開放教育中植物生理學實驗教學路徑探討

摘" 要：該文旨在探討在開放大學中實施植物生理學實驗教學的可行性路徑，以解決網絡學習環境下實驗教學面臨的困境，提升學生的實踐能力和學習效果。通過提出虛擬實驗模擬軟件、實驗操作視頻教程、在線實驗課程、家庭實驗、實驗設計項目和網絡實驗討論平臺，以及集中到地方開放大學統一教學等創新方法，有效改善傳統開放教學中實驗教學的不足。結果表明，這些教學策略顯著克服實驗設備和材料不足、難以進行實驗觀察和數據收集、缺乏實驗指導和交流機會及實驗設計和數據分析困難等問題，為學生提供一個更加靈活、互動和高效的學習環境。

關鍵詞：開放教育;植物生理學;實驗;虛擬仿真;實踐能力

中圖分類號：G642.4" " " "文獻標志碼：A" " " " " "文章編號：2096-9902（2025）02-0137-04

Abstract： This paper aims to explore feasible pathways for implementing plant physiology experiment teaching in open universities to address the challenges faced in experimental teaching within online learning environments and to enhance students' practical skills and learning outcomes. By proposing innovative methods such as virtual experiment simulation software， experiment operation video tutorials， online experiment courses， home experiments， experiment design projects， online experiment discussion platforms， and centralized teaching at local open universities， the shortcomings of traditional experimental teaching in open education are effectively improved. The results show that these teaching strategies significantly overcome challenges such as the lack of experimental equipment and materials， difficulties in conducting experimental observations and data collection， the absence of experiment guidance and interaction opportunities， as well as challenges in experiment design and data analysis， thus providing students with a more flexible， interactive， and efficient learning environment.

Keywords： open education; plant physiology; experiment; virtual simulation; practical ability

植物生理學是一門研究植物生命活動的學科，涵蓋了植物的生物化學、生理學和分子生物學過程，包括生長、發育、營養吸收、水分利用、光合作用、呼吸和代謝調節等方面。其研究對于理解植物的生存機制、生長發育過程及其與環境的相互作用至關重要，提供了植物生產、環境保護和農業生產的理論支持和技術指導[1]。植物生理學實驗作為這一學科的重要組成部分，對學生掌握相關知識具有重要意義，有助于理論與實踐的結合，培養實驗設計和操作技能，促進團隊合作和科學思維的培養，有助于理論與實踐相結合，培養實驗設計和操作技能，促進團隊合作，加強科學思維[2]。

開放大學依托現代信息技術，結合“互聯網+”特征，采用線上線下相結合的教學模式，致力于培養應用型人才，服務全民終身學習。在此背景下，建設虛擬教研室和開展虛擬教研活動具有顯著優勢。首先，開放大學的體系辦學優勢為虛擬教研提供了堅實的體制保障。通過國家、省、市、縣各級開放大學及行業企業學院和學習中心組成的網絡化辦學體系，虛擬教研得以順利開展，支持優秀網絡教學團隊的組建。其次，線上線下相結合的教學模式為虛擬教研提供了創新契機，有效解決了學生的工學矛盾，促進了課程建設和教學資源的共建共享。此外，應用型人才培養目標對實踐教學提出更高要求，虛擬教研能夠促進理論與實踐教學的統一，實現名師與行業專家的協作，推動教學創新與發展[3]。

隨著數字化時代的到來，開放大學教育正在重塑現代教育體系，為各學科領域提供新的學習和教學途徑。然而，在當前網絡學習環境下，植物生理學實驗教學面臨諸多挑戰，如缺乏實驗設備和材料、無法進行實驗觀察和數據收集、缺乏實驗指導和交流機會，以及難以進行實驗設計和數據分析。

為克服這些困難，本文探討了將植物生理學實驗教學與開放教育融合的可能性和優勢，旨在創建一個更加靈活、包容、互動和高效的學習環境。這一舉措將為學生提供更多的實踐機會和交流渠道，全面提升其學習效果和實踐能力。

1" 當前開放教育中植物生理學實驗教學的教學困境

1.1" 缺乏實驗設備和材料

在網絡學習環境中，缺乏實驗設備和材料是植物生理學實驗教學面臨的一個顯著挑戰。植物生理學實驗通常需要使用各種儀器和材料來模擬或觀察植物的生長、發育和生理反應。在傳統的實驗室中，學生通過操作實際設備和觀察植物生長過程，可以直觀理解實驗原理并獲得實踐經驗。然而，在網絡學習中，由于無法直接接觸實驗設備和材料，學生無法進行真實的實驗操作，導致幾個關鍵問題。

首先，學生的理解和應用能力受限。沒有實際操作的機會，學生難以鞏固理論知識，導致對實驗原理的理解不夠深入。他們可能無法將理論與實際操作相結合，這種脫節影響了對植物生理學實驗的全面掌握。

其次，學生缺乏實踐經驗。實踐是學習的重要組成部分，通過實驗操作，學生可以培養實驗技能和操作能力。然而，缺乏實驗設備和材料意味著學生無法進行實際操作，進而無法獲得必要的實踐經驗，這種缺失嚴重影響了學生的動手能力和實際操作水平。

最后，學習動力可能會不足。由于無法進行實際的實驗操作，學生可能對學習植物生理學實驗失去興趣，導致學習動力降低，從而影響整體學習效果。沒有實際操作的參與感，學生可能感到學習枯燥乏味，進一步削弱其學習積極性。

綜上所述，如何在網絡學習環境中克服實驗設備和材料的不足，提升學生的理解力、實踐能力和學習動力，是亟待解決的重要問題。

1.2" 難以進行實驗觀察和數據收集

在網絡學習環境中，缺乏實驗觀察和數據收集是植物生理學實驗教學面臨的一個關鍵挑戰。實驗觀察和數據收集對于深入理解植物的生長、發育和生理反應過程至關重要。然而，學生在網絡學習中無法直接觀察植物的生長過程，也無法進行實驗數據的收集和記錄，導致一系列問題。

首先，學生的理解受限。沒有實驗觀察的直接體驗，學生只能通過文字、圖片或視頻獲得信息，這種間接的學習方式限制了他們對植物生長、發育和生理反應過程的直觀理解，影響了對實驗原理的深入掌握。

其次，數據收集的不足嚴重影響了實驗的完整性。無法進行實驗數據的收集和記錄，意味著學生缺乏數據支撐，無法進行有效的數據分析和實驗結果驗證。這種缺失使得學生難以理解實驗結果，也無法得出準確的實驗結論，從而影響科學思維的發展。

此外，實踐經驗的缺失是另一個顯著問題。實驗觀察和數據收集是實踐性學習的核心環節，缺乏這些環節，學生無法積累實踐經驗，無法培養實驗操作技能和科學思維能力。這種實踐經驗的不足限制了學生在實際操作中的能力提升。

最后，學習動力可能因此降低。由于無法進行實際的實驗觀察和數據收集，學生可能對植物生理學實驗的學習失去興趣，導致學習動力下降，進一步影響整體學習效果。

綜上所述，網絡學習環境下缺乏實驗觀察和數據收集的局限，嚴重影響了學生對植物生理學實驗的理解、實踐能力的培養及學習動力的維持，是需要重點解決的問題。

1.3" 缺乏實驗指導和交流機會

在網絡學習環境中，缺乏實驗指導和交流機會是植物生理學實驗教學中的顯著挑戰。傳統的實驗室環境下，學生能夠與老師和同學面對面交流，及時獲得指導并解決實驗中的問題。然而，在網絡學習中，學生面臨著多重困難。

首先，學生缺乏實時指導。由于無法在實驗操作過程中獲得老師的及時反饋，學生在遇到問題時可能難以及時解決，這會影響實驗的順利進行和整體學習效果。

其次，學生可能感到孤立和缺乏支持。缺乏與老師和同學的面對面交流，學生可能會感到孤立，無法獲得所需的幫助和情感支持，從而影響學習體驗和動力。

另外，學生無法與同學進行經驗和解決方案的分享。沒有交流討論的機會，學生無法從他人的實驗經驗中學習，也難以借鑒解決方案，這限制了學習的深度和廣度。

最后，學生在遇到復雜實驗問題時，可能無法及時獲得有效的解決方案。這種情況下，學習進度可能會受阻，進一步影響學習效果。

總的來說，網絡學習中缺乏實驗指導和交流的機會，使得學生在學習過程中面臨孤立感和支持不足的問題，難以及時解決實驗中的困難，從而影響了學習效果和實驗能力的培養。這是網絡學習中亟需解決的關鍵問題。

1.4" 難以進行實驗設計和數據分析

在網絡學習環境中，實驗設計和數據分析的指導不足是植物生理學實驗教學面臨的一個關鍵挑戰。實驗設計和數據分析是理解植物生理過程和獲得可靠實驗結果的核心環節，但在網絡學習中，學生可能遇到多個困難。

首先，學生缺乏實驗設計和數據分析方面的指導和支持。由于無法與老師面對面交流，學生可能得不到及時的反饋和建議，導致實驗設計和數據分析過程中的困惑無法及時解決，影響學習效果。

其次，理論與實踐之間的脫節是一個常見問題。雖然學生掌握了理論知識，但在實驗設計和數據分析中，他們可能無法有效應用這些知識，導致實驗設計不完善或數據分析不準確，影響實驗結果的有效性。

此外，技術和工具的不足也是一大挑戰。實驗設計和數據分析通常需要使用專業軟件和工具，而學生可能缺乏這方面的技術經驗，難以進行系統和科學的數據處理和分析，進一步限制了其實驗能力。

最后，數據質量問題也是一個關鍵挑戰。由于缺乏實驗操作的指導和監督，學生在數據采集過程中可能出現問題，導致數據質量不佳，進而影響后續的數據分析和實驗結論的準確性。

綜上所述，網絡學習中實驗設計和數據分析的指導缺乏，使學生在實驗過程中面臨多重挑戰，阻礙了他們對植物生理學實驗的深入理解和實踐能力的提升，這是需要重點解決的問題。

2" 開放教育中植物生理學實驗的教改思路

針對當前網絡學習植物生理學實驗遇到的困境，以下是一些可能的解決方案。

2.1" 開發虛擬實驗模擬軟件

虛擬實驗模擬軟件是一種利用計算機技術模擬實驗過程和結果的工具，通過圖形化界面和交互式操作，學生可以在計算機上進行植物生理學實驗操作，如調整實驗條件、添加藥劑、觀察植物生長和生理反應等[4-6]。該軟件能夠模擬植物在不同環境條件下的生理反應，如光合作用、呼吸作用和水分吸收等，幫助學生觀察和理解這些過程。虛擬實驗模擬軟件還具備交互式學習功能，允許學生根據需求自由探索實驗，糾正錯誤操作并通過重試加深理解。此外，該軟件可以模擬多種類型的實驗，涵蓋植物生理學的各個方面，為學生提供豐富的實驗體驗。這種方式有效彌補了實際實驗的缺陷，提升了學生的實踐能力和對植物生理學原理的理解，促進了網絡學習環境中的實驗教學效果。王京等[7]闡述了虛擬仿真技術在ICP-OES實驗教學中的應用，展示了其良好的實驗教學效果。

2.2" 實驗操作視頻教程教學

實驗操作視頻教程是一種通過視頻展示實驗操作步驟和技巧的教學方法，旨在培養學生的實驗操作技能。教師或專業人士制作詳細的視頻教程，涵蓋實驗準備、操作步驟、注意事項等內容，并特別強調關鍵技巧和安全注意事項。視頻逐步展示實驗過程，包括準備實驗器材、調配試劑、操作實驗儀器等，每個步驟配有文字說明，確保學生清晰理解操作過程。學生可以實時觀看視頻，也可反復觀看以加深理解，并根據視頻中的指導進行自主學習和實踐，通過模仿操作步驟提高實驗操作的熟練度。實驗操作視頻教程為網絡學習環境中的學生提供了清晰的實驗指導，彌補了缺乏實驗室環境的不足，幫助學生在自主學習中有效培養和提升實驗操作技能，促進植物生理學實驗的有效學習。目前已有許多視頻網站可供學生進行實驗視頻的觀看學習，例如中國慕課網。

2.3" 在線實驗課程教學

在線實驗課程通過網絡平臺提供實驗演示和解說，旨在幫助學生學習實驗原理和操作方法。專業老師設計課程內容，包括實驗介紹、目的、步驟和結果分析，并錄制實驗演示視頻，詳細展示實驗過程中的每個步驟和關鍵點，如器材準備、試劑配制、操作步驟演示和數據記錄等。在視頻中，老師對每個操作步驟進行解說，介紹其目的、原理和注意事項，幫助學生理解實驗過程并提高操作的準確性。此外，在線實驗課程還提供互動交流機會，學生可以與老師在線討論，解決疑惑，深化對實驗內容的理解。課程還可能配備學習資源和輔助材料，如實驗手冊和參考資料，供學生進一步學習和鞏固知識。通過這些方式，在線實驗課程在網絡學習環境中為學生提供了豐富的實驗演示和專業指導，全面提升了學生的實驗操作技能和科學思維能力，有效支持植物生理學實驗的學習。李巖等[8]在燕山大學通過構建在線實驗課程，創新了無機化學的實驗教學模式，提升了學生的學習效率。

2.4 探索家庭實驗

探索家庭實驗是一種鼓勵學生在家中進行簡單植物生理學實驗的教學方法，通過利用家庭植物或種子進行觀察和實驗操作，增加學生的實踐經驗和探究樂趣。老師可以選擇適合在家中進行的實驗項目，如種子發芽、光合作用和水分吸收實驗等，幫助學生在家庭環境中進行科學探究。學生需準備所需材料，如種子、花盆和土壤等，并按照實驗步驟操作，觀察植物的生長過程，記錄并分析關鍵數據，如發芽率和生長速度。實驗結束后，學生可以分享實驗結果，與老師和同學進行討論和交流，從而加深對植物生理學原理的理解。這種教學方法不僅提升了學生的實驗操作能力和觀察力，還培養了其科學思維能力和獨立探究精神，為進一步的學習奠定了堅實基礎。

2.5 實驗設計項目

實驗設計項目是一種開放式教學方法，鼓勵學生自主選擇植物生理學實驗主題并設計實驗方案，通過文獻調研、數據分析等方式進行實驗性學習。學生首先根據興趣選擇實驗主題，并進行文獻調研以了解相關研究背景和已有成果。隨后，學生制定實驗設計方案，明確實驗目的、假設、實驗組設計、方法和步驟，確保實驗的科學性和可行性。接著，學生按照設計方案進行實驗操作，采集并記錄關鍵數據。在實驗完成后，學生對數據進行統計分析，并通過報告、海報或演示文稿呈現結果，客觀評價和解釋實驗結果，討論其意義和局限性。通過參與實驗設計項目，學生能夠提升實驗設計和科學研究能力，培養科學思維和創新能力，激發學習興趣與探究欲望，同時促進綜合素質的全面發展。

2.6 搭建網絡實驗討論平臺

網絡實驗討論平臺是一種在線平臺，旨在為學生提供交流分享實驗經驗和解決實驗問題的機會，促進學生之間的交流與合作。教師或教育者建立該平臺，可能采用網絡論壇、社交媒體群組或在線學習管理系統等形式。學生可以在平臺上發布實驗經驗、分享心得體會和實驗結果，描述實驗過程中的關鍵步驟和問題解決方法。學生還可以提出實驗中的問題，并通過互助式討論獲得解答和建議，促進相互學習和幫助。教師在平臺上提供指導和監督，回答問題并參與討論，增強學生間的合作。此外，平臺還支持資源共享，學生可以分享實驗技巧、操作指南、數據分析工具等，積累知識和資源。通過網絡實驗討論平臺，學生在一個開放、互動的環境中交流實驗經驗，解決問題，促進合作，拓展學習視野，培養團隊合作意識，提升學習效果和實踐能力。

2.7" 集中地方開放大學進行統一實驗教學

通過將開放學員集中到距離較近的地方開放大學，并由教師統一到這些地點進行實驗教學，可以有效提升實驗教學的效率和質量。江蘇開放大學下設的74個辦學點覆蓋全省市縣，便于學員前往參加實驗課程。教師根據教學計劃，提前準備實驗教材和設備，在地方開放大學進行集中授課，演示實驗操作，講解實驗原理和操作技巧，并指導學員進行數據記錄和分析。學員在實驗教學中積極參與，互動交流，共同解決問題，增強實踐能力和學習效果。實驗結束后，進行教學評估和反饋，以優化教學質量。此方法利用了地方開放大學的資源，降低了學員的學習成本和時間成本，改善了網絡學習環境下實驗教學的困境，提供了更好的學習體驗和環境，有效提高了學生的學習效果和實踐能力。

3" 結束語

在本文中，我們探討了開放教育環境下植物生理學實驗教學面臨的諸多挑戰，并提出了針對性解決方案。首先，針對實驗設備和材料的缺乏問題，提出了通過開發虛擬實驗模擬軟件、實驗操作視頻教程和在線實驗課程等方式，彌補傳統實驗教學的不足，幫助學生在虛擬環境中獲得實驗操作技能和理論理解。其次，針對實驗觀察和數據收集困難的問題，我們建議通過探索家庭實驗和實驗設計項目，讓學生在家中或自主環境中進行簡單實驗操作，從而提升其實踐經驗和數據分析能力。此外，利用網絡實驗討論平臺，促進學生之間的交流和合作，彌補了因缺乏面對面指導和交流而導致的學習動力不足和孤立感。最后，通過集中地方開放大學進行統一實驗教學，進一步提高實驗教學的效率和質量，優化學習體驗。盡管開放教育面臨質量保證、技術支持等挑戰，但通過這些創新路徑的實施，植物生理學實驗教學將在靈活性、互動性和效果上得到顯著提升，為學生提供更加豐富和高效的學習體驗，同時推動教育的創新與發展。

參考文獻：

[1] 馬小英，賈方興，呂沫，等.“以學生為中心”的植物生理學實驗教學設計初探[J].高校生物學教學研究（電子版），2022，12（1）：43-47.

[2] 王小菁.植物生理學（第8版）[J].生命世界，2019（5）：2.

[3] 伊基紅.開放大學在線課程虛擬教研創新研究[J].人才教育理論，2024（19）：109-112.

[4] 陳海軍.虛擬教研的方式及其應用[J].中國校外教育，2016（32）：11-12.

[5] 孔亞暐，崔艷秋，王亞平，等.“新教研”：課程（群）類虛擬教研室建設路徑研究[J].高教學刊，2023，9（10）：23-26.

[6] 桑新民，潘華東.虛擬教研模式的構想與實踐[J].人民教育，2001（8）：17-20.

[7] 王京，丁飛，邱曉航.虛擬仿真技術在ICP-OES實驗教學中的應用[J].實驗技術與管理，2021，38（5）：145-148.

[8] 李巖，郭文鋒，沙鷗，等.在線課程混合教學模式構建——以無機化學實驗為例[J].廣東化工，2024，51（10）：182-183.

基金項目：江蘇開放大學課程建設項目（1044152ZL2023/015）

第一作者簡介：杜迎春（1987-），女，博士，講師。研究方向為農業開放教育與社會教育，農業微生物資源挖掘。

*通信作者：王琳（1980-），女，博士，副教授。研究方向為農業開放教育與社會教育，農業廢棄物資源化利用。