劉媛 陳濤 楊德龍 李葆春 程宏波 幸華 丁偉

摘 要：植物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是理論知識(shí)體系的鞏固和延伸，通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和教學(xué)手段，可提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生觀察問題、分析問題和解決問題的能力，最終達(dá)到提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的目的。本研究從實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)與內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式三方面對(duì)植物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行改革，通過成績和調(diào)查問卷反映改革效果，并對(duì)下一步實(shí)驗(yàn)改革做出規(guī)劃。實(shí)踐證明，通過實(shí)驗(yàn)改革不僅能提高植物學(xué)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)效果，還能增加學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：植物學(xué)實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)教學(xué);教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1673-260X（2022）03-0090-04

目前，隨著電子科技融入日常生活，獲取知識(shí)的途徑發(fā)生相應(yīng)變化，傳統(tǒng)的教學(xué)方式已無法適應(yīng)，導(dǎo)致教育模式也需做出相應(yīng)改變。為達(dá)到培養(yǎng)應(yīng)用型人才的要求，近年來國內(nèi)各大高校已開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[1]，因此植物學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革也勢(shì)在必行。植物學(xué)實(shí)驗(yàn)課作為理論知識(shí)的配套實(shí)驗(yàn)課程，是植物學(xué)課程的延伸。通過實(shí)驗(yàn)課中具體的操作，可將課本中抽象的概念具象化，便于學(xué)生更好地理解知識(shí)點(diǎn)，攻克課程中的重難點(diǎn);此外，通過植物學(xué)實(shí)驗(yàn)課還能提高學(xué)生動(dòng)手操作的能力，培養(yǎng)他們科學(xué)思考問題以及理論聯(lián)系實(shí)際的能力，提升科研思維和創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)[2]，為培養(yǎng)生物學(xué)及農(nóng)牧、園林、環(huán)保等農(nóng)林領(lǐng)域高素質(zhì)應(yīng)用型人才奠定基礎(chǔ)[3]。

甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)的植物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程也一直在改革[4]。目前植物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)在大一第一學(xué)期，此階段學(xué)生習(xí)慣于做驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，傾向于等待教師灌輸細(xì)化后的知識(shí)點(diǎn)，依照教師演示的每個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟按部就班開展實(shí)驗(yàn);對(duì)于綜合類實(shí)驗(yàn)，很少有學(xué)生能做到提前預(yù)習(xí)和設(shè)計(jì)，且不習(xí)慣在完成實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行反思和評(píng)價(jià)，因此需要教師不斷地對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和教學(xué)手法進(jìn)行改革，提升學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的興趣，盡可能地調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)思考、細(xì)心觀察，并且科學(xué)辯證地看待問題。

植物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)注重學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的主體性與參與性，鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐、獨(dú)立思考、思維創(chuàng)新。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)將抽象難懂的理論知識(shí)形象化、具體化;通過驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)等形式，鍛煉學(xué)生的理論知識(shí)驗(yàn)證、綜合運(yùn)用、動(dòng)手操作、團(tuán)隊(duì)合作以及創(chuàng)新能力[5]。本文就甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)近五年的植物學(xué)實(shí)驗(yàn)改革進(jìn)行分析，以期完善新時(shí)代環(huán)境下的植物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，并為其他實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)模式的完善提供借鑒。

1 改革手段與措施

1.1 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)和內(nèi)容的改革

植物學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)一步整合，將部分2學(xué)時(shí)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行合并，形成綜合性大實(shí)驗(yàn)，并且增設(shè)“校園植物的調(diào)查”等綜合性實(shí)驗(yàn)，如表1所示。改動(dòng)后的綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)增至5個(gè)，實(shí)驗(yàn)時(shí)長達(dá)到20學(xué)時(shí)，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)略有縮減，如圖1所示。

綜合性實(shí)驗(yàn)的增加使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更加豐富，同時(shí)還調(diào)動(dòng)了學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的串聯(lián)和思考，全面提升了學(xué)生的綜合性素質(zhì)。例如在做校園植物調(diào)查時(shí)，學(xué)生不僅要從整體方面對(duì)植物的特征和生活環(huán)境進(jìn)行描述，還需對(duì)每個(gè)器官形態(tài)進(jìn)行專業(yè)描述，并結(jié)合檢索工具書和相關(guān)軟件對(duì)其進(jìn)行命名，最后對(duì)該植物的調(diào)查情況做總結(jié)報(bào)告，對(duì)學(xué)有余力的學(xué)生還可以布置拓展任務(wù)，如編寫《校園植物檢索表》《校園植物志》等，在完成基本實(shí)驗(yàn)素質(zhì)培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加強(qiáng)不同層次學(xué)生的個(gè)性發(fā)展，達(dá)到培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)需求新人才的目標(biāo)。

在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中也適當(dāng)增加了動(dòng)手操作環(huán)節(jié)，進(jìn)一步提高學(xué)生的動(dòng)手能力和思維創(chuàng)新能力。例如，在觀察植物組織的實(shí)驗(yàn)中，利用芹菜實(shí)驗(yàn)不僅觀察其葉柄的厚角組織，同時(shí)也觀察葉片表皮的保護(hù)組織和莖中的輸導(dǎo)組織，做到豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的同時(shí)一材多用節(jié)約資源。另外在觀察葉片表皮保護(hù)組織的實(shí)驗(yàn)時(shí)，可利用印跡法對(duì)前期實(shí)驗(yàn)中萌發(fā)的蠶豆和玉米的葉片表皮細(xì)胞進(jìn)行采集，在顯微鏡下觀察表皮細(xì)胞和氣孔器的結(jié)構(gòu)和排列，從而讓學(xué)生明確單、雙子葉植物葉片保護(hù)組織性狀的不同，如圖2所示。

在實(shí)驗(yàn)過程中，對(duì)學(xué)有余力的學(xué)生可提出同種植物葉片中氣孔器在上表皮和下表皮的分布是否一樣等拓展性問題，鍛煉學(xué)生的觀察和綜合分析能力。若有學(xué)生在氣孔器的結(jié)構(gòu)和功能方面有更多的興趣，還可通過申請(qǐng)科創(chuàng)項(xiàng)目、科研訓(xùn)練或畢業(yè)設(shè)計(jì)等方式進(jìn)一步研究，引導(dǎo)學(xué)生探索千姿百態(tài)的植物和大自然的奧妙，認(rèn)識(shí)植物結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。因此，通過遞進(jìn)式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以使能力不同的學(xué)生均發(fā)揮出自己的水平，達(dá)到分段式教育的目的;而更多的實(shí)際操作可增加學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣，激發(fā)他們從身邊事物中發(fā)現(xiàn)知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)的能力，從而提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

1.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改革

新的社會(huì)背景和科技條件的改善給予教育更多的教授方式，在網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)普及的今天，植物學(xué)實(shí)驗(yàn)課與時(shí)俱進(jìn)，也更新了授課方式，如采用“線上+線下”的授課方式[6]，在課前通過學(xué)校在線平臺(tái)發(fā)布授課內(nèi)容，上傳相關(guān)理論知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生在課前根據(jù)教師提供的資料和網(wǎng)絡(luò)資源，對(duì)所做實(shí)驗(yàn)有初步認(rèn)識(shí)。因此，學(xué)生帶著在預(yù)習(xí)中碰到的問題聽講，在上實(shí)驗(yàn)課時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和理論知識(shí)會(huì)有更好的理解，這樣便于學(xué)生掌握已有知識(shí)點(diǎn)和提出新想法。在正式授課時(shí)，通過適當(dāng)布置一些任務(wù)供學(xué)生完成，然后在課堂上進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)交流，可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)更深刻的理解;還可提出一些待解決的問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步開發(fā)創(chuàng)新思維模式，辯證地對(duì)待事物表象和本質(zhì)的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生的科研意識(shí)，為今后的專業(yè)課學(xué)習(xí)以及參與科研項(xiàng)目和大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目等科學(xué)活動(dòng)創(chuàng)造條件。最后，通過翻轉(zhuǎn)課堂培養(yǎng)學(xué)生的科研意識(shí)[7]，以科學(xué)的態(tài)度看待事物的發(fā)生和發(fā)展，進(jìn)一步提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和分析問題的能力。這些手段不僅培養(yǎng)了學(xué)生的專業(yè)興趣，還培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維能力，達(dá)到培養(yǎng)綜合性素質(zhì)人才的需求。例如在顯微鏡的構(gòu)造與使用實(shí)驗(yàn)課前，學(xué)生可根據(jù)教學(xué)平臺(tái)發(fā)布的實(shí)驗(yàn)視頻對(duì)顯微鏡構(gòu)造和使用有初步的了解，在實(shí)驗(yàn)課上通過教師的講授和示范加深印象，從而做到自己動(dòng)手操作時(shí)不慌亂;對(duì)于高中就已經(jīng)接觸過顯微鏡的學(xué)生來說，可讓他們先行操作示范，并在實(shí)驗(yàn)中與他人交流經(jīng)驗(yàn)。在“種子的萌發(fā)”綜合大實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可自行設(shè)計(jì)不同的材料和環(huán)境條件，從不同角度驗(yàn)證種子萌發(fā)的環(huán)境條件，最后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告并在課堂上匯報(bào)。這種教學(xué)方式既開拓了學(xué)生的思維能力，還可以鍛煉學(xué)生的總結(jié)歸納能力和語言表達(dá)能力。

1.3 考核方式的改革

考核方式從原有的“考勤+實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)”模式，調(diào)整為平時(shí)成績、實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績和測試成績?nèi)蟛糠謽?gòu)成，如表2所示。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)大多以紙質(zhì)版實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)的形式呈現(xiàn)，綜合性實(shí)驗(yàn)則主要采用PPT進(jìn)行課堂匯報(bào)。測試是指到期末時(shí)學(xué)生進(jìn)行徒手切片，制作臨時(shí)切片，然后從臨時(shí)切片或永久制片中找到指定的結(jié)構(gòu)以完成測試，此環(huán)節(jié)既能考察學(xué)生的動(dòng)手操作能力，還能考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的熟悉程度，同時(shí)也鍛煉了學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)技能。多維度的考核方式可讓學(xué)生更重視鍛煉動(dòng)手能力和操作水平，避免學(xué)生通過抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告等手段一味地追求理論成績。

2 改革效果

2.1 植物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程成績情況

如圖3所示，從近五年的學(xué)生成績來看，學(xué)生的總成績?cè)诜€(wěn)步提高，其中平時(shí)成績基本保持穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)報(bào)告與測試部分的分?jǐn)?shù)均在穩(wěn)步增長，由此看來學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)過程中分析問題的能力也在逐步提高。

2.2 問卷調(diào)查情況

筆者通過問卷調(diào)查的形式考查學(xué)生對(duì)改革后實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、教學(xué)形式、教學(xué)效果等方面的滿意程度。對(duì)本校學(xué)習(xí)植物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的22個(gè)班級(jí)的學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查，共發(fā)放問卷1024份，收回1007份，其中有效問卷970份（約95%）。90%的學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容表示滿意，認(rèn)為教學(xué)內(nèi)容豐富合理，10%的學(xué)生表示不滿意，其主要原因是認(rèn)為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較難，尤其是綜合性大實(shí)驗(yàn)中有關(guān)實(shí)驗(yàn)自主設(shè)計(jì)部分以及實(shí)驗(yàn)總結(jié)匯報(bào)部分難度最大，完成較為困難。改革后的教學(xué)形式因?yàn)樵黾恿司W(wǎng)絡(luò)教學(xué)和翻轉(zhuǎn)課堂的內(nèi)容，因此獲得了96%的滿意度;4%不滿意教學(xué)形式的學(xué)生中，是因?yàn)殡娔X和網(wǎng)絡(luò)等硬件設(shè)備的問題。對(duì)于新的考核方式，因?yàn)樵鲈O(shè)了測試部分，從多維度考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)水平，因此滿意度達(dá)95%，平時(shí)動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生成績提高明顯;但有少部分學(xué)生認(rèn)為考核方式難度較大，因?yàn)樵黾拥臏y試部分需要學(xué)生兼顧徒手操作能力和綜合理解能力。

由于通過這種考核方式能夠明顯提高學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握和考試成績，所以筆者認(rèn)為可以進(jìn)一步細(xì)化考核方式里的每項(xiàng)指標(biāo)和內(nèi)容，讓實(shí)驗(yàn)不僅僅讓學(xué)生草草動(dòng)手了事，而是能夠更有效地輔助學(xué)生對(duì)植物學(xué)理論知識(shí)的掌握，同時(shí)也讓學(xué)生在動(dòng)手過程中找到科研的興趣，激發(fā)學(xué)生努力向上的學(xué)習(xí)熱情。

3 下一步課程改革思路

3.1 顯微數(shù)碼互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)

實(shí)驗(yàn)條件的提升是保證實(shí)驗(yàn)改革質(zhì)量的后盾，同時(shí)也為實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新以及培養(yǎng)學(xué)生科研能力提供了必要條件。隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷革新，顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)為植物解剖結(jié)構(gòu)的觀察提供了更好的平臺(tái)[8]，利用該系統(tǒng)可將教師端演示講解的顯微結(jié)構(gòu)圖像共享至學(xué)生端，讓學(xué)生更準(zhǔn)確清晰地看清結(jié)構(gòu)，還可全程監(jiān)控學(xué)生實(shí)驗(yàn)情況，隨時(shí)查看每位學(xué)生在電腦上的操作以及顯微鏡下的觀察視野，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)時(shí)互動(dòng)，使實(shí)驗(yàn)過程更加“透明”和有序，從而達(dá)到高效完成指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的教學(xué)效果。如在通過徒手切片觀察芹菜葉柄的厚角組織和梨的石細(xì)胞實(shí)驗(yàn)時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)學(xué)生找不到正確的觀察位置或石細(xì)胞分離程度不夠等問題，教師通過此系統(tǒng)可以隨時(shí)糾正學(xué)生的觀察錯(cuò)誤和制片問題，還可以有針對(duì)性地指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中的問題，提高教學(xué)質(zhì)量。除此之外，教師還可選取學(xué)生視野中具有較好觀察效果的進(jìn)行投屏或共享，對(duì)典型案例進(jìn)行講評(píng)，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3.2 植物學(xué)實(shí)驗(yàn)電子資源庫的建設(shè)

利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息化技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)虛擬數(shù)字化植物形態(tài)學(xué)的網(wǎng)絡(luò)體系，如電子課件、植物照片庫、實(shí)驗(yàn)操作微視頻、數(shù)字切片庫等資源，可優(yōu)化教學(xué)結(jié)構(gòu)，提高教學(xué)質(zhì)量。其中，建立數(shù)字切片庫需將傳統(tǒng)玻璃切片制作為數(shù)字切片[9]，數(shù)字切片不僅具有使用便捷、便于保存等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還能保護(hù)玻璃示范片，降低其損耗，節(jié)省實(shí)驗(yàn)室資源成本。學(xué)生在使用數(shù)字切片時(shí)，不僅能在上課時(shí)仔細(xì)觀察，還能在課后進(jìn)行復(fù)習(xí)回顧，因此更有利于學(xué)習(xí)、記憶和復(fù)習(xí)，提高了學(xué)習(xí)的動(dòng)力和效率。

我校植物學(xué)課程開設(shè)時(shí)間為每年9月至次年1月的秋季學(xué)期，按照教學(xué)進(jìn)度進(jìn)行葉的識(shí)別、復(fù)葉的類型、花冠的類型與花序的類型等綜合型實(shí)驗(yàn)時(shí)，部分植物的葉片和花朵已經(jīng)衰敗，缺乏充足的植物材料，此時(shí)可利用植物照片庫等資源進(jìn)行識(shí)別，也可安排學(xué)生到指定公園觀察植物并用手機(jī)進(jìn)行拍照[10]，然后提交電子實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這些方法不僅可解決實(shí)驗(yàn)材料有限的問題，還保護(hù)了植物資源，同時(shí)學(xué)生可利用電子實(shí)驗(yàn)報(bào)告隨時(shí)進(jìn)行回顧復(fù)習(xí)。這種將手機(jī)的功能與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相結(jié)合的模式，在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力與創(chuàng)新思維，達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目標(biāo)。

3.3 虛擬仿真野外實(shí)習(xí)平臺(tái)的建設(shè)

在植物學(xué)的學(xué)習(xí)過程中，實(shí)地野外考察是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。但近幾年受安全問題、疫情問題、實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)等情況影響，本校自2003年以來安排學(xué)生進(jìn)行野外實(shí)習(xí)的次數(shù)逐漸減少。因此，植物分類的相關(guān)實(shí)驗(yàn)主要在校內(nèi)完成，有限的植物種類和數(shù)量也限制了學(xué)生在此類實(shí)驗(yàn)中的主動(dòng)性和創(chuàng)造性;此外，受植物自然生長規(guī)律及生長季節(jié)的影響，大多數(shù)植物在分類實(shí)驗(yàn)中很難同時(shí)觀察到花和果實(shí)，而對(duì)于分類學(xué)來說，最關(guān)鍵的是花和果實(shí)形態(tài)術(shù)語部分，因此無法觀察導(dǎo)致很難達(dá)到較好的教學(xué)效果。通過虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建立，運(yùn)用計(jì)算機(jī)有針對(duì)性地進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)開發(fā)與研制，模擬植物發(fā)育的形態(tài)結(jié)構(gòu)變化，使學(xué)生不受時(shí)間和空間的限制，在沒有顯微鏡、解剖鏡等工具時(shí)也能自由觀察，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以進(jìn)一步提高植物學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果[11]。

適應(yīng)新時(shí)代的發(fā)展，培養(yǎng)新時(shí)代需要的人才是我們教學(xué)的初衷與目標(biāo)，因此需要我們?cè)诮虒W(xué)改革的路上繼續(xù)探索、努力前行。

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