植物學實驗課程教學改革與探索

李琰 苗芳 崔宏安

摘? ? 要：植物學是農林院校生物類專業的一門專業基礎課。植物學實驗課作為植物學課程的延伸，不僅有助于學生理解和鞏固植物學理論知識，對于學生自主探究與創新能力的培養也具有重要的現實意義。文章著眼于植物學實驗課程教學改革的必要性，從壓縮驗證性實驗、創新授課方式、打造虛擬仿真實驗平臺、完善實驗課考核體系等方面提出植物學實驗課程教學改革的策略。

關鍵詞：植物學;教學改革;實驗課程

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ?文章編號：1002-4107（2020）08-0014-03

植物學作為全國高校中農林院校以及生物類專業的一門專業基礎課，對農林以及生物類學生科研素質的培養和進一步學好專業課十分重要，也是學好植物生理學、植物生態學等專業課程的基礎[1-2]。然而，植物學是以理論知識為主，尤其是形態解剖部分需要大量專業的詞語去描述，而分類部分也需要掌握各種形態術語，如果這些理論性的概念沒有掌握就很難將植物學學好。因此，在全國凡是開設植物學課程的院校都會對應開設一門植物學實驗課程，植物學實驗課程也是植物學課程的延伸，是植物學教學中理論和實踐相結合，將理論加以驗證并開拓創新的過程，通過植物學實驗課程的學習，不僅可以鞏固植物學理論課程的知識，還可以掌握植物學實驗技能，同時對學生動手能力的培養、良好的科研習慣養成等環節起著無法替代的作用。作為農林院校的專業基礎課，植物學和植物學實驗往往會安排在新生入學后的第一學期，這也是他們接觸的第一門與專業有關的專業基礎課，所以，植物學實驗課不僅培養對學生科學的自主探究和創新能力的，也對他們良好的專業素養的養成起到十分關鍵的作用[3-4]。對學習甚至專業興趣等充滿好奇心的大一新生，為了提升他們的動手能力和創新思維能力，并確保植物學實驗教學內容和學科體系的完整性，使學生更加扎實地掌握基礎理論知識，在二十多年教學和實踐經驗的基礎上，我們對植物學實驗的教學方法、教學內容以及課程的考核體系中存在的問題進行了全面核查，并對植物學實驗課程體系進行了全方位的改革與探索，也為其他專業基礎課實驗的改革提供借鑒。

為了讓學生更好地掌握植物學的基礎理論知識，為將來的專業課打下堅實的基礎，西北農林科技大學植物學實驗課的教學內容與植物學理論課的教學同步進行。由于過去傳統的教學方式是以教師講解為主，理論課上較為抽象沒有聽懂的部分放在實驗課上加以演示，但近幾年隨著多媒體、互聯網、電腦—顯微鏡成像系統等教學手段的應用[5]，傳統的以基礎性、驗證性實驗為主的植物學實驗教學模式存在的問題和缺陷就逐漸顯露出來。因此，對實驗內容的整合和教學方法的改進已經迫在眉睫，本文就西北農林科技大學傳統植物學實驗教學中存在的問題，新的教學內容、教學模式及考核方式進行探討，并為其他實驗課程教學模式的完善提供借鑒。

一、植物學實驗課程教學改革的必要性

植物學實驗課程是為了讓學生更好地掌握植物學知識而開設的一門實踐課程，提到植物學實驗課程的改革，不得不提到植物學授課方式的變化。傳統的植物學授課是在教師講授、手繪掛圖、幻燈片等條件下進行的，課本上所用的圖幾乎都是手工繪制的黑白圖為主，所以植物學實驗課主要是將所用材料做成石蠟切片，實驗課上通過石蠟切片來驗證課堂上所學過的內容，并將石蠟切片中像根的表皮、皮層、維管柱等各個部分和課本上的手繪圖一一對應，才能加深課堂上理論知識的理解和鞏固，因此，基礎性、驗證性實驗較多，實驗課幾乎成了將理論課的內容通過實驗加以驗證的過程。隨著時代的發展，現代媒體的迅速普及，在教學方面出現了與傳統教學無以倫比的特征。在植物學教學方面，我們將現代媒體手段、網絡資源、慕課、雨課堂、電腦—顯微鏡成像系統等在植物學教學中的應用。不僅書本上的手工繪制圖被石蠟切片的彩圖取代，教師課堂講授也早已將各種彩圖、視頻等應用于多媒體教學中，學生用的《植物學實驗》課本也由黑白變成了彩色印刷，通過電腦—顯微鏡成像系統已將所用石蠟切片的彩圖呈現給了學生，對于驗證性實驗，學生即使不做實驗也能從實驗指導書中找到實驗結果，如果我們的實驗課還按照傳統的驗證性實驗安排給學生，對學生來說既沒有新意，也沒有挑戰性，勢必讓學生感到枯燥并失去興趣。近幾年隨著素質教育和創新型人才培養的提出，課堂教育也開始引導學生探索新事物，鼓勵學生質疑傳統理論，因此，對實驗內容和實驗方法必須重新進行調整。

二、植物學實驗課程教學改革的思路

（一）壓縮驗證性實驗比例，增加綜合性與設計性實驗的開設

為了增強學生對植物學實驗課程及將來專業課學習的興趣，通過多媒體、慕課、雨課堂等現代手段將營養器官常規切片內容增加到了理論教學當中[6]，確保驗證性實驗掌握常規解剖結構的基礎上，優化實驗內容，將傳統的解剖結構穿插到理論教學中，例如，將僅觀察已有固定裝片的根莖葉解剖等經典實驗從8學時優化和壓縮到4學時，增加4學時自己動手制作不同類型的根莖葉解剖切片。在根解剖部分，將常見變態根中攀援根、呼吸根、寄生根等收集，分配給每個小組進行解剖，比較各種變態根的結構，并和正常根進行比較，培養學生的學習興趣。在莖的解剖實驗中，讓學生自己在校園里隨機采集新鮮枝條，講解如何判斷枝條的年齡，并且實驗課上通過木材切片的制作不僅可以對枝齡進行驗證，判斷枝條的陰陽面，還可以判斷該樹種是散孔材還是環孔材，同時在網上搜集資料加以驗證，既培養了學生的動手能力，也加深了學生對木材部分解剖知識的掌握。對于莖的類型可以讓學生選擇圓柱形莖、三棱形莖、四棱形莖等進行解剖，比較形態結構和功能的相關性。地下莖、地上莖、莖卷須比較，激發學生對科學研究的探索。葉的部分，將托葉、苞片、葉卷須、捕蟲葉等收集并解剖，比較各種變態葉的結構，通過各小組之間比較不同植物解剖結構的差異，增強了學生對植物解剖的興趣，培養了學生動手能力，理解了同源器官和同功器官內部結構以及結構和功能相關性。讓學生自己動手，制作不同的實驗材料切片，既豐富了教學內容，又提高了學生對未知探索的興趣。

（二）創新授課方式

植物學實驗課程改革中，除了精簡壓縮驗證性實驗，安排綜合性實驗外，還可以適當增加設計性、創新性實驗，使學生通過所學植物學知識進行科學研究，參與到教師的科研項目、大學生科創項目、科研訓練、畢業論文等過程中，最后以論文或者研究報告的形式呈現其研究結果，培養學生的獨立思維和創新能力，初步培養學生的科研意識。

要開發學生的創新思維，就必須讓學生認識到植物學實驗除了對所學植物學理論知識的驗證，還能為以后的專業課學習打下基礎，并且通過植物學實驗真正參與到科學研究中，不僅能培養學生的專業興趣，還能學習到科學研究的方法。只有認識到創新性實驗的重要性，才能調動他們的積極性和創新潛能。例如，對于單子葉植物氣孔器的結構，實驗指導書上大多以小麥等禾本科植物為例，氣孔周圍有兩個啞鈴型保衛細胞，兩個菱形的副衛細胞，讓學生誤認為這就是單子葉植物氣孔器的結構，而在上保護組織的時候可以讓學生自己制作并觀察一下，像麥冬（Ophiopogon japonicus）等百合科植物、薯蕷（Dioscorea opposita）等薯蕷科植物、石蒜（Lycoris radiata）等石蒜科植物，它們氣孔周圍無任何副衛細胞包圍，像天南星（Arisaema heterophyllum）等天南星科植物保衛細胞周圍只有一個副衛細胞包圍。而對于禾本科也不是所有的副衛細胞均為菱形，例如，短枝竹屬（Gelidocalamus）副衛細胞通常呈圓屋頂型并常將保衛細胞遮蓋。這樣不僅可以讓學生了解不同氣孔器的結構，也可以引導學生探索大自然的奧妙和千姿百態的氣孔器的結構與功能的關系。感興趣的學生可以以此申請科創項目、科研訓練或者畢業論文等方式對其他植物的氣孔器結構進行研究。通過植物分類部分的學習，對于植物分類的愛好者除了外出采樣、標本的鑒定等活動參與教師的科學研究外，還可以提出自己的研究思路、設計科創項目等，通過植物學野外實習來完成。

（三）打造虛擬仿真實驗平臺

最近幾年，各大院校都在不同程度地通過植物學實驗室的建設、實驗設備的更新、教學方法的改革等措施使植物學實驗教學不斷地完善，但由于受到植物自然生長規律及生長季節的影響，在分類實驗中大多數植物很難同時觀察到花和果實，而對于分類部分最關鍵的花果實形態術語部分，如果無法觀察就很難達到教學效果。通過虛擬實驗平臺的建立，就可以運用計算機模擬植物發育的形態結構變化，有針對性地進行虛擬實驗開發與研制，使學生不受時間和空間的限制，在沒有顯微鏡、解剖鏡等工具時也能自由觀察，進行沒有實驗材料的實驗，提高植物學實驗教學效果[7]。例如胚的發育，其過程較為復雜，很多發育時期因為取材等原因很難在切片中看到，我們實驗室準備的是薺菜胚的發育切片，學生為了將薺菜胚發育的各個過程全部看到，需要觀察幾十張切片，有時即使找到也因為取樣的位置不合適而收效甚微，這樣既浪費了學生的時間，也不利于學生對該部分實驗內容的理解。對于此類經典實驗，可以通過建立虛擬實驗來完成，從而提高教學效果。目前，為了每年植物學實習而籌建的秦嶺火地塘植物學綜合仿真實訓實習系統已經構建完成，為每年植物學實習提供了便利。通過仿真實訓系統學生不僅可以對非實習季節開花的植物進行觀察，而且對只見到花而看不到果實的植物進行全面的了解，同時通過珍稀瀕危植物仿真解剖解決了對野生珍稀瀕危植物的保護。

（四）完善實驗課考核體系

考慮到植物學是一門以實驗為基礎的學科，為了重視實驗環節，西北農林科技大學不再將植物學實驗從屬于植物學理論部分，已經單獨開設植物學實驗課程，但多年來實驗一直從屬于理論部分，最終的考核往往以理論為主，導致學生對實驗課不予重視。以前大多數植物學實驗考核往往只注重實驗結果，實驗教師根據實驗報告的完成質量進行評分，導致部分學生實驗課的主要精力都放在完成實驗報告上，甚至為了完成實驗報告抄襲課本，或者“借”其他同學做好的切片，為了得到高分，花費整個實驗課的時間制作一張張完美的圖片。這種考核方式不僅不能全面反映學生對實驗操作技能的掌握程度，還造成學生只重視理論，而忽略了實驗操作技能訓練的局面。導致學生在專業課實驗上連個徒手切片都做不好。隨著實驗課單獨開設、單獨考核的逐漸推進，加之教學方法的進一步完善，我們對實驗課的考核方式也在逐漸完善。

1.加強實驗全過程監控。要真正做好一次實驗，實驗前必須做好充分的預習工作，這次實驗要解決什么問題，實驗結束后要達到什么效果等，從而減少實驗的盲目性，使自己在整個實驗過程中處于主動地位，這樣才能有效地和教師溝通，達到預期的實驗效果。同時，在實驗過程中要有嚴謹的態度，實驗結果要和教材上的模式圖進行比較，發現它們之間的差別，而不是簡單地完成實驗報告。注重學生動手能力的培養，在實驗過程中，教師對學生的實際操作、裝片制作的質量以及在教師主機顯示屏上學生的任意一張圖片進行隨機提問，了解學生實驗課前對理論知識的掌握情況。教師根據每個學生對實驗的預習情況和實驗態度以及實驗結束后物品的整理歸位、實驗室衛生等進行打分，占到每次實驗報告成績的30%，實驗結束后結合實驗報告的完成情況、完成質量占該實驗的70%，實驗課結束后，每次成績的平均值即為實驗課的平時成績，占總成績的60%。

2.開展期末實驗現場考核。實驗結束后，發現僅憑學生每次的實驗報告、平時成績大多數學生的總成績并沒有拉開，為了培養學生的動手能力，也為各大院校保研提供更優質的生源，每學期實驗結束后進行實驗操作考核，占總成績的40%。實驗考核時，每次實驗的部分內容為一題目，可能是組織中某一植物氣孔器裝片的制作和觀察，也可能是某一植物花的解剖等，制作成30個左右的小實驗，讓學生隨機抽取其中一個小實驗進行現場操作，根據學生抽取題目的難易程度、實驗操作是否規范、實驗結果等進行現場打分，這種現場考核的方式很快就能把每個學生的成績拉開，平時比較認真、動手能力較強的學生成績就遙遙領先，這對他們以后其他課程的學習提供了很好的動力，也提高了學生以后學好其他課程的自信心，讓學霸成為真正的學霸。這種多元化的考核方式，尤其是增加實驗前的預習和期末隨機抽題現場考核后，發現，2018、2019級不僅植物學實驗的總成績有大幅度的提高，植物學期末考試卷面成績也比往年高出10%左右，甚至2018級在第二學期植物學實習的時候這部分學生對分類部分形態術語的掌握情況以及花解剖的熟練程度也明顯提高。

參考文獻：

[1]戴偉民，石志華.中美《植物學》教材編排比較研究[J].中國大學教學，2013，（10）.

[2]劉朝輝.植物學課程建設中的幾點體會[J].中國林業教育，2008，（5）.

[3]胡德昌，張萍，王仲禮，等.高校植物學實驗課程教學過程中的問題及對策[J].高校生物學教學研究：電子版，2017，（1）.

[4]易華，姜在民，王曉靜，等.《植物學實驗》教學新體系的探索與實踐[J].教育教學論壇，2016，（17）.

[5]李琰，崔健，楊文權.利用現代媒體手段提高植物學教學效果探討[J].黑龍江教育：高教研究與評估，2019，（8）.

[6]楊文權，姜在民，慕小倩.智能手機在植物學實驗和實習課程中的應用[J].黑龍江教育：高教研究與評估，2017，（11）.

[7]成丹，崔瑾，王慶亞，等.植物學虛擬實驗平臺的構建及應用[J].實驗室研究與探索，2016，（2）.

收稿日期：2019-12-30

作者簡介：李琰（1971—），女，河南洛陽人，西北農林科技大學生命科學學院副教授，博士，主要從事植物學研究。

基金項目：2019年西北農林科技大學校級教育教學改革研究項目“以學生為中心的‘植物學實驗課程教學改革與探索”（JY1903141）”