《植物生理學實驗》教學改革探究與實踐

陳桂平 李勝 馬紹英

摘 要：實驗教學是高校教學體系的重要組成部分，是大學生實踐培養的關鍵環節。隨著高等教育改革的不斷深化，實驗教學越來越成為教學改革的重中之重。自2016年以來，甘肅農業大學在大幅度增加植物生理學實驗儀器設備、優化實驗教學場所設置的基礎上，從加強實驗室建設，深化實驗課程體系改革，修訂實驗教材，完善實驗教學課程考核制度，以及錄制實驗操作視頻等方面，對我校《植物生理學實驗》課程進行了多方位的改革探究。這一系列改革措施的實施不僅提升了《植物生理學實驗》課程規范化教學深度，也在教師和學生中收到了良好的教學反饋，為培養創新創業人才提供了有力的保障。

關鍵詞：植物生理學實驗；實驗室建設；實驗教學；深度改革

中圖分類號：G642.0 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1673-260X（2023）07-0085-03

植物生理學是研究植物生命活動規律及其與環境相互關系的科學[1]，由于學科重難點、知識龐雜，教師在其教學過程中完全依賴理論教學很難達到滿意的教學效果。《植物生理學實驗》旨在強化學生對植物生理學理論和實驗基本原理的理解，加強學生規范操作培養和實際分析問題解決問題能力的培養，在植物生理學教學中尤為重要，是培養學生實踐能力的重要保障，對學生綜合素質提升具有重要作用[2，3]。

1 《植物生理學實驗》課程開設中存在的問題

目前高等農業院校植物生理學實驗教學普遍存在教學體系和教學模式陳舊，創新性和綜合性實驗內容設置較少、儀器設備落后等問題[4]。下面以我校2016年以前植物生理學實驗課程教學中存在的問題為例加以說明：

1.1 實驗室面積小

植物生理學實驗每學期要承擔全校1000人以上的教學任務，然而實驗室面積非常有限，預備室和儲藏室總面積僅有12m2，教學實驗室面積僅有56m2，實驗課每周都安排地非常飽和，實驗教學壓力非常大，實驗教學效果不佳。

1.2 實驗經費投入不足、實驗儀器缺乏

每年投入實驗室的經費和實驗室建設經費嚴重不足，儀器設備老舊短缺，在儀器數量和功能上的配置僅能維持開設簡單的演示性和驗證性實驗，無法滿足綜合性、設計性實驗的開設，在很大程度上限制了學生課程學習和科學探索的發展空間。

1.3 實驗課時少，內容陳舊、單調

植物生理學實驗課程只有18個學時，每個實驗項目必須在2學時內完成。實驗課前，由實驗室教師準備實驗所需的材料、藥品、儀器設備。上課時，授課教師講解實驗原理、方法、步驟等，學生按教師的講解機械的操作，限時完成各個實驗步驟，學生操作稍慢就不能完成整個實驗過程。這種實驗教學方式極大地限制了學生實踐操作能力和科研思維的培養，難以激發學生的學習興趣和提高學生創新能力。

此外，植物生理學實驗基本以演示性、驗證性實驗為主，教學課程體系沿用十多年前的教學大綱和教學計劃，教學內容和教學形式跟不上教育改革的發展，與前沿研究課題和社會發展實際需求存在較大差距，不能滿足培養學生創新能力的需要。

1.4 實驗考核制度不夠完善

實驗課程考核采用授課教師根據學生的實驗報告給出相應的成績，并無針對實驗中基本知識和技能的考核制度，學生成績主要反映的是理論成績，實驗成績占比較小（實驗課成績=實驗報告成績+學生的實驗課出勤率），占總成績15%，導致學生對實驗課的學習態度不夠積極，很難培養學生實踐操作和科學思維能力，也不符合培養創新型農業專業人才的現代教育體制。

2 植物生理學實驗教學改革的思路與措施

實驗室建設是一項長期而繁重的任務，是學校總體規劃的組成部分，我校自2016年以來，對本科實驗室進行了大膽的改革，成立了基礎實驗教學中心，承擔了我校的全部基礎實驗教學課程的任務，植物生理學實驗得到了極大的改善和發展，為創新創業人才的培養提供了良好的環境[5，6]。

2.1 加強實驗室建設和儀器設備的補充與更新

自2016年植物生理學實驗室由上世紀90年代的老舊樓搬遷至我校新建的實驗教學大樓，并成立了基礎實驗教學中心。用于《植物生理學實驗》的實驗室面積由原來的56m2增至現在的360m2。包括3間實驗室，1間預備室（35m2）和1間儲物室（25m2）。每間實驗室100m2，包括4個實驗臺，每個實驗臺中間設有雙層置物架，用于放置實驗器具和藥品，可供8位學生操作。每間實驗室設有長14m的邊臺，可放置實驗教學活動所需各類實驗儀器。

從2016年以來，植物生理學實驗室新進各種實驗儀器設備共240臺，徹底改變了實驗教學儀器少、舊的現狀。實驗儀器設備由原來的每30人一套增加到現在的每2人一套，實驗小組也由原來的6人一組發展到現在2人一組。實驗教學新購入植物水勢測定儀、根系掃描儀、葉綠素熒光儀、電導率儀、控溫控濕光照培養箱、數碼顯微鏡、等儀器設備，用于不同植物根、莖、葉的水勢測定、植物根系多指標分析、植物葉片葉綠素及熒光參數測定、植物膜透性測定、不同光照、濕度及溫度條件下植株的培養、植物微觀結構觀察。這些新儀器不僅滿足了開設創新性和綜合性植物生理實驗，而且也促進了學生掌握最新開展植物生理研究的多種儀器的使用方法，有利于增加學生對植物生理學課程的學習興趣，以及對植物生命科學的探索精神，使學生得到更全面的發展。

通過以上實驗室建設和儀器設備更新，植物生理學實驗教學環境得到極大改善，目前我校植物生理學實驗室已建成標準化的一流本科實驗教學場所，可為教師和學生提供了優質的教學和科研服務。

2.2 植物生理學實驗教材修訂

植物生理學實驗一直采用《植物生理學實驗指導》作為課程教材，該教材設置實驗內容多為單一指標的測定，不利于學生全方位整體實驗思路的構建及創新思維的培養，學生從教材中只能學到某一指標測定的方法，無法對實驗內容進行系統性的學習，對實驗內容理解不夠，缺乏整體實驗思維的搭建。因此，為幫助學生通過實驗課程快速建立實驗思維，在《植物生理學實驗指導》基礎上進行了改進，將教材內容修訂形成《植物生理學實驗（第2版）》，按照實驗方向側重點不同，劃分區塊設計實驗內容匹配授課進度。同時，設置課后拓展問題，以幫助于學生深入思考每個實驗設計的目的、意義，激發學生的學習動力和探究科學問題的興趣。此外，每個實驗內容結尾處附有參考文獻，以提高學生課后自主查閱文獻的積極性，拓展學生知識面。《植物生理學實驗（第2版）》中包括59個實驗內容，部分實驗內容給出不同的實驗方法，如過氧化氫含量測定方法包括滴定法和分光光度計法兩種，土壤中有機質含量測定方法有外加熱法和稀釋熱法等[7]，多種方法的設置有利于學生自主選擇實驗內容，增加課程的多樣性。同時便于學生對相同指標的不同測定方法進行比對分析，增進學生獨立思考的能力。

2.3 增加實驗學時、更新實驗教學內容

2016學年我校將植物生理學實驗教學課時做了較大的調整，植物生理學實驗由原來的18學時調整至目前的32學時，并單獨設課，為創新性、綜合性實驗的開設提供了學時保障。學生有充足的時間開展實驗，通過課前主動學習，實驗期間與授課教師交流互動，學習更多實驗操作技能。教師有時間、有空間對操作有誤的同學進行針對性指導，有利于學生科學、規范的完成實驗。學生也能更快速的了解實驗的目的與意義，同時增加學習興趣、動手能力和思考能力。統計顯示，增加實驗授課學時后，學生在實驗期間與教師溝通交流時間增加，更愿意主動學習除本實驗外的其他實驗內容，不再將視線集中在實驗報告冊的撰寫，而是更加關注實驗操作、實驗現象觀察和實驗數據分析。在與老師交流的過程中學生更容易產生新的想法，更愿意參與老師的課題研究，使學生對未知科學研究產生濃厚的學習興趣。這對于學生未來的工作和求學之路奠定扎實基礎。學時的延長對應教學內容的拓展，學生在此過程中可以全身心投入實驗內容，避免了以往因擔心課時不夠導致實驗結果觀察倉促、實驗數據分析不夠深刻等問題，增加了學生對實驗內容的理解和把握。

在增加實驗學時的同時，植物生理學課程組全體教師不斷探索、大膽革新，更新實驗教學內容，將單調的演示性、驗證性實驗整合為設計性、綜合性實驗，如：將過去葉綠素的提取、分離、定量測定、理化性質4個驗證性實驗合并為綜合性大實驗——植物光合特性和葉綠素的提取、分離及理化性質；將過去丙二醛、脯氨酸、細胞膜透性測定3個獨立實驗整合為植物逆境生理指標的檢測與分析，新增了植物地上部的莖、葉及地下部根的表型分析實驗。為了更進一步地服務于創新型人才的培養，授課教師將自己的科研內容融入于本科生實驗教學，激發學生濃厚的科研興趣，提高學生創新思維能力。

2.4 線上實驗教學平臺建設

為幫助學生打好實驗基礎，拓展學生學習觀察能力，本課程搭建線上實驗教學平臺。依托于甘肅農業大學數字化平臺，開展線上實驗教學，教師提前上傳實驗課程課件，實驗講解及實驗操作視頻，學生在課前進行預習，掌握本節實驗課的理論知識和實驗操作技能，在實驗課上有針對性的解決實驗難點。同時，在線上提供實驗相關的中英文文獻及研究熱點相關的幻燈片，幫助學生了解最新的科學研究成果及實驗手段，便于學生了解該領域的前沿動態，提高學生獨立設計并開展實驗和完成實驗論文撰寫的能力。另外，在線上，老師會不定期提出一些和該課程相關的科學問題，作為思維拓展幫助學生進行頭腦風暴。在線下授課中針對相關科學問題老師與學生積極討論，增加學生主動思考問題、提出新問題和解決問題的能力。學生通過在線下課程開始之前的線上自主學習，了解實驗具體操作過程，在線下課程開始后快速進入實驗狀態，減少教師講課過程，釋放線下課程部分時間，將實驗課的主動性還給學生，增加學生實際操作、討論和思維碰撞的時間，進一步激發學生的自我創新意識。

2.5 實驗考核體系的改革

植物生理學實驗考核一改以往單一的考核制度，將考核方式多維度拓展，分為線上瀏覽、實驗設計、實驗準備、實驗課實操和實驗課出勤率五個部分。線上瀏覽時間占總成績10%；實驗設計要求學生撰寫實驗設計方案，占總成績的25%。為了更好地培養創新創業人才，老師將實驗內容在實驗課開設前一周發給學生，使學生做到課前預習并進行實驗設計；教師要求學生參于每次實驗的準備，且準備實驗占總成績的15%。在實驗準備期間學生將帶著自己的實驗設計參與實驗中心老師的實驗準備，如儀器設備的選擇和調試使用、實驗材料的培養、試劑藥品的配置等，使學生在準備過程中更進一步明確并細化實驗設計，這有利于培養學生的團隊協作精神，增強學生實驗室主人翁的責任感，激發學生的學習興趣；實驗課出勤率為學生完成一學期全部實驗學時數，占總成績的5%；實驗課占總成績的45%，包括學生在實驗過程中的操作技能，對實驗結果的分析以及實驗論文的撰寫等。

3 植物生理學實驗教學改革的成果

通過上述一系列的改革，植物生理學實驗進一步對接大學生創新創業計劃項目，引導學生開展與本實驗課程緊密聯系的課外實踐培養。例如2016-2018級生命科學技術學院的學生就以校園銀杏葉片為研究對象，進行葉片中類黃酮的提取、純化體系的建立和體外抗氧化試驗等，并將研究結果撰寫成科技論文發表；生命科學技術學院2019級同學主持的校級和省級創新創業項目“牡丹籽中牡丹籽的提取工藝技術體系研究”，將研究成果“牡丹籽油提取工藝與精煉工藝的優化”發表于《核農學報》[8]，并申報了國家發明專利，且該研究成果于2018年獲“第三屆全國大學生生命科學創新創業大賽”二等獎，使學生的綜合素質在課題研究中得到較大的提升，為更好的培養社會需求的創新創業人才提供了有力的保障。

4 結語

在融入創新思維實驗教學中，結合甘肅農業大學高水平應用型大學辦學理念，將不斷探索如何將植物生理學實驗教學與理論教學、學科前沿與農業生產緊密融合，構建適宜的植物生理學實驗課程體系，把相關的理論課程知識鏈接融入于創新人才的培養中，不斷探索創新實驗教學理念和模式，激發學生的創新思維能力，不斷提升學生綜合素質和創新實踐的能力，為畢業后的創新創業奠定基礎[9]。

參考文獻：

〔1〕王永飛，馬三梅，李宏業.植物生理學[M].北京：科學出版社，2019.

〔2〕王計平，趙娟，尹美強，溫銀元，張彬.新農科背景下植物生理學試驗教學模式的改革與創新[J].農業技術與裝備，2022，5（03）：108-109+112.

〔3〕陳模芳，李小霞，徐曉舒.植物生理學實驗教學中存在的問題及建議[J].科技視界，2019，9（01）：211+208.

〔4〕阿衣古力·阿布都瓦依提，齊曼·尤努斯，徐敏.植物生理學實驗教學初探[J].實驗科學與技術，2015， 13（02）：58-59+70.

〔5〕王歡，陳展宇.高等農林院校植物生理學教學改革探討[J].長春師范大學學報，2016，35（10）：132-134.

〔6〕劉雪琴，仝瑞建.提高大學植物生理學實驗教學效果的探索[J].高教學刊，2017，13（09）：54-55.

〔7〕李勝，馬紹英.植物生理學實驗（第2版）[M].北京：高等教育出版社，2023.

〔8〕王興宏，馬紹英，李秉建，夏玉文，王悅，李勝.牡丹籽油提取工藝與精煉工藝的優化[J].核農學報，2019，33（08）：1559-1568.

〔9〕謝文華，王璐，白璐.“植物生理學”實驗課程教學改革初探[J].新課程研究（中旬刊），2015，36（11）：75-76.