多层次·多元化实验实践教学体系的构建与实践

张卫光，杨广玲，林 琎，范维娣

(1.山东农业大学植物保护学院实验教学中心，山东泰安 271000；2.山东农业大学农药环境毒理研究中心，山东泰安 271000)

实验实践教学活动主要包括实验课程教学、科研实践、毕业设计、实习实训、创新实践和社会实践等环节，是高校教学的重要组成部分，是承载着将理论知识转化为实践应用能力的培养环节，是加速学生掌握和运用专业知识的过程，是培养大学生实践创新能力的重要方面。 《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020 年)》提出高等教育要创新人才培养体制，加强实验实践教学，培养学生的创新实践能力。教育部颁发的《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》明确提出，高等教育要加强实验实践教学，加快实验实践体系教学改革，加强大学生创新思维能力与实验实践能力的培养，全面提升学生的实验实践能力和创新能力。立足于应用型、实践型、创新型等人才培养的目标，在内容和形式上改革与创新实验实践教学体系势在必行。

1 多层次、多元化实验实践教学体系的内涵

多层次，即从实验项目的性质和教学目的出发，从基础验证性实验、综合性实验、设计研究性实验，到大学生研究训练(student research training，以下简称“SRT”)、小型课题科研实验、毕业实习等研究创新性实验，满足实验教学对基础专业知识和技能及研究创新能力培养的不同需求。多元化，即从实验实践教学的形式出发，从实物教学到虚拟仿真实验教学，从室内到田间，满足实验教学全方位培养学生理论联系实际，解决生产实际问题能力的需求。其主要内涵如图1所示。

实验教学首先要完成教学大纲所规定的专业课程的实验、实习和综合实践教学任务。山东农业大学植物保护实验教学中心(以下简称“中心”)每学年要承担全校不同专业约80门课程，600项实验项目的实验实践教学任务，另外还有《普通昆虫学》《普通植物病理学》等主要专业课程教学实习及植保、植检、农药等专业综合实践。除了完成实验教学计划外，还建立了一个现代植物保护学实验室，多个大学生创新实验室以及仪器室，满足各种开放性实验的需求，如SRT、校级、省级及国家级创新计划、毕业实习、部分在中心完成的教师科研实验以及各种创业团队。每个创新实验室根据不同专业和实验类型放置一些常用设备，以便学生开展各种开放性实验。现代植物保护学实验室和仪器室则放置大型精密仪器设备，以供教学和开放实验共享。另外，还指派1名专职高级职称实验技术人员对开放实验进行统筹管理，指导学生正确使用各种仪器设备并指导监督实验进程。

作为应用型学科，植物保护类专业包括植物保护、植物检疫、森林保护、制药工程(农药)、菌物及烟草各专业，在实验教学的过程中主要应用各种实物材料。如病虫实验实践主要是观察认识和制作各种病虫标本；农药实验不仅要用到各种活体病虫试材及植物材料，在制备和分析的过程中还要用到各种器皿和仪器设备；烟草及菌物专业各种实验材料需要学生自种自收，并用于后期各种加工和分析实验。自2017年7月教育部发布《关于 2017—2020 年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》(教高厅〔2017〕 4号)并启动国家级虚拟仿真实验教学项目的建设工作以来，虚拟仿真实验教学呈现出蓬勃发展的态势。虚拟仿真实验作为一种现代化的实验教学方式，能拓展实验教学内容广度和深度，延伸实验教学时间和空间，提升实验教学质量和水平。中心在2020年开发了《玉米螟发生与绿色防控虚拟仿真实验》(图2a)，并被认定为国家级虚拟仿真实验一流课程，同年又建设了一个高标准虚拟仿真实验室(图2b)。中心自2014年开始构建面向全校师生的数字化玻片标本资源共享平台(图2c)，数据库主要是实验教学所涉及的病虫害玻片标本，现有数字化标本500余号，并不断完善更新中。学生可以在自己的电脑、手机等通信设备上通过校园网访问标本数据库，随时随地学习实验内容。

图1 多层次、多元化实验实践教学体系内涵Fig.1 Connotation of multi-level and diversified experimental practice teaching system

图2 虚拟仿真实验资源及数码标本资源库Fig.2 Virtual simulation experiment resources and digital specimen resource library

立足于培养大学生最终能服务于农林生产，解决生产实际问题的目标，在实验实践教学中，室内和室外田间相结合，能尽快提高学生的专业素质修养和技术技能。室内的实验教学在一定程度上只能是部分代替或模拟野外农林生产实际状况，还需田间的进一步实际操作和验证。中心现有校内教学基地3余hm，能满足植保、烟草、农药不同专业的室外实践需要。另有菌物实训基地，能满足菌物专业从育种、栽培到加工整条产业链的生产实践需求。中心还在泰安药乡林场、徂徕山林场等大型国有林场，以及主要烟草产区、制药企业和菌物生产企业建立教学实践基地。通过定期组织学生赴校外教学基地参观实习，能让学生掌握生产实际动态，认识生产实际问题，提高动手实践能力。

2 构建多层次、多元化实验教学体系的必要性

2017 年教育部、财政部、国家发改委印发《统筹推进世界一流大学和一流学科建设实施办法》，2017 年10月习近平在十九大报告中指出，加快一流大学和一流学科建设，加快中国高等教育事业发展，培养拔尖创新人才。2019年山东农业大学植物保护专业入选国家级一流本科专业建设点；2020年山东农业大学入选山东省高水平大学“冲一流”建设高校，植物保护学科入选山东省高水平优势特色学科建设，玉米螟发生与绿色防控虚拟仿真实验被认定为国家级虚拟仿真实验一流课程。进行多层次、多元化的实验实践教学体系的探索和构建，有效提升学生的创新实践能力，对加快一流专业建设和学科建设具有重要意义。

既要完成各课程大纲规定的实验实践学时，又要通过研究性和创新性一系列科研类型的实验教学，进一步提高学生的专业素养和实践创新能力。

传统的实验实践教学以教学大纲为主要内容，按照事先安排的教学日历按部就班地进行教学活动，再辅以课程教学实习实践。学生接触的实验内容都一样，难以体现学生实验实践能力的个体差异以及激发学生的兴趣和创新发展。根据学生的学习和实践能力，考虑学生的个体差异和兴趣爱好，建立以培养实践创新能力为核心的多层次、多元化实验教学新模式。

长期以来教学过程中坚持以“理论知识为主，实验实践为辅”的教学理念，缺乏对实验实践教学的足够重视，实验实践教学活动内容尚未与农业实践生产相结合，学生运用专业知识解决实际生产问题的能力较差。改变传统的“以教师为中心”的讲授型教学方法，采用“学生为主、教师为辅”的实验教学方式，在实验实践教学中采用自主探索式、团队式等教学方法和手段培养学生动手能力、创新能力、独立分析和解决问题的能力及团队协作精神。 将生产实际问题和科学前沿问题融入实验教学中，鼓励学生参与到教师的科研项目中，同时在教师指导下申报校级、省级和国家级大学生创新创业项目，进而培养具有综合型实验实践能力的植物保护相关专业人才。

3 构建多层次、多元化实验教学体系的保障措施

实验中心作为实验教学的主体单位，空间环境、仪器设备质量、任课教师和实验技术人员素质，对实验教学的高效开展及学生综合素质的培养起着至关重要的作用。中心始建于2003年，目前另有菌物培训基地，植物保护实验站和虚拟仿真实验室，承担山东农业大学植物保护学院植物保护、植物检疫、森林保护、烟草、制药工程、菌物专业以及其他专业如园艺、林学、农学等相关实验实践教学工作。2016年以来，随着山东省高水平应用型专业建设项目以及新旧动能转换专项资金的投入，中心在环境和仪器设备等硬件方面得到了极大的提升，1 000元以上的设备总价近1 000万元，10万元以上的大型设备24台套，另建设了6个病虫互动实验室。以实验中心为主体进行实验实践教学，其优点表现在以下几方面：①以中心为单位，更有利于实验教学的统筹安排和实验室的管理，提高相关材料和设备的利用效率。②实验室和设备资源集中，在进行计划内教学的基础上，更利于开发综合性、研究型、创新型实验。③人员集中，专业课教师及实验技术人员可以更有效地沟通实验教学过程中的各种问题，学生也可以更方便地与指导教师进行交流。

实验教学队伍包括指导教师和专职实验技术人员，二者分工不同。指导教师负责实验教学授课及开放实验的选题指导以及实验路线设计等。实验技术人员负责实验室的日常管理、设备的使用与维护以及具体实验技术的指导工作。农业高校中植物保护作为传统优势学科，中心实验指导教师队伍实力雄厚，拥有一支年龄结构合理、较高专业水平的师资队伍，目前共有专职教师68人，其中教授30人，副教授19人，高级职称比例为72%。高水平的实验教学队伍，不仅能高质量地完成实验实践教学，还能紧跟学科前沿，不断更新实验教学内容。中心还有一支年轻有活力的专职实验技术人员队伍，共9人，其中高级实验师4人，具有博士学历的2人，硕士学历的6人，45岁以下实验技术人员7人。随着中心建设质量的不断提高以及职能的扩大，对实验技术人员的要求也越来越高：实验教学过程中涉及的工具和材料需要不断更新和完善；大型仪器设备需要更专业的管理和功能开发；开放创新实验需要更规范和有效的指导。为提高实验技术人员的专业素养和技能，更好地服务实验教学，中心积极选派实验技术人员参加中国高等教育学会、山东省教育技术与装备协会等组织的实验室管理和建设培训及仪器设备展览会，鼓励实验技术人员积极申报各级教研课题及发表实验技术与管理性文章。拥有高水平的实验实践教学队伍，是构建多层次、多元化实验教学体系的根本保障。

4 多层次、多元化实验教学体系实践效果

近年来，经过所有指导教师和实验人员的不断努力，中心已经形成开放性、创新型的实验教学氛围，并取得了一定的成果。

以2016—2020年为例，除去2020年上半年受新冠疫情的影响，学生完成的各种开放创新实验项目逐年提高。2016—2017年仅17项，2018年增加至36项，2019年达到42项，2020年下半年复学后，开放实验项目23项。开放实验数量的增加，说明中心在实验条件方面得到了提升，同时也证实了在多层次、多元化的实验教学体系框架内，使实验教学活动更加充满生机和活力。

多层次、多元化实验教学体系的根本就是满足学生个性化发展的需求，让学生有更多的途径和条件在完成大纲课程的同时，通过各种开放性实验丰富自己的专业知识及提高专业技能。创新创业教育的基础是实验实践，多层次、多元化的实验实践教学体系为创新人才的培养奠定了坚实的基础。中心成立了大学生创客中心，规范引导和帮助学生成立创新团体和创业公司。不仅为学生提供实验空间和设施条件，每个创新创业团体还配备了专门的指导教师，将新理念和新成果注入学生创新创业中，以提高学生创新创业的专业水平。近年来，山东农业大学植保学院在全国和山东省的专业实践技能和创新创业大赛中屡获佳绩(部分获奖情况见表1)，从一定程度上反映了多层次、多元化的实验实践教学体系所取得的成果。

表1 学生专业技能及创新创业大赛部分获奖情况Table 1 Part of the awards of students’ professional skills and innovation and entrepreneurship competitions

5 结语

多层次、多元化的实验教学体系并不是一蹴而就的，而是随着中心软硬件的提升，逐步革新实验教学方法和实验项目内容，逐渐积累所形成的一种全方位立体化的教学体系。虽然实验教学体系发展比较成熟，并取得了一定成绩，但其中仍有很多有待完善的方面，如随着新型精密仪器设备的购置，综合性、设计研究性实验课程项目的开发；开放性实验的遴选机制和考核的量化管理；更多虚拟仿真实验项目的建设；企事业实践教学基地教学与效益的合理化结合以及实验技术人员如何更有效地参与实验教学等。在今后的教学工作中，还需不断完善实验实践教学体系，扎实工作，提高实验教学质量，为我国农林业生产培养应用型、创新型植保人才，为实现民族复兴的中国梦贡献力量。