基于全國大學生生命科學競賽的植物學開放創新實驗教學改革研究

［摘 要］開放創新實驗已經成為高校人才培養中的重要環節。文章針對目前植物學開放創新實驗教學中存在的問題，基于全國大學生生命科學競賽開展了教學改革研究。浙江大學植物學課程教學團隊和生物國家級實驗教學示范中心依據競賽數據以及本科生創新思維和能力培養的需求，建立了全面開放平臺，重構了實驗內容，改革了教學模式，為學生提供了自主化、個性化、階段化的實驗資源和教學指導，顯著提高了植物學實驗教學效果，為深化以“賽”促“教”、以“賽”促“學”的教育理念， 以及培養高素質創新人才提供了參考。

［關鍵詞］全國大學生生命科學競賽；植物學；開放實驗；教學改革

［中圖分類號］G642.0 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2025）11-0001-05

植物學實驗課程是生物科學類或農林園藝等相關專業的一門基礎必修課或專業課[1]。傳統植物學實驗課程因學科特點，形成了固化的教學內容、教學模式[2]。植物學實驗教學內容和模式對整個植物學課程的教學效果具有決定性作用。傳統實驗教學往往更注重理論的驗證和再現，導致學生難以將所學理論知識應用到實踐中，缺乏綜合實踐操作能力和創新思維。傳統實驗內容更新緩慢，往往使用固定的實驗指導書和實驗項目開展教學，這些實驗可能已經過時或未能反映最新的科研成果和技術，這使得學生難以接觸到前沿的科學研究，也阻礙了其對新知識的獲取和應用[3]。

在本科人才培養過程中，實踐教學是培養學生創新能力的重要環節之一。然而，在傳統的植物學實驗課程教學中，存在部分學生實踐訓練強度不夠、創新能力培養不足等情況，難以滿足植物學學科發展和新時代對高校創新人才培養的要求。隨著數字賦能高等教育實踐教學改革的深入，探討如何拓展實驗教學內容、變革教學模式，以及更好地激發學生的興趣、培養其創新思維和能力，已成為植物學實驗教學改革的重點。

在創新驅動發展戰略背景下，把學科競賽作為大學生創新實踐能力提升的練兵場將是最有效的教育途徑[4]。大學生通過參加競賽，能夠掌握與生命科學領域相關的基本實驗技術和方法，提升自身綜合素質和創新能力[5]。開放創新實驗教學作為培養學生實踐能力、創新能力、科學精神的載體，推動了個性化、自主化、分級化教學的發展，促進了學生知識、能力、素質的全面進步。因此，以學科競賽為抓手，以實驗課程的育人需求為導向，圍繞建立開放平臺、重構實驗內容、改革教學模式等方面開展植物學開放創新實驗教學改革研究，對于提高教學效果和提升人才培養質量具有重要意義。

一、競賽背景下加強植物學開放創新實驗的必要性

2021年，全國大學生生命科學競賽正式被納入“全國普通高校大學生競賽排行榜”[6]，每年舉辦一屆，分為創新創業類和科學探究類兩個賽道。創新創業類競賽主要以研究成果或創業活動作為參賽作品，重視項目結果評價。科學探究類競賽堅持“興趣驅動、科學探究、過程評價、能力提升”的方針，主要通過自主設計實驗或野外調查來尋找并解決生命科學問題，重在研究過程評價，受到了更廣泛的關注。

浙江大學生物國家級實驗教學示范中心（以下簡稱中心）作為全國大學生生命科學競賽（科學探究類）的秘書處單位，負責協助落實科學探究類競賽（以下簡稱競賽）的有關工作。浙江大學植物學課程教學團隊（以下簡稱教學團隊）對競賽相關數據進行了分析，發現近五年參賽學校數、隊伍數和學生數逐年增加（見圖1）。2020—2024年，競賽共吸引來自全國629所高校16732個團隊的69938名學生和23501名指導教師參加，可見競賽的影響力較為深遠。由表1可知，雖然參賽團隊數量逐年增加，但與植物學相關的三個學科領域中，植物學與植物生理學、植物生產類（農學）參賽團隊總數為2385個，占全部參賽團隊數量的14.26%，而野外實習類（植物學）的參賽團隊數量只有35個，占比0.21%。

與參賽團隊數量較多的微生物學、生物化學與分子生物學兩個熱點學科相比，植物學實驗教學改革需要進一步深化，以激發學生對植物學的興趣，培養其創新思維能力。

二、基于競賽的植物學開放創新實驗教學改革

開放式創新實驗教學以學生為主體、教師為引導，形成以驗證性實驗為基礎、以綜合性實驗為引領、以探索創新性實驗為目標的教學模式[7]。國內很多高校植物學課程雖開設了開放創新實驗，但由于資源、空間等限制因素，存在實驗設計性和綜合性不強、教學方法保守等問題，沒有充分體現此類教學的多元性、開放性和交叉性，不利于培養具有創新能力和科研思維的高素質人才。

針對目前浙江大學（以下簡稱我校）在植物學開放創新實驗教學中存在的問題，教學團隊依托競賽的影響力，主要通過建立開放平臺、重構實驗內容、改革教學模式等途徑，不斷完善開放創新實驗教學體系，在促進植物學教學改革、提升學生自主創新能力、深化中心內涵式發展三個方面形成合力，實現學生、教學團隊和實驗中心三個層面的“共贏”。

（一）建立開放平臺

實驗室面向本科生開放是提升學生自主創新能力的重要路徑[8]。中心堅持“通專融合，開放交叉”的人才培養理念，于2010年建成了大學生綜合創新開放實驗室，這是一個專門為培養大學生的科研創新意識和能力、提高大學生綜合素質而設立的生命科學類課外訓練平臺[9]。開放實驗室設有實驗操作區、學習討論區、細胞培養室等多個功能區域，并由專職教師進行管理，全時間段面向在校本科生開放。通過不斷改善實驗條件、提高管理水平和共享運行機制，開放實驗室為本科生培養提供了自由的學習空間、先進的儀器設備和堅實的技術支持。此外，平臺專職教師和課程指導教師的雙重指導，促進了學生自主探究能力向高水平方向發展，對于滿足學生差異化的學習需求和優化大學生創新能力培養體系具有重要意義。

（二）重構實驗內容

如表2所示，我校原有的植物學實驗項目雖然包含了基礎操作和應用技能訓練，但實驗內容以驗證性實驗為主，各項目間的聯系不夠緊密，缺乏設計性和研究性，難以滿足拔尖創新型人才培養的需求。

表2 植物學（分類學部分）實驗項目

[序號 實驗內容 類型 學時 1 植物學實驗基本技能 驗證性 2 2 藻類、地衣植物觀察及植物標本的采集和制作方法 驗證性 3 3 苔蘚、石松類、蕨類植物觀察及植物營養器官的形態描述 驗證性 3 4 裸子植物觀察及植物生殖器官的形態描述 驗證性 3 5 花程式、花圖式的記錄方法和植物分類檢索表的使用 驗證性 2 6 種子植物分類學習 綜合性 2 7 校園植物實習 綜合性 3 8 課外拓展：模式植物栽培、植物視頻拍攝制作 綜合性 1 ]

學科競賽的本質是培養學生解決學科實際問題的能力[10]。將競賽解決問題模式引入實驗教學，設計分層實驗模塊。在綜合性實驗中借鑒競賽模式，采用任務驅動法引導學生自主探究。學生自主選題或提出問題，并利用課余時間和開放平臺進行綜合性、創新性實驗。

以學生參加第八屆全國大學生生命科學競賽（科學探究類）并獲得一等獎的項目“基于環境DNA技術與大數據分析技術的湖泊生態系統高等植物多樣性研究——以杭州西湖水體為例”為例。該項目思路源于學生在西湖游覽時提出的問題：西湖周邊有哪些植物？如何鑒定這些植物的種類？如何得知其分布情況？在教師指導下，學生組隊開展了為期半年左右的開放創新實驗，自主設計了技術路線（見圖2），著重探究并評估了環境 DNA 技術在城市水體及其周邊植物多樣性研究中的應用，旨在以西湖為模板，為各大城市區域生態環境建設和保護提供參考。此項研究成果得到評審專家的一致好評，并被推薦為競賽閉幕式的優秀展演作品。

（三）改革教學模式

1.以問題為導向開展分組分層教學

植物學實驗課通常以教師為主導，學生在教師的指導下進行實踐，這樣不利于激發學生學習的自主性和創造性。針對一個教學班不同層次和不同水平的學生，教學團隊構建了分組分層遞進式實驗教學模式（見圖3）。學生先完成基礎實驗模塊，達到要求后進入綜合實驗模塊。在綜合性實驗中借鑒競賽模式，以問題探究為靶向，采用任務驅動法引導學生進行自主探究學習。教師設置不同方向的選題，學生自主選題或提出問題，并自由組隊，逐步完成相關綜合性、設計性實驗。在達到相關要求后，學生可以分組申請進入開放平臺，進一步開展高階性、創新性實驗，并深入探究，同時參加學科競賽。實踐表明，分組分層遞進式實驗教學模式有助于促進學生更加自主地掌握基礎性實驗技能，更能有效地培養學生的興趣，使學生能圍繞解決植物學領域相關的科學問題開展自主實驗或野外調查，全面培養其創新思維，提高其實踐操作能力。

[查閱資料 ][課內外自主探究 ][實驗選題、分組 ][綜合性實驗 ][基礎性實驗 ][研討總結 ][自主實驗 ][設計方案 ] [學科競賽 ][創新性實驗 ] [達到要求] [申請進入開放平臺][培育轉化][驅動創新]

圖3 分層遞進式實驗教學模式

2.靈活設計翻轉課堂

鼓勵并指導學生成為實驗課堂的主角，促進學生進行自主學習、積極探究。實驗教學從綜合性實驗開始，學生自主選題并進行分組，完成實驗方案設計并將其提交給教師。教師審閱后提出修改意見并組織學生進行研討。學生匯報實驗方案、技術路線，進行交流討論，結合討論意見修改完善實驗方案。各小組在教師的指導下獨立完成實驗，及時記錄數據、分析整理并上傳實驗數據，最后撰寫報告和論文。

3.運用互聯網輔助教學

充分利用“互聯網 + 教育”的網絡教學模式，以彌補線下教學和交流時間的不足。應用“智慧樹”“浙大釘”等輔助教學平臺，針對不同的教學內容靈活采用不同的教學方式，教師可線上發布實驗相關的文獻資料和要求，學生隨時討論和反饋實驗結果，從而實現師生高效互動。

三、基于競賽的植物學開放創新實驗教學改革成效

近年來，中心和教學團隊基于競賽數據以及本科生創新思維和能力培養的需求，建立了開放平臺，重構了實驗內容并改革了教學模式，為學生提供了自主化、個性化、階段化、分級化的實驗資源和教學指導，滿足了以知識、能力、素質為導向的創新人才培養需求，顯著提高了植物學開放創新實驗教學的效果。

實踐表明，以競賽為驅動力，從基礎性實驗到創新性實驗，難度層層遞進，有助于不斷培養學生獨立思考、發現和解決問題的能力。基于競賽項目，教師將學科前沿研究引入實驗內容，指導學生開展綜合性、探究性實驗，構建了以學生為主體的教學模式，充分調動了學生的主觀能動性，激發了學生的學習興趣，培養了學生的綜合素質。科研“反哺”教學，實現了科教相長、教學相長、師生共同成長的良好局面，全面提高了教學效果。

可以說，基于競賽的植物學開放創新實驗教學是一種融入科研元素的實驗教學模式。該模式以實際問題或競賽項目為載體，通過引導學生親身實踐、自主探究，實現了知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀等多維目標。其促使學生將理論知識與科研實踐相結合，從而培養學生的實踐能力和創新精神。通過學生學習效果問卷調查可知（見圖4），95%的學生反饋“開放實驗具有挑戰性”，93%的學生認為“提高了實踐操作能力”，91%的學生認為“提高了綜合素質”。

lt;D：＼張毅＼下載文件＼2025＼大學教育（上半月）202506＼11d4.jpggt;[86%" " " " " " " 88%" " " " " " "90%" " " " " " "92%" " " " " " " 94%" " " " " " "96%][學生占比統計][為今后的科研工作打下了基礎

提高了實踐操作能力

促進自主學習

提高了綜合素質

有利于個性化學習

開放實驗具有挑戰性

對實驗內容感興趣]

圖4 學生學習效果問卷調查

四、結語

開放創新實驗教學是高校人才培養的重要模式，是一項長久的系統工程，需要圍繞新時代下創新型人才的培養目標，不斷深化實驗教學改革，探究先進的、適宜的實驗教學方法，并挖掘更多有利于學生發揮個性潛能的實驗教學內容。

今后，還需要圍繞新時代下拔尖創新型人才的培養目標和學生專業特點，進一步加強教學和競賽的耦合度，不斷完善植物學開放創新實驗教學體系。同時突破“科研項目式培養”“競賽式培養”等的局限性，更加關注學生的想法，貼合學生的成長規律，鼓勵興趣驅動型自主探究。此外，教師應更加注重實驗教學與科研、產業相結合，及時把握學科前沿和研究熱點，加強與國內外高校、科研機構、企業的合作和交流，不斷更新、優化實驗教學內容，拓展課程深度和寬度，將創新教育與數字賦能有機融入課程教學和專業教育，使創新教育體系更完善。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 俞陸軍，陳琴芳，凡強，等.21世紀以來的植物學實驗課程教學現狀和發展趨勢研究[J].高校生物學教學研究（電子版），2023，13（6）：31-37.

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[責任編輯：蘇祎穎]