創新人才培養模式下植物生理學實驗教學改革探索

摘" 要：植物生理學實驗的教學改革和創新是適應當今時代發展需求的必要選擇。該文以創新人才培養模式為背景，探索植物生理學實驗教學改革的策略與實踐，分析植物生理學實驗改革實施過程中的困難和挑戰，并提出相應的解決方案。通過對傳統實驗教學存在的問題進行分析，結合新興的教學方法、技術手段以及案例分析和評估結果，驗證新模式對學生綜合能力提升的積極影響，提出創新的實驗設計和教學模式。通過對人才培養模式的改革與探索，提高對創新人才的認識，培養合格的創新人才。

關鍵詞：高校；植物生理學；實驗教學；改革；創新人才培養

Abstract： The teaching reform and innovation of plant physiology experiment is a necessary choice to meet the needs of the development of the times. In the context of innovative talent training mode， this paper explores the strategy and practice of plant physiology experiment teaching reform， analyzes the difficulties and challenges in the implementation of plant physiology experiment reform， and puts forward the corresponding solutions. Through the analysis of the problems existing in the traditional experimental teaching， using the new teaching methods and technical means， as well as the results of case analysis and evaluation， the positive influence of the new model on the improvement of students' comprehensive ability is verified， and innovative experimental design and teaching model are put forward. Through the reform and exploration of the talent training mode， we can improve the understanding of innovative talents and cultivate qualified innovative talents.

Keywords： colleges and universities; plant physiology; experimental teaching; reform; innovative talent training

植物生理學課程是高等院校生物學科專業的主干課程，其研究內容是與人類密切相關的植物生命活動的規律，涉及的理論與技術已滲透到生命科學的眾多領域，大大推動了生命科學的發展[1]。隨著科學技術的迅猛發展和社會對人才的新要求，傳統的植物生理學實驗教學模式不足以培養具有創新精神和實踐能力的學生，無法滿足現代社會對學生的培養需求。因此，探索創新的實驗設計和教學模式很有必要，不僅可以為創新人才的培養提供新的思路和方法，而且可以激發學生的學習興趣，培養他們的動手實踐能力，提高他們的學習積極性。

在創新人才培養模式的引領下，植物生理學實驗教學更加注重培養學生的綜合素養，包括科學研究能力、問題解決能力、團隊合作能力、實踐能力以及創新思維等，使他們能夠應對日益復雜的科學挑戰。這樣的實驗教學模式將為學生提供更加開放和靈活的學習環境，培養出具備科學素養和綜合能力的植物科學人才，以應對未來社會的發展需求。綜上所述，亟需對植物生理學實驗課程進行改革和創新。通過引入新興的教學方法和技術手段，設計創新的實驗項目和教學模式，激發學生的學習熱情和動手實踐能力，培養學生的科學研究能力和創新意識，促進學生對植物生理學知識的深入理解和應用。在創新人才培養模式下探索出的實驗教學改革，通過提升學生的創新思維、實踐能力和綜合素養，可以更好地滿足學科發展趨勢，培養出具有國際競爭力的優秀人才。

1" 傳統實驗教學的問題

1.1" 實驗內容單一、缺乏創新性

基礎性實驗是經過精心選擇的最基本、最能代表植物生理學學科特點的實驗方法和技術，通過學習學生可以掌握本學科的基礎知識與基本技能，從而為綜合性和設計性實驗打下基礎[2]。傳統的植物生理學實驗內容通常圍繞一些經典實驗進行，學生的實驗都是由教師將實驗所需的藥品配制好，實驗材料準備好，學生照著實驗指導做，這樣使學生對知識的理解和應用程度有限，容易讓學生產生厭倦感，缺乏學習的積極性和主動性[3]。為解決上述問題，需要引入更具挑戰性和探究性的實驗內容。通過設計開放性的實驗任務，讓學生自主選擇研究問題并提出假設，從而激發學生的創新思維和探索精神。例如，學生自己設計涉及植物逆境適應機制、激素調控或光合作用等知識點的實驗，通過觀察、測量生理指標、數據分析等方法對所學知識點進行探究。這樣的實驗任務可以鼓勵學生主動思考和提出新的研究方向，培養他們的科學思維和解決問題的能力。此外，還可以鼓勵學生進行創新實驗設計，讓他們根據自己的興趣和想法提出新穎的實驗方案，并進行討論和評估。這樣的實驗設計過程可以激發學生的創造力和創新意識，培養他們的實踐能力和團隊合作精神。通過引入更加創新和探究性的實驗內容，能夠激發學生的學習興趣，進而提高他們對植物生理學知識的理解和應用水平。這種創新的實驗教學模式將培養出具備獨立思考、創新能力和解決實際問題的植物科學人才。

1.2" 學生被動接受、缺乏實踐能力

在傳統實驗教學中，學生往往扮演被動接受者的角色，只是按照教師指導的步驟進行實驗操作，缺乏主動性和實踐能力的培養。他們對實驗原理和設計的理解不夠深入，無法獨立思考和解決問題，從而限制了他們的科學素養和創新能力的發展。

為了克服這個問題，需要采取創新的教學方法，促進學生的主動參與和實踐能力的培養。引入探索性學習和實踐性教學是其中關鍵的一步。學生應該被鼓勵提出問題、設計實驗方案、采集數據并進行分析，從而深入理解實驗原理和科學方法。他們可以通過自主探索和實踐操作，培養獨立思考和解決問題的能力。

此外，設計基于問題解決和團隊合作的實驗項目也是培養學生實踐能力的有效途徑。學生可以組成小組，共同研究和解決一個實際問題，并設計相應的實驗方案。這種團隊合作的實驗項目可以促進學生的協作精神、溝通能力和創新思維。

通過這樣的實踐性教學和團隊合作的實驗項目，學生將能夠更好地理解和應用植物生理學知識，培養科學素養和創新能力。他們將能夠獨立思考和解決問題，并在實踐中體驗科學的樂趣和挑戰，為未來的科學研究和創新做好準備。

1.3" 實驗設備、場地限制

傳統實驗教學通常面臨實驗設備和場地的限制。學校實驗室資源有限，部分學生無法獲得足夠的實驗機會。同時，某些高成本的實驗設備和儀器可能無法滿足學生的實驗需求，限制了他們的實驗體驗和探索能力。

綜上所述，傳統的植物生理學實驗教學模式存在實驗內容單一、學生被動接受、缺乏實踐能力和實驗設備、場地限制等問題。針對這些問題，需要進行實驗教學改革，引入創新的實驗設計和教學模式，以提高學生的學習效果和培養目標的達成。

2" 創新的實驗設計與教學模式

2.1" 實驗設計原則

首先，實驗設計環節應鼓勵學生主動提出問題、設計實驗方案，并進行實驗操作和數據分析，培養他們的探究精神和科學思維能力。一些因實驗設備和器材的缺失導致無法順利進行的實驗，可以采取折中的辦法，如通過重新規定實驗中的不同設計或自行設計實驗內容的方法在開放實驗室中進行[4]。其次，實驗設計應涵蓋植物生理學的不同研究領域和方向，應具備多樣性和綜合性，一方面使學生能夠全面了解植物生理學的知識體系，另一方面可以培養他們的綜合分析和綜合應用能力。最后，實驗設計應盡量采用環境友好的材料和方法，具備環境友好和可持續性，倡導可持續發展的觀念，培養學生的環保意識和責任感。總之，在創新人才培養模式下，植物生理學實驗的設計應遵循探究性和開放性，多樣性和綜合性以及環境友好和可持續性的原則。

2.2" 教學模式設計

基于創新人才培養模式，植物生理學實驗教學可以采用探究型學習模式、合作學習模式以及技術支持型學習模式等教學模式。學生在教師指導下自主進行實驗設計、實驗操作和數據分析，通過問題解決的過程深入理解植物生理學的原理和機制。或者學生以小組為單位，共同合作完成實驗任務，培養團隊合作和協作能力，并通過討論和交流促進知識共享和深入思考。還可以利用現代教育技術手段，如虛擬實驗室、模擬軟件和遠程實驗平臺，為學生提供更多實驗機會和資源，拓展他們的實驗經驗和實踐能力。

2.3" 實驗項目選擇與開發

植物生理學實驗教學的改革是以學生為主體，教師為主導，因此教師要加強對學生的課外指導，對實驗室實施開放管理，同時給學生提供一些多樣化、具有開放性的實驗項目[5]，以覆蓋植物生理學的不同研究領域和方向。如設置植物生長調控實驗，研究植物生長的影響因素，如光照、溫度、水分等，通過植物生長實驗和數據分析，探究植物的生長機制；植物激素實驗，研究植物激素對植物生長和發育的調控作用，通過外源激素處理實驗和觀察結果，揭示植物激素的功能和作用機制；植物逆境生理實驗，研究植物在逆境條件下的生理響應機制，如高溫、干旱、鹽堿等，通過模擬逆境環境和生理指標的檢測，揭示植物適應逆境的生理機制；植物光合作用實驗，研究光合作用的過程和影響因素，如光照強度、CO2濃度等，通過測定光合速率和相關參數，深入了解植物的光合機制；植物營養實驗，研究植物對營養元素的吸收、轉運和利用，通過營養溶液培養和營養指標的測定，探究植物的營養生理過程；植物信號轉導實驗，研究植物內部信號傳遞的機制和調控網絡，通過轉基因技術和蛋白質互作實驗，揭示植物的信號轉導途徑。在開發實驗項目時，應注重實驗的創新性和探索性，引入新的技術手段和方法，如基因組學、蛋白質組學、生物信息學等，培養學生的前沿科學思維和研究能力。創新的植物生理學實驗教學模式將為學生提供更多的實踐機會和探索空間，培養他們的創新思維、實踐能力和綜合素養。通過引入多樣化的實驗項目和教學模式，學生將能夠全面了解植物生理學的知識，培養科學研究能力和解決實際問題的能力。同時，教育機構和教師需要積極推動實驗教學改革，提供充足的教育資源和培訓支持，以推動創新實驗教學模式的實施和持續發展。

3" 實施過程中的困難與挑戰

3.1" 學生自主學習意識培養

在創新的實驗教學模式中，學生需要具備自主學習和自主探究的意識和能力。然而，傳統教育模式下，學生習慣于被動接受教師指導，缺乏自主性和主動性。因此，培養學生的自主學習意識需要耐心引導和培養。首先，教師可以通過優選基礎性實驗，開設綜合性實驗和設計性實驗激發學生的學習興趣。其次，教師可以對學生的實驗技能和試驗方法提供適當的指導和支持，鼓勵他們獨立思考和解決問題，從而加強學生對理論知識的綜合應用能力[6]。

3.2" 教師角色轉變與培訓

創新的實驗教學模式下，要求教師具備創新思維和教育技術的應用能力，教師扮演更多的指導者和引導者的角色，而不僅僅是知識的傳授者，但教師培訓和支持體系可能不完善。因此，教師需要進行相應的培訓和專業發展，提高他們的教學水平和創新能力，如在指導學生實驗時可以采用親自示范的方法，使學生對基礎知識掌握得更加牢固，還能隨時糾正學生在操作過程中的一些不規范的實驗方法[7]。教師需要具備創新思維、教育技術的應用和實驗操作的熟練技能，通過各種方法來提升自己，以適應創新實驗教學模式的要求。通過創新實驗教學模式，學生將能夠更深入地理解植物生理學的原理和應用，掌握科學研究的基本方法和技能。他們將通過自主學習和合作學習的方式，參與創新性的實驗設計和實驗項目，提升他們的創新能力和實踐能力。同時，他們也將通過科學交流和展示活動，鍛煉自己的學術表達能力和科學溝通能力。教育機構和教師在推進創新實驗教學模式的過程中，應注重教學改革的實踐和研究，不斷總結經驗和教訓，不斷優化教學內容和方法。教師應發揮導師和引導者的角色，積極引導學生的學習和探索，激發他們的學習興趣和動力。學生則要主動參與實驗教學活動，積極發揮自己的主體作用，不斷提升自己的實踐能力和創新能力。

3.3" 實驗設備和資源支持

創新的植物生理學實驗教學模式在培養學生創新思維、實踐能力和綜合素養方面具有重要意義，然而，實施過程中可能會面臨一些挑戰，如教育資源的限制。實施創新的植物生理學實驗教學模式需要充足的實驗設備和資源支持。學校實驗設備和資源的限制可能會影響實驗教學模式的實施，部分學生無法獲得足夠的實驗機會和探索空間。同時，某些高成本的實驗設備和儀器可能無法滿足學生的實驗需求，限制了他們的實驗體驗和探索能力。解決這一挑戰需要學校和教育機構加大對實驗設備和資源的投入，學校實驗室需要提供先進的實驗設備、儀器和材料，以滿足學生實驗的需求。同時，教師可以積極尋找合作機構、科研單位或企業，共享實驗設備和資源，擴大學生的實驗機會和體驗。社會各界也應重視創新人才培養模式下的植物生理學實驗改革，提供必要的支持和資源。政府、科研機構、企業和社會組織可以積極參與實驗教學改革，提供實驗設備、資金支持和實踐機會，與教育機構共同推動實驗教學模式的創新和發展。

3.4" 評估方法的變革

傳統的實驗教學模式下，評估往往以實驗報告和實驗成績為主要依據。考試作為考評學生的最后一個環節，可以在一定程度上評定學生學習成績和教學效果，但這種評估方法難以全面評估學生在創新實驗教學模式下的能力發展，教學改革應設計更科學有效的評估方法，注重對學生實際能力以及綜合素養的考核，以及學生的綜合素養和對學生能力的培養[8]。創新的實驗教學模式需要對評估方法進行相應的變革，除了考慮學生的實驗操作技能和實驗數據分析能力，還應注重評估學生的創新思維、實踐能力、團隊合作能力和科學研究能力。評估方法可以包括實驗報告、實驗展示、小組討論、項目展示等多種形式。通過學生的學習成績、實驗報告質量、項目成果等來評估學生對植物生理學知識的掌握程度和應用能力的提高。通過學生的創新思維、問題解決能力、實踐能力等方面的評估，來判斷創新實驗教學模式對學生創新能力的影響。通過學生的科學研究能力、團隊合作能力、溝通表達能力等方面的評估，來評估創新實驗教學模式對學生綜合素養的培養，以全面評估學生的綜合素養和能力發展[9]。

總之，對于創新的植物生理學實驗教學模式的效果評估可以從學生學習效果的提升，學生創新能力的培養以及學生綜合素養的提升三方面進行考察。通過建立跨學科融合的課程體系、創新實驗設計、科學研究導向、學生自主學習和合作學習、科學研究方法和思維的培養、鼓勵創新和探索精神，以及融入社會責任教育，可以提高學生的綜合能力和解決問題的能力。同時，持續跟蹤和評估實驗教學成效，分享實踐經驗，推廣和分享實驗教學改革的成果，都是推動實驗教學模式發展的重要措施。通過共同努力，我們可以為培養具有創新精神和實踐能力的植物生理學人才打下堅實基礎。

4" 結束語

創新人才培養模式下的植物生理學實驗教學改革是一個重要而復雜的任務。創新的植物生理學實驗教學模式將為學生提供更多的實踐機會和探索空間，培養他們的創新思維、實踐能力和綜合素養。通過引入多樣化的實驗項目和教學模式，學生將能夠全面了解植物生理學的知識，培養科學研究能力和解決實際問題的能力。同時，教育機構和教師需要積極推動實驗教學改革，提供充足的教育資源和培訓支持，以推動創新實驗教學模式的實施和持續發展。

參考文獻：

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[9] 朱廣慧.植物生理學實驗課教學改革探索[J].信陽農業高等專科學校學報，2000（2）：73-74.

基金項目：河南省高等教育教學改革研究與實踐立項項目（2019SJGLX049）；河南省高等教育教學改革研究與實踐立項項目（2021SJGLX347）；河南農業大學教學改革研究與實踐項目（2020-19）

第一作者簡介：楊浩（1988-），男，博士，副教授。研究方向為植物生理和發育生物學。

通信作者：姚文（1987-），男，博士，副教授。研究方向為植物基因組和生物信息學。