植物生產(chǎn)類實驗教學體系和方法的改革與實踐

肖建富，肖亞芹，王 濤

(浙江大學 農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學院，浙江 杭州310058)

0 引 言

植物生產(chǎn)類專業(yè)主要包括農(nóng)學、園藝、植物保護和茶學等多個專業(yè)［1］。隨著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟、市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對高等農(nóng)業(yè)技術(shù)人才的知識結(jié)構(gòu)、綜合素質(zhì)、實踐能力和創(chuàng)新意識提出了更高的要求［2-8］。如何利用綜合性研究型大學的人力和物力優(yōu)勢培養(yǎng)出“寬口徑、厚基礎(chǔ)、國際化、復合型”的農(nóng)業(yè)人才是我們一直在探索的問題［9-12］。為此我們制定了有綜合性研究型大學特色的專業(yè)培養(yǎng)方案和教學計劃，按“四大模塊、梯度推進”的方式構(gòu)建課程體系，采用“室內(nèi)與室外結(jié)合、課內(nèi)與課外結(jié)合、經(jīng)典與前沿結(jié)合、傳統(tǒng)與現(xiàn)代結(jié)合”的模式組織實驗教學，取得了較好的效果。

1 打造先進的國家級實驗教學示范中心

2000 年以來，我院突破分課程、分專業(yè)、分院系建設(shè)實驗室的局限，統(tǒng)籌布局、整合打造了軟硬件一體的農(nóng)業(yè)生物學實驗教學中心平臺，實驗室面積達3 800多m2，另有智能溫室3 600 m2，作物標本區(qū)、實驗茶場、菜圃和花圃等校內(nèi)實驗基地近4 萬m2，還建立了多個本科生校外實習基地，較好地滿足多層次的實驗教學需要。我院還根據(jù)教學需要，前后投入2 500多萬元購置了1 000 多臺(套)常規(guī)儀器和大型精密貴重儀器，能充分滿足農(nóng)業(yè)生物學綜合性、設(shè)計性和創(chuàng)新性實驗教學的要求。中心于2009 年被教育部、財政部正式批準為國家級實驗教學示范中心建設(shè)單位。

2 構(gòu)建“四大模塊、梯度推進”實驗教學體系

我院從建院就十分重視實驗教學，20 世紀90 年代“四大模塊”的實驗教學模式就初步形成，并在全國率先在農(nóng)業(yè)生物教學領(lǐng)域單獨設(shè)置了科研實踐課程，實驗教學中心單獨建制后的10 年中正式提出了循序漸進的“四大模塊、梯度推進”的實驗教學體系。

“四大模塊”主要指“認知實驗、課程實驗、科研實踐、畢業(yè)設(shè)計”。認知實驗主要由知名教授介紹學科的發(fā)展歷史、發(fā)展前景和研究意義，讓學生一進校門就接觸到世界前沿性的研究和具有一定未來農(nóng)業(yè)特征的示范基地，從而提升學生對專業(yè)的學習動力和興趣。課程實驗是學生學習的重點，是掌握專業(yè)基本知識和技能、培養(yǎng)創(chuàng)新意識的必要基礎(chǔ)?？蒲袑嵺`主要包括通過整合課程資源開出的各專業(yè)綜合實習課程和由學生自己申報的科研訓練計劃(SRTP)。畢業(yè)設(shè)計則是要求學生結(jié)合科研實踐，在一個完整的實驗周期內(nèi)獲得較為完整的實驗結(jié)果，并通過論文答辯方能畢業(yè)。其中，認知實驗是基礎(chǔ)，課程實驗是主干，科研實踐是肥水，畢業(yè)設(shè)計是果實，一流人才是產(chǎn)品。

實踐證明，“四大模塊、梯度推進”的實驗教學體系突出自主、結(jié)合科研、聯(lián)系實踐、引導創(chuàng)新，能使學生更快地掌握基本實驗方法，有效提高了學生觀察、判斷、抽象思維能力、總結(jié)表達能力和綜合運用知識解決實際問題的能力。特別是我們較早地開設(shè)了科研實踐課程，刻意提升學生的科研能力和創(chuàng)新意識，目前已為國內(nèi)廣大涉農(nóng)高校廣泛采用。

3 確立“四個結(jié)合、四個增強”實驗教學模式

實驗教學方法和手段的改革是實驗教學改革的重點，是提高實驗教學效果和質(zhì)量的根本保證。我們的改革實踐是在實際工作中通過“室內(nèi)與室外的結(jié)合、課內(nèi)與課外的結(jié)合、經(jīng)典與前沿的結(jié)合、傳統(tǒng)與現(xiàn)代的結(jié)合”，達到了“增強名師支撐、增強基礎(chǔ)素質(zhì)、增強實驗技能、增強創(chuàng)新意識”的效果。

3.1 室內(nèi)與室外的有機結(jié)合

我院農(nóng)業(yè)生物學實驗中心每年面向校內(nèi)10 多個專業(yè)開設(shè)近70 門的實驗課程，約300 個實驗項目，其中綜合性、設(shè)計性實驗的數(shù)量占38%以上，帶綜合性、設(shè)計性實驗的課程門數(shù)占總課程門數(shù)的比例達到90%以上。如此大量的室內(nèi)實驗對學生增強實驗技能起到了關(guān)鍵作用;特別是在占三分之一強的綜合性、設(shè)計性實驗教學中，增設(shè)了實驗前的“背景知識”講解，提倡“問題式”教學，對學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)起到了較好的效果［13］。

但農(nóng)業(yè)生物一般在室外的自然生態(tài)環(huán)境中生長，因此農(nóng)業(yè)生物實驗教學必然要與室外的實驗基地有機結(jié)合。近10 年來我們建設(shè)了3 600 m2的智能溫室及近4 萬m2的作物標本區(qū)、實驗茶場、菜圃和花圃等校內(nèi)實驗基地，還根據(jù)適應(yīng)性和互利性的原則，先后與中國人民解放軍73021 部隊“錢江農(nóng)場”、與嵊州華發(fā)茶葉進出口公司、與臨海市羊巖茶場、與嘉興農(nóng)科院、與麗水農(nóng)科院等單位共建了多個教學示范實習基地，較好地滿足了多層次的實驗教學需要。

3.2 課內(nèi)與課外的有機結(jié)合

大量綜合性、設(shè)計性實驗的開設(shè)使得實驗教學不可能局限于教學計劃的有限課時之內(nèi)，而要讓學生在課余時間進實驗室開展研究活動。我院從中心成立之初就實行實驗室全面開放，學生課堂上不能完成的實驗都可以安排在課后繼續(xù)進行，實現(xiàn)了教學實驗室的全天候開放。另外，我院還鼓勵學生在課外自帶實驗項目進實驗室做實驗，不同層次的學生可以依據(jù)實驗教學目的和自己的興趣愛好，自主選擇實驗內(nèi)容、實驗時間和實驗地點等，使學生豐富的想象、創(chuàng)新欲望得到實踐的機會，鍛煉自身的實驗能力，有利于學生主動性和創(chuàng)造性的發(fā)揮。近年來每年都有多個學生自主項目在中心實驗室完成，如“PCR 反應(yīng)鑒定人類性別”、“秋水仙素處理方式的比較研究”等項目，實驗過程短、耗資少又有一定技術(shù)含量，是比較典型的自主設(shè)計、自主完成、自主管理的“三自”實驗［14］。

3.3 經(jīng)典內(nèi)容與學科前沿內(nèi)容的有機結(jié)合

我院采取了以下措施來實現(xiàn)經(jīng)典實驗內(nèi)容與學科前沿性內(nèi)容的有機結(jié)合。

(1)鼓勵教授帶實驗課。農(nóng)學院經(jīng)過近百年的建設(shè)與發(fā)展，已成為一所基礎(chǔ)堅實、實力雄厚、特色鮮明、居于國內(nèi)一流水平的高水平農(nóng)科院所，目前擁有一級學科5 個，二級學科11 個，并擁有大批奮戰(zhàn)在科研第一線的知名教授。學院鼓勵教授們親自給本科生帶實驗，及時地把各個專業(yè)的新思想、新問題、新方法、新進展帶給學生，將先進的科研成果引進實驗教學，從而促進學生的創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。2010-2011 學年我院共有55 位實驗指導教師指導68 門課程的實驗教學，其中具正高職稱的有28 位，占了一半以上的比例，其他教師絕大多數(shù)也具有副高職稱。教授親自帶實驗，形成了我院實驗教學的一大特色。

(2)開設(shè)具有一定前沿性的新實驗。本年度各專業(yè)的一些主干課程都開出了一批具有較高技術(shù)含量的新實驗，如農(nóng)學專業(yè)的“植物基因操縱原理與方法”課程開出了“DNA 分子粘末端和平末端的連接”、“基因序列的定點突變”等新實驗;“遺傳學及實驗”課程開出了“植物染色體帶型分析”和“植物染色體熒光原位雜交”新實驗;應(yīng)用生物科學專業(yè)的“基因與蛋白質(zhì)工程大實驗”課程開出了“純化后的基因表達產(chǎn)物(突變的與非突變的)的理化性質(zhì)和生物學性質(zhì)比較”、“天然蛋白質(zhì)產(chǎn)物的磷酸化檢測及與基因表達產(chǎn)物的組成、結(jié)構(gòu)和生物活性比較”等新實驗。原則上，學院要求各任課教師每二年都要更新一個實驗項目，以保持實驗教學體系的先進性，讓學生及時接觸到學科的先進技術(shù)和方法，拓寬學生的科研視野。

(3)在實驗課中利用實驗間隙插入學生感興趣的實驗講座。如在做“植物染色體帶型分析”實驗時中間有約1 h 的處理等待時間，我們利用這個時間給學生講“人類Y 染色體的進化”專題，綜合近年來在《科學》、《自然》等雜志上發(fā)表的有關(guān)Y 染色體的研究進展［15-16］，把Y 染色體的過去、現(xiàn)在和將來講給學生聽，引起了學生較大的興趣。

(4)高端引領(lǐng)，讓學生接受前沿科技的熏陶。如讓園林專業(yè)的學生去杭州、蘇州、上海等地的國內(nèi)頂尖的景點考察學習，并對優(yōu)秀局部進行實測;讓農(nóng)學專業(yè)的學生去嘉興農(nóng)科院和中科院上海植生所參觀考察，了解水稻分子育種的成就等。

3.4 傳統(tǒng)手段與現(xiàn)代手段的有機結(jié)合

在農(nóng)學實驗教學中，傳統(tǒng)實驗手段與現(xiàn)代實驗手段各有優(yōu)勢又各有不足，將傳統(tǒng)手段和現(xiàn)代手段有機結(jié)合起來才能達到更好的教學效果。一般來說，傳統(tǒng)實驗手段要求較低，分析方法比較簡單，但耗時較多，有時實驗結(jié)果比較粗糙;而現(xiàn)代實驗手段則對設(shè)備的要求比較高，分析原理較復雜，但耗時少且結(jié)果準確。因此，有條件的院校越來越多地使用現(xiàn)代實驗手段。近年來我們依托學科優(yōu)勢，建立了科研與教學的共建平臺，充分利用科研實驗室的先進儀器設(shè)備為本科教學服務(wù)，使許多實驗項目發(fā)生了較大的改變，讓學生體驗到了高科技的魅力，在潛移默化中增進了學生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。如做“西瓜染色體加倍”實驗，我們利用了“211”平臺的細胞流線儀;做“油菜籽品質(zhì)遺傳率測定”實驗，我們利用了農(nóng)學系科研平臺的近紅外測定儀;做果品分析實驗，我們利用了園藝系科研平臺的一系列先進分析儀器等。

4 改革成效顯著，示范輻射作用明顯

中心一直秉承“以人為本、整合培養(yǎng)、求是創(chuàng)新、追求卓越”的教育新理念開展教學活動，取得了豐碩的成果。近五年來，學院共建設(shè)國家級精品課程6 門，省級精品課程6 門，校級精品課程11 門。主持的教改項目有33 項，獲教學成果獎23 項，發(fā)表教學研究和教學改革論文45 篇，主編、參編教材和參考書98 部，另外還自編實驗指導書31 部，制作多媒體課件97 個。而學生學習效果也非常顯著，在各種刊物上發(fā)表的科研論文有100 多篇，獲得了多項校內(nèi)外大賽的獎勵。攻讀研究生、出國深造和一次就業(yè)的人數(shù)，在全國農(nóng)林院校中都名列前茅。示范中心的示范輻射作用是考核示范中心的一個重要指標。我院農(nóng)業(yè)生物學實驗教學中心自2008 年進入國家級實驗教學示范中心行列后，非常重視利用我院在教學科研方面的優(yōu)勢充分發(fā)揮中心的示范輻射作用。中心每年開設(shè)多期茶學培訓班和檢疫培訓班，為國家培養(yǎng)了大批茶學和植物檢驗檢疫方面的專業(yè)人才;積極與兄弟院校開展合作，每年接受外校教師來中心培訓，并無償提供有關(guān)實驗材料。特別是為了推進國內(nèi)高校校際合作和交流，提倡實驗教學資源共享，中心在2011 年承辦了首屆全國大學生農(nóng)學創(chuàng)新實驗暑期培訓班，有來自省內(nèi)外多所農(nóng)林大學的學生和教師參加了培訓，凡響非常好。在2011 年年底中心還開展了浙江省首屆植物染色體制片技能大賽，有來自浙江省內(nèi)高校的60 多位學生報名參賽。從制片水平看，通過這次大賽的舉辦，確實促進了學生對染色體制片的重視程度，增強了學生的動手能力。

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