基于翻转课堂的园艺植物生物技术课程实验教学*

杨英杰，刘 萍，吴礽超，周爱琴，王 然，崔振华，杨绍兰，侯鸿敏

（1.青岛农业大学 园艺学院，山东 青岛 266109；2.青岛崂应海纳光电环保集团有限公司，山东 青岛 266114）

1 园艺植物生物技术实验课程在园艺专业课程中的重要性

园艺植物生物技术是高等农林院校园艺专业的核心课程之一，其基本内容主要包括园艺植物组织培养、细胞工程、脱毒及病毒检测、DNA分子标记、基因工程以及生物信息学等，具有较强的理论性及应用性。园艺植物生物技术课程将现代生物技术理论应用于园艺植物研究，要求学生通过该课程的学习，了解现代生物技术的发展概况以及发展趋势，掌握园艺植物组织培养、细胞培养、脱毒快繁及病毒检测、DNA分子标记、基因工程的基本原理和技术，初步了解生物信息学的应用领域与前景。由此可见，在充足的课堂理论教学基础上，实验教学是该课程的重要组成部分，不仅可以帮助学生加深对理论知识的理解，还可以帮助学生系统地理解并掌握相关实验技术，培养学生的动手操作能力、创新能力和综合应用能力[1]，使学生具备用生物技术手段并拥有在生产中培育高效、优质、高产园艺植物的能力，以及在相关科研机构、高校及企事业单位从事与园艺植物相关研究的能力，符合应用性人才培养目标。

2 目前园艺植物生物技术课程实验教学存在的问题

园艺植物生物技术课程实验教学是针对相关重要技术而设计安排的实验课程，内容涉及园艺植物组织培养、细胞工程、分子标记以及基因工程等几个模块，而每个模块涉及较多的基本实验内容。在前期研究中，我们针对园艺植物生物技术课程实验教学中存在的问题，提出了一系列改革措施[2]，取得了一定的成效，但在具体的实施过程中，依然发现了一些问题，主要有以下几个方面：

2.1 理论课与实验课结合不紧密

针对前期提出的园艺植物生物技术与园艺植物育种学等课程实验内容有重叠的现象，我们整合课程间重复性实验内容[2]，形成了基于园艺植物生物技术，园艺植物育种学，园艺产品贮藏运销学等理论课程的一门综合性实验课程园艺综合实验。在对2019-2020年内上过园艺植物生物技术及园艺综合实验这两门的课程的同学进行问卷或谈话调查，发现多数同学表示园艺植物生物技术课程中涉及的基因工程、分子标记以及生物信息学等相关理论内容抽象难懂，但操作性、应用性较强，需要实验课程帮助理解巩固；由于实验课程与理论课程并不在同一学期开课，学生在上实验课时，理论知识早已经忘记大半，虽然课上老师也会对实验目的、原理、方法等进行介绍与讲解，但效果并不显著，实验也就成了走形式。同时，与园艺专业本科生科研训练导师交流发现，由于实验教学没有发挥出该有的教学效果，针对这些本应掌握并熟练运用的基本知识与技能，大部分学生几乎无法顺利地应用到科研训练与毕业试验中去。

实验教学拥有理论教学不可替代的作用，只有在理论课的基础上，有机结合系统全面的实验教学，才能加深对理论知识的理解，更好地利用理论知识指导实践。但目前课程设计中理论和实验课存在结合不紧密的脱节现象，影响了学生对课程内容以及相关技术的熟练掌握与运用。

2.2 传统的实验课堂远远满足不了生物技术实验的教学要求

针对前期提出的在传统园艺植物生物技术课程实验教学中的验证性实验束缚学生创新思想、积极性和主动性，无法激起学生操作兴趣的问题，我们删除验证性实验步骤中的关键步骤，在实验课堂讲解过程中引导学生结合理论知识，通过自主思考、计算等方式，完善实验步骤，并完成实验操作。同时，在完成基本验证性实验内容的基础上引入一系列自主设计综合实验[2]。

但在实施过程中，针对验证性实验，只有少数同学可以积极主动地去思考计算，大部分同学依然是应付的态度，甚至参考抄袭别人的实验步骤来完成实验。虽然与之前的教学方法相比，部分学生的主观能动性得到提升，但这依然不是适合大部分学生的最佳教学方法。另外，由于自主设计实验以项目形式实施，项目内包含一系列独立而连贯的小实验，如何引导学生设计整体实验方案、按照方案顺利实施，解决实验过程中遇到的问题，并对中间结果及最终结果进行分析等成为了实验教学中的难点，消耗了实验教学的大量学时。学生还是依赖教师在实验课堂上的讲授，希望教师能给出最优的实验方案及操作步骤，遇到问题做不到积极主动的解决；同学间存在实验方案相互抄袭，甚至是不做实验、用别人实验结果交差的现象。因此，目前存在的问题依然是实验教学不能激起学生兴趣，且自主设计实验实施受限。

同时，园艺产业快速崛起，对外交流日益频繁；生物技术迅猛发展，很多前沿研究均以英文论文形式发表，且学术交流越来越国际化，园艺产业迫切需要既精通英语又具有丰富园艺专业知识的高素质复合型专门人才。但目前园艺学科虽然开设专业英语课程，但由于专业词汇在平时的学习和生活中应用较少，导致学习后得不到充分巩固，本科生园艺专业英语词汇量依然不足，听说读写能力较差，更谈不上查阅英文文献的能力了。据了解，在保证其他科目正常学习的前提下，目前本科生精读一篇英文文献的时间约为一个月，专业英语的欠缺严重限制了学生学习前沿知识的自主性。因此，我们认为，传统实验课堂远远满足不了生物技术实验的教学要求。

2.3 教师对教学方法及教学研究的探讨不足

随着社会突飞猛进的发展，对教育水平及教育方法提出了更高的要求。教师要端正教学态度，不断探讨较为有效的新的教学方法，以提高自己的教学水平。这就要求教师要投身于教学研究和教学探索中去，时刻思考如何提高学生的兴趣、激发其创新思维，如何不断改进实验内容、形成有机的实验体系。但教学项目的研究不像科研项目一样能够快速出成果，一个项目的实施、一个新的教学体系的形成需要时间，而真正的教学效果在缺乏系统评价标准的前提下短期内也是很难看到成效的。因此，授课教师对教学方法的改革以及教学研究的探讨不足，更愿意守着陈旧的教学体系，哪怕是改革也只是些不痛不痒的小改变。

3 园艺植物生物技术课程实验教学进一步改革措施

基于以上分析，园艺植物生物技术课程实验教学依然有待进一步改革，针对上述园艺植物生物技术课程实验教学中存在的问题，具体改革措施如下：

3.1 将理论教学与实验教学有机结合，精选教学内容

将园艺植物生物技术课程实验内容调整至本课程中，在前期开设园艺综合实验课程的基础上，将课程内与其他课程的重复性实验内容剔除。只需要将园艺植物生物技术理论课程与实验教学的开课时间进行调整，保证理论与实践的有机结合，如讲授组织培养内容后立即安排相关实验内容在一周后进行。同时在保证教学质量的基础上精选教学内容，如原生质体提取和质粒提取虽然是两个独立的实验，但在原理和操作方面有一定的相似性，在理解两个实验基本原理的基础上，如果能够完成原生质体提取实验，质粒提取几乎不存在任何困难。故二者选其一，只设置原生质体提取实验。实验教学的目的不是将所有实验都做一遍，而是对基本原理和操作技术的掌握，以及举一反三能力的获得。因此，实验内容的精简并不会使学生少学到什么，而是留出更多课时去学习新的内容，包括自主设计综合实验。

3.2 将翻转课堂引入传统实验教学体系

翻转课堂改变了传统的教学顺序，将课堂内外的时间重新进行调整组合，让教师、学生、课堂的角色产生根本变化。在这种教学模式下，教师依然是教学过程的主导，学生掌握学习的决定权和主动权，二者配合积极开展讨论式、研究式等教学活动，学生能主动发现问题、探索问题、解决问题，从而获得深层次理解和多层次锻炼[3]。目前已有多篇翻转课堂用于实验课程的相关报道[4-8]。且从教学模式满意度、教学过程效果和教学模式优越性等方面的调查结果显示，学生对翻转课堂实验教学模式总体处于比较满意的状态[9]。

针对园艺植物生物技术实验课程中的验证性实验，为了提高学生的积极性与主动性，同时加强实验效果，我们将翻转课堂教学模式引入该课程的实验教学。首先，每次实验课前一周，在教师已经完成了实验相关理论教学的基础上，给学生发送电子版实验指导及相关学习资料。实验指导中只列出实验目的、简单的实验原理，没有具体试验操作步骤。相关的学习资料包括1-2篇可参考的文献资料、课程相关课件及视频。视频多是针对PCR、分子杂交、遗传转化、RNA干扰等较为难懂的相关技术，帮助没有从事过相关研究的学生理解原理。学生在观看课件、视频以及参考文献的基础上，需自行查阅资料，并制定实验方案，在开课前3天发给指导教师。教师给予理论性指导并辅助学生对实验方案进行论证及优化，此过程可在开课前重复多次。在正式上课时，学生根据做好的实验方案进行具体操作，在有限的课程时间内完成实验，并在课后一周提交实验报告，报告内容包括实验方案、实验记录、实验结果，以及实验过程中遇到的问题及解决方法。学生最终的实验方案、课堂上的实验操作以及最终的实验报告分别占总成绩的50%、20%以及30%（图1）。这样的教学及考核模式让学生无法抄袭别人的实验方案及报告，使学生的自觉性和主动性得到一定的提升。

图1 验证性实验具体实施方案

针对园艺植物生物技术实验课程中的自主设计综合实验，鉴于学时数的限制，主要采取以下类似翻转课堂改革方案：首先，在教学平台的基础上，结合学院科研平台，开放实验室资源，以选修课方式或大学生创新等方式让学生自由选题。选题可以在实验课程的教学大纲中选择已有综合实验，也可以结合科研训练导师的科研项目，或结合大学生自主创新实验项目。在前面翻转课堂的训练下，学生有了自主查阅资料和设计实验方案的基础，只需要将设计好的实验方案与授课教师、科研训练导师或项目指导教师进行充分交流与优化，即可得到较为完善的实验方案，并将方案以开题的方式形成文字稿。在实验的具体实施过程中，学生根据实验内容，灵活安排时间并进行操作，在此过程中学生可随时针对实验中的问题以及关键技术与教师进行交流讨论。同时，学生还要及时记录实验过程，提出并分析问题，最后不断优化实验方案，直至实验结束。在实验项目结束后将具体实验方法、实验结果以及相关讨论等形成科技小论文形式的实验报告，最终将开题文字稿与实验报告一同上交。指导教师分别针对学生在项目实施过程中的综合表现、开题报告和实验报告给出成绩，分别占总成绩的40%，30%和30%（图2），通过后可申请创新学分。这样的教学及考核模式可以让学生间实验选题的重复度大大降低，基本无法抄袭别人的实验方案，学生的自觉性和主动性大幅度提升。需要指出的是，不同学生自主设计综合性实验的设计方案会有不同，实验结果也可能会不一致，这就要求学生在实验操作中要特别精细，注意取得实验数据的客观性和科学性，提醒学生设置正、负对照，适当增加实验重复次数并进行统计学分析。最终的结果在整个实验的实施过程中是重要的，但又不是最重要的，最重要的是实验方案的设计依据、实验操作的规范程度、遇到问题时的解决方案及最终实验结果的分析与讨论。教师对学生进行考核时也要注意从每个学生的实际情况出发，因为同一专业的同学在学习能力、创新性思维等方面均有很大差异。教师的任务是通过教学，使每位同学在原有基础上都有较大的提升与进步。学生的努力和进步能得到与之相匹配的考核成绩，是对其学习积极性的最好鼓励方式。

图2 自主设计综合性实验具体实施方案

3.3 在园艺植物生物技术及实验课程中引入双语教学模式

初步尝试在园艺植物生物技术及实验课程中引入双语教学模式。学生在学习了专业英语的基础上，在本课程中对学过的专业词汇进行复习，对新的专业词汇进行系统学习，并在查阅文献资料的同时对这些英语词汇进行巩固。为了保证教学质量，我们多由国外留学回国的青年教师进行相关内容的讲解。这种教学模式加强了学生的英语学习，促进了学生在国际学术活动中自由交流，同时也加速了学生对前沿知识的掌握，学生懂的多了，知道的多了，想法就多了，这使得园艺植物生物技术课程实验教学效果大大提升。

3.4 加强教师队伍建设，提高教师进行教学改革和研究的积极性

园艺植物生物技术大部分内容依托分子生物学，是一门紧跟技术发展的学科。随着分子生物学的快速发展，各种先进的基因工程、分子标记等技术手段越来越多地应用到园艺植物育种及相关研究中。想要课程内容紧跟现代科学发展要求，授课教师必须时刻关注相关科研最前沿，利用学校的教育平台，融合新技术，随时改革，随时创新。因此，相关授课教师需定期组织专题讨论会，互相交流近年来园艺学科的发展情况、新技术的开发以及应用情况等。在此基础上精选教学内容、优化教学方案。同时增强学院各课题组间的学习交流，并积极参加各种学术会议，用新理论、新技术武装自己，为优秀人才培养添砖加瓦。

为了鼓励教师在教学方面做出更多成绩，真正为新型应用性人才培养贡献力量，学校各类教研项目的支持力度大大提高。同时，学校连续两年评选“教学卓越奖”，主要奖励在教学工作中有突出贡献的教师，奖励金额高达5万元。这些措施在一定程度上激发了教师进行教学方法改革和研究的积极性。

4 结束语

园艺植物生物技术是园艺专业的核心课程之一，是一门应用性很强的课程。在园艺植物生物技术课程不断的改革探索中，虽然也走过弯路，但总体上来说已经取得一定的教学效果。在今后的教学中，随着社会的发展和人才需求的改变，势必还会进行一系列的改革，但我们有信心在改革和发展的道路上，坚持培养符合社会需求的优秀人才。不过，我们也必须承认，在我国传统的固有教学模式下，学生从小学至大学，早已经习惯了传统的应试教学方法，习惯通过老师灌输，自己死记硬背来获取知识；实践方面更是老师怎么说自己怎么做，不愿讨论，不会反驳，不愿意去改变学习方式，更不会自己去探索学习，设计出一套属于自己的、从原理到操作全部了如指掌的实验方法。因此，新的教学方法容易会使学生或多或少地感到不适应，尤其是翻转课堂类教学方式，需要学生课后付出更多的时间和精力，而这种付出和他们整个学习生涯中习惯的课后复习预习均不同。所以教育观念的更新和转变需要时间。个人认为，小学，中学和大学的教学改革一直如火如荼地进行[10-11]，也会一直进行下去。当从小学就开始经历各种新式课堂和教学方法的学生步入大学后，我们的教学改革之路可能会更加好走。