植物生理學實驗課程混合式教學改革實踐

摘要" 為實現學生綜合素質的提高和創新能力培養，針對植物生理學實驗課程教學現狀，充分利用信息化技術，進行線上線下混合式教學模式改革。本研究結合更新教學理念，優化實驗內容，建立多元化考核機制，加強團隊組建，以及完善實驗室信息化建設等措施，探索“互聯網+實驗”教學形態，以推動該課程實驗教學質量的提高，為植物學類課程教學改革提供參考。

關鍵詞" 植物生理學實驗；混合式教學；信息化建設；植物學

中圖分類號" G642.0；S184" " " "文獻標識碼" A" " " "文章編號" 1007-7731（2024）17-0117-04

DOI號" 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2024.17.028

Practice on blended teaching reform of Plant Physiology experiment course

WANG Yanfang" " ZHENG Shaowen" " HAO Yanyan

（Shanxi Agricultural University， Taigu 030801， China）

Abstract" In order to improve students’ comprehensive quality and cultivate their innovation ability， and in response to the current situation of Plant Physiology experimental course teaching， the information technology was fully utilized to reform the blended teaching model of online and offline. The measures were combined such as updating the teaching concept， optimizing the experimental content， establishing a diversified assessment mechanism， strengthening the team building and improving the laboratory information construction， the form of “Internet+ experimental” teaching was explored， to promote the improvement of the experimental teaching quality of this course， and provided a reference for the teaching reform of Botany courses.

Keywords" Plant Physiology experiment; blended teaching; information construction; Botany

植物生理學是研究植物生命活動規律的一門學科，是高等農業院校植物類相關專業的必修課和重要的專業基礎課之一。為實現該課程實驗課教學功能集約、資源共享、運作高效和促進創新的教學目標，建立并啟用植物生理學公共實驗室，每年有2 000余人次在該實驗室進行實驗課程學習。實驗室配備了水勢儀、葉綠素儀、葉綠素熒光成像儀和低溫人工氣候箱等儀器設備，常用小型設備可保證1～4人/臺，大大增加了學生動手實踐的機會，實驗教學條件得到明顯改善。

相關學者對植物生理學實驗課程開展了一系列教學改革探索，如加強實驗室建設、教材建設，深化實驗課程體系改革，完善課程考試制度以及創新“教研賽”融合的教學模式等。曾秀存等[1]為加強植物生理學實驗課程建設，通過優化實驗項目和類型，增加教學時數，擴充教學內容，補充課程思政教學內容，以及創新教學模式等方式，取得了良好的教學效果，有效推動了創新應用型人才培養。李華等[2]以創新型人才培養為目標，從教學方法、教學內容和設計、實驗方法及考核方式等方面入手，對植物生理學實驗教學進行改革，以增強學生的學習興趣，提高創新和實踐能力，培養其科學思維能力。劉雪巖等[3]以競賽為依托，將科研前沿引入課堂，以線上教學為紐帶，開展“教研賽”融合式教學模式改革探索，促進了理論與實驗教學的銜接，形成“虛實結合、理實一體化”的教學體系。

隨著“互聯網+”技術的發展和移動終端的普及，信息化教學手段不斷更新，為該課程實驗教學注入了新的活力，推動實驗教學全過程深刻變革。如何充分利用線上優質資源，發揮線上線下教學優勢，解決教學痛點，探索行之有效的實驗教學方式迫在眉睫。本研究以提高學生創新能力為目標，結合校情、學情和課程特點，借鑒相關教學改革經驗，充分利用信息化技術，對該實驗課線上線下混合式教學模式進行改革探究，為相關實驗教學改革提供參考。

1 植物生理學實驗課教學現狀分析

實踐中，該課程實驗教學存在部分環節有待進一步提升。一是實驗教學內容有待進一步豐富，層次有待進一步提高。方玉梅等[4]研究認為，該課程所開設的實驗部分為驗證性的基礎實驗。二是教學模式有待進一步改進。王計平等[5]研究認為，部分教學以教師講授為主，學生被動地根據講解內容進行實驗操作，不利于激發其學習興趣。三是考核方式有待進一步多元化。陳桂平等[6]和陳模芳等[7]研究認為，以學生實驗報告、考勤作為實驗成績評定依據的考核方式無法滿足經濟社會發展對人才培養的新需求，對過程性考核的重視程度有待進一步提高。四是實驗流程有待進一步優化。植物生理學實驗大多以2人為小組合作進行，部分學生可能存在一定依賴性，動手進行實驗操作的積極性和主動性有待進一步提升。

2 植物生理學實驗課教學改革舉措分析

2.1 更新教學理念

李海霞等[8]踐行“學生中心、產出導向和持續改進”的教育教學理念，推進學科、科教融合，推動現代信息技術與植物生產類實驗教學深度融合，延伸了教學時間和空間，注重實驗教學微觀過程，提升實驗教學質量，讓學生在實驗訓練中自主獲得知識、發展能力及提升素質。

2.2 優化教學內容

2.2.1 開發綜合性與設計性實驗 對單一驗證性實驗進行升級優化，整合為綜合性、設計性實驗。如葉綠素含量測定，除95%乙醇浸提比色外，還引進了葉綠素儀，添加了不同發育期、不同生境葉片取樣進行葉綠素含量測定；實驗完成后，將幾組結果進行對比、分析與討論，幫助學生掌握葉綠素含量的不同測定方法，使之加深對葉綠素含量與葉色之間關系的認識。在植物抗逆性測定實驗中，讓學生結合專業特點、個人興趣，通過查閱資料，自主選擇影響因素、抗逆性測定指標，同時引入IMAGE-PAM葉綠素熒光成像儀，對葉片損傷部位直接進行葉綠素熒光檢測、成像，使植物受到的傷害可視化，大大調動了學生的學習興趣，使之理解并掌握現代植物生理分析技術和先進儀器的操作方法。此外，將學科前沿成果融入教學知識體系，開發或更新實驗教學項目，使之融合基礎與前沿、經典與現代，集先進性、探索性、趣味性和實用性于一體。

2.2.2 引入虛擬仿真實驗 何磊等[9]研究認為，虛擬仿真實驗是對實體實驗的有效補充，學生通過虛擬仿真實驗教學平臺，篩選與植物生理學實驗配套的實驗項目，共享線上優質實驗教學資源。例如，植物光合速率日變化測定及原初反應探索虛擬仿真實驗，學生在虛擬實驗室進行LI-COR 6800光合熒光全自動測量系統的組裝、參數設置，以及光合速率日變化和葉綠素熒光參數的測定，從物質和能量兩個角度分析葉片光合過程，加深對光合作用的理解，解決了實驗設備成本高、實驗時間跨度大帶來的實驗室無法完全向本科生開放等問題。實驗結束后，學生線上提交實驗報告，教師及時評價、反饋。學生在仿真情境中可多次模擬實驗，加深實驗印象，提升學習效果。

2.2.3 融入課程思政元素 一是重視安全教育。羅敏蓉等[10]研究指出，實驗室安全教育貫穿實驗前、中、后全過程，讓學生樹立安全意識，養成良好的實驗習慣。實驗課正式開始前，發布實驗使用危化品的安全周知卡，以及相關儀器操作視頻、注意事項等，使學生了解當前實驗項目存在的安全風險和預防措施；實驗過程中，及時糾正學生的不當操作；實驗完成后，要求學生清理實驗室，歸位物品，關閉門窗水電。二是融入思政元素。根據實驗教學內容，找準切入點融入相應的思政元素，如進行植物抗逆性測定時，講述早春時常發生倒春寒的案例，講解氣溫驟降對果蔬造成的不利影響，以及分析農業工作者的積極應對措施，引導學生知行合一，學以致用，培養社會責任感，厚植“三農”情懷。實驗操作過程中，培養學生發現與質疑、探索與創新的科學精神。記錄、分析實驗數據時，引導學生求真務實，遵守學術規范。通過與學生的交流互動，傳遞正向觀點，促進學生全面發展。

2.3 創新教學模式

2.3.1 拓展線上資源 建設線上實驗教學資源庫，形成在線開放課程，內容涵蓋問題導入、實驗過程、儀器使用及注意事項、實驗室安全教育和拓展資源等模塊。設計課前預習、課堂實驗和課后分析3個環節組織教學。首先，課前預習。學生借助網絡平臺提供的實驗教學PPT、微課和相關知識鏈接等教學資源進行線上自主學習、交流討論，并在課前撰寫實驗設計及步驟，強化實驗預習效果，加深對實驗項目的理解，為課堂上的技能訓練和交流討論預留更多時間。其次，課堂實驗。針對預習過程中的難點和共性問題進行解析，通過交流互動，引導學生自主思考、批判質疑；學生獨立自主完成實驗，教師或助教巡查、指導。最后，課后分析。學生完成實驗報告、課后思考題，并進行交流討論，教師對課程教學進行總結和改進。

2.3.2 分層次、分階段組織教學 植物生理學實驗課程獨立設課，共24學時，分為驗證性、綜合性和設計性3個層次。第一階段，結合課程緒論部分及線上視頻（融入所有實驗項目中），講述該節實驗課程的學習方法、安全防護、數據處理、文獻查閱和實驗設計等內容。第二階段，安排驗證性和綜合性實驗，由學生獨立或2人/組完成，全面訓練其實驗技能。第三階段，安排具有一定復雜性、高階性的設計性實驗，實施開放式實驗教學，學生以多人小組為單位完成實驗，培養深度分析、勇于創新的能力。

2.3.3 改進教學方式 對開設的實驗課程進行全面總結，召開學生座談會或進行問卷調查，收集學生的意見，不斷反思教學中存在的問題，并結合實際教學情況提出合理的改進措施，通過總結凝練，形成新經驗、新理念。

2.4 建立多元化考核體系

注重過程性考核，建立多元化考核機制，合理分配該課程實驗預習、實驗過程、實驗設計和實驗報告等要素的權重。期末綜合成績共分為5個部分，一是課前預習，占比10%，包括利用在線資源自主學習、線上交流互動。二是實驗操作過程考核，占比30%，包括積極完成實驗，操作規范，提交實驗關鍵步驟照片和視頻等過程性材料。三是實驗習慣，占比5%，包括認真清洗器皿，清理實驗臺面和物品歸位等。四是考勤，占比5%。五是實驗報告撰寫，占比50%，包括實驗報告內容完整、條理清晰；準確記錄數據和實驗現象，用圖形、表格表示觀察和測量結果；用所學知識合理分析實驗結果。這種考核方式有利于引導學生向“學習、思考、動手和創新”方式轉變，使實驗課程考核方式更具科學性。

2.5 組建教學團隊

實驗教學團隊是實驗教學質量提升的重要力量之一。實驗教學團隊由教師、教輔人員和研究生助教等共同組成，其在教學過程中團結協作，共同參與教學。教師負責教學團隊組建、實驗教學大綱制定等；教輔人員具備扎實的理論知識，熟悉該實驗領域的儀器設備，動手能力強，管理經驗豐富；研究生助教與教師、教輔人員共同維持課堂秩序，答疑，指導學生開展實驗。實驗教學團隊采取“傳幫帶”“老中青”相結合的方式，通過教學培訓、教學觀摩、集體備課、進修、申報實驗教學改革項目以及撰寫實驗教材等系列舉措，不斷提升教學能力和業務水平，形成高水平教授領銜、結構合理、專兼結合和勇于創新的實驗教學團隊，為培養學生的科學思維、實踐能力和創新能力提供堅實保障。

2.6 完善實驗室信息化建設

2.6.1 實驗室教學類信息化 將現代信息技術融入實驗教學中，營造便捷、互動和真實的實驗環境。具體而言，通過虛擬仿真實驗、智慧實驗室、超星學習通、智慧樹、雨課堂、Camtasia Studio、微信和騰訊會議等各類現代化教學平臺和工具，跟蹤了解學生的預習情況，開展有效的師生互動，實時采集學情數據，了解學生對知識的掌握程度，有效開展線上線下混合式教學。

2.6.2 實驗室管理類信息化 將現代信息技術融入實驗室管理的各個環節，有利于提高實驗室的管理和服務水平。宜原原等[11]采用大型儀器開放共享系統，利用其門禁管理、使用培訓、網上預約和實時監測等功能，實現實驗室和大型儀器的全天候開放，保障研究性與創新性實驗的開展。學生可以根據實驗需要，更加便利地進入實驗室，滿足求真探索、科學實踐的需求。

3 植物生理學實驗課教學改革效果及評價

通過該課程實驗教學改革，融合線上教學資源，開展課前、課后討論，培養了學生自主學習、積極合作和善于思考的能力，加深了對實驗內容的理解，并在此基礎上培養了學生優化、創新實驗技術的思維素養，進一步加強了學生將所掌握實驗技術應用在科研中的能力。根據學生表現，以及開展問卷調研及學校組織的評教活動，獲得了較好的教學反饋和評價。

3.1 實驗課程自主完成

通過課前預習、小組討論等環節，學生能按照實驗流程自行操作，準確完成實驗。學生的實驗興趣大幅提升，小組分工合作有序，在實驗過程中遇到問題及時向教師反饋，實驗效果明顯提高。實驗過程中，部分學生會研究如何改進實驗方法，如細胞活體染色及質壁分離形態觀察實驗，撕取洋蔥表皮較為不便，且表皮容易卷曲導致染色不均，學生對此進行改進，能快速獲取平整、一致的洋蔥表皮。實驗操作方法的不斷創新與改進對教師也具有參考意義，實現了教學相長，促進了實驗課程教學效果的提升。

3.2 小組對比設計實驗

原有的實驗內容中驗證性實驗較多，不利于學生自主進行實驗結果的分析。開展實驗教學改革后，鼓勵學生通過分組與合組相結合的方式開展實驗，自行設計實驗處理步驟，分析、討論實驗中遇到的問題，加強了對學生科研思維的培養和對理論知識的理解。例如，在葉綠素含量測定實驗中，學生在校園內選取不同發育期、不同光境下的丁香樹葉片，分組測定后，再合組收集數據進行統計分析，激發了其思辨能力，有利于進一步理解測試指標的含義。

3.3 過程性考核規范操作

對學生實驗操作、儀器使用等實驗環節開展過程性考核，通過提交實驗關鍵步驟的照片和視頻材料，促使學生認真預習、認真操作和細心觀察，并按科研標準完成實驗，培養了其嚴謹治學的求真精神。例如，在小液流法測定植物水勢實驗中，要求學生提交不同濃度梯度的蔗糖溶液中小液滴移動的視頻；硝酸還原酶活性測定實驗中，要求學生提交吸光度值原始數據、實驗測定照片等。通過增加實驗過程性考核，學生的操作更加規范化，更利于獲得準確的實驗結果。

綜上，本文通過一系列改革，建立了完整的、持續改進的植物生理學實驗混合式教學模式，取得了較好的教學效果，提高了學生學習的自主性，激發了其學習興趣和積極性，學生課堂參與率大大提高；融入了學科前沿與先進技術，體現了實驗課程的高階性、創新性和挑戰度；加強了對學生實踐能力和創新能力的培養，提高了其綜合素質。

參考文獻

[1] 曾秀存，許耀照，白生文，等. 課程思政背景下植物生理學實驗課程教學改革與實踐[J]. 河西學院學報，2022，38（5）：104-110.

[2] 李華，薛瑞麗，汪月霞，等. 植物生理學實驗教學改革的探索與實踐：以創新型人才培養為目標[J]. 教育教學論壇，2020（40）：184-185.

[3] 劉雪巖，張蕾，姜曉慶，等. 創新人才培養目標下儀器分析“教研賽”教學模式研究[J]. 大學化學，2024，39（1）：38-43.

[4] 方玉梅，吳靈，黃倩，等. 植物生理學實驗教學改革探索[J]. 六盤水師范學院學報，2019，31（3）：113-116.

[5] 王計平，趙娟，尹美強，等. 新農科背景下植物生理學試驗教學模式的改革與創新[J]. 農業技術與裝備，2022（3）：108-109，112.

[6] 陳桂平，李勝，馬紹英. 《植物生理學實驗》教學改革探究與實踐[J]. 赤峰學院學報（自然科學版），2023，39（7）：85-87.

[7] 陳模芳，李小霞，徐曉舒. 植物生理學實驗教學中存在的問題及建議[J]. 科技視界，2019（1）：208，211.

[8] 李海霞，羅朝喜，豐勝求. “三全育人”理念下植物生產類實驗教學改革實踐[J]. 教育教學論壇，2023（36）：55-58.

[9] 何磊，陳欣，唐建軍，等. 生態系統氮素運轉虛擬仿真實驗的設計與開發[J]. 實驗技術與管理，2020，37（12）：143-148.

[10] 羅敏蓉，張靜，盧麗娟. “課程思政” 理念下實驗室安全教育體系的構建與實踐[J]. 黑龍江教育（高教研究與評估），2021（4）：90-92.

[11] 宜原原，劉亞豐，雷敏，等. 大型儀器共享平臺助力生命科學拔尖創新人才培養[J]. 實驗室研究與探索，2023，42（10）：254-257.

（責任編輯：楊歡）