《植物生理学实验》教学改革探究与实践

陈桂平 李胜 马绍英

摘 要：实验教学是高校教学体系的重要组成部分，是大学生实践培养的关键环节。随着高等教育改革的不断深化，实验教学越来越成为教学改革的重中之重。自2016年以来，甘肃农业大学在大幅度增加植物生理学实验仪器设备、优化实验教学场所设置的基础上，从加强实验室建设，深化实验课程体系改革，修订实验教材，完善实验教学课程考核制度，以及录制实验操作视频等方面，对我校《植物生理学实验》课程进行了多方位的改革探究。这一系列改革措施的实施不仅提升了《植物生理学实验》课程规范化教学深度，也在教师和学生中收到了良好的教学反馈，为培养创新创业人才提供了有力的保障。

关键词：植物生理学实验；实验室建设；实验教学；深度改革

中图分类号：G642.0  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2023）07-0085-03

植物生理学是研究植物生命活动规律及其与环境相互关系的科学[1]，由于学科重难点、知识庞杂，教师在其教学过程中完全依赖理论教学很难达到满意的教学效果。《植物生理学实验》旨在强化学生对植物生理学理论和实验基本原理的理解，加强学生规范操作培养和实际分析问题解决问题能力的培养，在植物生理学教学中尤为重要，是培养学生实践能力的重要保障，对学生综合素质提升具有重要作用[2，3]。

1 《植物生理学实验》课程开设中存在的问题

目前高等农业院校植物生理学实验教学普遍存在教学体系和教学模式陈旧，创新性和综合性实验内容设置较少、仪器设备落后等问题[4]。下面以我校2016年以前植物生理学实验课程教学中存在的问题为例加以说明：

1.1 实验室面积小

植物生理学实验每学期要承担全校1000人以上的教学任务，然而实验室面积非常有限，预备室和储藏室总面积仅有12m2，教学实验室面积仅有56m2，实验课每周都安排地非常饱和，实验教学压力非常大，实验教学效果不佳。

1.2 实验经费投入不足、实验仪器缺乏

每年投入实验室的经费和实验室建设经费严重不足，仪器设备老旧短缺，在仪器数量和功能上的配置仅能维持开设简单的演示性和验证性实验，无法满足综合性、设计性实验的开设，在很大程度上限制了学生课程学习和科学探索的发展空间。

1.3 实验课时少，内容陈旧、单调

植物生理学实验课程只有18个学时，每个实验项目必须在2学时内完成。实验课前，由实验室教师准备实验所需的材料、药品、仪器设备。上课时，授课教师讲解实验原理、方法、步骤等，学生按教师的讲解机械的操作，限时完成各个实验步骤，学生操作稍慢就不能完成整个实验过程。这种实验教学方式极大地限制了学生实践操作能力和科研思维的培养，难以激发学生的学习兴趣和提高学生创新能力。

此外，植物生理学实验基本以演示性、验证性实验为主，教学课程体系沿用十多年前的教学大纲和教学计划，教学内容和教学形式跟不上教育改革的发展，与前沿研究课题和社会发展实际需求存在较大差距，不能满足培养学生创新能力的需要。

1.4 实验考核制度不够完善

实验课程考核采用授课教师根据学生的实验报告给出相应的成绩，并无针对实验中基本知识和技能的考核制度，学生成绩主要反映的是理论成绩，实验成绩占比较小（实验课成绩=实验报告成绩+学生的实验课出勤率），占总成绩15%，导致学生对实验课的学习态度不够积极，很难培养学生实践操作和科學思维能力，也不符合培养创新型农业专业人才的现代教育体制。

2 植物生理学实验教学改革的思路与措施

实验室建设是一项长期而繁重的任务，是学校总体规划的组成部分，我校自2016年以来，对本科实验室进行了大胆的改革，成立了基础实验教学中心，承担了我校的全部基础实验教学课程的任务，植物生理学实验得到了极大的改善和发展，为创新创业人才的培养提供了良好的环境[5，6]。

2.1 加强实验室建设和仪器设备的补充与更新

自2016年植物生理学实验室由上世纪90年代的老旧楼搬迁至我校新建的实验教学大楼，并成立了基础实验教学中心。用于《植物生理学实验》的实验室面积由原来的56m2增至现在的360m2。包括3间实验室，1间预备室（35m2）和1间储物室（25m2）。每间实验室100m2，包括4个实验台，每个实验台中间设有双层置物架，用于放置实验器具和药品，可供8位学生操作。每间实验室设有长14m的边台，可放置实验教学活动所需各类实验仪器。

从2016年以来，植物生理学实验室新进各种实验仪器设备共240台，彻底改变了实验教学仪器少、旧的现状。实验仪器设备由原来的每30人一套增加到现在的每2人一套，实验小组也由原来的6人一组发展到现在2人一组。实验教学新购入植物水势测定仪、根系扫描仪、叶绿素荧光仪、电导率仪、控温控湿光照培养箱、数码显微镜、等仪器设备，用于不同植物根、茎、叶的水势测定、植物根系多指标分析、植物叶片叶绿素及荧光参数测定、植物膜透性测定、不同光照、湿度及温度条件下植株的培养、植物微观结构观察。这些新仪器不仅满足了开设创新性和综合性植物生理实验，而且也促进了学生掌握最新开展植物生理研究的多种仪器的使用方法，有利于增加学生对植物生理学课程的学习兴趣，以及对植物生命科学的探索精神，使学生得到更全面的发展。

通过以上实验室建设和仪器设备更新，植物生理学实验教学环境得到极大改善，目前我校植物生理学实验室已建成标准化的一流本科实验教学场所，可为教师和学生提供了优质的教学和科研服务。

2.2 植物生理学实验教材修订

植物生理学实验一直采用《植物生理学实验指导》作为课程教材，该教材设置实验内容多为单一指标的测定，不利于学生全方位整体实验思路的构建及创新思维的培养，学生从教材中只能学到某一指标测定的方法，无法对实验内容进行系统性的学习，对实验内容理解不够，缺乏整体实验思维的搭建。因此，为帮助学生通过实验课程快速建立实验思维，在《植物生理学实验指导》基础上进行了改进，将教材内容修订形成《植物生理学实验（第2版）》，按照实验方向侧重点不同，划分区块设计实验内容匹配授课进度。同时，设置课后拓展问题，以帮助于学生深入思考每个实验设计的目的、意义，激发学生的学习动力和探究科学问题的兴趣。此外，每个实验内容结尾处附有参考文献，以提高学生课后自主查阅文献的积极性，拓展学生知识面。《植物生理学实验（第2版）》中包括59个实验内容，部分实验内容给出不同的实验方法，如过氧化氢含量测定方法包括滴定法和分光光度计法两种，土壤中有机质含量测定方法有外加热法和稀释热法等[7]，多种方法的设置有利于学生自主选择实验内容，增加课程的多样性。同时便于学生对相同指标的不同测定方法进行比对分析，增进学生独立思考的能力。

2.3 增加实验学时、更新实验教学内容

2016学年我校将植物生理学实验教学课时做了较大的调整，植物生理学实验由原来的18学时调整至目前的32学时，并单独设课，为创新性、综合性实验的开设提供了学时保障。学生有充足的时间开展实验，通过课前主动学习，实验期间与授课教师交流互动，学习更多实验操作技能。教师有时间、有空间对操作有误的同学进行针对性指导，有利于学生科学、规范的完成实验。学生也能更快速的了解实验的目的与意义，同时增加学习兴趣、动手能力和思考能力。统计显示，增加实验授课学时后，学生在实验期间与教师沟通交流时间增加，更愿意主动学习除本实验外的其他实验内容，不再将视线集中在实验报告册的撰写，而是更加关注实验操作、实验现象观察和实验数据分析。在与老师交流的过程中学生更容易产生新的想法，更愿意参与老师的课题研究，使学生对未知科学研究产生浓厚的学习兴趣。这对于学生未来的工作和求学之路奠定扎实基础。学时的延长对应教学内容的拓展，学生在此过程中可以全身心投入实验内容，避免了以往因担心课时不够导致实验结果观察仓促、实验数据分析不够深刻等问题，增加了学生对实验内容的理解和把握。

在增加实验学时的同时，植物生理学课程组全体教师不断探索、大胆革新，更新实验教学内容，将单调的演示性、验证性实验整合为设计性、综合性实验，如：将过去叶绿素的提取、分离、定量测定、理化性质4个验证性实验合并为综合性大实验——植物光合特性和叶绿素的提取、分离及理化性质；将过去丙二醛、脯氨酸、细胞膜透性测定3个独立实验整合为植物逆境生理指标的检测与分析，新增了植物地上部的茎、叶及地下部根的表型分析实验。为了更进一步地服务于创新型人才的培养，授课教师将自己的科研内容融入于本科生实验教学，激发学生浓厚的科研兴趣，提高学生创新思维能力。

2.4 线上实验教学平台建设

为帮助学生打好实验基础，拓展学生学习观察能力，本课程搭建线上实验教学平台。依托于甘肃农业大学数字化平台，开展线上实验教学，教师提前上传实验课程课件，实验讲解及实验操作视频，学生在课前进行预习，掌握本节实验课的理论知识和实验操作技能，在实验课上有针对性的解决实验难点。同时，在线上提供实验相关的中英文文献及研究热点相关的幻灯片，帮助学生了解最新的科学研究成果及实验手段，便于学生了解该領域的前沿动态，提高学生独立设计并开展实验和完成实验论文撰写的能力。另外，在线上，老师会不定期提出一些和该课程相关的科学问题，作为思维拓展帮助学生进行头脑风暴。在线下授课中针对相关科学问题老师与学生积极讨论，增加学生主动思考问题、提出新问题和解决问题的能力。学生通过在线下课程开始之前的线上自主学习，了解实验具体操作过程，在线下课程开始后快速进入实验状态，减少教师讲课过程，释放线下课程部分时间，将实验课的主动性还给学生，增加学生实际操作、讨论和思维碰撞的时间，进一步激发学生的自我创新意识。

2.5 实验考核体系的改革

植物生理学实验考核一改以往单一的考核制度，将考核方式多维度拓展，分为线上浏览、实验设计、实验准备、实验课实操和实验课出勤率五个部分。线上浏览时间占总成绩10%；实验设计要求学生撰写实验设计方案，占总成绩的25%。为了更好地培养创新创业人才，老师将实验内容在实验课开设前一周发给学生，使学生做到课前预习并进行实验设计；教师要求学生参于每次实验的准备，且准备实验占总成绩的15%。在实验准备期间学生将带着自己的实验设计参与实验中心老师的实验准备，如仪器设备的选择和调试使用、实验材料的培养、试剂药品的配置等，使学生在准备过程中更进一步明确并细化实验设计，这有利于培养学生的团队协作精神，增强学生实验室主人翁的责任感，激发学生的学习兴趣；实验课出勤率为学生完成一学期全部实验学时数，占总成绩的5%；实验课占总成绩的45%，包括学生在实验过程中的操作技能，对实验结果的分析以及实验论文的撰写等。

3 植物生理学实验教学改革的成果

通过上述一系列的改革，植物生理学实验进一步对接大学生创新创业计划项目，引导学生开展与本实验课程紧密联系的课外实践培养。例如2016-2018级生命科学技术学院的学生就以校园银杏叶片为研究对象，进行叶片中类黄酮的提取、纯化体系的建立和体外抗氧化试验等，并将研究结果撰写成科技论文发表；生命科学技术学院2019级同学主持的校级和省级创新创业项目“牡丹籽中牡丹籽的提取工艺技术体系研究”，将研究成果“牡丹籽油提取工艺与精炼工艺的优化”发表于《核农学报》[8]，并申报了国家发明专利，且该研究成果于2018年获“第三届全国大学生生命科学创新创业大赛”二等奖，使学生的综合素质在课题研究中得到较大的提升，为更好的培养社会需求的创新创业人才提供了有力的保障。

4 结语

在融入创新思维实验教学中，结合甘肃农业大学高水平应用型大学办学理念，将不断探索如何将植物生理学实验教学与理论教学、学科前沿与农业生产紧密融合，构建适宜的植物生理学实验课程体系，把相关的理论课程知识链接融入于创新人才的培养中，不断探索创新实验教学理念和模式，激发学生的创新思维能力，不断提升学生综合素质和创新实践的能力，为毕业后的创新创业奠定基础[9]。

参考文献：

〔1〕王永飞，马三梅，李宏业.植物生理学[M].北京：科学出版社，2019.

〔2〕王计平，赵娟，尹美强，温银元，张彬.新农科背景下植物生理学试验教学模式的改革与创新[J].农业技术与装备，2022，5（03）：108-109+112.

〔3〕陈模芳，李小霞，徐晓舒.植物生理学实验教学中存在的问题及建议[J].科技视界，2019，9（01）：211+208.

〔4〕阿衣古力·阿布都瓦依提，齐曼·尤努斯，徐敏.植物生理学实验教学初探[J].实验科学与技术，2015， 13（02）：58-59+70.

〔5〕王欢，陈展宇.高等农林院校植物生理学教学改革探讨[J].长春师范大学学报，2016，35（10）：132-134.

〔6〕刘雪琴，仝瑞建.提高大学植物生理学实验教学效果的探索[J].高教学刊，2017，13（09）：54-55.

〔7〕李胜，马绍英.植物生理学实验（第2版）[M].北京：高等教育出版社，2023.

〔8〕王兴宏，马绍英，李秉建，夏玉文，王悦，李胜.牡丹籽油提取工艺与精炼工艺的优化[J].核农学报，2019，33（08）：1559-1568.

〔9〕谢文华，王璐，白璐.“植物生理学”实验课程教学改革初探[J].新课程研究（中旬刊），2015，36（11）：75-76.