高师生物专业植物学实验教学改革与实践

陈健辉，王厚麟，陈红阳，覃逸琼

（广州大学 生命科学学院，广东 广州 510006）

生物学是实验科学，在进入21 世纪后，生物学与人类生活的关系显得尤为突出，了解、掌握更多的生物学知识有助于人类更好地生活。在新形势下的生物科学师范教育专业毕业生，实践能力的强弱是能否适应中学生物学教学的一个重要条件；而专业认知能力、实践能力、职业能力、创新能力是卓越生物学教师的基本保障。新时代教师教育人才培养的核心就是要培养具备“有理想信念、有道德情操、有扎实学识、有仁爱之心”的师范生。目前，生物学教学强调实验技能的操作、学科与新媒体多角度衔接、互联网与学科的紧密结合。在中学相关课程标准中《普通高中生物课程标准》就提出：以全面提高学生生物学核心素养为宗旨，内容聚焦大概念，教学过程重实践，学业评价促发展；《义务教育生物课程标准》要求：生物课程面向全体学生、提高生物科学素养和倡导探究性学习。在这种新形势下，师范教育专业毕业生在工作时，为了迅速融入中学教学，必需做好知识与能力的储备，面对中学生物学实验教学，会产生以下的“不适应”：对培养中学生创新能力、基于解决问题的科研能力培养的不适应；对实验教学设计及课堂管理的不适应；对驾驭实验教学课堂的不适应。师范生只有在不断的实践中，发现自身的不足，并在平时的学习中，有针对性地加以补救，把实验教学与科学研究相结合、将理论教学与实验教学有机结合，拓展视野、培养创新精神，将来才可能自如驾驭中学课堂。植物学是生物科学、生物技术、农学等生物类的专业课程，更是生物学师范教育专业的基础课程；植物学实验是师范生进入大学后系统开展生物学实验的早期课程；结合师范生培养对实验技能的要求，在植物学实验中开展相关改革，通过严格、全面的实验技能训练，强化师范生基本操作技能，通过实践熟练掌握显微镜的应用技能，掌握徒手切片技术、植物组织和器官的解剖技术、生物绘图方法、临时装片制作技术等基本实验技能；可以有效促进师范生对大学学习的适应，并为后续实验课程的学习、参与科研训练打下坚实的基础。通过学习，师范生可以掌握植物学实验的基本原理、基本知识，以及研究植物的一些基本方法和基本技能，并运用这些技能去研究植物个体发育中器官的形态建成与结构；通过实验，掌握植物细胞、组织、器官的主要形态特征、类型，认识一些常见的与人类关系密切的植物器官；巩固和加深植物学理论课程所学的知识，从而达到提高师范生的专业素质、动手能力，达成其毕业应具备的，具有严谨的科学态度与实事求是的作风的目的，为今后开展工作和学习后续课程打下良好的基础。

一、改革实验教学模式，重视基础操作训练

（一）建立以师范生为主体的实验教学模式，培养学科技能

生物学师范教育专业植物学实验从性质方面来讲，作为师范生进入大学后，早期接触到的一门独立开设的专业实验课程，为非课程内实验，这与中学课程设置完全不一样；从课程衔接方面来讲，植物结构中的细胞、组织水平的观察、辨识，是以后开展生态、生理、分子、基因等相关实验的基础；从师范生能力发展方面看，显微镜的操作及管理、徒手切片、临时玻片标本的制作、检索表的编制等知识与技能，是师范生将来工作及学习后续实验课程的基础。因此，师范生植物学实验能力的培养、习惯的形成，有助于其将来更好地学习其他课程及开展相关研究工作。同时，在“互联网+”时代，传统的实验教学模式需要与时俱进，结合现代媒体开展教学，特别是在课程教学时间紧、学科发展日新月异、获得知识途径更加丰富的形势下，线上实验教学变得可行；因此，在继续强化已有基础的、已被证明行之有效的、规范的传统实验教学的前提下，开展实验课程线上建设，将实验过程的相关资料上传，使师范生自主学习，是时代发展的趋势。构建“线上与线下结合的植物学实验”教学模式，是时代发展的特色，将实验教学与媒体结合，既可以使师范生接受规范的基础操作训练，又可通过有效的“自检”使其能力得以完善和提高；同时又与新时代下年轻学生学习习惯吻合。实践证明：线上与线下结合的教学模式，可以使植物学实验的有效教学成为可能。

在植物学实验课程中，以强化形态学实验操作技能为基础，示范操作演示到位为特色，建设线上实验课程。在教学中，以培养师范生能力为契机，引导师范生提高学习兴趣，拓宽其知识面，结合现代的教学手段，求实、创新，目的是培养“师范生具有深厚的基础知识和自学的能力”。开展线上实验课程的建设，就是将实验中观察到的现象、规范操作，通过现代媒体技术，将相关资料上传，便于师范生自主学习；这种学习能够有效克服传统实验教学时空的限制；但同时也存在无法开展实物操作的弊端。因此，在课程构建时必需考虑到：线上着重内容、原理、过程的学习；而操作的训练一定要在线下，且时间一定要保证；因此在线上制作方面，着力拍摄徒手切片、花朵解剖等视频，利用近摄，增加示范功能；同时充分利用显微摄影的图片，开展重点内容的讲解。植物学实验课程在慕课平台的资源共享课中运行后，师范生就可以在课堂以外的时间进行自主学习。在实验尚未开展时，可先了解实验的内容，掌握实验操作的特点，观察的重点内容；实验时就可以将时间主要花在规范操作、提升操作准确性和速度、观察等方面，使实验的高效性成为可能。实验后，又可无时间限制，随时自主复习，使实验的巩固更加自主。线上与线下结合的教学模式，可以让师范生提早看到实验操作的细节，节约了教学讲解的时间，提高实验效率。线下的讲解主要强调操作的难点和重点，赋予师范生更多的操作时间，延长实验的有效时长，提升师范生的能力与适应性，并提高其专业实验操作能力。

（二）与时俱进，改进实验教学内容，调动师范生学习的积极性

1.师范生刚进入大学，对于单列的实验课程会有不适应，对一次实验时长为三节的实验课更会产生不适；创建植物学实验线上课程，通过线上与线下互为补充的学习模式，让师范生带着问题开展线下实验学习，有助于其掌握植物形态解剖学的基本技能。目前，实验课程纸质版的实验指导教材中的插图多为模式图，与师范生在实验室，特别是在显微镜下所观察到的结构有一定差距；以“与生物科学专业必须掌握的基本技能——显微镜的使用、徒手切片技术”等为切入点、以显微摄影图片为依托，构建植物学实验线上课程。线上内容可以通过显微摄影图制作的PPT 讲授为主线，以教师讲授、演示操作的视频为支撑，以近距（微距）摄影，对操作关键步骤及结果展示为特色，辅助少量动画对教学难点进行解释；可以有效解决教学的难点。课前预习、课后练习作为课程学习后对实验能力的检查，并同时结合实验操作进行实验过程性评价，这样使师范生的自主学习成为可能。利用现代媒体技术介入，开展辅助教学，通过视频的手段，创设实现全天候学习环境的教学模式与当代青年学生的阅读、学习习惯吻合，可以调动其学习的兴趣及潜能。实践证明，构建植物学实验线上课程，可以有效提高实验的有效性，使实验的高效性成为可能。关键要做好教学设计，注意结果性评价与过程性评价结合，并完善师范生实验成绩的评价体系。从实践后的反馈调查中发现：师范生在实验开始前，通过网上学习，可以初步掌握实验的内容、要求，在实验时可以将时间花在操作及观察上，表1、表2、表3分别是实施“线上-线下”融合的实验教学模式后，师范生在“线下”教学前、后，显微镜操作、徒手切片操作和实验效果的比较。

表1、表2、表3 可以表明，线下教学完成前后，结果有较大差异，线下教学后仍然存在的问题主要是：显微镜操作时光圈与物镜放大倍数的配合问题；徒手切片时切片的厚度与材料完整性问题（如草本茎的表皮层不完整等）。因此，在新形势下，一些验证实验内容可以通过线上的形式开展，通过线下检查、评价、强化，可以有效地压缩实验讲授时间，只要评价方式合理、标准化、可操作性强，教学质量是不会下降的。而且，实践操作时间的增加，可以使师范生有更多的时间思考、补缺、强化特长，并使将来的设计性实验产生更多的灵感。

表1 线下教学实施前后显微镜操作比较 单位：人

表2 线下教学实施前后徒手切片操作比较 单位：人

表3 线下教学实施前后徒手切片效果比较 单位：人

2.检索表是识别动、植物种类必备的工具书，而检索表的编制则是综合能力的体现，将验证内容转化为探究内容，在师范生了解检索表编制原理与原则的基础上，创设情景，让师范生自主开展相关实验，编制针对某几种实验材料的检索表，这种富有挑战性的内容对师范生的吸引力较强，而“没有唯一，只有更好”的评价方式，适合青年学生的特性。教学方式的转变，提高了师范生参与实验的兴趣、发掘出其潜能，强化了师范生的教育技能训练意识与能力培养，体现专业发展优势，促进其关键能力提高。这种教学模式、内容的改革，使传统基础实验课程具有更好的活力，既提高了促进师范生的学习积极性，也使教学效果更加明显。

二、构建客观、可操作的实验教学师范生成绩评价指标

（一）实验教学评价对师范生的作用

实验教学评价是指以达成实验教学目标为依据，对教学效果做出综合判断，对教学进行必要调整的过程。好的实验教学评价方式，能有效反映学生的实验技能，还可以转变学生的学习方式。探究能力的培养是“中学生物课程标准”要求达成的目标，在教学过程中，教师应关注学生在实验活动中逐步形成观察能力、规范操作能力、总结归纳能力和发现问题的能力，逐步掌握生物研究的方法，提高其实验动手能力，收集和分析数据、表达和交流的能力等。同时，教师应密切关注学生情感、态度和价值观方面的进步以及良好学习习惯的养成。综合性实验有利于学生掌握并综合运用实验技能，是能够很好达成知识目标、能力目标及情感态度价值观目标的教学环节。

基于上述原因，在植物学综合实验教学中，针对结果与过程开展评价改革，有助于提高实验效率、培养师范生的学科素养。在重视对师范生显性结论评价的同时，注重对师范生缄默过程的评价，尽可能发掘其潜能，又可以使这种教学评价为师范生将来工作提供帮助。因此对实验的评价，既要注意过程、能力的评价，又要关注实验结果的达成，同时还要重视操作技能、实验规范性的评价；并重视考查师范生对生物学概念、原理的理解能力。若单一按实验结果进行评价，就显得不全面。因此，综合的评价能有效提升师范生的实验能力和专业素养。

（二）多元化的成绩评价指标的构建

要使评价做到全面、客观，在具体实践中，应在优化内容设置、掌握实验目的和要求、对实验前的准备、实施操作、课后的回顾等方面设置相应的权重。在植物学实验综合实验中，师范生会应用所学技能开展相关实验，因此，对上述内容分别设置了相应的指标，并安排不同权重，进行综合、全面评价。

根据实践，师范生综合成绩的评价可从以下三个方面入手：从“对相关概念掌握的正确性、实验预习的完整性”评价基本技能及知识的掌握能力，从“对实验观察的准确度、实验操作的正误”评价实验的严谨性和能力的强弱，从“综合实验的完成情况”评价综合实验能力。评价强调“以学生发展为本”，与新一轮教学改革理念一致，具有实用性，解决了成绩评价单凭实验报告的不足。以上各点分别占权重的15%、35%、50%。具体做法是：

1.从“对相关概念掌握的正确性、实验预习的完整性”评价

由于实验对象、目的不同，采用的方法和使用的材料就会有区别。如何将预习与实施有效结合，达到预期的结果？实验是在理论指导下的行动，只有建立起正确的概念，在应用中才可能做出正确的判断。师范生通过预习，巩固植物学的基本知识、掌握植物研究的基本方法。在这个环节中，将师范生对不同类型结构观察的正误、基本概念掌握的准确性、相关结构的发育、变化过程的理解等进行综合评价，有助于全面评价师范生对知识的掌握程度。“实验预习的完整性”是评价师范生对实验技能掌握的一个指标，只有了解实验的过程、要求，才能更好地完成实验，有的放矢地促进该实验中涉及到的某些技能的提升。因此，从“对相关概念掌握的正确性、实验预习的完整性”评价师范生实验的基本技能及知识的掌握能力，这部分占综合实验总成绩的15%。

2.从“对实验观察的准确度、实验操作的正误”评价

由于是独立实验，师范生对技能的掌握是关键，实验受材料、环境等影响较多，因此有时实验技能对结果影响相当大，这时要求师范生多从实验过程、材料等多方面进行思考、分析。同时要学会观察，注意实验过程的细节变化，通过将各种问题进行综合，才能有所感悟，这些都是师范生学科素质的体现。只有通过对实验过程的反思，对实验结果进行分析，才可以有效提高师范生的实验动手能力，为将来工作打下坚实的基础。显微镜的操作及管理、徒手切片、临时玻片标本的制作、检索表的编制……是师范生后续实验课程的基础，也是一名优秀师范生必备的技能。在这方面，设置“显微镜操作”“徒手切片”“花的解剖”“后含物鉴定”几方面的操作评价，有利于师范生掌握显微镜的使用、制片方法等基本实验技能和方法。因此，从“对实验观察的准确度、实验操作的正误”评价师范生实验的严谨性和实验能力的强弱，这部分占综合实验总成绩的35%。

3.从“综合实验的完成情况”评价

综合实验是师范生在完成一定的验证实验后，将所掌握的实验方法及基本知识应用在实验中，对未知材料的鉴定。在此过程师范生自主应用适当的方法开展的实验，如：叶裂的判断、子房的解剖、胎座的类型等的判断，是师范生展现植物解剖综合能力的一个方面；编制检索表是对实验材料进行解剖后，“学以致用”的再现，既是知识迁移的体现，又是师范生掌握知识扎实与否的综合展示，并与师范生将来工作完美结合。从“综合实验的完成情况”评价师范生的综合实验能力，有助于培养卓越的生物学教师，这部分占综合实验总成绩的50%。

三、教学效果及反思

实践证明：当代的生物学师范生，具有较牢固的理想信念及现代教育理念，熟悉生物学的科学成就、教育思想和教育方法，并能将所学应用到课堂上。“线上与线下融合”教育模式，是基于当前生物学师范生的现状提出的，能有效促进师范生学习能力、实践能力和创新能力的提高；引导师范生在实践中检验自己、改善自己，运用所学知识解决问题，并符合我国《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020 年）》提出的：高等教育要全面提高高等教育质量，提高人才培养质量，增强大学生对社会服务能力。

师范生利用线上实验教学平台，在线上了解植物形态学实验操作的基本方法，了解显微镜操作等实验操作的规范要领，了解实验材料的处理方法等操作的理论和实践后，建构起系统的植物学解剖知识；通过线上课程中花朵解剖的教学视频、8 核胚囊的动画、有丝分裂的动画等内容，对动态、立体的知识有较深的印象，有效解决师范生对生物学知识的掌握仅停留在单一的二维空间的不足；进而通过线下的操作训练，达成教学目标，提高其将来的教学能力。

通过师范生实践、反馈结果可以发现：（1）线上实验课程在一定程度上是一个辅助、预习的途径。学习了线上课程，可以让师范生清晰实验过程需要具备哪些知识，具备哪些技能。（2）实验课预习只看课本的话，比较“干”，效率不显著；但通过线上学习，了解实验操作的要点及实验的主要流程，能够掌握实验大概内容，也可提前了解自己的知识盲区，提前找资料完善，实验时候就不会那么不知所措，时间也能更好地利用，还能补充漏洞。

上述反馈说明：只要将线上和线下融合，就可以达到提高师范生的实验能力的目标。

四、结束语

植物学实验是生物学师范教育专业重要的实验课程，通过教学改革，并从三个方面对“植物学综合实验”师范生的技能进行较为全面、客观的评价，避免了单一以实验结果为依据的评价模式。开展线上和线下融合的实验教学模式，可以将“教学内容”与“师范标准”对接，将“教学过程”与“教学结果”对接，达成教学目标，师范生对这种教学模式及这种教学评价方式是欢迎的，同时教学可以有效促进师范生实验能力的提升，培养出专业基础扎实的生物学师范毕业生。