新师范背景下基于OBE理念的植物组织培养课程教学改革研究与实践*

◆韩立敏 化文平

0 引言

OBE（Outcome-based Education）理念以成果为目标导向，是新时代新师范背景下的一种先进教育理念。基于该理念，以学生为本，采用逆向思维进行课程体系设计，制订人才培养方案。陕西学前师范学院生物科学专业全面贯彻党的教育方针，根据新时代教师教育高质量发展要求和中学生物教育课程改革理念，立足陕西、面向西部，服务区域基础教育发展，旨在培养德智体美劳全面发展的中学生物教师。

植物组织培养课程对接高中生物选择性必修3《生物技术与工程》相关章节[1]，既能满足未来生物教师从教的知识需求，培养其生物技术技能和实践创新能力，又可促其适应科技发展，增强社会责任感。2022 年，全国普通高中全面实施新课程、使用新教材，高中生物学教学已进入“双新”时代，这对未来中学生物教师的培养提出新的要求。如何坚持“学生中心、产出导向、持续改进”教育理念，更新教学内容，改革教学方式与手段，创新教学模式，寓价值观引导于知识传授和能力培养之中，成为新师范背景下植物组织培养课程教学的新挑战。

本研究在新师范视域下基于OBE 理念的指导，对植物组织培养课程教学进行改革研究与实践，为全面增强该课程的教学效果和育人成效作出有意义的尝试与探索。

1 植物组织培养课程简介

植物组织培养为生物科学专业素质拓展课，理论与实践并重，理论和实验各16 课时，课程见习2 课时（见表1）。通过本课程的学习，学生将掌握植物组织培养基本理论和技能，能够独立设计并组织开展植物组织培养实验，分析和解决植物组织培养过程中出现的问题，养成探索未知、勇攀科学高峰的科学精神，树立服务社会、科技报国的责任感和使命感，为未来从事植物组织培养教学、科研、开发或经营奠定基础。

表1 植物组织培养教学内容

2 植物组织培养课程教学的痛点

植物组织培养课程内容多、实践性强、技术要求高，但课时少、实验条件有限。传统教学模式下，学生无法在有限学时内掌握众多知识点和实践技能。学生虽学过植物生物学、植物生理学、遗传学等课程，具备一定基础，但对不同课程知识的整合能力不足，难以支撑综合性的植物组织培养的学习。植物组织培养实验周期长，学生在有限的教学和实践时间里难以体验成就感。如何在有限的课时中开展有深度、有宽度、有厚度、有温度的丰富的教学活动，提高学生的自主学习能力，激发学生的学习兴趣和动力，是亟待解决的问题。

3 植物组织培养教学改革研究与实践

3.1 理论教学的改革研究与实践

3.1.1 教学内容的重构优化 为使教学内容更系统化，在有限课时中实现课程教学目标，支撑人才培养目标的实现，对植物组织培养教学的内容进行优化，采取删除重复内容、整合相关内容、精选教学案例、线上线下结合等方式 进行课程内容的重构（表1），为学生未来从教夯实基础，提升能力，开阔视野。

3.1.2 基于PBL 的案例教学法的运用 植物组织培养技术的快速发展及广泛应用涌现了大量优秀研究成果，为案例教学法的运用提供了丰富的教学素材。PBL（Problem-based learning）教学法是以问题为导向的教学方法，在教师的引导下，学生围绕问题开展学习[2]。案例教学法是以学生为中心，以案例为导向开展教学[3]。将案例教学法与PBL 教学法有机结合（图1），教师精选案例，将案例依据教学目标分解提炼形成问题链，让学生围绕问题进行主动探究，结合教师对案例的深入剖析，自主构建知识，实现能力的提升。

图1 基于PBL 的案例教学过程

通过问题导向式的案例教学，启迪学生思维、拓展学生思路、激发学生潜能，促进其主动思考、科学分析和解决问题[4]。如人参毛状根培养案例中设计问题链：“你认识人参吗？人参有何功效？有效活性成分是什么？生产中存在的问题是什么？如何解决？如何进行人参毛状根的诱导与培养？如何实现人参毛状根的工业化生产？”马铃薯脱毒培养案例中设计问题链：“马铃薯知几分？马铃薯栽培过程中遭受病毒侵袭有什么危害？如何解决病毒性病害问题？如何进行植物脱毒？如何进行马铃薯的茎尖分生组织的培养？”通过问题链的设计将所要讲的知识点串起来，不仅激发学生思考、探究问题，引 导学生发现问题、分析问题、解决问题，提高学习积极性和主观能动性，还增强知识点间的逻辑性，有助于培养学生严谨的科研思维。

3.1.3 驱动课堂教学创新的混合式教学模式的构建 雨课堂具有开放性、交互性和共享性等特点，为本课程教学活动主要使用的平台。教师将植物组织培养中的难点内容通过录屏软件制作成教学微视频，将其与课件等在课前适时推送给学生，学生借助平台学习并将疑惑及时反馈。课堂上教师针对性授课，通过弹幕、限时答题、投稿等进行互动，课堂效率大幅提高。在课后推送作业、拓展性学习资源等，供学生巩固提高。雨课堂可以全程采集教学数据，记录教学过程，在学期末对本课程的课堂报告等教学数据进行整理分析，作为过程性考核的一部分。借助中国大学MOOC 和智慧树平台的植物组织培养在线课程资源，教师根据教学目标和学生特点，选择合适的线上课程章节作为课前任务或课后拓展性学习资源推荐给学生，通过任务完成报告、收获分享了解学生的线上课程学习情况。这样就可以形成“线下教学为主+雨课堂学习为辅+MOOC 或智慧树平台为补”的混合式教学模式[5]，该教学模式适合学生个性化地学习，激发学生的学习兴趣，开阔学生视野，课堂教学质量大幅度提升。

3.1.4 思政元素的挖掘及其育人目标 充分挖掘植物组织培养课程中蕴含的丰富的思政元素，精心设计教学，有机融入，润物无声地育人，实现价值塑造、知识传授和能力培养的深度融合[6]。在本课程教学中，以立德树人为核心，通过思政元素的渗透厚植师范生的家国情怀，树立正确的价值观，塑造科学精神，培养辩证思维，增强生态保护意识等（图2），以培养新时代国家建设所需要的“有理想信念、有道德情操、有扎实知识、有仁爱之心”的“四有”好老师。

图2 植物组织培养的思政元素及其育人目标

在介绍植物组织培养技术发展史时，使学生认识到科学的发展在于创新，在于批判性地继承。通过WHITE 与培养基的发明、朱至清与禾谷类高效培养基、屠呦呦与青蒿素等里程碑事件及科学家故事，让学生了解科学家探索之路，培养其艰苦奋斗、不畏困难、锲而不舍、默默耕耘、严谨求实、热爱祖国、勇于创新、勇攀高峰的科学精神[7]；通过植物组织培养的发展现状与未来趋势的分享，使学生体会到科技的魅力，可谓是“一叶一芽可成林”，激发学生呵护绿色、感受生命的情感。

在讲植物组织培养的基本原理时，引导学生客观、辩证地分析问题，正确理解植物细胞全能性的绝对性和相对性。在学习植物可通过器官发生或胚胎发生途径进行形态建成时，引导学生用全面、发展、动态的眼光看问题。

在讲解超净工作台和高温高压灭菌锅时，使学生认识到植物组培相关设备与工具的研发是一个不可忽视的领域，“工欲善其事，必先利其器”，科学技术是第一生产力。

按照植物组织培养技术流程为学生分享各种技术时，引导学生娴熟掌握该技术并将其转化为现实生产力，为社会生产和人类生活服务，培养理论与实际相结合的思维，激发学生科技报国的情感，助力中国梦的实现。以灭菌技术知识点为载体，对学生进行实验室安全教育，牢记规范操作，珍爱生命。培养基中的水分、糖类物质、大量和微量元素、植物生长调节剂、凝固剂等均为培养基基本组成成分，融为一体，适当配比组合，共同为离体植物材料的生长与发育提供各类营养。借此培养学生的集体意识、团队协作精神，使学生认识到每个人都是集体的一分子，生活中待人诚信友善，工作上凝聚个人力量形成合力，充分发挥“石榴籽效应”。另外，培养基中的各类成分，植物生长所需要的温度、光照、湿度等环境条件的调控均须在适宜范围内，过高过低都对植物的离体培养不利，引导学生体会儒家思想的核心理念，即生物界的“中庸之道”。

在植物组织与器官培养部分，通过介绍太白米、白及等濒危植物资源保护利用，杨树等组培快繁，马铃薯、草莓和蝴蝶兰等脱毒苗的培育等，使学生认识到组培技术可用来解决濒危植物的繁殖问题，可使农作物丰产、提高品质，可用以培育花卉新品种等，在现代农业生产及国民经济发展中发挥着重要作用，培养学生关心“三农”的情怀，引导学生服务农业生产，助力乡村振兴和美丽中国建设，激发学生主动利用所学知识和技能解决产业问题的意愿和决心，增强建设国家的社会责任感、使命感和爱国情怀[8]。

在植物细胞培养部分，借助抗癌明星药物紫杉醇的药源问题与生产，培养学生合理开发与利用植物资源，落实可持续发展的理念，掌握植物细胞的大规模培养技术，助力健康中国建设。

在人工种子与种质资源章节，引入有理想、有情怀、爱国家的钟扬老师与猕猴桃种质资源的感人故事，依托榜样的力量培养学生科学情怀和社会责任感与使命担当意识。

3.1.5 基于OBE 理念的作业设计 植物组织培养课程既要满足师范生胜任中学阶段教学的知识要求，还要满足学生的可持续发展需求，而达成教学目标离不开必要的作业训练。在作业设计方面，基于OBE 理念，融知识掌握、思维训练与能力提升培养于一体，构建包括复习巩固性作业、拓展性作业、实践性作业的多层次作业体系，既有加深学生理解所学知识、巩固记忆的名词解释、简答等巩固性作业，又有植物组培工厂设计、制作思维导图等拓展性训练，还包括有助于学生将理论知识与现实生产和生活相联系、增强学生学习兴趣和探索欲的具有一定挑战性和创新性的课程论文撰写等实践性作业。各类作业按照一定比例纳入过程性考核（图3）。

图3 植物组织培养课程考核评价

在植物组织培养教学中，根据章节教学目标的需要，适时、适量给学生布置复习巩固性作业。在“植物组织培养实验室的建设”这章讲完后，给学生布置“植物组培工厂的建设规划与设计”作业，要求学生根据生产任务、给定面积、资金成本、设备价格等综合考虑设计出所需要的组培工厂，画出平面和立体设计图，并对生产预期进行描述。为帮助学生更好地理清思路，进行知识体系的构建，在植物组织培养的基本原理、基本技术、器官与组织培养、细胞与原生质体培养等章节讲完后，要求学生利用软件做出四个章节的思维导图，并录屏讲解设计思维导图的想法。在理论课接近尾声时，通过雨课堂发布课程论文任务及要求，每个学生围绕药用植物、观赏植物、粮食作物、果蔬等选取自己感兴趣的植物，查阅国内外文献资料，综述该植物的组织培养研究现状及发展前景，撰写课程小论文，并将研究成果制作成PPT，在全班范围内汇报分享，然后教师点评、同学点评，完善修改PPT 后，将课程论文和汇报PPT 装订形成一份作业提交。这是贯穿课前、课中、课后，基于以任务发布、执行实施、反馈评价、持续改进构成的闭环翻转课堂教学的实践性作业（图4）。学生学会、掌握知识与能够讲出来并且讲好有很大差异，掌握知识只是单向的输入，而分享出来则既有输入，又有内化、加工、转化、输出。通过基于翻转课堂的作业设计，提高学生的学习积极性和主观能动性，锻炼学生的基本教学技能，促使他们转换角色，培养表达能力、总结归纳和比较分析能力。同时，学生对植物组培技术有了更为深刻的认识与理解，并且学会反思，促进自我发展与成长。

图4 基于翻转课堂的实践性作业设计与实施

3.2 实践教学改革研究与实践

3.2.1 基于“双创”思维与能力培养的课程见习 根据课程见习的要求，利用课程实践性、应用性强的特点，结合师范生培养目标，针对性地设计见习项目，着力培养学生的创新创业意识、思维与能力。为学生提供“研发植物组织培养科普APP”“撰写植物组织培养相关企业创业计划书”两个可选见习项目，借助雨课堂将学生随机分配，每六人构成一个研发小组或创业团队，选择一个见习项目，讨论确定具体训练项目。基于项目任务，团队协作调研、构思、设计、撰写计划书，形成研究成果，录屏、剪辑、制作路演微视频并提交。通过科普APP 的研发，培养学生的创新思维与能力，提高科普教育素养，体会将植物克隆的秘密展示给公众的乐趣和成就感。以创业计划书撰写项目引导学生关注行业发展动态，利用科学技术服务社会，培养创业意识与思维。课程见习的实施激发了学生的求知欲与探索欲，强化了学生的自主创新创业意识，提高了学生的创新创业能力，培养了学生的团队协作精神与能力。在此过程中涌现了“培培乐”“组培印记”“植物足迹”“植—培tips”“一个细胞的森林畅想”“最酷炫的花园”等优秀创意项目。

3.2.2 实验教学内容的优化 根据实验教学目标、学科发展动态、课程实际课时以及课程内容的特点，对实验教学内容进行优化改革。原来，基础性、验证性实验多，呈模块化分散，综合性、逻辑联系不够强，通过整合、优选改革后，以综合性、设计性实验为主（表1），更注重对学生综合创新能力的培养。

3.2.3 混合式实验教学模式的构建 虚拟仿真实验是虚拟现实、人机交互等现代信息技术与实验教学深度融合的产物，其应用可以拓展实验教学内容广度和深度、延伸实验教学时间和空间，助力实验教学质量和水平的提升[9]。植物组织培养实验耗时长，课时不足，实验条件有限，将虚拟仿真实验引入实验教学中以解决这些问题和困难，可增大实验教学信息容量，提高学生学习积极性、改善实验教学效果，推动植物组织培养实验教学改革和创新。

国家虚拟仿真实验教学课程共享平台（http://www.ilab-x.com/）拥有丰富的植物组织培养相关模拟仿真实验教学项目资源免费向公众开放，如 “杨树良种组培再生虚拟仿真实验”“药用植物细胞组织培养及应用综合设计虚拟仿真实验”“秦岭珍稀濒危药用植物保育及规范化生产虚拟仿真实验教学项目”“稀缺药用植物次生代谢物的虚拟合成”等，在实验教学中利用好这些教学资源，构建线上线下相结合、虚实有机融合的实验教学模式（图5）。

图5 虚实有机融合的混合式实验教学模式

对于无条件开展的实验项目，如“植物细胞培养与次生代谢产物生产”，根据实际教学需要和学生特点，引入“药用植物细胞组织培养及应用综合设计虚拟仿真实验”作为独立实验项目开设，实现教学目标，培养学生的实验设计和综合创新能力，并使学生全面掌握利用植物细胞的大规模培养生产药用次生代谢产物的技术。对于有条件开展的实验，学生开展实际实验，虚拟仿真实验作为其课前学习任务或课后巩固提高的工具[10-11]。实践表明：虚拟仿真实验教学资源的引入有效缓解了实验条件不足，解决了实验周期过长导致不能很好地从宏观、整体上把握技术流程的问题。

虚拟仿真实验的无限次可重复性课前学习，有助于学生在实体实验开始前对实验原理、内容、方法、注意事项等的全面掌握，提高操作效率，促使教师减少讲解，将更多学时分配给学生动手实践，充分调动学生学习的兴趣和主动性，增强实验教学效果。课后通过虚拟仿真实验巩固，有利于拓展学生思维，提高学习深度，开阔视野。2019 级69 名生物科学专业学生的问卷调查结果显示：72.46%的学生认为虚拟仿真实验可提高自主学习能力，分别有82.61%、86.96%的学生认为虚拟仿真实验有助于提升实际实验的速度和成功率，喜欢虚实结合模式的学生占75.36%。

3.2.4 实验考核的改革 在实验教学过程中注重对学生动手操作能 力、实验设计与综合创新能力、分析与解决问题的能力、勇于探索的创新精神和团队精神、工匠精神的培养，驱动学生的自主探究性学习，引导学生认真开展实验，养成实事求是的科学态度。实验考核评价体系应体现这些教学目标的达成度，并且适应实验教学方法与模式的创新改革。将独立虚拟仿真实验教学项目的线上考核成绩按照一定比例纳入实验考核，对学生课前、课中、课后的任务完成情况进行评价全程覆盖：课前任务主要包括设计性实验方案的设计、虚拟仿真实验等线上资源的学习和文献查阅，体现对学生自主学习能力的考查；课中评价主要从学生的操作技能、小组合作、问题解决能力等维度评价；课后任务的评价主要从实验报告的质量、拓展性学习资源的获得感、动态追踪管理实验材料等方面进行，改变以往教师单一评价为主的成绩评价体系，引入学生自评和学生互评[12]。学生自评有助于进行自我反思与发展。学生互评从学生视角对其他学生在实验系列任务完成和团队协作精神进行评价，借此培养学生客观公正的心态和诚实守信的精神。改革后的实验考核评价实现实验考核的全程性、多角度、多维度评价。

3.2.5 实验教学共同体的建立 在实验教学中，构建以学生为中心的，由任课教师、实验员、实验室管理者、学生组成的实验教学共同体（图6）。任课教师根据教学目标、实际实验条件和学生特点设计实验项目，并组织、指导学生开展实验；实验员做好课前材料、试剂、耗材及设备等准备工作；实验室负责人做强实验室安全保障、卫生管理工作，共同为学生的实验开展、探究学习提供优质服务，为增强实验教学效果提高与提升实验教学质量提供保证。

图6 植物组织培养实验教学共同体

4 教学改革研究总结与反思

针对新时代大学生学习特点，结合人才培养目标和课程教学目标，对植物组织培养教学方法创新、课程思政实施、混合式教学模式建立、考核评价完善等进行研究与探索，在此过程中做好教学设计、科学组织管理、师生无缝对接与配合非常重要。混合式教学要求教师具备很强的信息技术运用能力，要实现课程思政内化于心、外化于行，不断提高思政素养，给学生以如沐春风的学习体验。整个教学过程中对教师的教和学生的学都提出更高的要求，课前、课后的任务更多，知识的难度、深度提高，课程更具厚度和温度。教的变革和学的转变共同实现该课程的课堂革命和学习革命，切实增强了教师的教学效果和学生的学习成效。学期末，学生回看其成长微相册时，兴奋时刻、收获时刻、心动时刻的画面呈现给他们满满的回忆、丰富的收获与静静的反思，并构成下学期新的学习起点。

本次改革虽然取得一定成效，但教育对象在不断变化，教育技术在不断发展，教育环境日新月异，因此仍需与时俱进，不断进行课堂教学的改革创新研究工作，致力于教学效果的增强和人才培养质量的提升。