3 作物育種學數字化教學實踐的創新特點

作物育種學課程以高素質育種人才為培養目標，采用多種數字化教學方式，形成課程特色，具體表現如下：

3.1 教學內容互補，構建智慧課堂教學體系

理論課程以學生發展為中心，依托我國高水平農業院校建設的國家線上一流共享課資源，與黑龍江八一農墾大學教學資源互補，構建了智慧化數字課堂教學體系。學生在課前預習，掌握基本知識，通過翻轉課堂實現知識理解；在課后繪制知識思維導圖，并通過階段測試實現知識鞏固，最終形成知識的自我構建。該體系不但提升了課程的系統性和邏輯性，增加了課程的深度、廣度和難度，還拓寬了學生視野，提高了學生的學習效率和教師的授課水平。

3.2 教學方式多樣化，構建“虛實結合”的實踐教學體系

實踐課程以培養學生的實踐技能為核心，更新教學理念，運用現代生物技術、信息技術革新實驗內容與方法，將品種選育虛擬仿真軟件、分子生物學相關儀器使用虛擬仿真軟件、雜交技術演示視頻以及大量田間性狀圖片貫穿于實踐教學的各個環節。學生不僅通過身臨其境般的體驗去選擇和觀察作物各生長階段的田間表現，還要完成教師預設的理論知識點考核，提升理論聯系實際的能力。同時，教師結合春季播種和秋季收獲實習來提升學生的實踐動手能力、分析解決問題能力，培養學生科研興趣和創新思維，解決課程教學中重知識傳授、輕實踐能力訓練的問題。

4 作物育種學數字化課程教學內容更新

隨著信息技術的發展，作物育種學數字化教學面臨新的挑戰。根據課程建設計劃以及實施情況，課程團隊不斷總結和探索教學方式、方法，引入國內外優質線上教學資源，豐富數字化教學內容，及時收入育種學前沿研究成果，拓展課程內容的深度和廣度，同時持續補充學習過程的交互性資源，如學習資源、習題庫和階段測試題庫等。

作物育種理論教學的最終目標是培育新品種，因此，黑龍江八一農墾大學不斷完善實踐教學內容，實現理論與實踐的有機融合，提高學生的實踐動手能力。如隨著信息技術的發展，教學團隊不斷迭代更新已開發的虛擬仿真育種實踐軟件，同時繼續開發水稻新品種選育虛擬仿真軟件，建成涵蓋自花授粉作物、異花授粉作物、常異花授粉作物和無性繁殖方式作物品種選育虛擬仿真實驗教學平臺。教學團隊還積極與企業互通互聯，建設線上線下相融合的智慧實踐教學平臺，解決實踐教學與現代農業發展脫節的難題。

此外，為積極響應教育部高教司“慕課西行2.0”行動的號召，踐行信息技術與教育教學深度融合方針，加深校際合作交流，推進課程建設。在“互聯網+”背景下，2022 年秋季學期和2023 年春季學期，黑龍江八一農墾大學農學和種子科學與工程專業學生共同參加由中國農業大學組織的作物育種學云端同步課堂[10-11]。

5 結語

高等教育教學數字化轉型是一個復雜的系統性工程，數字化課程建設是推進高等教育教學數字化轉型的核心[12-14]。隨著信息技術的發展，作物育種學數字化教學面臨新的挑戰，要求教師從培養學生的角度出發，不斷跟蹤學科前沿發展，更新教學理念，創新教學模式，更新教學內容，革新評價體系，調動學生主動學習的積極性，提升知識講授的邏輯性、系統性，解決學時減少和學習內容增多之間的矛盾，重視學習過程性評價，完善人才培養質量評價體系。