基于自主学习和创新能力培养的“植物学”课程实践教学改革

时间：2024-08-31

郭惠红胡青李晓娟王若涵刘忠华

(北京林业大学生物科学与技术学院，北京 100083)

郭惠红胡青李晓娟王若涵刘忠华

(北京林业大学生物科学与技术学院，北京 100083)

自主学习与创新能力的培养是高校素质教育的核心目标。在这个核心目标的指导下，对“植物学”课程实践教学进行了一系列的改革：在“植物学”课程实验教学中穿插了学生自主设计实验的环节，实习教学中开展了科研小课题与科技论文撰写的训练，并对实验和实习成绩评定进行了考核指标与分值比例的改进。教学改革激发了学生学习的兴趣，锻炼了学生独立思考、动手以及科技论文写作的能力，有效地培养了学生自主学习和创新的能力，促进了学生的全面发展。同时，针对改革中存在的问题，分析了可能的原因并提出了相应的建议，以期为后续进一步完善“植物学”课程实践教学改革提供借鉴。

自主学习；能力培养；植物学；实践教学

高等教育是和社会未来发展密切相关的事业。为了适应我国经济社会的发展，21世纪的高等教育强调素质教育，而自主学习与创新能力的培养是高校素质教育的核心目标[1-2]。在当今世界知识爆炸的年代，课堂教学不可能将所有知识都传授给学生，教育的任务必然要由向学生传授知识转为培养学生的自主学习能力[3]。高校学生自主学习是指高校学生积极、主动和自觉的一种学习过程，在这个过程中，学生自己确立学习目标、内容和策略[4]。研究表明，具有自主学习能力的人更关注自己的内在价值，会有意识地培养和挖掘自身潜能[2]，有利于知识的积累和更新。自主学习是创新的前提，创新是在吸收、利用大量知识的基础上实现的，拥有创新能力的人必须拥有丰富的知识和学习新知识的能力[5]。培养大学生的创新能力，是我国实施创新驱动发展战略的关键环节。然而，任何创新都是通过实践来实现的，实践教学是实现创新的基本途径[1]。在实践教学中培养学生的自主学习与创新能力是提高大学生总体素质的需要，也是学生适应科技飞速发展以提高适应社会能力的需要。

一、“植物学”课程实践教学改革的必要性

“植物学”课程是高等林业院校开设的一门重要的专业基础课程，目前北京林业大学“植物学”课程每年面向园林、林学、生物等近10个专业、20多个班级开课。“植物学”课程实践教学是对该课程理论教学的巩固和加深，更是培养学生自主学习与创新能力的重要环节。在现有的“植物学”课程实践教学中，实验教学主要以验证性实验为主，探究性实验少，更谈不上学生自主设计实验；而“植物学”课程实习只是单纯的植物认知实习。因此，针对目前“植物学”课程实践教学中存在的问题，笔者通过鼓励学生进行自主实验设计和科研训练来强化“植物学”课程实践教学的改革，旨在倡导“以学生为主体、教师为主导”的实践教学模式，培养学生的自主学习和创新的能力。

二、“植物学”课程实践教学内容的改革

(一)实验教学中的自主实验

1.自主实验的设计和组织

为激发学生自主学习的积极性，笔者在实验教学中穿插了学生自主设计实验的环节，让学生利用课余时间就教学相关内容自主设计实验，提出科学问题。鉴于园林、林学2个专业学生人数多(各有6个班，共349人)，又是本校的2个特色专业，笔者在这2个专业开展了实践教学改革。每个班级分成4个小组，以小组为单位设计实验方案。根据实验方案的科学性、可行性和新颖性，以及实验室的现有条件，笔者在学生提交的近50个实验方案中遴选了5个实验方案(具体名称见表1的表注)，让学生以小组为单位自行选择其中一个实验方案在实验环节中实施实验，并体验自主实验的乐趣。对于自主实验，学生既是实验的设计者，也是实验的执行者，而教师则是实验的激发者和指导者。

2.针对自主实验开展问卷调查，及时发现和解决问题

在实验课程结束后，笔者通过问卷的方式调查、分析了学生实验选题的动机、实验效果、存在的问题和可能的原因。问卷共发出349份，收回349份，有效问卷333份。调查问卷的分析结果表明，兴趣排在学生自主实验的选题动机第一位，其次是知识拓展，见表1。这种学习动机的倾向性在2个专业之间以及不同实验方案之间是一致的，表明兴趣是激发学生学习的原动力。学生在自主实验中表现出来的兴趣动机显示，在教学中培养学生的学习兴趣，营造自主学习、独立思考、自由探索和勇于创新的教学氛围是非常重要的。

从学生的自主实验评价效果来看，总的来说选择实验效果好的学生人数最多，而选择实验效果不好的学生很少，见表1。正如爱因斯坦所说“兴趣是最好的老师”，学生的兴趣动机印证了好的实验效果。在不同自主实验之间，实验效果存在一定的差异。对于实验A和C，2个专业的学生评价实验效果好的人数最多，选择这2个实验的人数也更多，这与学生的学习兴趣、2个实验的可操作性强有关。对于实验B和E，2个专业的学生评价实验效果一般的人数比评价实验效果好的人数多，这与实验的操作难度和实验试剂有关。实验B需要学生徒手切片，致使操作难度增大，切片过厚是影响实验效果的主要原因。实验E中指示水分运输的染料分子量较大，使得其不易迁移，从而影响了实验效果。对于实验D，林学专业的学生在选择实验的人数和兴趣动机水平上均高于园林专业的学生，实验效果评价好的学生人数也明显更多，这与学生的专业特点有关。

表1 学生自主实验调查问卷情况 %

注：A为叶片与果肉在不同pH值条件下的颜色变化实验；B为银杏树叶变黄过程中叶肉叶绿体的变化实验；C为叶脉书签制作实验；D为陆生植物与水生植物叶表皮气孔的分布特征实验；E为水分实验在植物体内的运输途径实验；“选题动机”选项为多项选择。

针对上述自主实验中存在的问题及可能的原因，学生们在调查问卷中提出了改进建议，主要涉及下面两方面。①实验材料和试剂的选用。如实验D，宜选用叶表皮易撕取的材料；实验E，应尽可能选择低浓度的碱性染料或分子量小的胶体溶液性质的墨水。②实验方法的改进与优化。如实验B，可将徒手切片改为冰冻切片，解决材料切片厚度的问题等。

不难看出，学生通过“植物学”课程自主实验设计完成了发现、分析和解决问题的科学探究过程。教学实践表明，自主实验激发了学生学习的兴趣，锻炼了学生独立思考和解决问题的能力，是培养学生自主学习和创新能力的有效途径。

(二 )实习教学中的科研训练

目前，本科生科研训练被国内外普遍认可为一种培养学生创新能力的有效途径[6]。尽管我国已经在一些高等院校开展了本科生科研训练项目，但由于经费有限等原因，导致覆盖面狭窄、形式单一。调查显示，只有30%左右的大学生参加过科研训练，其中仅有6.2%的学生真正主动地参加科研训练[7]。只有将科研训练贯穿于日常课程实践教学中，才能最大限度地对学生进行创新能力的培养。

1.科研训练的组织实施

“植物学”课程实习是学生将课堂理论知识在实习中检验并拓展的过程。学生在课堂鉴定、归纳的重点科、属、种的特征可通过实习进一步巩固，更重要的是还能通过对科、属特征的掌握大大拓展对植物种类的认知。丰富的植物资源具有巨大的科学价值和潜在的应用价值，这为学生提供了进行科研训练的资源。因此，笔者在园林专业的“植物学”课程实习中引入了科研训练的环节，让学生以小组为单位成立科研小组。同时，考虑到学生还是大学一年级的新生，其专业知识背景和对科研训练的认识不足，笔者在实习前针对科研训练的目的、意义及基本思路等向学生做了详细介绍，并根据专业特点为学生拟定了十几个备选课题，如“园林观赏植物在园林景观中的分布特点及应用前景”等课题，鼓励学生结合自身兴趣进行选题，然后让学生通过文献查阅、组内讨论和教师把关等手段完成方案的设计。方案的实施主要是在实习过程中完成，也可延续到实习后。实习报告的撰写是通过科研小论文的形式体现的，为了规范论文的撰写形式，笔者要求学生严格按照北京林业大学学报(自然科学版)的格式撰写论文。

2.以撰写科研论文促进科研训练的完善

通过审阅学生提交的论文，笔者发现学生在写作方面存在如下问题：一是在一些专业术语的使用上，特别是在英文摘要中对部分术语的使用不够准确；二是对部分图表数据的使用不够规范；三是对于结果的分析和讨论不够深入。出现上述问题的主要原因是学生在进入大学之前从未接受过科技论文写作的训练，而且学生对文献阅读特别是对英文文献的阅读量少，对专业词汇的不熟悉导致学生在专业术语的运用上不够准确，甚至有一些学生没有完全掌握文献查阅的方法。另外，学生对于结果的分析与讨论，也需要在大量阅读文献的基础上，形成一个完整的证据链来支撑自己的研究结果，并进一步凝练出属于自己的创新点。

虽然学生在实习论文的写作过程中存在一些问题，但是学生通过“植物学”课程实习教学中的科研训练，了解了科学研究的基本思路和方法，在文献查阅、科学选题、方案设计和实施、结果分析与讨论，以及论文撰写等方面得到了训练，这对学生自主学习和创新能力的培养极为重要，可为学生后续本科毕业论文的撰写、研究生阶段的学习及工作奠定重要的基础。

三、“植物学”课程实践教学考核方式的改革

笔者改进了“植物学”实验和实习成绩考核方式，将学生自主实验和撰写科研小论文纳入考核范围。以往的“植物学”课程实验考核成绩由实验报告、课堂表现和出勤率3部分组成，现在将学生自主实验的成绩列入其中，见表2。以往的“植物学”课程实习考核成绩由植物认知口试、实习报告和实习表现3部分组成，考虑到实习报告的内容与“植物学”课程实习名录的内容大致相同，因此在现有的实习成绩中用科研小论文的成绩取代了实习报告的成绩，见表3。这种成绩考核方式的调整与改革目标一致，有利于提高学生自主学习和创新能力。

表2 “植物学”课程实验成绩的构成 %

表3 “植物学”课程实习成绩的构成 %