自主设计式综合实验教学改革探索与实践

陈洁 曹蕾 李英

摘要：园艺植物生物学大实验是涵盖园艺作物栽培和分子生物遗传育种相关知识的综合实验课程。为了探索综合实验教学的实施方法和学习效果，文章分析综合实验教学改革的三大原因，总结教学过程中遇到的问题，有针对性地完善综合实验教学体系。

关键词：园艺专业；自主设计式；综合实验教学

一、自主设计式综合实验教学改革与实践的研究背景

园艺专业涉及果树、蔬菜、花卉苗木的育种与栽培，与人类生活息息相关。随着科技的发展、人们生活水平的提高和农产品贸易的全球化发展，园艺产业从新品种培育、生产设施设备、栽培管理技术、采后贮运和加工等全产业链均在不断发生改变。以蔬菜为例，有研究表明，种子、管理技术等对蔬菜产业的贡献率约60%，品种的质量不仅影响消费者的选择，而且直接关系种植者的盈亏。目前，蔬菜种子市场规模约为155亿元，其中约15.7亿元为进口蔬菜种子，占农作物种子进口总额的51.54%，其中西兰花等种子进口占比高达80%～95%。掌握育种前沿科技的美国孟山都公司以20%的市场份额占据了50%以上的厂商利润，并一度在某些作物上掌控定价权，种子零售价格是同类国产种子的3～20倍。

当前局势下，园艺产业从良种选育到产品产销各环节均需改革创新，人才是其原动力。高校园艺专业作为培育创新创业园艺人才的摇篮，通过教学特别是实验实践教学，培养“双创”人才，是时代使命。南京农业大学园艺专业以蔬菜、果树、花卉等学科为基础，在自主设计式综合实验教学改革方面进行了探索和实践，并取得了一定的成效。

二、自主设计式综合实验教学改革与实践的成效调查

南京农业大学园艺植物生物学大实验（以下简称实验课程）面向三年级本科生开设，重视新旧知识之间的衔接，帮助学生借助已有知识寻找、学习并加工、重组新知识，以便用于实验实践。教师根据园艺植物栽培和育种两大方向，设置四个大的实验环节，分别是园艺植物栽培与主要生物学特性鉴定、不同施肥水平和栽培方式对园艺作物产量与品质的影响、主要园艺植物品种指纹图谱绘制与遗传多样性分子标记分析、实验报告撰写与答辩。同时，教师采取小组合作的方式，4～6人一组，学生自主讨论并确定本组实验的研究对象、实施方案、实验前准备、实验实施、问题讨论等。实验共36个学时，指导教师每两周集中答疑一次，学生根据实验进展自主到实验室开展试验，遇到问题随时咨询指导教师。

为了跟进自主设计式综合实验教学的效果，课程改革教研小组（以下简称教改团队）讨论并设计了“教学实践反馈调查表”，内容主要包括学生所学专业或研究方向、选课原因、专业认可度、教学方式认可度，综合实验实施过程中应用到的专业知识和熟练程度，欠缺的知识或技能，遇到的问题和解决方法，是否还有未解决的问题，最希望获得的帮助是什么，是否主动寻求过帮助，获得过哪些帮助，对本门课程教学内容和教学方式进行评价，并提出改进建议等。

针对选修本课程的93个学生发放调查表，回收有效调查表69份，具有较强的代表性。大三時，选择花卉、蔬菜、果蔬和其他园艺作物为毕业论文研究方向的学生人数分别为30个、15个、15个和9个，其中花卉占比43.5%，这与学校花卉课题组科研水平及其在全国的影响力有极大关系，学生在选择毕业论文指导教师时，会查阅指导教师近年的科研成果，选择科研实力强的指导教师。

通过两年的学习，有36个学生（占比52.7%）喜欢上本专业，但只有24个学生（占比34.7%）愿意从事专业相关工作。43.5%的学生对将来的规划表示不确定，这在一定程度上反映出学生对本专业就业前景感到迷茫或对自身专业能力不自信，20.7%的学生选课时会仔细阅读教学大纲简介。经过一学期的学习实践，65.2%的学生表示喜欢自主设计性综合实验教学。

通过整理、分析学生提交的调查问卷，研改团队总结出学生喜欢自主设计性实验教学的三大原因。

（一）有助于学生自主提高自身综合素养

通过实验课程，学生在掌握本专业理论知识和部分实验技能的基础上，系统掌握了园艺植物高效栽培、实验设计和实施、不同施肥水平和栽培方式对园艺作物产量与品质影响、品种指纹图谱绘制与遗传多样性分子标记分析、报告撰写与答辩等基本方法和技能，养成了科学思维，明显提高了团队协作能力、动手能力和科研素质。

（二）有助于师生间建立密切友好关系

实验课程以启发式教学为主，将传统的“以教为中心”变为“以学为中心”。整个教学活动均以学生、学习为中心，学生自由组队，各小组成员自行讨论实验技术路线与实施方案。教师则负责为学生开展实验提供必要的设计思路和实验技术指导，以及种子、试剂、场地、仪器等设施设备。如教师与学生探讨其提交的实验方案的可行性、严谨性等；当实验方案中涉及的实验内容比较广泛或前沿，教学实验室无法满足个别实验的实施时，可以请指导教师帮忙联系科研实验室，以保障实验能顺利开展。在教学过程中，教师的主要任务不是“传授+命令”，而是“启发+帮助”。

（三）有助于多维度评价课程学习效果

实验课程考核按“多元—权重”原则，采用德尔菲法，对学生学习效果实行自我评价、同学评价和教师评价相结合的多元评价。评价体系主要分为三个部分：平时成绩（40%），依据为实验过程的观察记录和平时参与实验的情况，考查学生的基本专业技能、动手能力等；报告撰写（40%），主要是根据学生最后提交的实验报告，考查学生文献阅读和写作能力等； 演示文稿答辩（20%），参与答辩的评审教师不少于3人，汇报以小组的形式进行，根据实验的具体情况，每个学生按分工或实验所涉环节单独介绍实验中的部分内容，考查学生的小组协作能力和演示文稿制作技能、语言和文字表达能力。该评价模式一改传统验证性实验通过课堂点名和提交实验报告的方式简单粗放地评价学生的学习效果，而是通过学生自我认定、小组评议和教师评价，多方位、多角度综合且客观评价学生的学习效果。

三、自主设计式综合实验教学改革与实践中遇到的问题

（一）部分学生实验安全意识薄弱

通过五年的持续观察，教改团队有时发现学生进实验室穿拖鞋、配制碱性溶液后存放在玻璃试剂瓶内等不安全行为，实验安全意识薄弱。同时，有的实验教学持续性较长，如“小白菜耐盐水平探究和Vc含量相关基因的序列检测”实验，学生从9月初播种到12月底完成实验，其间需不间断管理小白菜植株，记录小白菜的出苗、生长，调查不同处理方式下的形态特征，分析不同时期的根系活力等，除了正常的排课时间，学生只能在课余时间完成这些实验数据的收集。为了方便学生开展实验，实验室为学生开通了门禁卡，这在方便学生使用实验室的同时，也带来了一定的安全隐患，特别是学生在晚上开展实验时，对高危化学品的配制，离心机、烘箱、灭菌锅等危险仪器的使用，通常没有指导教师在旁边指导，一旦发生安全事故，学生很难科学、理智地处理。

（二）实验内容分散，物资浪费严重

由于学生是自主选择实验对象和实验内容，实验方案往往涉及栽培学和遗传学的研究内容，购买的种子、化学试剂等只用于某个小组的某次实验，再用率低，浪费现象严重。同时，在进行生化实验和分子遗传实验时，部分学生配制试剂时缺少规划，溶液剩余较多，实验废弃物处理成本高。对实验完成后可回收再利用的花盆等，部分学生却当一次性实验用品处理了。如在使用光培箱时，很少有学生主动将自己的实验材料并入其他同等设置条件的光培箱中，缺少节约和统筹意识。

（三）部分学生实验技能薄弱

实验课程是针对拥有一定实验操作技能的大三学生开设，经过大一、大二的学习，学生本应该掌握了水浴锅、分光光度计等常规仪器的使用方法，但教改团队发现，在实验过程中，有的学生还是会咨询水浴锅等常规仪器的使用方法，甚至有的学生不认识水浴锅等仪器。这与目前本科的基础性实验往往是分组完成，不能人人完整进行验证性实验操作有一定关系，但也从侧面反馈出学生缺乏主动学习意识。

四、自主设计式综合实验教学改革与实践的完善

针对上述问题，教改团队也在实践中不断完善。针对部分学生实验安全意识薄弱问题，南京农业大学在大学生安全教育课程植入了实验室安全部分内容，学生在进入实验室前，必须先通过实验室安全教育考试，将实验室安全根植心中。同时，教师在高危仪器上粘贴使用方法和注意事项，配备灭火器、应急药箱等安全急救用品，在实验室门口粘贴实验室安全紧急联系人24小时联系电话等。

针对实验内容分散，物资浪费严重的問题，教改团队通过研究讨论，认为课程教学目标是让学生了解和熟悉综合型研究性实验的流程与方法，并非真的科学研究，所以对教学内容进行了相对集中的归拢，如生理生化指标的测定限制在了根活、Vc等6项指标，遗传分析实验限定在从DNA检测等4个指标中任选3～4个实验内容，品种则限定在番茄等5种作物内任选一种，这在一定程度上提高了物资的使用率。

针对部分实验技能薄弱的问题，南京农业大学在逐渐完善教学实验室仪器设备，力争方便学生进行完整的验证性实验学习，且倡议指导教师丰富实验内容，引导学生积极参与实验操作。同时，南京农业大学增设了较多的基础性实验的微课、虚拟仿真课程等，方便学生随时查阅学习。园艺植物生物学大实验自2017年开设以来，经过五年的教学实践，逐渐发展成为保研学生的必修课，受到越来越多教师和学生的认可，学生也从开始不适应到主动咨询了解本课程教学内容。

综上所述，自主设计式综合实验教学在本科教学中是具备可行性的，但需要相关教师投入更多的时间和精力，以及学校、学院和科研实验室的重视、鼓励和支持，还需要学生的配合、支持和投入，三者协同统一，才能有效实现课程设置的初衷，提高学生的综合能力。

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基金项目：2017年南京农业大学校级教育教学改革研究项目“基于OBE导向下的园艺作物栽培实验教学体系研究”，项目编号：2017P008。

（作者单位：南京农业大学）