新農(nóng)科建設(shè)背景下的植物化學(xué)保護(hù)實驗教學(xué)改革的探索與實踐

唐 萍 蘇發(fā)武 秦小萍 王再強(qiáng) 李迎賓 吳國星

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，云南昆明 650201）

中國涉農(nóng)高校科教優(yōu)勢明顯，技術(shù)力量雄厚，擔(dān)負(fù)著為率先實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化提供人才保障和科技支撐的重任。在中國新農(nóng)科建設(shè)背景下，構(gòu)建農(nóng)科教學(xué)新模式，完善涉農(nóng)人才培養(yǎng)體系，培育具有創(chuàng)新精神、實踐能力和社會責(zé)任感的高素質(zhì)復(fù)合型人才成為涉農(nóng)專業(yè)建設(shè)的首要任務(wù)[1-2]。課程是完成專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的載體和核心，因此進(jìn)行課程改革，打造一流課程，將助力新農(nóng)科建設(shè)，促進(jìn)卓越農(nóng)林人才培養(yǎng)、鄉(xiāng)村振興和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的實現(xiàn)[3-4]。

植物化學(xué)保護(hù)學(xué)是科學(xué)使用農(nóng)藥防治害蟲、害螨、線蟲、病原菌、雜草、鼠類等有害生物，保護(hù)農(nóng)林牧業(yè)生產(chǎn)安全的一門科學(xué)[5]，也是植物保護(hù)專業(yè)中應(yīng)用性很強(qiáng)的專業(yè)核心課程，是植物保護(hù)課程體系中必不可少的一部分。植物化學(xué)保護(hù)實驗是植物化學(xué)保護(hù)學(xué)的配套課程，該實驗課可以促進(jìn)學(xué)生對本領(lǐng)域的理論知識的認(rèn)識和理解，強(qiáng)化專業(yè)技能，提高學(xué)生的動手能力、實踐能力和創(chuàng)新能力，有利于培養(yǎng)綜合創(chuàng)新型人才。

過去，云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物化學(xué)保護(hù)學(xué)實驗課程教學(xué)內(nèi)容單一、教學(xué)方法陳舊，驗證性實驗較多，導(dǎo)致學(xué)生上課興趣不濃厚，學(xué)習(xí)熱情低，學(xué)習(xí)被動，實驗課后學(xué)生對實驗過程及結(jié)果印象不深刻，實驗課并沒有達(dá)到課程設(shè)置目的。因此，建立植物化學(xué)保護(hù)學(xué)實驗課程的創(chuàng)新型教學(xué)體系，改變以往的教學(xué)方法，把實驗教學(xué)的重點放到培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力上十分重要[6]。基于此，課題組從“翻轉(zhuǎn)課堂”的運(yùn)用，綜合性、創(chuàng)新性實驗的開設(shè)，實驗課第二課堂的開展，考核方式的改革4個方面，對云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物化學(xué)保護(hù)實驗課程進(jìn)行了教學(xué)改革的探索與實踐。

1 “翻轉(zhuǎn)”的實驗課堂

“翻轉(zhuǎn)課堂”從提出至今，已在很多課程教學(xué)中實踐，有比較成熟的理論、形式和方法，對提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、促進(jìn)自主學(xué)習(xí)有較為積極的作用[7-9]。“翻轉(zhuǎn)課堂”在理論課程教學(xué)中運(yùn)用較廣，課程組在連續(xù)5年的教學(xué)實踐中，不斷探索和實踐“翻轉(zhuǎn)課堂”，將其成功運(yùn)用于植物化學(xué)保護(hù)課程中，使得學(xué)生學(xué)習(xí)興趣濃厚，教學(xué)質(zhì)量顯著提升[10]。然而，該方法在實驗課中運(yùn)用和實踐的報道較少[11]。本課程組在“翻轉(zhuǎn)課堂”實踐基礎(chǔ)上，不斷探索和大膽創(chuàng)新，于2019年和2020 年將該方法引入植物化學(xué)保護(hù)學(xué)實驗教學(xué)中，選取了“波爾多液的配制及其質(zhì)量檢測”試驗課進(jìn)行“課堂翻轉(zhuǎn)”，通過與植物化學(xué)保護(hù)理論課程緊密結(jié)合的方式，實行“課與課”的翻轉(zhuǎn)，拓展了翻轉(zhuǎn)課堂的含義，豐富了實驗課堂教學(xué)的形式，實現(xiàn)了從“驗證實驗”向“探究實驗”的轉(zhuǎn)變。

1.1 課前

本實驗要求學(xué)生掌握波爾多液正確的配制方法，并了解波爾多液的性質(zhì)。學(xué)生需要觀看課程組教師上傳的視頻，該視頻講解和演示波爾多液6種配制方法的基本操作，同時給出實驗的內(nèi)容提綱，并留有思考問題。學(xué)生通過觀看教師的課程視頻，基本了解整個實驗操作及所用的實驗藥劑、玻璃器皿等實驗材料，同時，學(xué)生在觀看視頻后需要積極思考，并查閱資料，了解波爾多液的性質(zhì)、配制方法等相關(guān)知識，才能保證順利完成實驗，掌握波爾多液配制的正確方法。另外，學(xué)生還可以根據(jù)自己查閱的資料，提出關(guān)于波爾多液配制或性質(zhì)探究的其他實驗方法，并在課前與實驗教師討論其可行性、合理性等問題，在教師指導(dǎo)下完成該實驗。

1.2 課中

學(xué)生進(jìn)入實驗室進(jìn)行實驗，完成老師給出的6 種配制波爾多液的方法和2種質(zhì)量檢測方法以及自己附加的實驗，并記錄數(shù)據(jù)。同時，課程組將質(zhì)量較差的石灰和硫酸銅隨機(jī)放置于部分實驗小組的實驗桌面上，學(xué)生將在不知情的情況下用這些材料完成實驗，這將影響波爾多液的質(zhì)量，學(xué)生需要根據(jù)實驗結(jié)果做出正確的判斷，真正了解影響波爾多液品質(zhì)的因素。

1.3 課后

課程組將“波爾多液的配制及其質(zhì)量檢測”這個實驗，安排為本門課程的第2 個實驗，按照教學(xué)日歷，這個實驗完成后，將在植物化學(xué)保護(hù)學(xué)理論課堂上學(xué)習(xí)殺菌劑。波爾多液是其中一個藥劑，因此，把波爾多液實驗課的討論轉(zhuǎn)移至植物化學(xué)保護(hù)學(xué)理論課學(xué)習(xí)的課堂，實現(xiàn)了理論課與實驗課的“課堂翻轉(zhuǎn)”。在銅制劑殺菌劑的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生將結(jié)合文獻(xiàn)資料、實驗操作和實驗結(jié)果與分析，介紹波爾多液正確的配制方法與質(zhì)量檢測方法，并揭示其操作錯誤的原因，最后再進(jìn)行波爾多液的生物活性與使用方法的學(xué)習(xí)。在實踐此教學(xué)方式后，學(xué)生的參與度很高，討論也很激烈，學(xué)生對自己做的實驗會有較多問題和想法，課堂討論提升了實踐教學(xué)的深度和高度，實現(xiàn)了從理論到實踐，又從實踐回到理論的飛躍。

2 開設(shè)綜合設(shè)計性實驗

驗證性實驗是比較傳統(tǒng)的實驗類型，由教師給出實驗方案和步驟，學(xué)生按照教師的講解進(jìn)行實驗操作，這樣的方法不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，實驗后學(xué)生往往一知半解，不能實現(xiàn)本門課程對學(xué)生設(shè)定的能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)，不利于新農(nóng)科建設(shè)背景下復(fù)合型涉農(nóng)人才的培養(yǎng)。植物保護(hù)學(xué)院專業(yè)所有學(xué)生在大學(xué)一年級就進(jìn)入各個實驗室開始學(xué)業(yè)實習(xí)，3 年時間學(xué)生掌握了較多的實驗方法，具有一定的科研思維能力，這為本門課程開設(shè)綜合設(shè)計性實驗奠定了基礎(chǔ)，自己設(shè)計并完成實驗也極大地激發(fā)了學(xué)生的興趣，實驗的成功也能增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)自信心。因此，本課程組嘗試在本門實驗課程中開設(shè)“殺菌劑的室內(nèi)毒力測定”綜合設(shè)計性實驗和“多菌靈的前世今生”大綜合實驗。

2.1 “殺菌劑的室內(nèi)毒力測定”綜合設(shè)計性實驗

課前，學(xué)生自主學(xué)習(xí)殺菌劑的室內(nèi)毒力測定方法，兩人一組設(shè)計實驗方法，并把詳細(xì)的實驗方案提交給老師，老師根據(jù)實驗室的設(shè)備、材料等條件，提出建議。在此過程中，學(xué)生會選擇抑菌圈法、生長速率法、最小濃度法，其中選擇抑菌圈法的學(xué)生最多，還有學(xué)生會將這些方法創(chuàng)新。實驗課中，各小組采用各自選擇的方法進(jìn)行實驗，學(xué)生在實驗過程中互相討論，了解其他小組的實驗方法，通過“自己做”和“看別人做”，學(xué)到更多的方法。一周后，學(xué)生來實驗室觀察并記錄實驗結(jié)果，在實驗報告上詳細(xì)記錄實驗步驟以及實驗結(jié)果，并根據(jù)自己的實驗結(jié)果進(jìn)行分析討論。

2.2 “多菌靈的前世今生”大綜合實驗

“多菌靈的前世今生”大綜合實驗包括多菌靈藥劑的制成與質(zhì)量檢測、多菌靈的抑菌作用、多菌靈的殘留分析3 個部分，該實驗的前2 個部分在本課程的課內(nèi)教學(xué)中實行，而多菌靈的殘留分析則放在農(nóng)藥學(xué)第二課堂進(jìn)行，屬于選做實驗。此大綜合實驗包含的3 個部分將會在3 次連續(xù)的實驗中完成，每次實驗教師都會提出思考問題，由學(xué)生自行查閱資料，去尋找答案。由“多菌靈”串起來的3 個實驗，把看似完全分離的3 個知識模塊聯(lián)系起來，通過連續(xù)的3 個實驗，學(xué)生不但掌握了常用農(nóng)藥的配制方法與技術(shù)、農(nóng)藥室內(nèi)生物測定、農(nóng)藥殘留分析的基本操作技術(shù)與方法，而且通過實驗深入了解多菌靈這個農(nóng)藥的合成、生物活性和殘留問題，解釋了“多菌靈從哪來，又去到哪里”這個問題，同時通過這個大綜合實驗，進(jìn)行了“使用農(nóng)藥并不等于污染環(huán)境”的教育。

3 開設(shè)第二課堂

目前，云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植保專業(yè)的植物化學(xué)保護(hù)學(xué)實驗課程共24個學(xué)時，8個實驗，主要包含農(nóng)藥加工與質(zhì)量檢測、農(nóng)藥生物測定、農(nóng)藥殘留分析3部分實驗內(nèi)容。由于課程學(xué)時限制，學(xué)生不能全面學(xué)習(xí)和掌握該門課程的實驗操作方法和技術(shù)，為了讓學(xué)生能獲得更多的植物化學(xué)保護(hù)學(xué)科相關(guān)的實驗技能，加強(qiáng)學(xué)生實踐能力和自主學(xué)習(xí)能力，課程組開設(shè)了植物化學(xué)保護(hù)學(xué)實驗第二課堂。

3.1 第二課堂申請條件

學(xué)生在以下情況下可以申請進(jìn)入植物化學(xué)保護(hù)學(xué)實驗第二課堂：第一，學(xué)生因特殊原因，沒能按課表時間去上實驗課時，可以申請進(jìn)入第二課堂，完成課程實驗；第二，學(xué)生在實驗課上，對實驗結(jié)果不滿意，需重新做實驗，可以申請進(jìn)入第二課堂；第三，學(xué)生對本門課程比較感興趣，想深入學(xué)習(xí)和研究植物化學(xué)保護(hù)學(xué)相關(guān)實驗技術(shù)與方法，可申請進(jìn)入實驗室，實驗項目可以自己設(shè)計，也可以由教師指定。

3.2 第二課堂的開課形式

植物化學(xué)保護(hù)實驗課第二課堂的開課時間由學(xué)生自己選定，并和指導(dǎo)教師預(yù)定登記，地點在農(nóng)藥學(xué)創(chuàng)新實驗室，實驗所用到的儀器設(shè)備，主要為農(nóng)藥學(xué)教學(xué)儀器設(shè)備，也有部分由農(nóng)藥學(xué)科研實驗室課題組提供，這些儀器都在各個試驗室內(nèi)，經(jīng)過預(yù)約就可以使用。

重做實驗和補(bǔ)做實驗的教學(xué)方法和課內(nèi)實驗相同，學(xué)生仍然需要先通過觀看教學(xué)視頻，依據(jù)實驗提綱，按照實驗方法與步驟，獨立操作完成實驗。

對于創(chuàng)新型實驗的開設(shè)，結(jié)合農(nóng)藥學(xué)教師的科研方向和課題，課程組設(shè)置了5 個供學(xué)生選擇的實驗?zāi)K：殺菌劑作用機(jī)理研究、殺蟲劑作用機(jī)理研究、除草劑作用機(jī)理研究、生物農(nóng)藥開發(fā)和農(nóng)藥合成。農(nóng)藥系的老師在這幾個方面都有基金項目支撐，有較好研究基礎(chǔ)，可以給感興趣的學(xué)生提供思路、方法及實驗條件。創(chuàng)新型實驗的開設(shè)，需要學(xué)生在設(shè)置的范圍內(nèi)，挑選自己感興趣的方向，自己查閱資料，參考教師的意見和建議，制定實驗方案，獨立完成實驗。

3.3 第二課堂的管理與運(yùn)行

植物化學(xué)保護(hù)實驗第二課堂由任課教師負(fù)責(zé)管理，實驗內(nèi)容為教學(xué)內(nèi)容，實驗耗材由教學(xué)經(jīng)費出，自命題實驗項目則由相應(yīng)的科研導(dǎo)師負(fù)責(zé)耗材和實驗儀器設(shè)備等。目前，植物化學(xué)保護(hù)實驗第二課堂良好，已有25 人進(jìn)入第二課堂重做實驗，有7人進(jìn)入實驗室補(bǔ)做實驗，43 人進(jìn)入第二課堂進(jìn)行創(chuàng)新性實驗，進(jìn)行創(chuàng)新性實驗的學(xué)生，最后都進(jìn)入了農(nóng)藥學(xué)相關(guān)科研實驗室開展進(jìn)一步科研訓(xùn)練和實習(xí)。

3.4 第二課堂成績考核

根據(jù)第二課堂開展的情況，課程組制定了相應(yīng)的成績評定方法：重做和補(bǔ)做實驗成績?yōu)樵搶嶒灣煽兊?0%；創(chuàng)新實驗作為加分項，學(xué)生需要提交一份實驗報告，指導(dǎo)教師批閱評分，加分為該實驗成績的10%。第二課堂的開設(shè)很大程度上解決了學(xué)生因特殊原因請假、缺席實驗課程的問題，也是課堂實驗教學(xué)的延伸，彌補(bǔ)學(xué)時削減帶來教學(xué)內(nèi)容不飽滿的問題，又能適度提高課程的深度，加強(qiáng)科研技能訓(xùn)練、提高科研素質(zhì)。

4 改革考核方式及成效

2013 年云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植保專業(yè)的植物化學(xué)保護(hù)學(xué)實驗課程從植物化學(xué)保護(hù)學(xué)課程中劃分出來，獨立開課，2013—2016 年，課程考核主要以考試為主，學(xué)生對實驗操作的積極性和重視度不夠，有的學(xué)生缺席幾次實驗課，最后通過考前準(zhǔn)備，取得了不錯的成績。另外，歷年的試卷重復(fù)率很高，如果要降低重復(fù)率，又容易偏離實驗內(nèi)容，所以課程組對該門課的考核與評價方式進(jìn)行了改革（見表1）。

表1 教學(xué)改革前后的植物化學(xué)保護(hù)實驗成績評定標(biāo)準(zhǔn)

考核由原來的考試改為考查，成績組成為：平時成績（50%）+實驗報告成績（50%）。改革前的學(xué)生平時成績僅包括實驗操作、實驗紀(jì)律，改革后的平時成績增加了隨堂問答，占總成績的10%，隨堂問答中，課題組制成了30 份問答卷，每個問答卷包括10 個小題，包括實驗的操作、實驗原理和注意事項等，學(xué)生對抽到的問答卷進(jìn)行口頭回答，教師現(xiàn)場評分。這不僅要求學(xué)生在實驗前作充分的預(yù)習(xí)，還要求學(xué)生能在每次實驗后總結(jié)學(xué)習(xí)，否則將不能順利完成答卷。另外，對于學(xué)生的實驗報告，課程組新增加一項創(chuàng)新加分題，學(xué)生通過查資料，并結(jié)合實驗操作，可以提出實驗改造的建議，這個建議一旦被課程組教師認(rèn)可，課程組將給學(xué)生實驗報告成績加分。學(xué)生如果進(jìn)入第二課堂參與創(chuàng)新性實驗，則實驗成績也會得到加分（創(chuàng)新性實驗成績×10%）。綜上所述，學(xué)生的本門課程成績=實驗操作（20%）+隨堂問答（10%）+實驗紀(jì)律（20%）+實驗報告（50%）+加分。通過改革前后的學(xué)生成績分析，改革前測試點較少，學(xué)生成績過度集中于80～90 分段，學(xué)生成績無區(qū)分度，測試無難度，學(xué)生對課程也不太重視，且成績無法看出學(xué)生的能力差別。通過改革考核方式，增加了2 個測試點，再加上課程教學(xué)上的改革，2021 年4個班學(xué)生成績分布趨于正態(tài)分布（圖1），成績在60～100分之間分布，70～80分段人數(shù)>80～90分段人數(shù)>60～70 分段人數(shù)>90～100 分段人數(shù)，成績基本能反映學(xué)生的能力，且有區(qū)分度，這樣的考核也讓學(xué)生更加重視課程學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)造性。

圖1 2017—2021年植物化學(xué)保護(hù)實驗成績分布

5 討論

目前，植物化學(xué)保護(hù)學(xué)實驗課程教學(xué)中仍然存在問題，如學(xué)時限制，教學(xué)內(nèi)容不飽滿；實驗類型單一，綜合設(shè)計性實驗較少，部分實驗由于實驗條件限制無法開設(shè)；有的實驗的內(nèi)容和方法技術(shù)滯后于農(nóng)藥學(xué)學(xué)科發(fā)展。針對這些問題，課程組提出了以下解決方案。首先，擬將部分實驗改為綜合設(shè)計性實驗。其次，對部分要求較高，無法在實驗室中操作完成的實驗，以虛擬仿真實驗[12-13]的方式進(jìn)行。此外，從學(xué)生成績分布看，90～100 分段（3%）的學(xué)生較少，一方面的原因是學(xué)生的創(chuàng)新意識和積極性還沒有充分地調(diào)動起來，目前真正進(jìn)入植物化學(xué)保護(hù)實驗第二課堂的學(xué)生不足10%，課程組也在思考和探索新的方法，加強(qiáng)對第二課堂的管理，使其發(fā)揮積極有效的作用，同時課程組也將在每學(xué)期請學(xué)生做一份調(diào)查問卷，希望能通過學(xué)生的反饋看到教學(xué)中的問題，促使第二課堂的開設(shè)更加完善和科學(xué)。為了構(gòu)建農(nóng)科教學(xué)新模式，實現(xiàn)培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型人才的目標(biāo)，課程組將圍繞培養(yǎng)目標(biāo)，持續(xù)開展教學(xué)改革，把殺菌劑室內(nèi)毒力測定，除草劑室內(nèi)毒力測定、殺蟲劑室內(nèi)毒力測定和毒理實驗設(shè)置為綜合性、設(shè)計性實驗，通過學(xué)生自學(xué)、自制實驗方案、結(jié)果討論，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和實踐能力。同時對實驗條件要求較高、耗時較長的實驗，例如農(nóng)藥殘留分析實驗、大田藥效實驗，課程組將通過設(shè)計虛擬仿真實驗進(jìn)行教學(xué)，該實驗課程組已借助學(xué)校虛擬仿真實驗平臺進(jìn)入設(shè)計階段，如果完成建設(shè)，驗證性實驗、綜合設(shè)計性實驗、虛擬仿真實驗在本門課的學(xué)時比例將為3∶4∶1。

6 展望

植物化學(xué)保護(hù)學(xué)實驗作為植物化學(xué)保護(hù)學(xué)的搭配課程，在植物保護(hù)專業(yè)人才培養(yǎng)中發(fā)揮著重要作用。本課程組的教學(xué)改革已取得良好成效，學(xué)生對課程的興趣顯著提高，同時也促進(jìn)了學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和鍛煉。在今后的教學(xué)中課程組將不斷探索和實踐，創(chuàng)新教學(xué)方法，促進(jìn)教學(xué)改革，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，實現(xiàn)高素質(zhì)復(fù)合型人才培養(yǎng)目標(biāo)，為新農(nóng)科建設(shè)背景下的植物化學(xué)保護(hù)學(xué)實驗教學(xué)提供參考和借鑒。