王文慧，馬紹英，李 勝，王婷婷

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)實驗教學(xué)中心，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

“植物組織培養(yǎng)技術(shù)”實驗是生物技術(shù)專業(yè)的重要課程，該技術(shù)也是現(xiàn)代生物技術(shù)的重要組成部分，在生命科學(xué)的研究中發(fā)揮了極其重要的作用，為了響應(yīng)國家“雙萬計劃”[1]，本研究以“植物組織培養(yǎng)技術(shù)”實驗為例，從實驗教學(xué)內(nèi)容革新、學(xué)生能力培養(yǎng)、完善實驗教學(xué)考核體系以及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源平臺建設(shè)等方面，闡述一流本科實驗課程的建設(shè)，以期為建設(shè)一流本科課程提供新的思路[2]。

1 實驗平臺建設(shè)與教學(xué)內(nèi)容的革新

在學(xué)校的大力支持下，植物組織培養(yǎng)實驗室面積由原來的40 m2擴大到現(xiàn)在的180 m2，各個功能室獨立分隔又相互連通，建成了科學(xué)、系統(tǒng)的植物組織培養(yǎng)實驗室，學(xué)院為組織培養(yǎng)室購置了多臺超凈工作臺、人工智能氣候箱等教學(xué)儀器設(shè)備，為“植物組織培養(yǎng)技術(shù)”實驗建成一流本科課程搭建了良好的平臺?！爸参锝M織培養(yǎng)技術(shù)”實驗在課程建設(shè)以前是“植物組織培養(yǎng)”理論課程的一部分（12 學(xué)時），因課時太少，實驗課很難系統(tǒng)開設(shè)，無論是實驗內(nèi)容、方法、材料的選取，還是實驗的具體操作過程均由實驗老師確定，學(xué)生只是按照教師的思路和方法被動操作，同時因?qū)嶒炇颐娣e有限，實驗單組人數(shù)較多，學(xué)生獨立操作實驗的時間非常有限。自2016年該課程開始建設(shè)以來，將“植物組織培養(yǎng)技術(shù)”實驗獨立設(shè)課，課程分為線上線下2個部分教學(xué)，其中包括線下32 學(xué)時的操作和線上48 學(xué)時的理論講授。實驗內(nèi)容由過去的單個簡單實驗經(jīng)過不斷的改革探索，結(jié)合老師的科學(xué)研究，逐步形成了以“基礎(chǔ)性、設(shè)計性、綜合性、創(chuàng)新性”為主線的實驗教學(xué)新內(nèi)容，同時依據(jù)現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立了植物組織培養(yǎng)技術(shù)線上資源共享網(wǎng)絡(luò)平臺和專家在線答疑系統(tǒng)，并開設(shè)與植物組織培養(yǎng)企業(yè)參觀實習(xí)相結(jié)合的三維一體教學(xué)模式[3]。

2 學(xué)生能力的培養(yǎng)

2.1 提高學(xué)生實驗的主動性和積極性

在完成前期實驗的基礎(chǔ)上，逐漸形成了以“應(yīng)用性、綜合性和創(chuàng)新性實驗”為主線教學(xué)體系，學(xué)生可根據(jù)自己的興趣，設(shè)計自己的個性實驗，和老師一起探討自己實驗的創(chuàng)新性。同時通過資源共享平臺，和專家們一起解決實驗中遇到的問題，使自己設(shè)計的實驗得以順利開展。實驗室隨時為學(xué)生開放，學(xué)生可根據(jù)自己的時間進行實驗內(nèi)容的安排，在一定程度上確保了實驗的連續(xù)性。通過實驗教學(xué)改革，使得枯燥的實驗操作變得更加趣味化，進一步促進了學(xué)生對實驗的掌握與理解，使傳統(tǒng)實驗教學(xué)變得富有創(chuàng)新性，增強了學(xué)生實驗的主動性和積極性[4]。

2.2 培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力

學(xué)生在進行植物組織培養(yǎng)技術(shù)實驗操作過程中，綜合性實驗是根據(jù)自己的愛好進行選擇與設(shè)計，在進行前期準備過程中，對實驗的目標有一定的預(yù)期，然后在實驗老師的指導(dǎo)下進行系統(tǒng)設(shè)計與實驗。對出現(xiàn)的問題可通過查閱文獻及訪問專家系統(tǒng)解決，若未能解決，則可通過實驗指導(dǎo)老師的現(xiàn)場指導(dǎo)來解決，使學(xué)生對預(yù)期的實驗進行非固定化的傳統(tǒng)實驗，而根據(jù)自己的思維進行設(shè)計與實驗，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力、獨立分解問題和解決問題的能力、查閱資料獲取知識的能力，這也為應(yīng)用型人才的培養(yǎng)提供了良好的平臺與機遇。

2.3 教學(xué)科研相結(jié)合

教學(xué)科研相結(jié)合是“植物組織培養(yǎng)技術(shù)”實驗課程改革的新模式，在“植物組織培養(yǎng)技術(shù)”實驗得到充分保證的前提下，教師將與該課程相關(guān)的科研項目介紹給學(xué)生，學(xué)生自愿選擇參與項目的相關(guān)內(nèi)容，創(chuàng)立以科研為依托的“創(chuàng)新性實驗”教學(xué)體系。在完成基本實驗教學(xué)的基礎(chǔ)上，不斷完善探究新的實驗教學(xué)模式，進一步提高綜合性實驗的兼容性、合理性與先進性，摸索教學(xué)研結(jié)合的新思維和新方法。以植物組織培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用為主線，完善綜合實驗的理論和技能，進一步推進學(xué)生的科研創(chuàng)新，擴大自主設(shè)計實驗的選題范圍，鼓勵應(yīng)用性實驗項目，體現(xiàn)植物組織培養(yǎng)與生物技術(shù)應(yīng)用實踐的結(jié)合[5]。

3 建立完整的實驗教學(xué)考核體系

在考核體系上，打破了傳統(tǒng)的以考勤和實驗報告撰寫為主的實驗考核體系。

（1）在網(wǎng)絡(luò)平臺及專家系統(tǒng)在線預(yù)習(xí)時長及向?qū)＜姨釂柎螖?shù)占10%：要求學(xué)生提前預(yù)習(xí)實驗內(nèi)容，在預(yù)習(xí)過程中進入植物組織培養(yǎng)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)平臺，與專家互動答疑，解決預(yù)習(xí)中遇到的問題。

（2）基礎(chǔ)性實驗部分占35%：包括培養(yǎng)基的配制（母液的計算與配置，培養(yǎng)基的制作與滅菌，將靜置冷卻凝固好的培養(yǎng)基編號拍照，污染1 瓶扣1分）；無菌操作（外植體的消毒、接種，試管苗的繼代培養(yǎng)，要求接種10 瓶外植體材料培養(yǎng)15 d 后拍照，繼代10 瓶試管苗培養(yǎng)10 d 后拍照，污染1 瓶扣1分）；無菌苗的移栽定植（煉苗、移栽、定植，每人煉苗移栽試管苗10 盆，每盆移栽2 棵植株，移栽后管護15 d拍照，死亡1棵扣1分）。

（3）綜合性實驗占20%：綜合性實驗是指利用所培養(yǎng)的無菌材料進行脫分化與再分化的延伸實驗，LED 光質(zhì)調(diào)控下試管苗的根系發(fā)育與莖葉生長的差異比較實驗，選擇其中一個方向進行自行設(shè)計與實驗，要求實驗方案設(shè)計合理，脫分化與再分化率達到不同材料的要求，光質(zhì)調(diào)控實驗的莖葉與根系的發(fā)育在不同光質(zhì)下差異明顯，根據(jù)培養(yǎng)材料完成預(yù)期目標的質(zhì)量進行合理打分。

（4）設(shè)計性實驗占10%：設(shè)計性實驗是指植物組織培養(yǎng)室的設(shè)計，要求設(shè)計的每個功能室的銜接合理，水電門窗、無菌室及每個室的功能合理，功能室內(nèi)儀器擺放合理，每一個不合理設(shè)計點扣1分。

（5）創(chuàng)新性實驗占5%：是指學(xué)生經(jīng)過一個學(xué)期的植物組織培養(yǎng)實驗，對實驗的方法、儀器、器皿、工具等方面進行創(chuàng)新性改造與設(shè)計，提出自己的思路和設(shè)計方案，根據(jù)思路與設(shè)計的可行性進行打分。

（6）實驗報告的撰寫占20%：包括寫作的規(guī)范性，數(shù)據(jù)處理的科學(xué)性等。

改革后的植物組織培養(yǎng)技術(shù)實驗課程考核辦法，使考核體現(xiàn)在每一個實驗環(huán)節(jié)上，更加注重教學(xué)的過程管理，進一步提升了學(xué)生的實驗技能與創(chuàng)新思維。教學(xué)改革前后學(xué)生實驗技能改變情況如圖1，自2016年植物組織培養(yǎng)課程改革后，學(xué)生在基礎(chǔ)性實驗及設(shè)計性實驗中的完成率明顯增加，主要體現(xiàn)在培養(yǎng)基及外植體的繼代培養(yǎng)污染率降低，組培苗練苗成活率升高。且從設(shè)計性實驗中發(fā)現(xiàn)學(xué)生對組織培養(yǎng)的各個功能室的理解到位，有的同學(xué)將現(xiàn)代智能元素也融入到設(shè)計方案中，且方案合理，富有創(chuàng)新性。課程改革后新增的綜合性實驗和創(chuàng)新性實驗隨著課程的不斷完善，學(xué)生的完成率逐年增長。與改革前相比，學(xué)生對相關(guān)實驗的理解更到位，通過自主學(xué)習(xí)及老師指導(dǎo)對理論知識的掌握更全面，從而提高了綜合性實驗的完成質(zhì)量，處理組與對照組差異顯著，有利于激發(fā)學(xué)生的探索欲望。同時，學(xué)生根據(jù)掌握的理論知識及實驗操作過程進行了實驗設(shè)計及方法的創(chuàng)新，提出混合光、LED燈的不同強度對組培苗的影響以及設(shè)計培養(yǎng)基的封裝裝置等，進一步增強了學(xué)生綜合運用知識解決問題的能力，并提高了教學(xué)質(zhì)量。綜上，該課程的改革明顯增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時，綜合性實驗和創(chuàng)新性實驗的開設(shè)有利于開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，打破傳統(tǒng)教學(xué)的固化思維，從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)換為主動學(xué)習(xí)，提高實驗操作技能水平的同時擴展知識面并增強對理論知識的理解，進一步體現(xiàn)出雙一流植物組織培養(yǎng)課程建設(shè)提升學(xué)生實踐能力的優(yōu)勢。

圖1 學(xué)生完成《植物組織培養(yǎng)技術(shù)》實驗課程不同類型實驗的比較

4 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源平臺建設(shè)

4.1 平臺搭建

在“植物組織培養(yǎng)技術(shù)”實驗在線上平臺的建設(shè)中，以教學(xué)資源建設(shè)和信息平臺建設(shè)為核心[6]，以課程建設(shè)為主線，結(jié)合課程資源上傳、在線教學(xué)、師生互動、課程作業(yè)、在線測試、答疑和討論等功能，將全部教學(xué)資源統(tǒng)一整合開展教學(xué)活動。學(xué)生根據(jù)自身實際情況進行自主學(xué)習(xí)、互動學(xué)習(xí)，在強化技能、鞏固基礎(chǔ)的同時，持續(xù)反思并提高實驗技能和創(chuàng)新思維能力[7]。

4.2 專家系統(tǒng)開發(fā)

為進一步推進植物組織培養(yǎng)技術(shù)課程體系的改革，加強實踐教學(xué)，引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生動手能力、科研創(chuàng)新能力，提高本科教學(xué)質(zhì)量和學(xué)校創(chuàng)一流學(xué)科建設(shè)，以教學(xué)中學(xué)生選擇組培材料較多的葡萄材料為例，開發(fā)了葡萄組織培養(yǎng)技術(shù)專家系統(tǒng)[8]。

專家系統(tǒng)分為1V1咨詢、信息查詢、葡萄組織培養(yǎng)微課堂和知識庫4個模塊，如圖2所示。

圖2 專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（1）1V1咨詢又稱專家一對一咨詢，此模塊主要的功能是課外答疑，針對學(xué)生在課后或者對實驗內(nèi)容存在的疑問，可以進入專家系統(tǒng)的1V1 咨詢模塊進行提問，專家會在第一時間進行答疑。

（2）信息查詢模塊可供學(xué)生查詢植物組織培養(yǎng)的相關(guān)知識。

（3）葡萄組織培養(yǎng)微課堂模塊針對葡萄組織培養(yǎng)的全過程（見圖3），主要包括培養(yǎng)基制備、外植體消毒接種、繼代培養(yǎng)、組培苗移植、常見問題及其解答、學(xué)習(xí)題庫6個方面，供學(xué)生全面掌握葡萄組織培養(yǎng)技術(shù)及理論知識。

圖3 專家系統(tǒng)-葡萄組織培養(yǎng)微課堂

（4）知識庫模塊主要包括組織培養(yǎng)驗室設(shè)計及注意事項，植物組織培養(yǎng)常用藥品，儀器及設(shè)備，培養(yǎng)基種類及配置方法，外植體采集、消毒、接種，繼代培養(yǎng)，煉苗，組培苗移栽和后期管理等11 個方面（見圖4），通過學(xué)習(xí)該模塊，使學(xué)生能夠快速并全面掌握植物組織培養(yǎng)相關(guān)的理論知識。

圖4 專家系統(tǒng)中知識庫的詳細組成

5 結(jié)束語

加快建設(shè)高等教育強國，提高和保證高等教育質(zhì)量的基礎(chǔ)工程是一流本科教育，也是基層教學(xué)改革的重中之重[9]。新時代下，一流本科教育有新的要求，包括牢固本科教育的地位，培養(yǎng)高水平的人才體系、加強一流本科教育內(nèi)涵建設(shè)[10]。而一流本科教育內(nèi)涵建設(shè)是培養(yǎng)高水平人才的前提。因此，對其建設(shè)至關(guān)重要，涉及加強專業(yè)、課程建設(shè)，實施課堂改革等[10]。將與社會需要緊密結(jié)合的科研成果納入課程教學(xué)中，培養(yǎng)滿足社會需要的高水平人才。本研究結(jié)合一流本科教育建設(shè)的背景，針對目前植物組織培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)課程體系陳舊的現(xiàn)狀，對“植物組織培養(yǎng)技術(shù)”實驗專業(yè)課程體系進行了改革，在傳統(tǒng)授課的基礎(chǔ)上增加了綜合性實驗和創(chuàng)新性實驗，搭建網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，并對考核體系進行完善，較傳統(tǒng)教學(xué)更注重應(yīng)用性實踐教學(xué)、自主學(xué)習(xí)及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。通過考核總結(jié)分析發(fā)現(xiàn)“植物組織培養(yǎng)技術(shù)”實驗課程的改革提高了學(xué)生獨立分析問題，解決問題的能力，培養(yǎng)了學(xué)生自學(xué)及創(chuàng)新能力，為學(xué)生進一步從事科研工作奠定了一定的基礎(chǔ)。通過該課程近年來的教學(xué)改革，植物組織培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，為提高本科教學(xué)質(zhì)量和開創(chuàng)雙一流課程建設(shè)提供一種新的思路與方法[11]。