新農科建設背景下基于國家級實驗教學平臺的課程教學改革

［摘 要］新農科建設背景下，實驗教學是高等教育的重要環節，探討如何強化實驗類課程建設，培養學生的實踐能力和創新能力顯得尤為重要。儀器分析實驗作為農林院校環科類、理學類等專業重要的基礎實踐型課程，在培養面向21世紀、具有一定創新能力的復合應用型人才過程中發揮著舉足輕重的作用。課程組依托山西農業大學農業資源與環境國家級實驗教學示范中心這一教學平臺，以行業需求和社會期望為導向，對該課程的教學目標、教學內容、教學模式、課程考核等方面進行系統改革，構建了以學生發展為中心，更加合理、更加完善的實驗教學體系，以期實現實驗教學從教師主導向學生主導的轉變，構建適用于農林院校環境科學專業多元化人才培養的立體化實踐教學模式。

［關鍵詞］儀器分析實驗；實驗教學平臺；實踐教學改革；新農科

［中圖分類號］G642.423 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2025）09-0072-05

高等教育是一個國家和社會發展不可或缺的重要組成部分，是培養高素質人才的重要途徑，而課程是人才培養的核心要素，課程質量直接決定人才培養質量[1-2]。在落實立德樹人根本任務，全面開展一流本科課程建設的背景下，開展教育教學改革是優化課程的重要驅動力[3]。目前，在深化高等教育改革的浪潮中，學生創新能力和綜合素質的培養已成為一個根本性的指導思想，實驗教學作為高等教育的重要環節，是培養學生創新能力和綜合素質的重要途徑[4-5]。實驗教學有助于學生深化對理論知識的理解，培養學生分析解決問題和開展科學研究的能力、團隊合作精神。

教育部于2018年提出新農科發展理念，并大力提倡全國高校開展與新農科相關的實踐研究[6]。新農科建設背景下農林院校課程建設的重點包括推進課程體系、實踐教學、協同育人等方面的改革，為鄉村振興提供更堅實的人才保障[7]。儀器分析實驗課程是農林院校重要的基礎實驗課程，涉及環境科學、農業科學、食品科學、生物科學等多學科領域，在培養應用型人才過程中起著至關重要的作用[8-9]。該課程是在儀器分析理論課程的基礎上配套開設的一門實驗課程，旨在使學生熟練地掌握儀器分析基本操作技能，了解儀器的基本構造，加深理解和鞏固儀器分析相關理論知識。該課程的教學目標是讓學生全面掌握各種實驗分析儀器的操作方法，并能夠運用所學儀器分析相關知識解決實際問題。因此，儀器分析實驗課程教學對培養學生的操作能力、創新精神和科研素養具有重要作用。

隨著我國科學技術的飛速發展，新的儀器設備和分析方法不斷涌現，為實驗提供了更高靈敏度、更多選擇性以及更強分析能力的技術支撐[10]。因此，儀器分析實驗課程對儀器的性能具有顯著的依賴性。山西農業大學作為我國著名高等農業學府和全國首批深化創新創業教育改革示范高校，目前擁有國家級平臺8個、省部級平臺（基地、資質）159個。其中，農業資源與環境實驗教學示范中心在整合農業環境與監測實驗示范教學中心、資源環境虛擬仿真實驗中心、環境監測中心的基礎上，于2016年被批準為國家級實驗教學示范中心。該中心目前擁有儀器設備1423臺（件），5萬元以上大中型儀器設備50臺（件），為儀器分析實驗課程教學構筑了堅實的基礎。

在此背景下，課程組依托山西農業大學農業資源與環境國家級實驗教學示范中心，著眼于培養適應社會需要的復合型、應用型人才，以創新人才培養機制為導向，對環境科學專業儀器分析實驗課程的教學目標、教學內容、教學模式、課程考核等方面進行了系統改革，旨在構建適用于農林院校環境科學專業多元化人才培養的立體化實踐育人模式。

一、儀器分析實驗課程存在的教學痛點問題

實驗課教學不同于專業理論課教學，該類課程對實驗儀器和實驗場地的依賴性較強，對學生的實驗操作能力要求較高。相對于理論課教學，實驗課教學長期處于從屬和輔助地位，使得其教學質量整體落后于培養體系的其他環節。在新時代國家人才戰略要求下，儀器分析實驗課程面臨較大挑戰，其教學主要存在如下三方面痛點問題。

（一）課程教學模式單一

目前，儀器分析實驗課程仍舊采用課前學生預習實驗操作指導，課上教師講授實驗操作流程并指導學生規范完成實驗樣品前處理及儀器操作等步驟，課后學生根據計算公式對實驗數據進行處理并完成實驗報告的教學模式。然而，這種傳統的多人實驗的授課模式過于看重學生的實驗報告結果，對學生的實驗操作過程關注較少，不利于學生對實驗操作原理的真正理解和掌握。

（二）課程相關教學儀器更新緩慢

在我國高等教育招生規模不斷擴大的背景下，盡管教學相關實驗室場地和儀器設備數量也在相應增加，然而人均實驗儀器設備數量不足的問題仍舊存在。受實驗室場地規模和實驗儀器數量的限制，儀器分析實驗課程教學通常以多人分組的方式進行，導致部分學生只能觀摩，實際動手操作的機會較少。這種教學方式使得綜合性和創新性實驗難以開展，不利于學生創新思維和創新能力的培養。

（三）課程考核評價方式不全面

課程考核機制不夠完善，評價方式單一，主要考核實驗報告完成情況，對實驗操作技能的考核較少。這樣的考核機制難以準確評價學生對實驗操作技能的掌握程度以及分析解決問題的能力。因此，須盡快建立完善的課程考核體系，以激發學生的學習熱情，提升學生的實踐技能。

二、儀器分析實驗課程教學改革路徑

（一） 更新課程目標，融入思政教育

根據新農科建設對培養卓越農林人才的需求，課程組結合環境科學專業對畢業生知識、能力及素質的要求，構建思政教育與專業教育有機融合的課程體系，始終將立德樹人作為核心育人目標，培養學生的專業倫理、科學思維和科學素養。在專業倫理培養方面，通過實驗流程操作規范和實驗數據處理的講解，引導學生要堅守道德和誠實原則；在科學思維培養方面，加強學生對不同實驗儀器操作特點和應用條件的了解，指導學生針對不同的檢測對象和檢測體系來制訂合適的解決方案；在科學素養培養方面，著重培養學生追求真理的科學精神，并有效地提升他們的團隊精神和愛國主義精神。通過課程思政的融入，儀器分析實驗課程不斷深化教學改革，真正做到為黨育人、為國育才，著力培養能擔當民族復興大任的時代新人。

（二） 優化教學內容，激發學習熱情

目前，儀器分析實驗課程仍采用傳統的教師講授實驗原理和操作方法、學生按照實驗步驟開展實驗的教學模式，這導致學生的實驗興趣降低，不利于學生解決實際問題能力的提高。因此，課程組依托農業資源與環境國家級實驗教學示范中心，進行了儀器資源整合、教學內容重構、實驗體系重建等方面的系統改革，探索構建了以提升學生能力為中心的儀器分析實驗教學模式。

1.儀器資源整合

農業資源與環境國家級實驗教學示范中心擁有的儀器設備完全可以滿足該課程的需要（見表1）。然而，以往的儀器分析實驗教學并未對農業資源與環境國家級實驗教學示范中心的儀器進行充分利用，教師只是選取個別儀器進行講授，學生以小組形式開展實驗操作。每組學生10人左右，這就很難保證每個學生都有機會進行實踐操作，大部分學生只能觀摩，這導致學生做實驗的興趣不強、積極性不高。針對這一問題，本研究根據現有儀器實驗設備，以儀器利用最大化為原則，先將實驗設備按照原理進行分類，改變教師指定實驗內容的做法，讓學生根據學習興趣自主選擇實驗儀器進行分組實驗，并進行實驗結果分析。

2.教學內容重構

在對農業資源與環境國家級實驗教學中心的實驗儀器進行分類整合的基礎上，將實驗內容劃分為常規實驗和自主創新設計實驗兩種（見表2）。常規實驗屬于驗證性實驗，教師主要講解實驗原理、儀器設備的使用方法以及在實驗過程中的注意事項，學生參照實驗教材進行實驗操作，同時教師需及時糾正在指導實驗過程中發現的錯誤，主要培養學生的實驗安全知識素養和儀器規范操作技能。自主創新設計實驗是指學生在順利完成常規實驗后，根據興趣深入自主學習，以團隊的形式對實驗設計、實驗操作和數據處理進行全程分工協作，自主完成2～3次創新設計實驗，并提交實驗報告。該類實驗實現了教師從“實驗主導”到“實驗指導”身份的轉變，學生從實驗操作的“執行者”轉變成實驗操作的“設計者”。授課教師主要針對學生在實驗過程中遇到的問題給予指導，確保實驗操作的規范性和安全性。通過對實驗教學內容的重構，培養學生解決實際問題的能力和科學思維，激發學生的學習興趣，提高學生的參與度。

3.實驗體系重建

結合“金課”的“兩性一度”（高階性、創新性和挑戰度）標準，通過儀器資源整合和教學內容重構，將學生對儀器分析實驗從最初的驗證認知階段上升為實踐應用階段，最終培養學生的綜合創新能力。其中，驗證認知階段主要是在特定任務驅動下以專業技能和實驗素質鍛煉為主，側重對理論知識的強化學習；實踐應用階段則強調科學研究能力的培養和提升，是學生自主探索的關鍵環節。學生綜合創新能力的培養是適應創新型、復合型、應用型人才的需求，屬于實驗教學的高階目標，具有一定的挑戰度，是實驗教學“金課”建設的重要方向。

（三） 改革教學模式，提高教學效果

隨著教育理念的不斷創新和教育技術手段的不斷革新，單一的傳統講授教學模式已不能滿足學生個性化發展的需要。為了真正實現“以學生為中心”的人才培養目標，課程組構建了“課前線上預習+實驗室線下授課+課后線上總結”的“線上+線下”混合式教學模式，既體現了教師在課堂教學過程中的引導作用，又使學生可以多形式和多渠道地獲取知識，培養了學生的創新意識和創新能力，使實驗課程更具活力，從而提高教學效果。

1. 課前線上預習

在實驗課線下授課之前，教師利用超星學習通平臺發布預習任務及資料。資料涵蓋儀器設備在特定領域的實際運用案例、儀器設備使用指南、實驗過程中的安全指導以及實驗教學微視頻等。學生完成線上預習后，教師發布課前測驗題來評估學生對實驗操作原理的掌握程度，并安排課前線上討論，以便及時了解學生的薄弱之處，進而據此修改教案。超星學習通平臺能將課前線上預習過程數據記錄下來，作為課程后續評價的參考依據。

2.實驗室線下授課

教師在進行實驗室線下授課前，依據學生線上預習的情況，總結學生學習過程中存在的疑問及難點；在線下實驗室授課過程中對重點內容進行針對性講解，以幫助學生更深入、細致地把握實驗操作的關鍵點和細節。教師完成實驗演示后，組織學生分組開展實驗，組員協調分工完成實驗樣品前處理、溶液配制、儀器操作和數據處理等任務。

在學生開展實驗的過程中，教師主要對學生操作的不足之處予以糾正，并積極引導學生自主發現并解決問題。此外，教師全程觀察并記錄學生的表現，對學生的實驗素養、實踐能力和團隊協作精神進行實時評分，這些評分將作為最終考核評價的重要參考依據。

3.課后線上總結

實驗結束后，為了全面評估學生的實驗操作能力，可利用超星學習通平臺讓學生再次復習實驗操作相關知識并完成課后測試題，同時要求學生撰寫實驗報告。實驗報告內容除涵蓋常規的實驗目的、原理、儀器與試劑、步驟、結果分析及注意事項外，還應有本次實驗的收獲與不足、個人建議等內容。

教師依據學生的課后線上測試成績和實驗報告成績，及時了解學生對本次實驗課程內容和操作步驟的掌握程度，歸納整理學生實驗過程中遇到的問題以及教學過程中的不足之處，進而不斷完善實驗教學方案和教學模式。此外，針對實驗教學內容陳舊的問題，教師可以借助線上平臺把查閱到的、與實驗內容緊密相關的最新科研文獻及資料及時向學生推送，不斷拓寬學生的學習視野，最終實現以學生為中心的因材施教和讓學生自主學習的目的。

（四） 完善評價體系，實施全方位評價

課程考核評價是規范實驗教學的重要環節，能有效反映學生對實驗操作的掌握程度，對學生的學習積極性、主動性和學習方法具有重要的影響與導向作用。因此，課程組在改革過程中采用了過程性考核和終結性考核相結合的方法，將課程考核貫穿整個教學過程，對課程學習效果實施全方位評價（見圖1）。

1.統籌多元評價，過程結果并重

采用多元化評價方式，將過程性評價（50%）和終結性評價（50%）相結合。其中，過程性評價通過課堂表現、隨堂測驗、實踐能力評價三方面來體現。課堂表現評價：主要考查學生的出勤情況、學習態度以及交流互動情況，占總成績的5%。隨堂測驗評價：在課前和課后利用線上平臺對學生進行測驗，以便及時了解學生對儀器分析實驗知識點的掌握程度，占總成績的10%。實踐能力評價：包括常規操作實驗評價（15%）和自主創新設計實驗評價（20%）兩部分，主要考核學生的實踐操作能力、合作協調能力和解決問題能力。終結性評價以學生提交的實驗報告為評價對象，側重實驗數據處理與分析（35%）、實驗過程反思（10%）以及學習心得（5%）等方面的考查。多元化評價不僅能夠對學生的學習情況進行準確評估，還可以推動學生綜合素質的全面提升。

2.利用平臺工具，量化實驗過程

利用超星學習通平臺設置自主學習任務點和實驗課程相關測試題，考查學生自主學習成效。采用多種形式對各實驗環節的任務進行量化，涉及線上考勤、儀器操作視頻觀看、相關資料查閱、討論參與、綜合測試等各項具體任務，學生的實驗表現將作為最終評價的支撐材料。

三、結語

本研究基于新農科建設要求及山西農業大學農業資源與環境國家級實驗教學示范中心，將“問題需求、任務驅動、實踐提升”教育理念融入課程教學中，以學生為中心，以行業需求和社會期望為導向，根據環境科學專業對畢業生的知識、能力及素質要求，通過教學目標更新、教學內容優化、教學模式改革、評價體系完善等改革手段，突破傳統實驗教學模式單一和教學內容深度廣度不足的限制，讓學生從實驗的執行者變成實驗的設計者，提升了學生的綜合創新能力，為農林院校相關實驗課程改革提供了新思路。

［ 參 考 文 獻 ］

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［責任編輯：鐘 嵐］