生物科学专业“植物生理学”实验教学的改革与实践

杨财容，祁伟亮，刘松青

（成都师范学院 化学与生命科学学院，四川 成都 611130）

“植物生理学”是研究植物生命活动规律的科学，为成都师范学院生物科学专业开设的一门专业基础课，一般为大二上学期开设。“植物生理学”实验与“植物生理学”理论课的内容互为补充，密切联系，是学习植物生理学基本理论、基本知识，学习研究植物生理学的基本方法与基本技能，培养学生动手能力和科学素质的一门理论联系实际的实践课程。通过实验学习，要求学生理解掌握植物生理学的基本操作技能，了解植物生理学研究的基本过程，掌握重要植物生理指标的测定方法及相关的仪器的使用方法，逐步提高学生实验观察能力、问题分析能力、独立思考和解决问题的能力。同时训练观察实验现象、记录并分析实验数据和写作实验报告的能力，培养学生在实验中实事求是的科学态度，有条不紊和清洁整齐的工作习惯，为后继专业课程学习及工作打下良好的基础。

成都师范学院是一所地方应用型普通本科师范院校，生物科学专业作为该校化学与生命科学学院的师范专业，生物科学是一门实验性学科，要培养本专业的应用型人才，其中实践能力、动手能力的培养是关键。翻转课堂+小组合作式学习在“植物生理学”实验教学中的探索与实践是为响应高等教育的教育教学改革要求，提升学生的小组合作能力、实践动手能力、发现问题及解决问题的能力，助力培养适合社会需求的生物类创新型和应用型人才。本研究旨在将翻转式教学与小组合作式学习模式相结合，在“植物生理学”实验教学中进行实践，探索更有效的提升学生动手实践能力和发现问题、解决问题能力的实验教学模式。在项目达到预期的效果后，可在生物科学专业其他课程中进行运用，也可在同类院校和同类专业中推广。

一、“植物生理学”实验教学现状

成都师范学院生物科学专业“植物生理学”实验课堂主要采用单项验证性实验为主的小实验教学法，授课模式为教师讲授实验目的、实验原理、材料与器材、实验步骤、注意事项等，教师先示范，学生再行操作的授课模式，学生按照实验教材上已设定好的实验步骤机械操作，获得实验项目的实验数据，完成一篇模式化的实验报告，总体是教师为主导、学生被动接受的一种教学模式。“植物生理学”实验不进行独立考核，只是在期末考试试卷中融入少量考试内容。从考试情况来看，学生对于实验原理的掌握比较欠缺，相当一部分学生对异常实验现象的分析存在一定困难。传统实验教学使学生一直处于被动学习的状态，很难激发学生的学习兴趣，学生无法系统地掌握实验技能，无法实现核心能力如主动思维能力、动手能力、独立分析与解决问题能力的培养，极大阻碍了对学生创新思维和创新能力的培养，总体而言学生是为完成学习任务，成就感偏低，动手实践能力未得到有效锻炼。“植物生理学”实验教学的授课模式亟待改革，目前，已有众多院校展开了相关探索与实践。东北林业大学敖红等［1］在“植物生理学”实验教学中通过增设高级实验选修课，增加综合性、设计性实验，采用项目+小组合作教学模式，完善考核方法，进行了系列改革。结果表明，实验教学改革的效果明显，提高了学生的综合素质和创新能力。西南林业大学郑元等［2］开展了“植物生理学”实验教学的项目教学法，将传统的验证性实验改为设计性项目研究，通过项目全程设计、参与及完成，显著提升了学生的科研能力和创新能力。

二、翻转课堂和小组合作式学习概述

根据范德堡大学教学发展中心的定义：翻转课堂是对传统教学的一种翻转，学生首先在课外接触课程即将学习的新材料（通常是文献阅读或观看视频讲座），然后在课堂通过问题解决、讨论或辩论等形式完成知识的内化，翻转课堂的核心是教育技术和主动学习，以学生为主导，以教师为引导，教师指导学生进行更深层次的意义构建和知识应用。小组合作式学习是通过组内学生之间的相互沟通、共同讨论、团队协作等一系列合作互动过程，共同解决学习中遇到的问题，共同实现学习目标，从而共享探索成就，体验协作快乐的一种学习方法。翻转课堂作为当下最热门的教育改革和教育创新话题之一，调查显示其可以提升学生学习成绩与教师职业满意度，改善学生学习态度。浙江农林大学的张昕等［3］将翻转式教学在“微生物学”实验教学中进行了实践，效果跟踪发现翻转式教学作为一种革命性的教学方法，能调动学生的实验积极性，激发科研热情，消除学生对教师的依赖性而增加自强意识，充分发挥其主观能动性。石河子大学唐凤仙等［4］将翻转式教学模式在“果蔬加工贮运学实验”课程中进行了运用，发现这种教学模式提高了学生分析与解决问题、科学创新等综合能力，教学水平和教学效果得到了极大程度的提高与改善。小组合作式学习在中学生物教学中应用较为广泛，以此开展的研究较多，陆晓梅［5］探讨了合作探究学习在高中生物实验教学中的应用效果，发现其对学生的生物学习兴趣、生物实验能力、生物实验成绩以及合作意识均有提高。吴明彩等［6］在生物化学课堂中将小组合作与翻转课堂相结合，发现基于小组合作的翻转课堂模式提高了学生的积极性与满意度，锻炼了学生自主获取知识的能力、沟通交流能力及实践操作能力。

三、翻转课堂+小组合作式学习教学模式在“植物生理学”实验中的应用

（一）翻转式教学与小组合作式学习在实验准备中的实施

本研究在开展过程中，首先涉及分组——实验组和对照组，为维护正常教学秩序，将2018级生科1班作为对照组，将2018级2班作为实验组。依据实验教学大纲，“植物生理学”实验共涉及4次验证型基础实验，分别是植物水分生理涉及的植物组织水势的测定、植物矿质生理中硝酸还原酶的测定、植物光合作用中叶绿体色素定量测定及理化性质鉴定、植物抗性生理中游离脯氨酸含量的测定。本项目进行过程中，对照组采用传统的教师讲授相关实验目的、实验原理、材料与器材、实验步骤、注意事项等，先由教师示范，学生再行操作的授课模式；实验组先进行分组，8人一组，每组负责一次实验，小组内推选2人为组长和副组长，在组长的带领下，完成实验准备、实验PPT制作与汇报、进行预实验、实验过程中辅助教师进行实验操作指导等的分工。实验组强调文献的查阅，通过文献查阅了解相关实验方法的优劣，了解实验方法在新近科学研究和产业发展中的应用，提倡整合和改进现有的实验方法，先预实验环节再在课堂中实施。整个过程中遇到问题时先小组内合作解决，再由教师提供协助。

（二）翻转式教学与小组合作式学习在课堂中的实施

在前期完成实验准备、文献阅读、实验PPT制作、进行预实验的基础上，课堂上由小组内推举一人进行实验PPT讲解，其他小组成员补充，班级其他学生在此过程中可进行提问，小组成员进行答疑，教师针对问题做出评价和补充。小组针对关键步骤进行演示操作后，班级其他学生再进行操作，实验过程中小组成员和教师对其他学生的疑问进行指导与解答，教师和其余小组根据实验准备、文献阅读、PPT制作和汇报、实验演示和指导等为该小组打分，教师打分和学生打分权重各占50%，占实验成绩的60%，实验报告成绩占40%。

（三）教学改革效果评价方法

采取考核评价与问卷调查评价相结合的方式对对照组和实验组进行效果评价，考核评价以理论知识考试和撰写实验设计方案的形式进行。理论知识考试内容为四个验证型实验中涉及的实验原理、化学反应、试剂选择、实验方法等，参与方式为个人参加；实验方案设计中让学生以研究某种胁迫对植物的影响设计实验方案，小组合作完成。问卷调查主要调查学生对实验教学改革模式对自学能力、学习兴趣、沟通能力、动手能力、协作能力提升的满意度，分为满意、较满意和不满意三个选项，采用SPSS软件等对获得的数据进行分析，完成此项目的效果评价。

四、翻转式教学与小组合作式学习的效果评价

翻转式教学与小组合作式学习的效果评价见表1。经过调查显示相比于对照组，实验组大部分学生认同当前的教学方法改革，大部分学生认为当前的教学方法有利于将被动学习转变为主动参与，有利于相关理论知识和原理的掌握，能够有效提升自学能力、动手能力、学习兴趣、沟通协作和创新能力。

表1 对照组和实验组对教学方法的教学效果评价

对照组与实验组考核成绩比较见表2。从结果来看，对照组与实验组理论知识考试成绩没有明显差异，可能原因是理论知识考试偏重于记忆性知识。实验方案撰写考查学生分析问题、解决问题的综合能力，从结果来看，实验组成绩高于对照组成绩，说明学生在经过一定的翻转课堂+小组合作式的锻炼后，能够加强沟通合作，在充分分析问题和讨论的基础上，通过广泛查阅资料，最终整合得到更优、更完善的实验方案，学生的沟通合作及分析、解决问题的综合能力得到了一定提升。

表2 对照组与实验组考核成绩比较

结语

传统的实验课堂学生主要为被动参与，学习兴趣不足，不利于培养发现问题、分析问题、解决问题的综合能力，无法满足社会对高等教育提出的培养高素质人才的需求。笔者针对这一现象进行的翻转课堂和小组合作式学习课堂教学改革探索对于培养学生的综合能力具有一定效果。具体表现为，一是有利于调动学生对“植物生理学”实验的兴趣热情及培养学生积极的学习态度，二是有利于增强学生的自学能力，三是有利于提升学生的动手操作能力，四是有利于培养学生发现问题、分析问题和解决问题的综合能力；五是有利于培养学生的团队协作意识。

本研究开展的“植物生理学”实验项目以验证性实验为主导，一定程度上阻碍了学生创新能力的培养，郭计华等［7］提出应适当减少基础性和验证性实验，增加综合性实验、设计性实验才有利于学生创新能力的培养。曾秀存等［8］提出也可结合植物生理学自身学科特点，适当融入课程思政元素，增设实验学时，通过开设综合设计性实验可充分激发学生的好奇心、创新意识、参与积极性，提升学生的综合素质。

本研究结果表明翻转课堂和小组合作式学习在“植物生理学”实验教学中是一种值得推广的教学方法，今后还将围绕学生的综合能力培养，从教学模式、考核方式、实验项目设置等方面进行教学改革与探索，提升创新型人才培养质量。