植物生产类实验教学体系和方法的改革与实践

肖建富，肖亚芹，王 涛

(浙江大学 农业与生物技术学院，浙江 杭州310058)

0 引 言

植物生产类专业主要包括农学、园艺、植物保护和茶学等多个专业［1］。随着农业经济、市场经济的不断发展，对高等农业技术人才的知识结构、综合素质、实践能力和创新意识提出了更高的要求［2-8］。如何利用综合性研究型大学的人力和物力优势培养出“宽口径、厚基础、国际化、复合型”的农业人才是我们一直在探索的问题［9-12］。为此我们制定了有综合性研究型大学特色的专业培养方案和教学计划，按“四大模块、梯度推进”的方式构建课程体系，采用“室内与室外结合、课内与课外结合、经典与前沿结合、传统与现代结合”的模式组织实验教学，取得了较好的效果。

1 打造先进的国家级实验教学示范中心

2000 年以来，我院突破分课程、分专业、分院系建设实验室的局限，统筹布局、整合打造了软硬件一体的农业生物学实验教学中心平台，实验室面积达3 800多m2，另有智能温室3 600 m2，作物标本区、实验茶场、菜圃和花圃等校内实验基地近4 万m2，还建立了多个本科生校外实习基地，较好地满足多层次的实验教学需要。我院还根据教学需要，前后投入2 500多万元购置了1 000 多台(套)常规仪器和大型精密贵重仪器，能充分满足农业生物学综合性、设计性和创新性实验教学的要求。中心于2009 年被教育部、财政部正式批准为国家级实验教学示范中心建设单位。

2 构建“四大模块、梯度推进”实验教学体系

我院从建院就十分重视实验教学，20 世纪90 年代“四大模块”的实验教学模式就初步形成，并在全国率先在农业生物教学领域单独设置了科研实践课程，实验教学中心单独建制后的10 年中正式提出了循序渐进的“四大模块、梯度推进”的实验教学体系。

“四大模块”主要指“认知实验、课程实验、科研实践、毕业设计”。认知实验主要由知名教授介绍学科的发展历史、发展前景和研究意义，让学生一进校门就接触到世界前沿性的研究和具有一定未来农业特征的示范基地，从而提升学生对专业的学习动力和兴趣。课程实验是学生学习的重点，是掌握专业基本知识和技能、培养创新意识的必要基础。科研实践主要包括通过整合课程资源开出的各专业综合实习课程和由学生自己申报的科研训练计划(SRTP)。毕业设计则是要求学生结合科研实践，在一个完整的实验周期内获得较为完整的实验结果，并通过论文答辩方能毕业。其中，认知实验是基础，课程实验是主干，科研实践是肥水，毕业设计是果实，一流人才是产品。

实践证明，“四大模块、梯度推进”的实验教学体系突出自主、结合科研、联系实践、引导创新，能使学生更快地掌握基本实验方法，有效提高了学生观察、判断、抽象思维能力、总结表达能力和综合运用知识解决实际问题的能力。特别是我们较早地开设了科研实践课程，刻意提升学生的科研能力和创新意识，目前已为国内广大涉农高校广泛采用。

3 确立“四个结合、四个增强”实验教学模式

实验教学方法和手段的改革是实验教学改革的重点，是提高实验教学效果和质量的根本保证。我们的改革实践是在实际工作中通过“室内与室外的结合、课内与课外的结合、经典与前沿的结合、传统与现代的结合”，达到了“增强名师支撑、增强基础素质、增强实验技能、增强创新意识”的效果。

3.1 室内与室外的有机结合

我院农业生物学实验中心每年面向校内10 多个专业开设近70 门的实验课程，约300 个实验项目，其中综合性、设计性实验的数量占38%以上，带综合性、设计性实验的课程门数占总课程门数的比例达到90%以上。如此大量的室内实验对学生增强实验技能起到了关键作用;特别是在占三分之一强的综合性、设计性实验教学中，增设了实验前的“背景知识”讲解，提倡“问题式”教学，对学生创新思维的培养起到了较好的效果［13］。

但农业生物一般在室外的自然生态环境中生长，因此农业生物实验教学必然要与室外的实验基地有机结合。近10 年来我们建设了3 600 m2的智能温室及近4 万m2的作物标本区、实验茶场、菜圃和花圃等校内实验基地，还根据适应性和互利性的原则，先后与中国人民解放军73021 部队“钱江农场”、与嵊州华发茶叶进出口公司、与临海市羊岩茶场、与嘉兴农科院、与丽水农科院等单位共建了多个教学示范实习基地，较好地满足了多层次的实验教学需要。

3.2 课内与课外的有机结合

大量综合性、设计性实验的开设使得实验教学不可能局限于教学计划的有限课时之内，而要让学生在课余时间进实验室开展研究活动。我院从中心成立之初就实行实验室全面开放，学生课堂上不能完成的实验都可以安排在课后继续进行，实现了教学实验室的全天候开放。另外，我院还鼓励学生在课外自带实验项目进实验室做实验，不同层次的学生可以依据实验教学目的和自己的兴趣爱好，自主选择实验内容、实验时间和实验地点等，使学生丰富的想象、创新欲望得到实践的机会，锻炼自身的实验能力，有利于学生主动性和创造性的发挥。近年来每年都有多个学生自主项目在中心实验室完成，如“PCR 反应鉴定人类性别”、“秋水仙素处理方式的比较研究”等项目，实验过程短、耗资少又有一定技术含量，是比较典型的自主设计、自主完成、自主管理的“三自”实验［14］。

3.3 经典内容与学科前沿内容的有机结合

我院采取了以下措施来实现经典实验内容与学科前沿性内容的有机结合。

(1)鼓励教授带实验课。农学院经过近百年的建设与发展，已成为一所基础坚实、实力雄厚、特色鲜明、居于国内一流水平的高水平农科院所，目前拥有一级学科5 个，二级学科11 个，并拥有大批奋战在科研第一线的知名教授。学院鼓励教授们亲自给本科生带实验，及时地把各个专业的新思想、新问题、新方法、新进展带给学生，将先进的科研成果引进实验教学，从而促进学生的创新意识的培养。2010-2011 学年我院共有55 位实验指导教师指导68 门课程的实验教学，其中具正高职称的有28 位，占了一半以上的比例，其他教师绝大多数也具有副高职称。教授亲自带实验，形成了我院实验教学的一大特色。

(2)开设具有一定前沿性的新实验。本年度各专业的一些主干课程都开出了一批具有较高技术含量的新实验，如农学专业的“植物基因操纵原理与方法”课程开出了“DNA 分子粘末端和平末端的连接”、“基因序列的定点突变”等新实验;“遗传学及实验”课程开出了“植物染色体带型分析”和“植物染色体荧光原位杂交”新实验;应用生物科学专业的“基因与蛋白质工程大实验”课程开出了“纯化后的基因表达产物(突变的与非突变的)的理化性质和生物学性质比较”、“天然蛋白质产物的磷酸化检测及与基因表达产物的组成、结构和生物活性比较”等新实验。原则上，学院要求各任课教师每二年都要更新一个实验项目，以保持实验教学体系的先进性，让学生及时接触到学科的先进技术和方法，拓宽学生的科研视野。

(3)在实验课中利用实验间隙插入学生感兴趣的实验讲座。如在做“植物染色体带型分析”实验时中间有约1 h 的处理等待时间，我们利用这个时间给学生讲“人类Y 染色体的进化”专题，综合近年来在《科学》、《自然》等杂志上发表的有关Y 染色体的研究进展［15-16］，把Y 染色体的过去、现在和将来讲给学生听，引起了学生较大的兴趣。

(4)高端引领，让学生接受前沿科技的熏陶。如让园林专业的学生去杭州、苏州、上海等地的国内顶尖的景点考察学习，并对优秀局部进行实测;让农学专业的学生去嘉兴农科院和中科院上海植生所参观考察，了解水稻分子育种的成就等。

3.4 传统手段与现代手段的有机结合

在农学实验教学中，传统实验手段与现代实验手段各有优势又各有不足，将传统手段和现代手段有机结合起来才能达到更好的教学效果。一般来说，传统实验手段要求较低，分析方法比较简单，但耗时较多，有时实验结果比较粗糙;而现代实验手段则对设备的要求比较高，分析原理较复杂，但耗时少且结果准确。因此，有条件的院校越来越多地使用现代实验手段。近年来我们依托学科优势，建立了科研与教学的共建平台，充分利用科研实验室的先进仪器设备为本科教学服务，使许多实验项目发生了较大的改变，让学生体验到了高科技的魅力，在潜移默化中增进了学生创新意识的培养。如做“西瓜染色体加倍”实验，我们利用了“211”平台的细胞流线仪;做“油菜籽品质遗传率测定”实验，我们利用了农学系科研平台的近红外测定仪;做果品分析实验，我们利用了园艺系科研平台的一系列先进分析仪器等。

4 改革成效显著，示范辐射作用明显

中心一直秉承“以人为本、整合培养、求是创新、追求卓越”的教育新理念开展教学活动，取得了丰硕的成果。近五年来，学院共建设国家级精品课程6 门，省级精品课程6 门，校级精品课程11 门。主持的教改项目有33 项，获教学成果奖23 项，发表教学研究和教学改革论文45 篇，主编、参编教材和参考书98 部，另外还自编实验指导书31 部，制作多媒体课件97 个。而学生学习效果也非常显著，在各种刊物上发表的科研论文有100 多篇，获得了多项校内外大赛的奖励。攻读研究生、出国深造和一次就业的人数，在全国农林院校中都名列前茅。示范中心的示范辐射作用是考核示范中心的一个重要指标。我院农业生物学实验教学中心自2008 年进入国家级实验教学示范中心行列后，非常重视利用我院在教学科研方面的优势充分发挥中心的示范辐射作用。中心每年开设多期茶学培训班和检疫培训班，为国家培养了大批茶学和植物检验检疫方面的专业人才;积极与兄弟院校开展合作，每年接受外校教师来中心培训，并无偿提供有关实验材料。特别是为了推进国内高校校际合作和交流，提倡实验教学资源共享，中心在2011 年承办了首届全国大学生农学创新实验暑期培训班，有来自省内外多所农林大学的学生和教师参加了培训，凡响非常好。在2011 年年底中心还开展了浙江省首届植物染色体制片技能大赛，有来自浙江省内高校的60 多位学生报名参赛。从制片水平看，通过这次大赛的举办，确实促进了学生对染色体制片的重视程度，增强了学生的动手能力。

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