應(yīng)用型本科高校植物細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

何曉梅 劉昌利 詹少華

摘 要：該文分析了《植物細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn)》教學(xué)中存在的問題，總結(jié)了改善實(shí)驗(yàn)條件、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改變教學(xué)形式、開展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、豐富考核內(nèi)容等改革措施，達(dá)到了提升教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生綜合能力的成效。

關(guān)鍵詞：植物細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn);教學(xué)改革;設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

中圖分類號 G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 1007-7731（2019）24-0154-03

Abstract：To explore the problems in the teaching of "Plant Cell Engineering Experiment"， improve the teaching quality and improve the students' comprehensive ability by improving the experimental conditions， optimizing the teaching content， changing the teaching form， carrying out design experiments and enriching the content of the assessment.

Key words：Plant cell engineering experiment; Teaching reform; Design experiment

20世紀(jì)中后期，生物工程這門新興的綜合性學(xué)科開始興起。21世紀(jì)，生物工程取得了很多重要的成就[1]，是當(dāng)今世界上發(fā)展最快的學(xué)科之一。為適應(yīng)時代發(fā)展的需要，2007年皖西學(xué)院開設(shè)生物工程專業(yè)，此后通過不斷創(chuàng)新、優(yōu)化教學(xué)改革，皖西學(xué)院生物工程專業(yè)已成為了省級特色專業(yè)、國家級“專業(yè)綜合改革試點(diǎn)”[2]。皖西學(xué)院生物工程學(xué)科包括植物生物技術(shù)、植物天然產(chǎn)物開發(fā)、微生物發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)與酶工程、生物質(zhì)能源工程、生物工程綜合實(shí)驗(yàn)等。其目的是使學(xué)生們掌握現(xiàn)代化生物技術(shù)，具備研發(fā)生物類產(chǎn)品的能力，從而能夠勝任生物工程領(lǐng)域的工作。

植物細(xì)胞工程是生物工程技術(shù)的重要組成部分，與植物生理學(xué)、遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、生物化學(xué)、基因工程等[3]緊密聯(lián)系，是植物生物技術(shù)的基礎(chǔ)，在生命科學(xué)的各個領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用，是科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的重要技術(shù)手段。植物細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn)以植物細(xì)胞為基本單位，通過體外培養(yǎng)技術(shù)，使細(xì)胞的某些特性得以改變，從而達(dá)到按照人們的意愿改良植物品種、創(chuàng)造具有優(yōu)良性狀的新物種、植物快速繁殖或是得到某些重要物質(zhì)的目的。近幾年來，筆者開展了植物細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力，以期培養(yǎng)出適應(yīng)未來發(fā)展的高素質(zhì)人才。

1 植物細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題

1.1 實(shí)驗(yàn)條件較差 2007年，皖西學(xué)院開設(shè)了生物工程專業(yè)，實(shí)驗(yàn)課程則是在近幾年開設(shè)的，尚存在著實(shí)驗(yàn)室空間不足、實(shí)驗(yàn)器材短缺、實(shí)驗(yàn)資源匱乏、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目單一等問題，從而在很大程度上制約了實(shí)驗(yàn)課的開展。

1.2 教學(xué)模式單一，教學(xué)效果不理想 皖西學(xué)院的植物細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)的教學(xué)模式如下[4]：實(shí)驗(yàn)課前，學(xué)生自主預(yù)習(xí)并完成預(yù)習(xí)報(bào)告。預(yù)習(xí)能夠使學(xué)生提前了解實(shí)驗(yàn)，但由于學(xué)生并未進(jìn)行深入思考，導(dǎo)致預(yù)習(xí)效果不理想。此外，預(yù)習(xí)報(bào)告內(nèi)容照抄照搬的現(xiàn)象普遍存在。實(shí)驗(yàn)課上，教師逐一講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器、試劑及其配制、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理以及常見問題注意事項(xiàng)等。過于詳細(xì)的講解，一方面占用了大量的實(shí)驗(yàn)時間，另一方面學(xué)生在整個講解過程中無法完全集中注意力，存在著重要知識點(diǎn)不突出的問題。學(xué)生在整個實(shí)驗(yàn)過程中根據(jù)實(shí)驗(yàn)講義逐步操作，實(shí)驗(yàn)雖完成了，但不知道實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或?qū)嶒?yàn)結(jié)果如何，即不能根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解釋實(shí)驗(yàn)原理或用實(shí)驗(yàn)原理解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。機(jī)械操作，對于一些關(guān)鍵點(diǎn)沒有任何印象。傳統(tǒng)的教學(xué)模式不能引起學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課的重視，缺乏對實(shí)驗(yàn)的興趣，未能達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。

1.3 教師工作量大 實(shí)驗(yàn)課實(shí)行所謂“承包制”：實(shí)驗(yàn)室的安全、環(huán)境衛(wèi)生、用水用電以及整個實(shí)驗(yàn)中所需要的儀器、試劑、耗材等全部由教師負(fù)責(zé)。教師在實(shí)驗(yàn)開始前需要配制出所需試劑并進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，以保證學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虺晒M(jìn)行。實(shí)驗(yàn)課上，老師要利用相當(dāng)長的時間對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行詳細(xì)講解，由于學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)講義進(jìn)行機(jī)械操作，在實(shí)驗(yàn)過程中仍然會出現(xiàn)大量問題，教師不得不在整個實(shí)驗(yàn)過程中為學(xué)生解決問題，不斷地進(jìn)行演示和解釋。另外，試驗(yàn)過程中教師需要批改預(yù)習(xí)報(bào)告，試驗(yàn)結(jié)束后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)判斷實(shí)驗(yàn)是否需要重做，若結(jié)果不理想，老師需要對這部分學(xué)生再次進(jìn)行耐心地講解和反復(fù)的強(qiáng)調(diào)，然后學(xué)生再重新實(shí)驗(yàn)。而開設(shè)一門實(shí)驗(yàn)課，實(shí)驗(yàn)課時也許只有16個學(xué)時或更少，但材料的準(zhǔn)備、提交以及實(shí)驗(yàn)課的順利開設(shè)，消耗了教師相當(dāng)多的精力，教師感覺很疲憊，從而不愿意上實(shí)驗(yàn)課。

1.4 學(xué)生預(yù)習(xí)效果差，缺乏學(xué)習(xí)的主動性 學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行預(yù)習(xí)只是為了完成預(yù)習(xí)報(bào)告的提交。在實(shí)驗(yàn)前一天甚至更短時間瀏覽實(shí)驗(yàn)書，把實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理等匆匆抄上去，或是連實(shí)驗(yàn)書都不看直接抄襲別的學(xué)生預(yù)習(xí)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)過程中可以明顯感覺到學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)過程并不熟悉，預(yù)習(xí)效果差。在整個實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)所需試劑教師會提前配制好，實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)教師也會詳細(xì)講解，可以說教師做的越多學(xué)生思考的就越少，即使實(shí)驗(yàn)失敗也不知其失敗原因，并且不會自覺探究失敗原因，而是等待教師解釋。另外，由于目前皖西學(xué)院的教學(xué)模式主要是教師提供實(shí)驗(yàn)教材或?qū)嶒?yàn)講義，實(shí)驗(yàn)技術(shù)成熟，實(shí)驗(yàn)結(jié)果明確，學(xué)生直接按照所給的教材或講義一步一步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。教師提供教材的目的是為了讓學(xué)生更好地學(xué)習(xí)，但同時也會使學(xué)生過于死板，只會機(jī)械地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不懂得變通，缺乏創(chuàng)新能力[5]。

1.5 實(shí)驗(yàn)考核方式不完善 傳統(tǒng)植物細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn)課的成績很大程度上參考學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，由于學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告中實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)中注意事項(xiàng)這些內(nèi)容都是相同的，所以打分依據(jù)一般是數(shù)據(jù)處理分析。一方面，數(shù)據(jù)處理方式有教師統(tǒng)一教授，處理結(jié)果大同小異;同時，學(xué)生深知與標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果更接近就能夠獲取更高的分?jǐn)?shù)，這就導(dǎo)致了部分學(xué)生人為地改動實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，失去了實(shí)驗(yàn)的意義。另一方面，實(shí)驗(yàn)報(bào)告并不能夠準(zhǔn)確的反應(yīng)出學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中對于實(shí)驗(yàn)技能的掌握和實(shí)驗(yàn)態(tài)度。依靠實(shí)驗(yàn)報(bào)告這一考核手段顯得有些單薄，并不能夠真實(shí)地反映出學(xué)生的能力。

2 植物細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn)課程改革措施

2.1 改善實(shí)驗(yàn)條件 植物細(xì)胞工程課程組教師通過各種平臺申請實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，獲得實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，以改善實(shí)驗(yàn)室條件，目前植物細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn)室硬件設(shè)施更加齊全。植物細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn)室位于植物細(xì)胞工程安徽省工程技術(shù)研究中心，現(xiàn)有準(zhǔn)備室、接種室、培養(yǎng)室以及分析處理室等，購買了新的超凈工作臺、臭氧發(fā)生器、離心機(jī)、破碎機(jī)、高壓蒸汽鍋、培養(yǎng)瓶以及培養(yǎng)架等實(shí)驗(yàn)器材。植物細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn)大都是在無菌環(huán)境下進(jìn)行，因此，在實(shí)驗(yàn)開始前以及結(jié)束后都會對實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行無菌消毒處理，一般是采用臭氧消毒;定期會對實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行全面消毒。同時，對于實(shí)驗(yàn)室的管理也更加嚴(yán)格，學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室時必須更換工作服、戴無菌帽、口罩、鞋套等，保持實(shí)驗(yàn)室的整潔衛(wèi)生，共同維護(hù)實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境。

2.2 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容 植物細(xì)胞工程課程組教師經(jīng)過不斷探索，最終決定植物細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn)安排如下內(nèi)容：（1）植物組培實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)用品認(rèn)知;（2）MS培養(yǎng)基母液的配制;（3）MS培養(yǎng)基配制、滅菌與分裝;（4）外植體分化生長的誘導(dǎo)培養(yǎng);（5）外植體脫分化生長的誘導(dǎo)培養(yǎng);（6）組培苗的煉苗。通過這6個實(shí)驗(yàn)，學(xué)生由最初認(rèn)識實(shí)驗(yàn)設(shè)備到獨(dú)自配制培養(yǎng)基并對培養(yǎng)基進(jìn)行分裝、滅菌再到獲取愈傷組織并對其進(jìn)行脫分化處理最后到煉苗，學(xué)生由淺入深逐漸掌握了完整的實(shí)驗(yàn)技能，與此同時也更深一步地了解了植物細(xì)胞的全能性、分化、脫分化、再分化等概念，真正將書本上的知識具現(xiàn)化，用于生產(chǎn)實(shí)踐中。此外，皖西學(xué)院有諸多的產(chǎn)研學(xué)合作基地，教師會安排課時讓學(xué)生去產(chǎn)業(yè)基地實(shí)地參觀，將書本和實(shí)驗(yàn)中所學(xué)到的技能用于生產(chǎn)實(shí)踐中，進(jìn)一步加深同學(xué)們的理解。

2.3 改變教學(xué)形式 在了解到傳統(tǒng)教學(xué)的弊端后，皖西學(xué)院教師決定對原有的教學(xué)形式進(jìn)行改革，不再只是簡單的讓學(xué)生預(yù)習(xí)書本上的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟等，而是采用多媒體教學(xué)。教師建立一個微信公眾號，微信公眾號里有實(shí)驗(yàn)視頻，學(xué)生可自行觀看實(shí)驗(yàn)視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)視頻一方面是讓學(xué)生了解到本課程的重要性以及本課程在生產(chǎn)實(shí)踐中的重要作用，以此提升學(xué)生對于本課程的興趣;另一方面，則是每一節(jié)課涉及的實(shí)驗(yàn)技能學(xué)習(xí)，學(xué)生通過觀看視頻了解到基本的安全教育、儀器操作、無菌操作等技能。上實(shí)驗(yàn)課時，教師需要對學(xué)生的預(yù)習(xí)情況進(jìn)行簡單的考核，將講解的機(jī)會移交給學(xué)生。通過學(xué)生的講解，一方面，能夠加深其自己對本節(jié)知識的理解;另一方面，學(xué)生對學(xué)生進(jìn)行講解，他們的思維更相近，更容易使對方明白。毫無疑問，教師需要對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行補(bǔ)充講解，使學(xué)生了解得更加透徹[6]。

2.4 學(xué)生輪流做實(shí)驗(yàn)助理 實(shí)驗(yàn)課所需的試劑不再由教師配制，而是由教師安排實(shí)驗(yàn)助理配制，預(yù)實(shí)驗(yàn)也是由實(shí)驗(yàn)助理完成，預(yù)實(shí)驗(yàn)中遇到的問題可由學(xué)生自行討論解決，再與教師商討。實(shí)驗(yàn)助理的安排可依據(jù)學(xué)號來分組，一組的人數(shù)由每個班級人數(shù)和實(shí)驗(yàn)課時共同決定，要讓每一位同學(xué)都親自參與到預(yù)實(shí)驗(yàn)中。通過安排實(shí)驗(yàn)助理，一方面，極大地減輕了教師的工作量，讓教師有更多的精力去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程以及申請實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目來獲得資金以此完善實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，形成良性循環(huán);另一方面，讓學(xué)生完整地參與到實(shí)驗(yàn)的每一步，預(yù)實(shí)驗(yàn)?zāi)芊耥樌瓿扇Q于學(xué)生是否認(rèn)真對待本實(shí)驗(yàn)以及是否規(guī)范操作，在預(yù)實(shí)驗(yàn)中遇到的問題很大程度上由學(xué)生相互討論解決，既加深了學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)的理解，也鍛煉了其獨(dú)立思考的能力。

2.5 開展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力 傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課主要是由教師指定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，這禁錮了學(xué)生的思維，不能充分發(fā)揮學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)主體的主觀能動性，因此可開展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)[7]，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。首先，將班級同學(xué)分為幾個小組，每個小組的人數(shù)不宜過多，過多會使某些學(xué)生不能夠完全參與到實(shí)驗(yàn)中，也不能過少，過少會使學(xué)生任務(wù)繁重，所以4～5人最為適宜;其次，由教師給出1個總的研究方向;再次，學(xué)生自由選擇自己所感興趣的實(shí)驗(yàn)材料，通過萬方、維普或是中國知網(wǎng)等查閱相關(guān)資料，自行撰寫實(shí)驗(yàn)可行性分析報(bào)告、實(shí)驗(yàn)方案等，所制定的實(shí)驗(yàn)方案要交給教師審閱，由教師指出其中的不足并最終確定實(shí)驗(yàn)是否可行。實(shí)驗(yàn)方案一旦完善后，學(xué)生可自由安排時間去做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)器材、試劑由學(xué)校提供，需要的材料由學(xué)生自行購買，實(shí)驗(yàn)最后所得成果需要交給教師檢查，最終成績評定由教師和學(xué)生共同評定。通過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開展，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對于自主設(shè)計(jì)非常感興趣，從開始到結(jié)束完全由自己把握，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的熱情高漲。這一舉措充分調(diào)動了學(xué)生的積極性，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)加強(qiáng)了同學(xué)們查閱資料、尋找信息、獨(dú)立思考的能力，培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新能力。

2.6 豐富考核內(nèi)容，使考核更加全面 傳統(tǒng)的考核多依賴于實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并不能夠全面反映學(xué)生能力，現(xiàn)決定更改考核方式，使考核的內(nèi)容更加全面，更改后的考核由實(shí)驗(yàn)技能考核、平時成績、實(shí)驗(yàn)報(bào)告組成。實(shí)驗(yàn)技能考核是在課程結(jié)束后進(jìn)行測試，分為筆試（20%）和實(shí)驗(yàn)操作（30%），筆試考察了學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)的基本知識、基本理論的掌握情況，實(shí)驗(yàn)操作則重點(diǎn)在于檢查學(xué)生實(shí)驗(yàn)課是否認(rèn)真參與、是否規(guī)范操作以及在實(shí)驗(yàn)過程中的應(yīng)變能力。平時成績以學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課回答問題的情況為依據(jù)，重點(diǎn)在于考察學(xué)生是否認(rèn)真預(yù)習(xí)以及查閱資料的能力。實(shí)驗(yàn)報(bào)告注重書寫情況以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，考察的則是學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)課的態(tài)度?？偝煽?實(shí)驗(yàn)技能考核×50%+平時成績×30%+實(shí)驗(yàn)報(bào)告×20%。通過這樣的考核方式，使學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)課、重視實(shí)驗(yàn)操作，并獲得了良好的實(shí)驗(yàn)技能、學(xué)會尋找問題和分析問題，極大地提高了學(xué)生的綜合能力。

3 小結(jié)

通過改善實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改變教學(xué)形式、開展設(shè)計(jì)性試驗(yàn)、豐富考核內(nèi)容等一系列措施，極大地提高了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課的興趣，充分發(fā)揮了其作為實(shí)驗(yàn)主體的主觀能動性。在整個實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生全程參與，從依賴?yán)蠋熥優(yōu)閷W(xué)會發(fā)現(xiàn)問題并獨(dú)立解決問題，從不熟悉實(shí)驗(yàn)操作到規(guī)范操作，這就是對植物細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索的意義。教學(xué)改革的探索是一個長期的過程，并非一朝一夕就能完成。因此，今后需不斷改善實(shí)驗(yàn)室條件，提高教師自身的綜合能力，提高教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生的綜合能力[8]。

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（責(zé)編：張宏民）