“林木育種學(xué)”課程實踐教學(xué)改革探索

馬凱恒 楊桂燕 李龍

摘 ? ?要：在“新農(nóng)科”建設(shè)背景下，各農(nóng)林高校都在積極探索實踐教學(xué)改革的新思路、新舉措，促進擁有‘知農(nóng)愛農(nóng)品格的拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。文章從“林木育種學(xué)”課程實踐教學(xué)改革的必要性入手，就教學(xué)體系改革、實驗條件改善、實踐場所拓展、實踐教學(xué)方式優(yōu)化、考核評價創(chuàng)新及實施成效反饋等方面進行了探討，以期為農(nóng)林高校協(xié)同育人機制下課程實踐教學(xué)改革提供參考。

關(guān)鍵詞：新農(nóng)科;林木育種學(xué);實踐教學(xué);協(xié)同育人

中圖分類號：G642.3 ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ?文章編號：1002-4107（2021）07-0059-03

隨著新農(nóng)科研究與改革實踐項目“北京指南”的正式啟動，協(xié)同育人機制下的創(chuàng)新實踐作為5大改革領(lǐng)域之一，要求高等農(nóng)林教育改革要探索新路徑、新范式，注重分類發(fā)展、特色發(fā)展、內(nèi)涵發(fā)展，重在實踐，推動“真刀真槍”、實實在在的改革[1]。協(xié)同育人是高校從“封閉式教學(xué)”向“開放式教學(xué)”的深度轉(zhuǎn)型，是學(xué)生由“參觀者”向“參與者”的角色轉(zhuǎn)變，通過轉(zhuǎn)型和轉(zhuǎn)變，培育出服務(wù)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的學(xué)術(shù)精英、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)軍人才，為生態(tài)文明建設(shè)輸送源源不斷的青春力量。

一、“林木育種學(xué)”課程實踐教學(xué)改革的必要性

“林木育種學(xué)”課程是林學(xué)專業(yè)的核心必修課程，是現(xiàn)代林木育種創(chuàng)新人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)課程，是以遺傳進化理論為指導(dǎo)，研究林木良種選育和繁殖理論與技術(shù)的學(xué)科[2-3]。“林木育種學(xué)”課程實踐教學(xué)是在傳授理論知識的基礎(chǔ)上，通過與驗證性、綜合性及創(chuàng)新性實驗項目的融合設(shè)置，強化學(xué)生的理論知識素養(yǎng)，增強學(xué)生解決實際生產(chǎn)問題的能力，并且提高學(xué)生林木品種改良方面的研究水平，進而達到培養(yǎng)林木育種專業(yè)人才的目的。“新農(nóng)科”建設(shè)背景下，農(nóng)林高校都在積極探索構(gòu)建符合本校特點的實踐教學(xué)體系，以改變目前實踐教學(xué)存在的實驗條件落后、實踐內(nèi)容設(shè)計不合理、實踐場所受限制、實踐教學(xué)體系不完善、校企合作聯(lián)系不緊密等現(xiàn)狀。隨著農(nóng)林優(yōu)質(zhì)課程資源開發(fā)、多學(xué)科交叉融合、校企協(xié)同育人等多種實踐教學(xué)手段和模式的探索與實施，傳統(tǒng)“林木育種學(xué)”課程實踐教學(xué)體系改革迫在眉睫。

二、“林木育種學(xué)”課程實踐教學(xué)改革的措施

（一）改善實驗教學(xué)條件

西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院實驗教學(xué)中心按照“突出產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合辦學(xué)特色，加強實驗教學(xué)體系建設(shè)”的改革思路，對教學(xué)實驗室及實驗資源予以整合優(yōu)化，由林學(xué)專業(yè)實驗室承擔(dān)“林木育種學(xué)”課程全部實驗教學(xué)任務(wù)。林學(xué)專業(yè)實驗室實驗用房30間，建筑面積734.4 m2，擁有儀器設(shè)備500余臺，總價值約440余萬元。2017年以來，基于“中央高校改善基本辦學(xué)條件專項資金”項目支持，林學(xué)專業(yè)實驗室購置了奧林巴斯生物顯微鏡、染色體核型分析系統(tǒng)、奧林巴斯體視顯微鏡成像系統(tǒng)、Tomy滅菌器、高速冷凍離心機、德國Leica激光測距儀、多光譜無人機及瑞典Haglof電動生長錐等最新型號的實驗教學(xué)儀器設(shè)備及專業(yè)實習(xí)工具，滿足了“林木育種學(xué)”課程培養(yǎng)目標(biāo)對實驗教學(xué)條件的各項要求。

（二）改革實踐教學(xué)體系

“林木育種學(xué)”課程包含理論教學(xué)24學(xué)時、實踐教學(xué)56學(xué)時，理論教學(xué)與實踐教學(xué)的課時比例為1∶2.33。為滿足協(xié)同育人機制對實踐教學(xué)效果的要求，構(gòu)建符合西北農(nóng)林科技大學(xué)特點的“林木育種學(xué)”課程實踐教學(xué)體系，將本課程實踐教學(xué)分為課程實驗和綜合實習(xí)兩部分（如圖1）;采用“翻轉(zhuǎn)課堂”為主，“自主探究式”“互動研討式”和“啟發(fā)鼓勵式”為輔的多樣化指導(dǎo)體系，通過半開放、全開放實驗教學(xué)方式鼓勵學(xué)生注重實驗項目驗證性、綜合性和創(chuàng)新性的交互融合，采取以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的多元實踐考核評價，最終達到“林木育種學(xué)”課程實踐育人的教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)[4]。

以實驗項目“花粉的形態(tài)觀察和生活力測定”為例，該實驗分為室外實驗（樹木花器官發(fā)育觀察、花粉采集）和室內(nèi)實驗（花粉形態(tài)觀察、生活力測定）兩部分。在翻轉(zhuǎn)課堂模式下，學(xué)生在實驗課前1周預(yù)習(xí)課程交流群里的實驗任務(wù)書及相關(guān)文獻視頻資料，以小組為單位討論和設(shè)計實驗方案。教師根據(jù)學(xué)生興趣及實驗方案設(shè)計深度，鼓勵在驗證性實驗中融入綜合性、創(chuàng)新性環(huán)節(jié)，形成實驗設(shè)計及可行性預(yù)習(xí)報告，經(jīng)點評修訂后開展實驗。實驗過程中采取實驗內(nèi)容（樹種選擇、開花習(xí)性、試劑選取）開放，實驗室儀器設(shè)備開放和實驗時間開放的方式，學(xué)生以小組為單位、以課題形式分工協(xié)作，獲取并分析數(shù)據(jù)，撰寫實驗報告或PPT匯報。最后，通過教師批改和學(xué)生小組互評完成成績評定，并分享亮點。這種方式在激發(fā)學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)積極性的同時，增強了創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)。通過分析近兩年實驗報告，發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生在花粉培養(yǎng)基中引入中微量元素，能對鈣、硼等元素進行濃度梯度設(shè)定，驗證中微量元素濃度對花粉管萌發(fā)促進作用和抑制作用;部分學(xué)生根據(jù)草本花粉和木本花粉對2，3，5—氯化三苯基四唑（TTC）染色和脫氫化酶染色反應(yīng)敏感度的不同，以花粉收集時間為梯度進行綜合分析。可見，這種自主探究設(shè)計式實驗方案，對學(xué)生科研興趣和科研思維的培養(yǎng)具有促進作用。

（三）多渠道拓展實踐場所

“林木育種學(xué)”課程實踐性極強、內(nèi)容范圍廣、周期長，對實踐場所要求較高。林學(xué)院秉承產(chǎn)、學(xué)、研、用緊密結(jié)合的辦學(xué)特色，對室外及校外的實踐教學(xué)資源進行大力度建設(shè)和開發(fā)，以專業(yè)鏈對接產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)課程設(shè)置與行業(yè)需求的對接，實現(xiàn)課程教學(xué)與生產(chǎn)過程的緊密結(jié)合。學(xué)院現(xiàn)有山陽核桃試驗示范站、鳳縣花椒試驗示范站等11個試驗示范站和22個校外基地。在加強自有林場和研究基地數(shù)字化、信息化建設(shè)的同時，積極拓展與省內(nèi)外知名農(nóng)林類企業(yè)合作辦學(xué)，深入挖掘與行業(yè)協(xié)會合作的新型產(chǎn)教融合新思路，將育種產(chǎn)業(yè)的理念、技術(shù)、資源融入實踐教學(xué)中，讓學(xué)生在實踐中了解農(nóng)林產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新理論、新知識、新技術(shù)，突出課程實踐育人的創(chuàng)新性。

以實驗項目“引種調(diào)查、植物表型變異類型觀察及有性雜交技術(shù)”為例，為減少樹種起源及人為干預(yù)對實驗統(tǒng)計結(jié)果的影響，可供選擇的實踐場所包括校內(nèi)的杜仲等林木良種基地、渭河試驗站、楊凌教學(xué)試驗苗圃等，校企合作的周至縣裕盛苗木花卉繁育基地、楊凌綠亞苗圃基地等林木育種企業(yè)。渭河試驗站自1963年建站以來，一直被原陜西省林科所（院）作為楊樹、楸樹、紅棗、杏等闊葉樹種質(zhì)資源保存、繁育、良種選育及部分綠化苗木生產(chǎn)基地。學(xué)生通過對基地內(nèi)楊樹品種識別、雜交育種、無性系測定、家系選擇、良種繁育及種質(zhì)資源圃規(guī)劃等育種環(huán)節(jié)的實踐，系統(tǒng)了解育種產(chǎn)業(yè)發(fā)展的路徑，實現(xiàn)課堂講授和實踐的有機結(jié)合，提高學(xué)生解決育種實際問題的能力。“引企入教、產(chǎn)教融合”有效推進了校地、校所、校企育人要素和創(chuàng)新資源共享、互動，促進“共建共享協(xié)同聯(lián)動”農(nóng)林實踐教學(xué)平臺的構(gòu)建，進而有力保證實習(xí)內(nèi)容的科學(xué)性、連貫性和完整性，達到全程、全方位育人的實踐教學(xué)要求，助力鄉(xiāng)村振興。

（四）優(yōu)化實踐教學(xué)方式

1.以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為核心開展實驗教學(xué)。實驗教學(xué)采用“翻轉(zhuǎn)課堂”“自主探究式”“互動研討式”和“啟發(fā)鼓勵式”的多樣化指導(dǎo)體系，讓學(xué)生處于實驗課堂的主體地位，促進自主學(xué)習(xí)和個性化學(xué)習(xí)方式的建立，徹底顛覆傳統(tǒng)的“教師主導(dǎo)、教材中心、多媒體加板書”的講授方式[5]。教師在實驗方案設(shè)計和方法改進上予以指導(dǎo)，并在學(xué)生實驗過程中遇到困難時，啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生去思考、查找原因，借助各種文獻資料解決問題，通過實驗培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和實踐動手能力。教師通過課上觀察、課下數(shù)據(jù)分析總結(jié)，鼓勵學(xué)生發(fā)表學(xué)術(shù)論文、參加全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽、全國大學(xué)生生命科學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等有關(guān)競賽活動，進一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和科研熱情。

2.利用虛擬仿真實驗教學(xué)促進實踐教學(xué)成效。虛擬仿真實驗教學(xué)已成為高校信息化建設(shè)的重要內(nèi)容。森林生物學(xué)虛擬仿真國家級實驗教學(xué)中心以全面增強學(xué)生實踐和創(chuàng)新能力為根本，依據(jù)森林生物學(xué)的特殊性和實驗教學(xué)目標(biāo)，對現(xiàn)實實驗條件不具備或難以完成的實驗，構(gòu)建虛擬仿真實驗環(huán)境和實驗對象，形成虛擬仿真實驗與常規(guī)實物實驗相融合的森林生物學(xué)實驗教學(xué)新形式。

在以森林“培育—經(jīng)營—保護—利用”為主線建設(shè)的5大虛擬仿真實驗?zāi)K29個實驗項目中，“林木育種學(xué)”虛擬仿真實驗教學(xué)納入森林培育虛擬仿真模塊，開發(fā)的實驗項目為林木雜交育種。雜交育種是植物新品種選育的重要手段，是林學(xué)、園林專業(yè)本科生必須掌握的實驗技能。傳統(tǒng)實驗因受育種周期和課時所限，學(xué)生只能學(xué)習(xí)和掌握雜交育種過程中的某個知識點或環(huán)節(jié)，不能全面掌握整個育種環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)，如親本選擇、花枝選取與修剪、花粉收集與貯藏、花粉活力測定、去雄、授粉、套袋、種子采收與處理、雜種苗培育與選擇等，也不能對每個操作的預(yù)期結(jié)果進行觀測。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)的林木雜交育種虛擬仿真實驗，按照雜交育種的程序設(shè)計，實現(xiàn)雜交育種各環(huán)節(jié)的模擬現(xiàn)實操作，使學(xué)生在有限時間內(nèi)全面把握雜交育種關(guān)鍵技術(shù)。該實驗參與性強、學(xué)生興趣高、教學(xué)效果好。

3.利用網(wǎng)絡(luò)、仿真技術(shù)等媒介豐富實踐教學(xué)資源。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與高等教育相結(jié)合，新時代的教學(xué)理念和教學(xué)方法都發(fā)生了重大的變革，如何利用好現(xiàn)代化教育信息技術(shù)成為實踐教學(xué)改革的重要內(nèi)容[6]。“林木育種學(xué)”教學(xué)團隊利用現(xiàn)代化教育信息技術(shù)，通過智慧教室、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、手機APP、國家優(yōu)質(zhì)慕課資源平臺等智慧環(huán)境媒介，豐富課程實踐教學(xué)資源庫。以微視頻、云錄播等方式將注意事項、實驗操作技術(shù)環(huán)節(jié)及生產(chǎn)實踐中良種選育的種源、優(yōu)樹案例等制作成微課，上傳課程網(wǎng)站或交流群，形成“課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)、綜合實習(xí)、再學(xué)習(xí)”的循環(huán)[7]。學(xué)生可通過手機APP交流群借鑒實驗總結(jié)、分享林木育種進展，在互動中提升獲得感和滿意度。

森林生物學(xué)虛擬仿真國家級實驗教學(xué)中心建設(shè)的“秦嶺林區(qū)主要森林植物識別圖庫”“校園植物識別系統(tǒng)”等虛擬仿真實踐教學(xué)資源，為“林木育種學(xué)”課程為期一周的火地塘綜合實習(xí)提供了強有力的技術(shù)支撐。“林木育種學(xué)”綜合實習(xí)開始前，學(xué)生可通過登錄虛擬仿真實驗教學(xué)中心網(wǎng)絡(luò)平臺自主學(xué)習(xí)，了解火地塘林場地形地貌、氣候、立地條件、森林經(jīng)營方式及群落結(jié)構(gòu)特征等，對多門專業(yè)課程進行知識串聯(lián)，提高個人理論聯(lián)系實際的能力。

（五）加強實驗教學(xué)考核評價

傳統(tǒng)的課程實驗部分考核缺少量化標(biāo)準(zhǔn)，存在主觀性強的弊端。基于“林木育種學(xué)”課程實驗教學(xué)室外調(diào)查、室內(nèi)測定分析的特點，采取以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，將學(xué)生線上學(xué)習(xí)成效及實驗方案的創(chuàng)新性納入實驗考核評價，形成實踐教學(xué)的多元化考核方式。即，實驗教學(xué)成績由課前預(yù)習(xí)（30%）、可行性論證及操作（40%）和實驗報告（30%）3個模塊組成，每一個模塊均設(shè)立具體的考核指標(biāo)。課前預(yù)習(xí)是學(xué)生通過課程網(wǎng)絡(luò)平臺和查閱其他資料進行預(yù)習(xí)，明確實驗?zāi)康摹嶒炘怼嶒炗闷泛蛯嶒灢襟E，尤其是儀器設(shè)備的注意事項和操作要點，完成預(yù)習(xí)報告或PPT，考核自主學(xué)習(xí)、文獻檢索、總結(jié)及表達能力;可行性論證及操作主要從課堂上小組討論時的參與度，田間實驗過程中的出勤及紀(jì)律，實驗設(shè)計方案的融合度、創(chuàng)新性，實驗操作的規(guī)范性等，考核學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、問題應(yīng)對能力、協(xié)作溝通能力及科研思維;實驗報告是學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)進行分析和總結(jié)，從對報告的態(tài)度端正性、撰寫規(guī)范性、實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)真實性、數(shù)據(jù)分析處理能力、實驗結(jié)果差異原因探索等，考核寫作能力、創(chuàng)新能力及專業(yè)知識掌握情況。

三、“林木育種學(xué)”課程實踐教學(xué)改革成效

（一）提高了學(xué)生綜合實踐能力和創(chuàng)新能力

課程實踐教學(xué)改革的實施，培養(yǎng)了學(xué)生扎實的專業(yè)技能、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)態(tài)度和創(chuàng)新的科研思維，激發(fā)了學(xué)生對植物科學(xué)研究的興趣和對育種事業(yè)的熱愛。林木育種教學(xué)團隊經(jīng)過3年的嘗試和探索，學(xué)生的實驗主動性明顯提高;文獻查閱、實驗設(shè)計、數(shù)據(jù)分析、論文寫作等科研技能得到實訓(xùn)強化，很多學(xué)生積極主動地參與到大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目及國家級各類相關(guān)競賽活動中。林學(xué)專業(yè)實驗室指導(dǎo)20余名本科生在2019、2020年度全國大學(xué)生生命科學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽獲得創(chuàng)新類一、二等獎，多名學(xué)生發(fā)表學(xué)術(shù)論文，部分學(xué)生保研繼續(xù)遺傳育種專業(yè)的研究學(xué)習(xí)。

（二）實現(xiàn)了實踐教學(xué)的信息化

森林生物學(xué)虛擬仿真國家級實驗教學(xué)中心利用虛擬現(xiàn)實引擎工具、3D技術(shù)和圖片視頻開發(fā)的《秦嶺火地塘植物學(xué)綜合仿真實訓(xùn)》以及相關(guān)植物、動物、真菌等識別數(shù)據(jù)庫平臺，實現(xiàn)了“林木育種學(xué)”課程實踐教學(xué)資源和方法的全方位信息化，提高了學(xué)生對火地塘綜合實習(xí)地生態(tài)環(huán)境及“選育—測定—良種繁殖”育種流程的熟悉度，達到了綜合實習(xí)傳授知識、提高能力的目的。

（三）貫徹了“引企入教、產(chǎn)教融合”的育人目標(biāo)

“林木育種學(xué)”課程實踐教學(xué)改革對示范化實踐教學(xué)基地的建設(shè)和開發(fā)，形成了校內(nèi)實踐教學(xué)和校企聯(lián)合培養(yǎng)相結(jié)合的“內(nèi)外互補”式實踐教學(xué)模式，使得學(xué)生得到了多層次、多形式的實踐訓(xùn)練，助力實現(xiàn)了人才培養(yǎng)鏈、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈、科技推廣鏈的精準(zhǔn)對接。

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