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基于实践能力提升为本位的植物学实验教学改革
发布时间:2022年07月25日 08:00 点击: 80 发布:

基于实践能力提升为本位的植物学实验教学改革

谢小芳1   1  林向民1,2

1. 福建农林大学生命科学学院,2. 福建农林大学 福建省农业生态过程与安全监控重点实验室,福建 福州 350002

 

[  ]植物学实验是生物学相关专业的一门基础课程,基于福建农林大学植物学实验教学中存在的问题开展了教学改革,建立了以教师为主导、学生为主体贯穿全课程的教学模式,完善了考核评价体系,有效激发了学生的学习积极性和主动性,提升了学生的实践能力和创新思维。因此,监督和考察学生整个学过程,采取融入态度考核、知识考核和技能考核等多元化的考核方式对提高学生的学习积极性和主动性,提高植物学实验的教学效果,有非常重要的作用。

[关键词]植物学实验改革;动手能力;主体

[基金项目]2020年福建农林大学校级教改项目资助(项目名称:教学模式构建,编号:69915001008)。

[作者简介]谢小芳,女(1978-),福建龙岩,理学博士,福建农林大学生命科学学院副教授,硕士生导师,研究方向:主要从事植物遗传学和植物基因组学;陈煜,女(1977-),硕士,四川成都,福建农林大学生命科学学院副教授,研究方向:主要从事植物学的教学科研;林向民,男(1977-),博士,福建漳州,福建农林大学生命科学学院教授,博士生导师【通讯作者】,研究方向:主要从事生态学研究。

 

植物学是高等农林院校生物类专业的基础课程,该课程旨在培养学生的生命科学素养,要求学生通过该课程的学习,掌握植物学的基本理论,基础知识和基本技能,为后续其他课程的学习奠定坚实的基础。植物学实验作为植物学课堂教学内容的延伸,课程教学中必不可少的组成部分,这是学生提升实践能力,创新能力和探知能力的重要环节[1,2]对教学内容的巩固提高具有至关重要的作用。以往的植物学实验教学,更倾向于注重基础知识的巩固,教学形式较为单一,往往仅强调实验结果的观察,而忽视实验过程,从而大大地降低了实践教学的效果。在当前以能力培养为导向的实践教学改革背景下,对植物学实验课程的教学提出了更高的要求。

植物学实验是农林院校农学、园艺、植保和生物科学大类等专业学生必修的基础课程。为了培养学生的实践能力和创新思维,鼓励学生动手参与实践,植物学教学团队对植物学实验开展了符合当代学生学习特点的实践教学改革。通过十来年的教学探索,逐渐形成了以学生为主体,注重学生的参与性,实验项目可选择化,实验过程自主化,实验结果多样化的教学模式。该教学模式可为其他同类院校的植物学实验教学改革提供参考。

 

1课程概况

植物学实验包括解剖学和分类学[3,4]在全国高等农业院校植物生物学理论和实践课程探索背景下[5],福建农林大学自2010年开始,植物学实验解剖部分和分类部分均独立设置课程,具体如表1所示,其中形态解剖部分共计21学时,该部分在实验技能训练方面主要包括:掌握显微镜的结构和使用、熟练地进行徒手切片、临时装片的制作、细胞中部分物质(例如:淀粉)的简易化学检测鉴定以及生物绘图等操作技能;在观察的内容方面主要包括植物的细胞、组织、营养器官(根、茎、叶)和繁殖器官(花、果实、种子)等形态结构的识别。

1 福建农林大学植物学实验(形态解剖学部分)教学内容与要求

教学内容

学时

实验类型

教学要求

光学显微镜的构造与使用

2

技能性

掌握双目生物显微镜的结构和使用方法,掌握徒手切片、临时标本片制作和生物绘图技能。

临时标本片制作和生物绘图方法

1

技能性

植物的细胞

3

验证性

掌握植物细胞、组织、根、茎、叶等营养器官和花果实种子等繁殖器官的结构特征,熟练使用显微镜观察和摄影,熟练掌握临时标本片和生物绘图技能。       

植物的组织

3

验证性

根的形态和结构

3

验证性

茎的形态和结构

3

验证性

叶的形态和结构、营养器官变态

3

验证性

被子植物的生殖器官

3

验证性

 

 

2 以往教学中存在的问题

2.1教学内容单一,学生参与实践程度低

在植物学实验教学中,通常的做法都是教师结合PPT讲解实验方法和步骤、具体观察内容和实验中的注意事项,随后学生根据教师的讲解各自动手开展实验,并完成统一印制的规范的实验报告册。在这个过程中,教师往往重复强调理论课的内容,仔细讲解观察的每部位结构,随后学生则完全按照教师的讲解机械地观察教师提供的永久切片,然后完成统一印刷好的实验报告册。这些提供给学生观察的永久切片,与老师课件上的示范图片几乎是完全一样的。在这种教学模式下,学生不需要经过太多的思考,仅仅需要根据老师讲解的课件PPT内容,就能完成填写实验报告中各个图片结构的名称,特别是在营养器官和繁殖器官的形态结构观察中,学生往往忽略切片的观察,用手机直接拍摄教师PPT的内容,以用于抄写到统一印制的实验报告中根、茎、叶、花、果实和种子等解剖结构图。从而极易将本需要动手实践的实验课演变成了作业练习课。这种以教师为主、强调知识点的重现与巩固,学生被动吸收的教学模式,已经远远不能适应飞速发展的现代生物学,不仅缺乏实验学科的动手能力和创新能力的训练,还严重影响了学生的积极性和主动性,严重违背了通过植物生物学实验课程培养学生的动手、创新和探索精神的初衷。

2.2 教学方法与考核形式单一,过分强调实验结果

受到长期应试教育的影响,教师在植物学实验教学中,教学的方向往往仅注重基础知识的传授,而忽视了学生能力的培养,从而偏离了教学改革中的素质教育教学目标,特别在植物解剖学部分,仅借助显微镜观察根、茎、叶和花等解剖结构,关注学科知识结构,强调学生对知识的掌握与理解。课程考核大多根据平时实验报告和期末知识点的考核情况给予评定,缺乏多元化的考核方式。这种教学模式过度重视实验的结果,过分强调知识考核,忽视了实践课程中学生应有的实验训练过程,特别是植物学实验中至关重要的实验技能,包括显微镜的使用,临时标本片的制作以及显微观察记录过程中非常重要的生物绘图等技能,从而导致学生将注意力集中在植物组织结构等基础知识点的学习,甚至于忽视实验过程,不专注于实验和观察,而错误地将自身投入于各组织结构图的填图作业中,缺乏课程对学生专业技能、技巧和方法的训练,严重违背了实践教学的初衷。

 

3以教师为主导、学生为主体的实验教学探索

3.1任务驱动课前预习

在以往的植物学实验教学中,教师在上课之前会精心准备好需要观察的各种永久切片和各种各样的植物标本。学生通常都是匆匆来到课堂,听完教师的讲解,就机械地开展实验并完成实验报告。整个过程没有什么挑战,只要按时来上课,根据PPT完成好实验报告就达到要求,缺少学习的挑战和乐趣;而随之产生的千篇一律的实验报告又使同学间的成绩很难区分,不容易有明显差异,从而导致学生缺乏学习的积极性,丧失探索精神。针对这种情况,在教学改革中,教师利用符合当代学生学习特点的教学手段,基于超星学习平台构建课程,布置课前任务,驱动学生自己开展课前探索学习。例如在“茎的形态结构”,我们让学生到学校的后山或植物园观察植物的顶芽、腋芽和修剪过的树干,根据理论课的知识尝试识别树皮,周皮,维管形成层,初生韧皮部,次生韧皮部、初生木质部和次生木质部等结构,探究树为什么不怕空心怕剥皮等问题,要求学生将观察到的内容分享到课程平台讨论区,通过各种方法展示观察结果,可以绘图解析,也可拍照注释或文字描述,同学间相互沟通讨论学习。与此同时,在不破坏校园植被的情况下,每人采集部分便于徒手切片的枝条或草本植物茎,以备带到课堂观察,这样既提升学生的探知欲,也丰富了实验材料。又如在繁殖器官的学习过程中,我们让学生到校园或周边的公园去观察花和果实的各种类型,区分完全花和不完全花,思考真果和假果,记录并分享比较独特的花和果实的类型。通过观察,学生往往有许多意外的发现和喜悦,他们经常会迫不及待地分享他们的观察成果。比如很多学生都觉得校园里常见的红背桂是从来不开花,当他们认真观察,发现红背桂正在开着不起眼的花时,他们就非常激动,同时也好奇为什么这些花没有花冠。总之,通过课前任务驱动,学生提高了自我学习的能力,激发了学习兴趣,常常是带着问题来到实验室,充满好奇地进入课堂。

3.2学生主体,教师引导启发,互动交流提升教学效果

在实验课堂中,我们以学生为主体,综合利用启发式教学法和互动式教学法,提升实践教学效果。首先由教师在课堂的前15-20分钟,对该次实验的内容和目的要求进行简单的说明,并利用永久切片对重要结构进行示范性讲解。随后学生在教师的引导下进行个性化的观察。例如,在茎的形态结构实验中,学生先利用自己携带的材料制作临时切片(若个别学生准备的材料不适合实验研究,可用教师准备的实验材料),然后根据实验报告的要求,将制作好的临时标本片置于显微镜下,观察识别各种植物茎的结构,包括双子叶植物(草本植物、木本植物)和单子叶植物茎的结构,并利用智能手机摄像头对准显微镜的目镜,拍下所观察的图片,用于实验报告的撰写。在整个实验过程中,教师适时引导、随时纠错、及时答疑。在课堂的最后十五分钟,教师综合草本植物、木本植物茎、单子叶植物茎的初生结构和各双子叶植物茎的初生结构和次生结构等各方面内容,推选完成良好的同学们代表性地展示并讲解实验结果。在这种教学模式中,教师仅充当引导者,学生是教学活动的主体,从而极大地激发了学生的学习热情与潜力,锻炼了学生的语言组织和表达能力,提升了学生的学习能力与创新思维的能力[6]

3.3 微观世界直观化

在植物学形态解剖结构的实验观察中,一般要求学生们通过显微操作和观察,识别植物的各组织和器官的显微结构,这种实验相对而言比较抽象[7]。部分学生会觉得眩晕,往往无法集中注意力观察显微镜中的结构。在本课程的教学改革中,我们首先是进行野外观察,然后延伸至室内操作。学生首先通过室外肉眼能看得到(视觉)、摸得着(触觉)、闻得到的(嗅觉)具体的新鲜植物外部形态的观察形成感性认识,然后借助光学显微镜进一步研究微观结构,随后按照实验具体要求,利用智能手机进行拍照,通过图片来识别植物的各部位结构并注释,从而使本来抽象的内容具体化,实物化。

3.4个性化实验报告整理

实验结束后,学生将实验结果打印黏贴到实验报告中相应的位置后,按要求整理实验报告。例如在茎的形态结构中,要求学生完成以下内容:(1)观察茎的基本形态,用图片展示多年生木本植物的枝条形态特征,辨认并注明节和节间、顶芽和腋芽;(2)取丁香芽纵切永久标本片观察,拍照,注明叶原基、幼叶、腋芽原基、原表皮、原形成层、基本分生组织等结构;(3)利用自身携带材料制作双子叶植物幼茎临时标本片,观察注明各部位结构并绘制茎的初生结构简图;(4)制作禾本科植物茎临时标本片,观察注明各部位结构;(5)观察茎的次生结构(可选用永久切片观察),拍照并注明各部位结构,绘制茎的次生结构简图;(6)在校园内观察修剪过的枝条或木桩,观察拍照并注明各部位结构,包括周皮、皮层、次生韧皮部、维管形成层、次生木质部、年轮、年轮线、初生木质部、髓等。由于每个学生的实验材料是不一样的,他们没有现成的作业可以抄,与此同时,实验结果各有特色,他们有机会凸显自己的特色与创新,实现实验报告个性化。

3.5多元化考核

植物学实验课是通过实验操作和学生的观察来完成,其教学的初衷是巩固基础理论知识,提升实践能力,培养探知意识和创新思维。如果仅仅将考核局限在实验报告与固定的答卷考试,容易造成学生只关注实验报告撰写,甚至通过拍摄抄写教师授课的PPT或翻阅理论书本填写报告的内容,从而违背了实践教学的目的。因此,科学的考核方式对提高实践课程的教学质量和调动学生内在学习动力具有十分重要的作用。在该课程的教学改革中,我们构建了多维度、全方位的综合考察方式(图1)。具体操作方式如下:(1)态度考核(10%),该项主要依据超星学习平台的记录及课堂表现考察学生学习的积极性、主动性和参与度;(2)技能考核,内容涉及课程的主要实验技能,包括生物显微镜的使用(20%)、徒手切片的制作与生物绘图(15%),变态器官的识别(15%)等技能的掌握情况,考核依据为学生操作或识别的准确性;(3)知识考核(40%),该项内容主要考核学生对植物细胞、组织、根、茎、叶、花、果实、种子等的形态结构掌握情况,考核依据为实验报告完成情况。该考核方式贯穿课程的始终,有效地激发了学生的学习兴趣,改变了学生懒散的学习模式,增强学生的实践能力和创新能力。

 

1 多元化考核成绩分布情况

 

3.6 融入课程思政

"植物学"实验面向的学生较多,不仅实践性强,而且内容极其丰富。我们在实践教学过程中,积极分析课程教学中蕴含的思想政治内容,选择合适的切入点,将思想政治元素融入课程教学的过程中。通过野外的观察,让学生体验大自然的美妙与神奇,使学生在不知不觉中滋生出爱护自然界,保护环境的意识等。

4结语

现代高等教育需要培养具有实践能力和创新思维的高素质人才[8],以满足高速发展的社会需求。在此教育体制改革背景下,传统的教学模式已经难以达到实践教学的目标。在实验教学改革中如何顺应时代需求,结合学生和课程特点有效开展教学是一个需要长期摸索探讨的课题。

 

 

[参考文献]

[1] 黎科,邹永东,张永夏. 植物学创新性实验教学改革探索与实践[J]. 实验室研究与探索,2011,30(8):309-311.

[2] 陈海魁. 新形势下高等院校植物学实验教学改革探索与实践[J]. 教育现代化,2018(25):35-36.

[3] 强盛. 植物学[M]. 北京:高等教育出版社,2006.

[4] 马炜梁.植物学(第二版)[M]. 北京:高等教育出版社,2015.

[6] 赵桂龙,缪培仁,丁为民. 研究性教学与传统教学方式的比较 [J]. 高等农业教育,2013,22: 78-81.

[5] 魏光辉,胡玉鑫. 高校实验教学改革与创新浅析[J].时代教育(教育教学版),2010,32(10):42-42.

[7] 王长宝,杨洪升,王仲基等.基于微信平台的植物学实验教学改革[J].安徽农学通报,2016,22(11):169-170.

[8] 湖南省教育厅,高等教育学. 湖南大学出版社,2005:85-87.

Reform of Botany Experimental Teaching Based on Practical Ability Improvement

Xie Xiaofang   Chen Yu  Lin Xiangmin*  

1. College of life sciences, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou, 350002

2. Fujian Provincial Key Laboratory of Agroecological Processing and Safety Monitoring, Fuzhou, China

 

Abstract: Botany experiment is one of the core practical courses for undergraduates majoring in life science. Given the problems of botany experimental teaching in Fujian Agriculture and Forestry University, a student-oriented teaching mode was established and the evaluation system was improved. This teaching mode mobilize the students’ motivation and initiative in botany learning and improve their practical ability and innovative thinking. Therefore, supervising and inspecting the whole learning process of students, and adopting the diversified assessment methods such as integrating attitude assessment, knowledge assessment and skill assessment, play a very important role to improve students' learning enthusiasm and initiative, and improve the teaching effect of botany experiments.

Key words: botany experiment; reform; practical ability; student-oriented

 

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