植物学实验课程教学改革与探索

刘媛 陈涛 杨德龙 李葆春 程宏波 幸华 丁伟

摘 要：植物学实验课程是理论知识体系的巩固和延伸，通过改进实验内容和教学手段，可提高学生对理论知识的理解和掌握，同时培养学生观察问题、分析问题和解决问题的能力，最终达到提高人才培养质量的目的。本研究从实验学时与内容、教学方法、考核方式三方面对植物学实验课程进行改革，通过成绩和调查问卷反映改革效果，并对下一步实验改革做出规划。实践证明，通过实验改革不仅能提高植物学理论知识的学习效果，还能增加学生学习的兴趣，激发学生的创新能力。

关键词：植物学实验;实验教学;教学改革

中图分类号：G642  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2022）03-0090-04

目前，随着电子科技融入日常生活，获取知识的途径发生相应变化，传统的教学方式已无法适应，导致教育模式也需做出相应改变。为达到培养应用型人才的要求，近年来国内各大高校已开始进行实验教学改革[1]，因此植物学实验的教学改革也势在必行。植物学实验课作为理论知识的配套实验课程，是植物学课程的延伸。通过实验课中具体的操作，可将课本中抽象的概念具象化，便于学生更好地理解知识点，攻克课程中的重难点;此外，通过植物学实验课还能提高学生动手操作的能力，培养他们科学思考问题以及理论联系实际的能力，提升科研思维和创新能力等综合素质[2]，为培养生物学及农牧、园林、环保等农林领域高素质应用型人才奠定基础[3]。

甘肃农业大学的植物学实验课程也一直在改革[4]。目前植物学实验课程开设在大一第一学期，此阶段学生习惯于做验证性实验，倾向于等待教师灌输细化后的知识点，依照教师演示的每个实验步骤按部就班开展实验;对于综合类实验，很少有学生能做到提前预习和设计，且不习惯在完成实验后进行反思和评价，因此需要教师不断地对实验内容和教学手法进行改革，提升学生做实验的兴趣，尽可能地调动学生主动思考、细心观察，并且科学辩证地看待问题。

植物学实验教学注重学生在实验教学中的主体性与参与性，鼓励学生动手实践、独立思考、思维創新。通过实验教学将抽象难懂的理论知识形象化、具体化;通过验证性实验、综合性实验、设计性实验等形式，锻炼学生的理论知识验证、综合运用、动手操作、团队合作以及创新能力[5]。本文就甘肃农业大学近五年的植物学实验改革进行分析，以期完善新时代环境下的植物学实验教学模式，并为其他实验课程教学模式的完善提供借鉴。

1 改革手段与措施

1.1 实验学时和内容的改革

植物学实验内容在原有的基础上进一步整合，将部分2学时验证性实验进行合并，形成综合性大实验，并且增设“校园植物的调查”等综合性实验，如表1所示。改动后的综合性实验项目数增至5个，实验时长达到20学时，验证性实验略有缩减，如图1所示。

综合性实验的增加使实验内容更加丰富，同时还调动了学生对知识点的串联和思考，全面提升了学生的综合性素质。例如在做校园植物调查时，学生不仅要从整体方面对植物的特征和生活环境进行描述，还需对每个器官形态进行专业描述，并结合检索工具书和相关软件对其进行命名，最后对该植物的调查情况做总结报告，对学有余力的学生还可以布置拓展任务，如编写《校园植物检索表》《校园植物志》等，在完成基本实验素质培养的基础上，进一步加强不同层次学生的个性发展，达到培养适应现代社会需求新人才的目标。

在验证性实验中也适当增加了动手操作环节，进一步提高学生的动手能力和思维创新能力。例如，在观察植物组织的实验中，利用芹菜实验不仅观察其叶柄的厚角组织，同时也观察叶片表皮的保护组织和茎中的输导组织，做到丰富实验内容的同时一材多用节约资源。另外在观察叶片表皮保护组织的实验时，可利用印迹法对前期实验中萌发的蚕豆和玉米的叶片表皮细胞进行采集，在显微镜下观察表皮细胞和气孔器的结构和排列，从而让学生明确单、双子叶植物叶片保护组织性状的不同，如图2所示。

在实验过程中，对学有余力的学生可提出同种植物叶片中气孔器在上表皮和下表皮的分布是否一样等拓展性问题，锻炼学生的观察和综合分析能力。若有学生在气孔器的结构和功能方面有更多的兴趣，还可通过申请科创项目、科研训练或毕业设计等方式进一步研究，引导学生探索千姿百态的植物和大自然的奥妙，认识植物结构与功能的关系。因此，通过递进式的实验教学，可以使能力不同的学生均发挥出自己的水平，达到分段式教育的目的;而更多的实际操作可增加学生对实验的兴趣，激发他们从身边事物中发现知识、应用知识的能力，从而提高学生的综合素质。

1.2 实验教学方法的改革

新的社会背景和科技条件的改善给予教育更多的教授方式，在网络与计算机普及的今天，植物学实验课与时俱进，也更新了授课方式，如采用“线上+线下”的授课方式[6]，在课前通过学校在线平台发布授课内容，上传相关理论知识，引导学生在课前根据教师提供的资料和网络资源，对所做实验有初步认识。因此，学生带着在预习中碰到的问题听讲，在上实验课时对实验现象和理论知识会有更好的理解，这样便于学生掌握已有知识点和提出新想法。在正式授课时，通过适当布置一些任务供学生完成，然后在课堂上进行经验交流，可以促进学生对知识点更深刻的理解;还可提出一些待解决的问题，引导学生进一步开发创新思维模式，辩证地对待事物表象和本质的关系，培养学生的科研意识，为今后的专业课学习以及参与科研项目和大学生创新项目等科学活动创造条件。最后，通过翻转课堂培养学生的科研意识[7]，以科学的态度看待事物的发生和发展，进一步提高学生发现问题和分析问题的能力。这些手段不仅培养了学生的专业兴趣，还培养了学生的科学思维能力，达到培养综合性素质人才的需求。例如在显微镜的构造与使用实验课前，学生可根据教学平台发布的实验视频对显微镜构造和使用有初步的了解，在实验课上通过教师的讲授和示范加深印象，从而做到自己动手操作时不慌乱;对于高中就已经接触过显微镜的学生来说，可让他们先行操作示范，并在实验中与他人交流经验。在“种子的萌发”综合大实验中，学生可自行设计不同的材料和环境条件，从不同角度验证种子萌发的环境条件，最后完成实验报告并在课堂上汇报。这种教学方式既开拓了学生的思维能力，还可以锻炼学生的总结归纳能力和语言表达能力。

1.3 考核方式的改革

考核方式从原有的“考勤+实验报告册”模式，调整为平时成绩、实验报告成绩和测试成绩三大部分构成，如表2所示。验证性实验大多以纸质版实验报告册的形式呈现，综合性实验则主要采用PPT进行课堂汇报。测试是指到期末时学生进行徒手切片，制作临时切片，然后从临时切片或永久制片中找到指定的结构以完成测试，此环节既能考察学生的动手操作能力，还能考查学生对实验内容的熟悉程度，同时也锻炼了学生的综合实验技能。多维度的考核方式可让学生更重视锻炼动手能力和操作水平，避免学生通过抄袭实验报告等手段一味地追求理论成绩。

2 改革效果

2.1 植物学实验课程成绩情况

如图3所示，从近五年的学生成绩来看，学生的总成绩在稳步提高，其中平时成绩基本保持稳定，实验报告与测试部分的分数均在稳步增长，由此看来学生在做实验过程中分析问题的能力也在逐步提高。

2.2 问卷调查情况

笔者通过问卷调查的形式考查学生对改革后实验内容、教学形式、教学效果等方面的满意程度。对本校学习植物学实验课程的22个班级的学生进行了问卷调查，共发放问卷1024份，收回1007份，其中有效问卷970份（约95%）。90%的学生对教学内容表示满意，认为教学内容丰富合理，10%的学生表示不满意，其主要原因是认为实验内容较难，尤其是综合性大实验中有关实验自主设计部分以及实验总结汇报部分难度最大，完成较为困难。改革后的教学形式因为增加了网络教学和翻转课堂的内容，因此获得了96%的满意度;4%不满意教学形式的学生中，是因为电脑和网络等硬件设备的问题。对于新的考核方式，因为增设了测试部分，从多维度考查学生的实验水平，因此满意度达95%，平时动手能力强的学生成绩提高明显;但有少部分学生认为考核方式难度较大，因为增加的测试部分需要学生兼顾徒手操作能力和综合理解能力。

由于通过这种考核方式能够明显提高学生对知识点的掌握和考试成绩，所以笔者认为可以进一步细化考核方式里的每项指标和内容，让实验不仅仅让学生草草动手了事，而是能够更有效地辅助学生对植物学理论知识的掌握，同时也让学生在动手过程中找到科研的兴趣，激发学生努力向上的学习热情。

3 下一步课程改革思路

3.1 显微数码互动实验室的建设

实验条件的提升是保证实验改革质量的后盾，同时也为实验创新以及培养学生科研能力提供了必要条件。随着计算机和网络技术的不断革新，显微数码互动系统为植物解剖结构的观察提供了更好的平台[8]，利用该系统可将教师端演示讲解的显微结构图像共享至学生端，让学生更准确清晰地看清结构，还可全程监控学生实验情况，随时查看每位学生在电脑上的操作以及显微镜下的观察视野，实现实验课程的实时互动，使实验过程更加“透明”和有序，从而达到高效完成指导实验内容的教学效果。如在通过徒手切片观察芹菜叶柄的厚角组织和梨的石细胞实验时，经常出现学生找不到正确的观察位置或石细胞分离程度不够等问题，教师通过此系统可以随时纠正学生的观察错误和制片问题，还可以有针对性地指导学生实验过程中的问题，提高教学质量。除此之外，教师还可选取学生视野中具有较好观察效果的进行投屏或共享，对典型案例进行讲评，从而提高学生的学习积极性。

3.2 植物学实验电子资源库的建设

利用计算机技术和网络信息化技术，构建一个虚拟数字化植物形态学的网络体系，如电子课件、植物照片库、实验操作微视频、数字切片库等资源，可优化教学结构，提高教学质量。其中，建立数字切片库需将传统玻璃切片制作为数字切片[9]，数字切片不仅具有使用便捷、便于保存等优点，同时还能保护玻璃示范片，降低其损耗，节省实验室资源成本。学生在使用数字切片时，不仅能在上课时仔细观察，还能在课后进行复习回顾，因此更有利于学习、记忆和复习，提高了学习的动力和效率。

我校植物学课程开设时间为每年9月至次年1月的秋季学期，按照教学进度进行叶的识别、复叶的类型、花冠的类型与花序的类型等综合型实验时，部分植物的叶片和花朵已经衰败，缺乏充足的植物材料，此时可利用植物照片库等资源进行识别，也可安排学生到指定公园观察植物并用手机进行拍照[10]，然后提交电子实验报告。这些方法不仅可解决实验材料有限的问题，还保护了植物资源，同时学生可利用电子实验报告随时进行回顾复习。这种将手机的功能与传统的教学模式相结合的模式，在提高学生学习兴趣的同时培养学生的动手实践能力与创新思维，达到提高教学质量的目标。

3.3 虚拟仿真野外实习平台的建设

在植物学的学习过程中，实地野外考察是必不可少的一个环节。但近几年受安全问题、疫情问题、实习经费等情况影响，本校自2003年以来安排学生进行野外实习的次数逐渐减少。因此，植物分类的相关实验主要在校内完成，有限的植物种类和数量也限制了学生在此类实验中的主动性和创造性;此外，受植物自然生长规律及生长季节的影响，大多数植物在分类实验中很难同时观察到花和果实，而对于分类学来说，最关键的是花和果实形态术语部分，因此无法观察导致很难达到较好的教学效果。通过虚拟实验平台的建立，运用计算机有针对性地进行虚拟实验开发与研制，模拟植物发育的形态结构变化，使学生不受时间和空间的限制，在没有显微镜、解剖镜等工具時也能自由观察，进行实验，可以进一步提高植物学实验的教学效果[11]。

适应新时代的发展，培养新时代需要的人才是我们教学的初衷与目标，因此需要我们在教学改革的路上继续探索、努力前行。

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参考文献：

〔1〕刘铁志，唐立红，段永平.植物学课程教学改革的几点尝试[J].赤峰学院学报：自然科学版，2016，32（16）：245-247.

〔2〕孔兰静，李锐艺，郭兴启，等.农业院校植物学实验课程改革与探索[J].高校生物学教学研究：电子版，2019，9（04）：47-50.

〔3〕方颖，羊海军，陈建军.高校植物学实验教学改革与探索——以农林专业类实践创新人才培养为例[J].高教探索，2018，34（07）：48-50.

〔4〕李葆春，刘媛，杨德龙，等.“植物学”实验课程改革与探索——以甘肃农业大学为例[J].河北农业大学段淳清学报：农林教育版，2017，19（04）：96-99.

〔5〕陈拥军，邹菊花，雷抒情.植物学实验中开发学生创新能力初探[J].实验室研究与探索，2010，29（11）：65-67.

〔6〕王聪，张睿鹂，关雪莲，等.“线上+线下”混合植物学实验教学模式探索与实践[J].教育教学论坛，2020，12（44）：209-211.

〔7〕杨延红，宋桂全，马成亮，等.创新实验教学模式构建植物学翻转课堂——以《校园植物调查研究》实验为例[J].安徽农学通报，2019，25（02）：128-130.

〔8〕段淳清，娜日苏，赵金花，等.显微网络互动教学模式在植物学实验教学中应用的初探[J].实验室科学，2013，16（03）：59-61.

〔9〕李春妹，凡强，张以顺，等.植物学实验教学的改革与实践[J].高校生物学教学研究：电子版，2018，8（04）：37-40.

〔10〕潘建斌，骆爽，张立勋，等.智能手机在生物学野外实习中的应用[J].高等理科教育，2016，24（05）：93-97.

〔11〕杜月林，黄刚，王峰，等.建设虚拟仿真实验平台探索创新人才培养模式[J].实验技术与管理，2015，32（12）：26-29.