植物学实验课程教学改革与探索
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作者:李琰 苗芳 崔宏安
摘 要：植物学是农林院校生物类专业的一门专业基础课。植物学实验课作为植物学课程的延伸，不仅有助于学生理解和巩固植物学理论知识，对于学生自主探究与创新能力的培养也具有重要的现实意义。文章着眼于植物学实验课程教学改革的必要性，从压缩验证性实验、创新授课方式、打造虚拟仿真实验平台、完善实验课考核体系等方面提出植物学实验课程教学改革的策略。
关键词：植物学;教学改革;实验课程
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2020）08-0014-03
植物学作为全国高校中农林院校以及生物类专业的一门专业基础课，对农林以及生物类学生科研素质的培养和进一步学好专业课十分重要，也是学好植物生理学、植物生态学等专业课程的基础[1-2]。然而，植物学是以理论知识为主，尤其是形态解剖部分需要大量专业的词语去描述，而分类部分也需要掌握各种形态术语，如果这些理论性的概念没有掌握就很难将植物学学好。因此，在全国凡是开设植物学课程的院校都会对应开设一门植物学实验课程，植物学实验课程也是植物学课程的延伸，是植物学教学中理论和实践相结合，将理论加以验证并开拓创新的过程，通过植物学实验课程的学习，不仅可以巩固植物学理论课程的知识，还可以掌握植物学实验技能，同时对学生动手能力的培养、良好的科研习惯养成等环节起着无法替代的作用。作为农林院校的专业基础课，植物学和植物学实验往往会安排在新生入学后的第一学期，这也是他们接触的第一门与专业有关的专业基础课，所以，植物学实验课不仅培养对学生科学的自主探究和创新能力的，也对他们良好的专业素养的养成起到十分关键的作用[3-4]。对学习甚至专业兴趣等充满好奇心的大一新生，为了提升他们的动手能力和创新思维能力，并确保植物学实验教学内容和学科体系的完整性，使学生更加扎实地掌握基础理论知识，在二十多年教学和实践经验的基础上，我们对植物学实验的教学方法、教学内容以及课程的考核体系中存在的问题进行了全面核查，并对植物学实验课程体系进行了全方位的改革与探索，也为其他专业基础课实验的改革提供借鉴。
为了让学生更好地掌握植物学的基础理论知识，为将来的专业课打下坚实的基础，西北农林科技大学植物学实验课的教学内容与植物学理论课的教学同步进行。由于过去传统的教学方式是以教师讲解为主，理论课上较为抽象没有听懂的部分放在实验课上加以演示，但近几年随着多媒体、互联网、电脑—显微镜成像系统等教学手段的应用[5]，传统的以基础性、验证性实验为主的植物学实验教学模式存在的问题和缺陷就逐渐显露出来。因此，对实验内容的整合和教学方法的改进已经迫在眉睫，本文就西北农林科技大学传统植物学实验教学中存在的问题，新的教学内容、教学模式及考核方式进行探讨，并为其他实验课程教学模式的完善提供借鉴。
一、植物学实验课程教学改革的必要性
植物学实验课程是为了让学生更好地掌握植物学知识而开设的一门实践课程，提到植物学实验课程的改革，不得不提到植物学授课方式的变化。传统的植物学授课是在教师讲授、手绘挂图、幻灯片等条件下进行的，课本上所用的图几乎都是手工绘制的黑白图为主，所以植物学实验课主要是将所用材料做成石蜡切片，实验课上通过石蜡切片来验证课堂上所学过的内容，并将石蜡切片中像根的表皮、皮层、维管柱等各个部分和课本上的手绘图一一对应，才能加深课堂上理论知识的理解和巩固，因此，基础性、验证性实验较多，实验课几乎成了将理论课的内容通过实验加以验证的过程。随着时代的发展，现代媒体的迅速普及，在教学方面出现了与传统教学无以伦比的特征。在植物学教学方面，我們将现代媒体手段、网络资源、慕课、雨课堂、电脑—显微镜成像系统等在植物学教学中的应用。不仅书本上的手工绘制图被石蜡切片的彩图取代，教师课堂讲授也早已将各种彩图、视频等应用于多媒体教学中，学生用的《植物学实验》课本也由黑白变成了彩色印刷，通过电脑—显微镜成像系统已将所用石蜡切片的彩图呈现给了学生，对于验证性实验，学生即使不做实验也能从实验指导书中找到实验结果，如果我们的实验课还按照传统的验证性实验安排给学生，对学生来说既没有新意，也没有挑战性，势必让学生感到枯燥并失去兴趣。近几年随着素质教育和创新型人才培养的提出，课堂教育也开始引导学生探索新事物，鼓励学生质疑传统理论，因此，对实验内容和实验方法必须重新进行调整。
二、植物学实验课程教学改革的思路
（一）压缩验证性实验比例，增加综合性与设计性实验的开设
为了增强学生对植物学实验课程及将来专业课学习的兴趣，通过多媒体、慕课、雨课堂等现代手段将营养器官常规切片内容增加到了理论教学当中[6]，确保验证性实验掌握常规解剖结构的基础上，优化实验内容，将传统的解剖结构穿插到理论教学中，例如，将仅观察已有固定装片的根茎叶解剖等经典实验从8学时优化和压缩到4学时，增加4学时自己动手制作不同类型的根茎叶解剖切片。在根解剖部分，将常见变态根中攀援根、呼吸根、寄生根等收集，分配给每个小组进行解剖，比较各种变态根的结构，并和正常根进行比较，培养学生的学习兴趣。在茎的解剖实验中，让学生自己在校园里随机采集新鲜枝条，讲解如何判断枝条的年龄，并且实验课上通过木材切片的制作不仅可以对枝龄进行验证，判断枝条的阴阳面，还可以判断该树种是散孔材还是环孔材，同时在网上搜集资料加以验证，既培养了学生的动手能力，也加深了学生对木材部分解剖知识的掌握。对于茎的类型可以让学生选择圆柱形茎、三棱形茎、四棱形茎等进行解剖，比较形态结构和功能的相关性。地下茎、地上茎、茎卷须比较，激发学生对科学研究的探索。叶的部分，将托叶、苞片、叶卷须、捕虫叶等收集并解剖，比较各种变态叶的结构，通过各小组之间比较不同植物解剖结构的差异，增强了学生对植物解剖的兴趣，培养了学生动手能力，理解了同源器官和同功器官内部结构以及结构和功能相关性。让学生自己动手，制作不同的实验材料切片，既丰富了教学内容，又提高了学生对未知探索的兴趣。 （二）创新授课方式
植物学实验课程改革中，除了精简压缩验证性实验，安排综合性实验外，还可以适当增加设计性、创新性实验，使学生通过所学植物学知识进行科学研究，参与到教师的科研项目、大学生科创项目、科研训练、毕业论文等过程中，最后以论文或者研究报告的形式呈现其研究结果，培养学生的独立思维和创新能力，初步培养学生的科研意识。
要开发学生的创新思维，就必须让学生认识到植物学实验除了对所学植物学理论知识的验证，还能为以后的专业课学习打下基础，并且通过植物学实验真正参与到科学研究中，不仅能培养学生的专业兴趣，还能学习到科学研究的方法。只有认识到创新性实验的重要性，才能调动他们的积极性和创新潜能。例如，对于单子叶植物气孔器的结构，实验指导书上大多以小麦等禾本科植物为例，气孔周围有两个哑铃型保卫细胞，两个菱形的副卫细胞，让学生误认为这就是单子叶植物气孔器的结构，而在上保护组织的时候可以让学生自己制作并观察一下，像麦冬（Ophiopogon japonicus）等百合科植物、薯蓣（Dioscorea opposita）等薯蓣科植物、石蒜（Lycoris radiata）等石蒜科植物，它们气孔周围无任何副卫细胞包围，像天南星（Arisaema heterophyllum）等天南星科植物保卫细胞周围只有一个副卫细胞包围。而对于禾本科也不是所有的副卫细胞均为菱形，例如，短枝竹属（Gelidocalamus）副卫细胞通常呈圆屋顶型并常将保卫细胞遮盖。这样不仅可以让学生了解不同气孔器的结构，也可以引导学生探索大自然的奥妙和千姿百态的气孔器的结构与功能的关系。感兴趣的学生可以以此申请科创项目、科研训练或者毕业论文等方式对其他植物的气孔器结构进行研究。通过植物分类部分的学习，对于植物分类的爱好者除了外出采样、标本的鉴定等活动参与教师的科学研究外，还可以提出自己的研究思路、设计科创项目等，通过植物学野外实习来完成。
（三）打造虚拟仿真实验平台
最近几年，各大院校都在不同程度地通过植物学实验室的建设、实验设备的更新、教学方法的改革等措施使植物学实验教学不断地完善，但由于受到植物自然生长规律及生长季节的影响，在分类实验中大多数植物很难同时观察到花和果实，而对于分类部分最关键的花果实形态术语部分，如果无法观察就很难达到教学效果。通过虚拟实验平台的建立，就可以运用计算机模拟植物发育的形态结构变化，有针对性地进行虚拟实验开发与研制，使学生不受时间和空间的限制，在没有显微镜、解剖镜等工具时也能自由观察，进行没有实验材料的实验，提高植物学实验教学效果[7]。例如胚的发育，其过程较为复杂，很多发育时期因为取材等原因很难在切片中看到，我们实验室准备的是荠菜胚的发育切片，学生为了将荠菜胚发育的各个过程全部看到，需要观察几十张切片，有时即使找到也因为取样的位置不合适而收效甚微，这样既浪费了学生的时间，也不利于学生对该部分实验内容的理解。对于此类经典实验，可以通过建立虚拟实验来完成，从而提高教学效果。目前，为了每年植物学实习而筹建的秦岭火地塘植物学综合仿真实训实习系统已经构建完成，为每年植物学实习提供了便利。通过仿真实训系统学生不仅可以对非实习季节开花的植物进行观察，而且对只见到花而看不到果实的植物进行全面的了解，同时通过珍稀濒危植物仿真解剖解决了对野生珍稀濒危植物的保护。
（四）完善实验课考核体系
考虑到植物学是一门以实验为基础的学科，为了重视实验环节，西北农林科技大学不再将植物学实验从属于植物学理论部分，已经单独开设植物学实验课程，但多年来实验一直从属于理论部分，最终的考核往往以理论为主，导致学生对实验课不予重视。以前大多数植物学实验考核往往只注重实验结果，实验教师根据实验报告的完成质量进行评分，导致部分学生实验课的主要精力都放在完成实验报告上，甚至为了完成实验报告抄袭课本，或者“借”其他同学做好的切片，为了得到高分，花费整个实验课的时间制作一张张完美的图片。这种考核方式不仅不能全面反映学生对实验操作技能的掌握程度，还造成学生只重视理论，而忽略了实验操作技能训练的局面。导致学生在专业课实验上连个徒手切片都做不好。随着实验课单独开设、单独考核的逐渐推进，加之教学方法的进一步完善，我们对实验课的考核方式也在逐渐完善。
1.加强实验全过程监控。要真正做好一次实验，实验前必须做好充分的预习工作，这次实验要解决什么问题，实验结束后要达到什么效果等，从而减少实验的盲目性，使自己在整个实验过程中处于主动地位，这样才能有效地和教师沟通，达到预期的实验效果。同时，在实验过程中要有严谨的态度，实验结果要和教材上的模式图进行比较，发现它们之间的差别，而不是简单地完成实验报告。注重学生动手能力的培养，在实验过程中，教师对学生的实际操作、装片制作的质量以及在教师主机显示屏上学生的任意一张图片进行随机提问，了解学生实验课前对理论知识的掌握情况。教师根据每个学生对实验的预习情况和实验态度以及实验结束后物品的整理归位、实验室卫生等进行打分，占到每次实验报告成绩的30%，实验结束后结合实验报告的完成情况、完成质量占该实验的70%，实验课结束后，每次成绩的平均值即为实验课的平时成绩，占总成绩的60%。
2.开展期末实验现场考核。实验结束后，发现仅凭学生每次的实验报告、平时成绩大多数学生的总成绩并没有拉开，为了培养学生的动手能力，也为各大院校保研提供更优质的生源，每学期实验结束后进行实验操作考核，占总成绩的40%。实验考核时，每次实验的部分内容为一题目，可能是组织中某一植物气孔器装片的制作和观察，也可能是某一植物花的解剖等，制作成30个左右的小实验，让学生随机抽取其中一个小实验进行现场操作，根据学生抽取题目的难易程度、实验操作是否规范、实验结果等进行现场打分，这种现场考核的方式很快就能把每个学生的成绩拉开，平时比较认真、动手能力较强的学生成绩就遥遥领先，这对他们以后其他课程的学习提供了很好的动力，也提高了学生以后学好其他课程的自信心，让学霸成为真正的学霸。这种多元化的考核方式，尤其是增加实验前的预习和期末随机抽题现场考核后，发现，2018、2019级不仅植物学实验的总成绩有大幅度的提高，植物学期末考试卷面成绩也比往年高出10%左右，甚至2018级在第二学期植物学实习的时候这部分学生对分类部分形态术语的掌握情况以及花解剖的熟练程度也明显提高。
参考文献：
[1]戴伟民，石志华.中美《植物学》教材编排比较研究[J].中国大学教学，2013，（10）.
[2]刘朝辉.植物学课程建设中的几点体会[J].中国林业教育，2008，（5）.
[3]胡德昌，张萍，王仲礼，等.高校植物学实验课程教学过程中的问题及对策[J].高校生物学教学研究：电子版，2017，（1）.
[4]易华，姜在民，王晓静，等.《植物学实验》教学新体系的探索与实践[J].教育教学论坛，2016，（17）.
[5]李琰，崔健，杨文权.利用现代媒体手段提高植物学教学效果探讨[J].黑龙江教育：高教研究与评估，2019，（8）.
[6]杨文权，姜在民，慕小倩.智能手机在植物学实验和实习课程中的应用[J].黑龙江教育：高教研究与评估，2017，（11）.
[7]成丹，崔瑾，王庆亚，等.植物学虚拟实验平台的构建及应用[J].实验室研究与探索，2016，（2）.
收稿日期：2019-12-30
作者简介：李琰（1971—），女，河南洛阳人，西北农林科技大学生命科学学院副教授，博士，主要从事植物学研究。
基金項目：2019年西北农林科技大学校级教育教学改革研究项目“以学生为中心的‘植物学实验’课程教学改革与探索”（JY1903141）”
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