应用型本科高校植物细胞工程实验教学改革探索

何晓梅 刘昌利 詹少华

摘 要：该文分析了《植物细胞工程实验》教学中存在的问题，总结了改善实验条件、优化教学内容、改变教学形式、开展设计性实验、丰富考核内容等改革措施，达到了提升教学质量和学生综合能力的成效。

关键词：植物细胞工程实验;教学改革;设计性实验

中图分类号 G642.0文献标识码 A文章编号 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世纪中后期，生物工程这门新兴的综合性学科开始兴起。21世纪，生物工程取得了很多重要的成就[1]，是当今世界上发展最快的学科之一。为适应时代发展的需要，2007年皖西学院开设生物工程专业，此后通过不断创新、优化教学改革，皖西学院生物工程专业已成为了省级特色专业、国家级“专业综合改革试点”[2]。皖西学院生物工程学科包括植物生物技术、植物天然产物开发、微生物发酵工程、蛋白质与酶工程、生物质能源工程、生物工程综合实验等。其目的是使学生们掌握现代化生物技术，具备研发生物类产品的能力，从而能够胜任生物工程领域的工作。

植物细胞工程是生物工程技术的重要组成部分，与植物生理学、遗传学、分子生物学、生物化学、基因工程等[3]紧密联系，是植物生物技术的基础，在生命科学的各个领域均得到了广泛的应用，是科学研究和产业化应用的重要技术手段。植物细胞工程实验以植物细胞为基本单位，通过体外培养技术，使细胞的某些特性得以改變，从而达到按照人们的意愿改良植物品种、创造具有优良性状的新物种、植物快速繁殖或是得到某些重要物质的目的。近几年来，笔者开展了植物细胞工程实验教学改革的探索，提高了学生的创新能力，以期培养出适应未来发展的高素质人才。

1 植物细胞工程实验传统教学中存在的问题

1.1 实验条件较差 2007年，皖西学院开设了生物工程专业，实验课程则是在近几年开设的，尚存在着实验室空间不足、实验器材短缺、实验资源匮乏、实验项目单一等问题，从而在很大程度上制约了实验课的开展。

1.2 教学模式单一，教学效果不理想 皖西学院的植物细胞工程实验传统的教学模式如下[4]：实验课前，学生自主预习并完成预习报告。预习能够使学生提前了解实验，但由于学生并未进行深入思考，导致预习效果不理想。此外，预习报告内容照抄照搬的现象普遍存在。实验课上，教师逐一讲解实验目的、实验原理、实验仪器、试剂及其配制、实验步骤、实验数据处理以及常见问题注意事项等。过于详细的讲解，一方面占用了大量的实验时间，另一方面学生在整个讲解过程中无法完全集中注意力，存在着重要知识点不突出的问题。学生在整个实验过程中根据实验讲义逐步操作，实验虽完成了，但不知道实验数据或实验结果如何，即不能根据实验现象解释实验原理或用实验原理解释实验现象。机械操作，对于一些关键点没有任何印象。传统的教学模式不能引起学生对实验课的重视，缺乏对实验的兴趣，未能达到预期的教学效果。

1.3 教师工作量大 实验课实行所谓“承包制”：实验室的安全、环境卫生、用水用电以及整个实验中所需要的仪器、试剂、耗材等全部由教师负责。教师在实验开始前需要配制出所需试剂并进行预实验，以保证学生实验能够成功进行。实验课上，老师要利用相当长的时间对实验进行详细讲解，由于学生根据实验讲义进行机械操作，在实验过程中仍然会出现大量问题，教师不得不在整个实验过程中为学生解决问题，不断地进行演示和解释。另外，试验过程中教师需要批改预习报告，试验结束后，根据实验结果和数据判断实验是否需要重做，若结果不理想，老师需要对这部分学生再次进行耐心地讲解和反复的强调，然后学生再重新实验。而开设一门实验课，实验课时也许只有16个学时或更少，但材料的准备、提交以及实验课的顺利开设，消耗了教师相当多的精力，教师感觉很疲惫，从而不愿意上实验课。

1.4 学生预习效果差，缺乏学习的主动性 学生在实验前进行预习只是为了完成预习报告的提交。在实验前一天甚至更短时间浏览实验书，把实验目的、实验原理等匆匆抄上去，或是连实验书都不看直接抄袭别的学生预习报告，实验过程中可以明显感觉到学生对于实验原理、实验过程并不熟悉，预习效果差。在整个实验过程中，实验所需试剂教师会提前配制好，实验目的、实验原理、实验步骤、数据处理以及注意事项教师也会详细讲解，可以说教师做的越多学生思考的就越少，即使实验失败也不知其失败原因，并且不会自觉探究失败原因，而是等待教师解释。另外，由于目前皖西学院的教学模式主要是教师提供实验教材或实验讲义，实验技术成熟，实验结果明确，学生直接按照所给的教材或讲义一步一步进行实验。教师提供教材的目的是为了让学生更好地学习，但同时也会使学生过于死板，只会机械地进行实验，不懂得变通，缺乏创新能力[5]。

1.5 实验考核方式不完善 传统植物细胞工程实验课的成绩很大程度上参考学生的实验报告，由于学生实验报告中实验目的、实验原理、实验步骤、实验中注意事项这些内容都是相同的，所以打分依据一般是数据处理分析。一方面，数据处理方式有教师统一教授，处理结果大同小异;同时，学生深知与标准结果更接近就能够获取更高的分数，这就导致了部分学生人为地改动实验数据，失去了实验的意义。另一方面，实验报告并不能够准确的反应出学生在实验过程中对于实验技能的掌握和实验态度。依靠实验报告这一考核手段显得有些单薄，并不能够真实地反映出学生的能力。

2 植物细胞工程实验课程改革措施

2.1 改善实验条件 植物细胞工程课程组教师通过各种平台申请实验项目，获得实验经费，以改善实验室条件，目前植物细胞工程实验室硬件设施更加齐全。植物细胞工程实验室位于植物细胞工程安徽省工程技术研究中心，现有准备室、接种室、培养室以及分析处理室等，购买了新的超净工作台、臭氧发生器、离心机、破碎机、高压蒸汽锅、培养瓶以及培养架等实验器材。植物细胞工程实验大都是在无菌环境下进行，因此，在实验开始前以及结束后都会对实验室进行无菌消毒处理，一般是采用臭氧消毒;定期会对实验室进行全面消毒。同时，对于实验室的管理也更加严格，学生进入实验室时必须更换工作服、戴无菌帽、口罩、鞋套等，保持实验室的整洁卫生，共同维护实验室的环境。

2.2 优化教学内容 植物细胞工程课程组教师经过不断探索，最终决定植物细胞工程实验安排如下内容：（1）植物组培实验室设计和实验设备、实验用品认知;（2）MS培养基母液的配制;（3）MS培养基配制、灭菌与分装;（4）外植体分化生长的诱导培养;（5）外植体脱分化生长的诱导培养;（6）组培苗的炼苗。通过这6个实验，学生由最初认识实验设备到独自配制培养基并对培养基进行分装、灭菌再到获取愈伤组织并对其进行脱分化处理最后到炼苗，学生由浅入深逐渐掌握了完整的实验技能，与此同时也更深一步地了解了植物细胞的全能性、分化、脱分化、再分化等概念，真正将书本上的知识具现化，用于生产实践中。此外，皖西学院有诸多的产研学合作基地，教师会安排课时让学生去产业基地实地参观，将书本和实验中所学到的技能用于生产实践中，进一步加深同学们的理解。

2.3 改变教学形式 在了解到传统教学的弊端后，皖西学院教师决定对原有的教学形式进行改革，不再只是简单的让学生预习书本上的实验目的、实验原理、实验步骤等，而是采用多媒体教学。教师建立一个微信公众号，微信公众号里有实验视频，学生可自行观看实验视频进行学习。实验视频一方面是让学生了解到本课程的重要性以及本课程在生产实践中的重要作用，以此提升学生对于本课程的兴趣;另一方面，则是每一节课涉及的实验技能学习，学生通过观看视频了解到基本的安全教育、仪器操作、无菌操作等技能。上实验课时，教师需要对学生的预习情况进行简单的考核，将讲解的机会移交给学生。通过学生的讲解，一方面，能够加深其自己对本节知识的理解;另一方面，学生对学生进行讲解，他们的思维更相近，更容易使对方明白。毫无疑问，教师需要对实验进行补充讲解，使学生了解得更加透彻[6]。

2.4 学生轮流做实验助理 实验课所需的试剂不再由教师配制，而是由教师安排实验助理配制，预实验也是由实验助理完成，预实验中遇到的问题可由学生自行讨论解决，再与教师商讨。实验助理的安排可依据学号来分组，一组的人数由每个班级人数和实验课时共同決定，要让每一位同学都亲自参与到预实验中。通过安排实验助理，一方面，极大地减轻了教师的工作量，让教师有更多的精力去设计实验课程以及申请实验项目来获得资金以此完善实验室设备，形成良性循环;另一方面，让学生完整地参与到实验的每一步，预实验能否顺利完成取决于学生是否认真对待本实验以及是否规范操作，在预实验中遇到的问题很大程度上由学生相互讨论解决，既加深了学生对于实验的理解，也锻炼了其独立思考的能力。

2.5 开展设计性实验，培养学生的创新能力 传统的实验课主要是由教师指定实验项目以及实验内容，这禁锢了学生的思维，不能充分发挥学生作为实验主体的主观能动性，因此可开展设计性实验[7]，培养学生的创新能力。首先，将班级同学分为几个小组，每个小组的人数不宜过多，过多会使某些学生不能够完全参与到实验中，也不能过少，过少会使学生任务繁重，所以4～5人最为适宜;其次，由教师给出1个总的研究方向;再次，学生自由选择自己所感兴趣的实验材料，通过万方、维普或是中国知网等查阅相关资料，自行撰写实验可行性分析报告、实验方案等，所制定的实验方案要交给教师审阅，由教师指出其中的不足并最终确定实验是否可行。实验方案一旦完善后，学生可自由安排时间去做实验，实验器材、试剂由学校提供，需要的材料由学生自行购买，实验最后所得成果需要交给教师检查，最终成绩评定由教师和学生共同评定。通过设计性实验的开展，发现学生对于自主设计非常感兴趣，从开始到结束完全由自己把握，学生做实验的热情高涨。这一举措充分调动了学生的积极性，自主设计实验加强了同学们查阅资料、寻找信息、独立思考的能力，培养了他们的创新能力。

2.6 丰富考核内容，使考核更加全面 传统的考核多依赖于实验报告，并不能够全面反映学生能力，现决定更改考核方式，使考核的内容更加全面，更改后的考核由实验技能考核、平时成绩、实验报告组成。实验技能考核是在课程结束后进行测试，分为笔试（20%）和实验操作（30%），笔试考察了学生对于实验的基本知识、基本理论的掌握情况，实验操作则重点在于检查学生实验课是否认真参与、是否规范操作以及在实验过程中的应变能力。平时成绩以学生在实验课回答问题的情况为依据，重点在于考察学生是否认真预习以及查阅资料的能力。实验报告注重书写情况以及实验数据的准确性，考察的则是学生对于实验课的态度。总成绩=实验技能考核×50%+平时成绩×30%+实验报告×20%。通过这样的考核方式，使学生重视实验课、重视实验操作，并获得了良好的实验技能、学会寻找问题和分析问题，极大地提高了学生的综合能力。

3 小结

通过改善实验室环境、优化教学内容、改变教学形式、开展设计性试验、丰富考核内容等一系列措施，极大地提高了学生对实验课的兴趣，充分发挥了其作为实验主体的主观能动性。在整个实验过程中，学生全程参与，从依赖老师变为学会发现问题并独立解决问题，从不熟悉实验操作到规范操作，这就是对植物细胞工程实验教学改革探索的意义。教学改革的探索是一个长期的过程，并非一朝一夕就能完成。因此，今后需不断改善实验室条件，提高教师自身的综合能力，提高教学质量，提升学生的综合能力[8]。

参考文献

[1]林顺权.植物细胞工程[M].厦门：厦门大学出版社，2000.

[2]何晓梅，张晶晶，孙传伯，等.应用型本科高校微生物发酵实验工程实验教学模式改革的探索与实践[J].安徽农业科学，2018，46（12）：235-236.

[3]贾明良，方荷芳，徐玲玲，等.生物类专业植物细胞工程实验教学改革探讨[J].安徽农学通报，2016（22）：18.

[4]齐凤慧，崔丽婷，左行翔，等.细胞工程实验教学中学生创新能力的培养[J].实验科学与技术，2016，05

[5]徐建荣，韩晓磊，郁建锋，等.应用型地方本科院校细胞工程课程教学改革探讨[J].教育教学论坛，2016，46

[6]胡连尚，孙霞，曹颖，等.植物细胞工程理论与实践教学体系探索与实践[J].中国校外教育，2008，02：136-137.

[7]吴丽芳，魏晓梅，韩利红，等.植物细胞工程实验教学改革探讨[J].当代畜牧，2018，30：42-44.

[8]刘鑫，陈存武.地方应用型本科高校人才培养体系的探索与实践：以皖西学院生物工程专业为例[J].中国大学教育，2014（12）：40-42.

（责编：张宏民）