SCI论文（www.lunwensci.com）:
Teaching Reform of "Plant Physiology Experiment" Based on the Carrier of "Three-field Practice"
--A Case of Huazhong Agricultural University
LI Ping, XU Zheng-hua, FENG Sheng-qiu, WANG Jing,LI Hai-xia
(College of Plant Science & Technology of Huazhong Agricultural University, Wuhan Hubei )
Abstract: Plant physiology experiment is a required professional course for many majors in agricultural colleges and universities. In this paper, Huazhong Agricultural University was taken as an example, the problems in teaching of plant physiology experiment were analyzed, including insufficient participation in experiment preparation, unreasonable setting of
experiment content, and lack of cultivation of students’ good research habits. In view of the problems, some teaching reform measures based on the carrier of “three-field practice” were put forward, the ultimate objective is to improve the experimental skills and scientific research literacy of college students through curriculum integration.
Key words: Plant physiology experiment; Three-field practice; Teaching reform; Curriculum integration
一 引言
实践教学是本科教学工作的重要组成部分，也是理论联系实际的重要平台。随着科技的迅速发展， 当今社会对专业技术人才提出了更高的要求，迫切需要大批具有较强的实践能力、创新能力和创业能力的应用型人才，而这些能力的培养正是需要通过有效的实践教学环节来实现 [1,2]。
虽然我国的本科教育伴随着高等教育的改革取得了一定的进步，但在实践教学环节上还存在着较多问题。理论知识的巩固和验证需要靠实践，如果缺乏实践环节的锻炼，学生不能把所学的知识与实践紧密相连，不利于学生的发展和成长 [3]。开设实验课的目的除了强化学生对理论知识的理解和应用外，还要在提高学生动手操作能力的同时，培养学生发现和解决科学问题的科学思维方式。这就要求所选实验内容难易适中，并具有一定的针对性和前瞻性。在实验过程中，所采用的实验方法应是当今科研中广泛采用和接受的方法，所采用的仪器与设备也应较为先进 [4]。
植物生理学是研究植物生命活动规律及其与环境的相互关系，揭示植物生命现象本质的学科 [5]。《植物生理学实验》是理论教学的必要补充，在深化对理论知识的理解基础上，可以有效提高学生的动手能力和实验技能，最终达到能够运用植物生理学的知识去观察、发现、分析、最终解决农业生产中与植物生命活动现象有关问题的目的 [6]。该课程是大学生在大二就开设的一门综合性较强的独立实验课，在培养学生实验操作能力、创新思维和科研素养等方面起着重要作用，也为学生积极开展植物相关的本科生创新课题和顺利完成毕业设计奠定了一定的基础 [7]。
而传统的植物生理学实验往往都是孤立的，缺乏系统性，同时大多以验证性实验为主，无法调动学生动手实验的积极性，教学效果不理想。因此， 进一步完善教学内容、提升教学效果对于有效培养学生的实验技能和创新思维、激发学生的科研兴趣具有重要意义。本文结合笔者在多年教学中的尝试和体会，提出以下观点供大家探讨。
二 《植物生理学实验》教学中存在的问题
（一） 学生参与实验准备不足
实验的前期准备工作是实验课教学的重要组成部分。只有在教学前做好实验的前期准备工作，才能保证实验课的顺利开展。由于《植物生理学实验》课时少、涉及的实验内容较多、大部分实验的操作步骤较复杂、耗时较长，目前教学实验的前期准备工作多为教辅人员或授课教师代为完成，学生并未参与。通常实验的准备工作包括以下几方面：植物材料的种植与培养、样品的预处理、预实验的开展、仪器的准备调试和试剂的配制等。尤其是植物材料的种植与培养环节，是整个实验能否开展的基础， 也最耗时费力，学生却完全没有参与。在这样的教学模式下，学生无法看到植物生理学实验的全貌， 更不能正确理解实验前期工作与现象结果之间的关联性 [8]。因为他们在课堂上只是机械地按照实验步骤完成了实验操作，并未深入思考开展该项实验的目的，可能会得到什么样的结果。一旦实验过程中出现突发情况，学生便不知所措，不会调整实验操作以保证实验继续进行；或当实验未得到预期结果时也不会分析其原因。
（二） 实验内容设置需进一步完善
《植物生理学实验》是华中农业大学很多专业如农学、植物保护、种子工程、植物科学、园艺、农业资源与环境、林学、园林等的本科必修专业基础课，开设在第 4 学期，共 20 学时。课程选用的教材是王学奎和黄见良主编的《植物生理生化实验原理与技术》（第 3 版）[9]。现有实验内容根据《植物生理学》理论知识的教学进度，共设置了 12 个实验项目，每次课开展 2 个实验，分 6 次课完成。目前开展的 12 个实验项目分别为：（1）植物组织自由水与束缚水含量的测定；（2）植物组织的水势测定；（3）植物的根系活力测定；（4）环境因子对光合速率的影响；（5）植物光合速率的测定；（6）植物叶片中叶绿素含量的测定；（7）种子的呼吸速率测定（微量测压法）；（8）种子的呼吸速率测定（红外 CO2 分析法）；（9）植物组织中淀粉含量的测定；（10）种子生活力的鉴定；（11）植物组织中脯氨酸含量的测定（抗逆性检测）；（12）快速测定植物的抗逆性（电导率法）。实验内容涵盖植物生理学的诸多重点章节，内容饱满， 设置合理，能够有效地巩固学生的理论知识、并锻炼学生的动手操作能力。
然而，目前的实验内容设置主要是为了验证理论知识，所以仍多以演示性和验证性实验为主，且实验内容在知识体系中是相对独立和分散的，互相之间并无关联，因此，学生无法对所学知识进行综合、整体地思考与掌握 [8]。此外，由于实验教学条件的限制，个别实验方法已经是科研中淘汰的、与实际科研工作脱节，所以难以激发学生的学习兴趣，不利于学生科研操作能力的培养。
笔者认为，除了验证性实验，在实验内容上应适当增设学生的自主实验，鼓励学生用自己培养的植物材料，根据自己的实验目的，确定自己的实验方案，独立地开展实验，给学生创造得到不同实验结果、甚至是做错的机会。一方面可以让学生体会到科学研究探索未知的乐趣；另一方面，让学生明白在科学研究中，失败是很正常的，每一项科研成果都是在很多次失败以后才成功获得的。
（三） 缺乏对学生良好科研习惯的培养
现有的植物生理学实验课，教师在课堂上将讲授重点都放在对学生实验技能的培养上，往往忽略了学生进入实验室就需要具备的、一些良好科研习惯的培养，但这些基本素养会影响到学生今后能否顺利独立开展科研试验。
笔者认为本科生走进实验室，应具备的基本科研素养包括：（1）合理使用试剂耗材、避免浪费；（2）保持实验场所或实验台面的整洁；（3）能够与同学有效地分工合作。在近些年的实验课教学中，笔者发现，学生对实验课堂上用到的试剂耗材完全没有节约的意识，比如学生在使用移液枪吸取同种试剂不需要更换枪头时，仍机械地频繁换枪头，造成了枪头的浪费； 学生在仅需吸取少量试剂时，却将大量试剂转移到烧杯中待吸取，造成了试剂的浪费；再如，当实验台面上有水或试剂时，学生会顺手用过滤用的滤纸或称量用的称量纸来擦拭桌子，造成了滤纸和称量纸的浪费。因此，教师在实验课讲授时，需要求学生合理使用试剂耗材，避免浪费，一旦学生养成了节约的习惯， 会延续到今后的科研工作中，最终有效地节约国家的科研经费。并且，教师应要求并严格监督学生在实验操作完成后，及时清理实验器皿，整理实验台面。此外，植物生理学的部分实验内容是需要两个同学一组协作完成的，教师在授课过程中应引导学生与他人有效地分工合作，让学生明白在今后的学习和工作中， 一个人的力量非常有限，很多时候都需要与他人合作来共同解决问题。
那么，如何解决这些问题呢？笔者在三田实习的教学过程中，找到了有效的解决途径。
三 《三田实习》课程介绍
华中农业大学为了培养本科生的实践操作技能和创新创业能力，围绕农业特色和学科优势，逐步探索了“ 三早”+“ 三田”的特色实践育人模式 [4]。自 20 世纪 50 年代起，华中农业大学在农学专业率先开展了“理论 + 实践”的“三田实习”教学模式的探索与实践，“三田实习”实践教学模式作为特色课程，在特色育人模式中一直起着重要作用。农学专业学生结合教学内容在“试验田、种子田、丰产田” 进行作物栽培学、作物育种学、耕作学等方面的教学实习和生产实践，俗称“种三田”，也因此将相关实习实践环节称为“三田实习”。
华中农业大学的《三田实习》课程以“认知与基础－体验与综合－研究与创新”为主线，要求学生完成一个生产周期的全程实践活动和科研训练， 形成新“三田”模式（认知田、实验田、试验田）[10]。新“三田”模式要求农学专业的学生以小组为单位， 每组学生都有自己的田块，利用 3 个学期（历时一年半）在试验地进行“水稻、小麦、棉花、油菜、玉米”五大作物从种到收的全过程实践训练。要求学生参与种、管、收全过程，从查阅资料到实验设计、田间观察记载、数据分析总结，从而系统掌握主要农作物种植管理的基本技术，熟悉农作物的生长发育动态，学会实验设计和数据分析的基本方法，同时更深入了解农业生产现状。
经过多年的探索和创新，近年来华中农业大学建立了多个校地、校企共建农科教合作人才培养基地，进一步创新学生实践训练内容，拓展实践训练平台，深化了“三田实习”的内涵 [11]。在大数据时代的背景下，我国的农业生产发展必将走向信息化和专业化，从而推动我国农业向智慧农业发展。因此， 学校又进一步提出了利用信息技术来提升和优化“三田实习”课程的设想，这对于培养具有创新、创业和实践能力的信息化复合型农业人才，持续推进我国现代农业进程具有重要意义 [12]。
四 将《植物生理学实验》整合到《三田实习》中，全面培养学生独立开展科研试验的能力
（一） 利用学生自己种植的作物为实验材料
在历时 3 个学期的三田实习课程中，要求学生在自己的田块上种植五大作物，而植物生理学实验开课的大二下学期，学生的三田实习田块里有他们自己种植的油菜和小麦，期间还要种植水稻、棉花和玉米。也就是说，在植物生理学实验开课期间， 学生有苗期的水稻、棉花和玉米，生殖生长期的油菜和小麦植株，以及五大作物的种子可用，这些都可作为待测的实验材料。比如：植物组织水势的测定、光合速率和叶绿素含量的测定实验，均可选用油菜或小麦植株的叶片作为测定材料（建议学生自行设置干旱处理）；种子呼吸速率测定、种子活力测定的实验，可选用将要种植的水稻和玉米种子，也可以选用学生自己收获的小麦种子作为测定材料；淀粉含量的测定实验，可用学生收获的小麦种子磨成面粉待测；脯氨酸含量测定、电导率法测定植物抗逆性的实验，均可使用早期小麦叶片或水稻叶片进行测定（建议学生自行设置干旱处理）。这样一来，既解决了由于课时限制学生无法参与实验材料准备的问题，又能够在充分利用学生自种作物的基础上， 让学生看到实验的全貌，加深对实验的理解，并进一步激发学生探索未知的兴趣。
（二） 针对作物生产中的问题，增设综合性实验
在以往的植物生理学实验内容基础上，除了保留部分经典的验证性实验外，建议适当增加综合性的、创新性的实验内容。综合实验教学注重学生科研思维的导入，激发学生的学习热情，促使学生参与资料收集、试验方案设计、实验过程管理和实验结果分析，培养学生的创新意识和能力，掌握科学研究方法，有利于学生日后独立开展科研工作。
教师应该引导学生在三田实习中，注意观察作物生长发育过程，找出生产中存在的问题，并鼓励学生针对问题去设计和开展实验，从而试图去解决问题。当然，至于是否真正解决了问题，并不是最重要的，重要的是让学生在这个演练过程中建立科研思维。比如，在三田实习的油菜育秧过程中，学生们会发现自己培育的油菜苗又高又瘦（俗称“高脚苗”），那么针对这个问题，教师可以启发学生设置实验来探究问题产生的原因（设置不用播种密度、间苗密度、不同灌水量的处理等）、或设计解决问题的方案（比如适当控制灌水量、喷施一定浓度的植物生长调节剂等）、再或者研究移栽高脚苗可能会导致的后果（对移栽后成活率和最终油菜产量的影响等）。在这样的教学模式下，一方面激发了学生对专业知识的学习兴趣；另一方面，学生通过理论联系实际，做到了活学活用，培养了学生应用所学知识来解决实际问题的习惯和能力。
（三） 实验课考核标准的调整
为了引导学生养成良好的科研习惯，注重个人科研素养的提高，有必要对实验课程的考核方式进行改革，从而发挥考核在人才培养中的导向作用。新的实验课评价标准，除了重点考察学生实验方案设计的创新性和可行性、实验操作的规范性、结果的可靠性之外，还应考察学生的科研思维、以及在实验开展过程中是否具有良好的科研习惯，包括： 合理使用试剂耗材的意识、维持实验场所整洁的习惯、良好的团队协作精神等。
五 结语
通过将《植物生理学实验》整合到《三田实习》中的教学改革，可以让学生充分利用自己种植的植物材料，独立完成实验的全过程，在掌握实验技能的同时，养成良好的科研习惯、激发学生对科研的兴趣、提高学生分析问题和解决问题的能力，为大学生今后胜任农学相关领域的工作奠定基础，有助于培养具有较强的创新、创业和实践能力的应用型、复合型农业人才。
参考文献
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