新农科背景下作物育种学数字化教学模式探索与实践

孙丽芳，王霞，郭永霞，姜丽丽，高树仁

（黑龙江八一农垦大学 农学院，黑龙江大庆 163319）

作物育种学是一门实践性、技术性较强的综合性学科[1-2]，教师仅通过讲解作物育种学理论，口述实践环节，设置碎片化的小实验辅助理论教学，难以让学生全面、系统地掌握育种理论及方法[3]。随着“互联网+教育”与“AI+教育”的不断普及，为满足社会经济和技术发展对农业人才的需求，作物育种学数字化教学转型逐渐成为农学专业发展的重要方向[4-6]。

1 作物育种学数字化教学模式的发展

黑龙江八一农垦大学作物育种学课程建设发展历程可以追溯到1958 年建校初期的遗传育种学课程。团队教师主要开展小麦、玉米和大豆品种选育工作，之后在1996 年和2006 年分别开展水稻和马铃薯育种工作。在课程建设过程中，课程团队教师进行教学改革，先后完成课程学时改革、教学方法改革、考试制度改革和实验课程改革等多项工作，积累了丰富的教学经验。

顺应“互联网+”时代教学主体、教学资源与教学媒介等要素的变革与发展，2019 年，黑龙江八一农垦大学作物育种学教师团队开始探索线上线下混合式教学。2020 年春季学期，学校开设依托智慧树授课平台的作物育种学精品资源共享课，开展线上线下混合式教学的实践，对遇到的新问题进行研究，积累了一定的线上线下混合式教学经验。目前，作物育种学课程已开设6 学期，累计上课人数达700 余人，课堂互动达3 000 余次，发布作业和开展测试200 余次。

此外，通过多年的教学，教师积累了大量的教学资源，如开发了玉米、马铃薯和高粱的品种选育虚拟仿真软件，录制了6 种作物田间杂交演示视频，为作物育种学数字化教学奠定坚实基础。

2 作物育种学数字化教学实施过程

2.1 构建以学生为中心的智慧课堂教学体系

黑龙江八一农垦大学基于OBE 理念，依托中国农业大学国家在线一流课程（智慧树在线开放课程）搭建课程网络平台，构建基于“MOOC+SPOCs+翻转课堂”的智慧课堂教学体系[7]。教师在课程设计中突出学生的主体地位：学生课前完成基本知识点的学习；课中，教师将科技前沿、社会热点、教师科研和专家讲坛与重点知识有机融合，拓宽学生视野，培养学生自信心，激发学生创新动力和积极性，突出学生在教学过程中的主体地位；课后，学生通过绘制思维导图总结重点知识，通过问答讨论理解知识，通过阶段测试巩固知识。另外，教师将育种家的事迹有机融入课堂教学，培养学生“学农、知农、爱农”情怀及社会责任感。

2.2 重构教学环境，实现“物理、资源”的深度融合

实验和实习是作物育种学教学的重要组成部分。作物育种学实验课程以培养学生的实践技能为核心，以教师指导和实验教学示范中心为支撑，团队教师通过合并、增加、更新教学内容，设计符合教学实际情况并具有创新性、层次鲜明的实验教学内容，包括玉米、大豆育种材料室内考种，小麦面筋及蛋白含量测定，马铃薯品系（种）疮痂病抗性鉴定，异交作物杂种优势及F2 衰退现象田间观察和测量，串联重复多态性（SSR）分子标记在玉米种质资源遗传多样性中的应用等实操实验。同时，教师利用新录制的6 种粮食作物田间杂交视频，自主开发玉米、马铃薯和高粱新品种选育虚拟仿真实验软件（网络版），引进分子生物学相关仪器，使用虚拟仿真软件（手机版）开展演示实验和虚拟实验。

以上实操实验和数字化教学资源的建设与开发，涵盖了作物育种材料的播前准备、田间小区规划、作物品质分析、杂种优势现象观察与测量、室内育种材料鉴定选择、作物杂交技术、品种区域试验总结、分子标记在育种中的应用等实验技术。另外，教师通过春季播种期的专业实习和秋季收获期的课程实习开展田间锻炼和室内考种训练，锻炼学生对育种知识的运用。

2.3 采用多元化的考核方式，开展基于数据的综合评价

课程组教师探讨在混合式教学模式下作物育种学课程的考核评价体系[8-9]。理论课程考核遵循的标准从知识考核向能力考核转变，从概念问答与叙述形式转变为场景化、探究化、递进式的能力考核方式，通过多种形式实行全过程考核，完成对知识和能力的检测。教师合理划分各项考核成绩在总成绩中的占比，即考核内容由线上共享课视频学习及章节测试（占20%）、课前习题和线上阶段性测试及课堂互动（占20%）、线下课堂表现（占10%）、线下期末闭卷考试（占50%）组成，充分体现过程学习与考核的有机融合。

3 作物育种学数字化教学实践的创新特点

作物育种学课程以高素质育种人才为培养目标，采用多种数字化教学方式，形成课程特色，具体表现如下：

3.1 教学内容互补，构建智慧课堂教学体系

理论课程以学生发展为中心，依托我国高水平农业院校建设的国家线上一流共享课资源，与黑龙江八一农垦大学教学资源互补，构建了智慧化数字课堂教学体系。学生在课前预习，掌握基本知识，通过翻转课堂实现知识理解；在课后绘制知识思维导图，并通过阶段测试实现知识巩固，最终形成知识的自我构建。该体系不但提升了课程的系统性和逻辑性，增加了课程的深度、广度和难度，还拓宽了学生视野，提高了学生的学习效率和教师的授课水平。

3.2 教学方式多样化，构建“虚实结合”的实践教学体系

实践课程以培养学生的实践技能为核心，更新教学理念，运用现代生物技术、信息技术革新实验内容与方法，将品种选育虚拟仿真软件、分子生物学相关仪器使用虚拟仿真软件、杂交技术演示视频以及大量田间性状图片贯穿于实践教学的各个环节。学生不仅通过身临其境般的体验去选择和观察作物各生长阶段的田间表现，还要完成教师预设的理论知识点考核，提升理论联系实际的能力。同时，教师结合春季播种和秋季收获实习来提升学生的实践动手能力、分析解决问题能力，培养学生科研兴趣和创新思维，解决课程教学中重知识传授、轻实践能力训练的问题。

4 作物育种学数字化课程教学内容更新

随着信息技术的发展，作物育种学数字化教学面临新的挑战。根据课程建设计划以及实施情况，课程团队不断总结和探索教学方式、方法，引入国内外优质线上教学资源，丰富数字化教学内容，及时收入育种学前沿研究成果，拓展课程内容的深度和广度，同时持续补充学习过程的交互性资源，如学习资源、习题库和阶段测试题库等。

作物育种理论教学的最终目标是培育新品种，因此，黑龙江八一农垦大学不断完善实践教学内容，实现理论与实践的有机融合，提高学生的实践动手能力。如随着信息技术的发展，教学团队不断迭代更新已开发的虚拟仿真育种实践软件，同时继续开发水稻新品种选育虚拟仿真软件，建成涵盖自花授粉作物、异花授粉作物、常异花授粉作物和无性繁殖方式作物品种选育虚拟仿真实验教学平台。教学团队还积极与企业互通互联，建设线上线下相融合的智慧实践教学平台，解决实践教学与现代农业发展脱节的难题。

此外，为积极响应教育部高教司“慕课西行2.0”行动的号召，践行信息技术与教育教学深度融合方针，加深校际合作交流，推进课程建设。在“互联网+”背景下，2022 年秋季学期和2023 年春季学期，黑龙江八一农垦大学农学和种子科学与工程专业学生共同参加由中国农业大学组织的作物育种学云端同步课堂[10-11]。

5 结语

高等教育教学数字化转型是一个复杂的系统性工程，数字化课程建设是推进高等教育教学数字化转型的核心[12-14]。随着信息技术的发展，作物育种学数字化教学面临新的挑战，要求教师从培养学生的角度出发，不断跟踪学科前沿发展，更新教学理念，创新教学模式，更新教学内容，革新评价体系，调动学生主动学习的积极性，提升知识讲授的逻辑性、系统性，解决学时减少和学习内容增多之间的矛盾，重视学习过程性评价，完善人才培养质量评价体系。