“林木育種學”課程實踐教學改革探索

馬凱恒楊桂燕李龍摘

要：在“新農科”建設背景下，各農林高校都在積極探索實踐教學改革的新思路、新舉措，促進擁有‘知農愛農品格的拔尖創新人才的培養。文章從“林木育種學”課程實踐教學改革的必要性入手，就教學體系改革、實驗條件改善、實踐場所拓展、實踐教學方式優化、考核評價創新及實施成效反饋等方面進行了探討，以期為農林高校協同育人機制下課程實踐教學改革提供參考。Key：新農科;林木育種學;實踐教學;協同育人：G642.3

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：1002-4107（2021）07-0059-03隨著新農科研究與改革實踐項目“北京指南”的正式啟動，協同育人機制下的創新實踐作為5大改革領域之一，要求高等農林教育改革要探索新路徑、新范式，注重分類發展、特色發展、內涵發展，重在實踐，推動“真刀真槍”、實實在在的改革[1]。協同育人是高校從“封閉式教學”向“開放式教學”的深度轉型，是學生由“參觀者”向“參與者”的角色轉變，通過轉型和轉變，培育出服務現代農業的學術精英、創新創業技術領軍人才，為生態文明建設輸送源源不斷的青春力量。一、“林木育種學”課程實踐教學改革的必要性“林木育種學”課程是林學專業的核心必修課程，是現代林木育種創新人才培養的基礎課程，是以遺傳進化理論為指導，研究林木良種選育和繁殖理論與技術的學科[2-3]。“林木育種學”課程實踐教學是在傳授理論知識的基礎上，通過與驗證性、綜合性及創新性實驗項目的融合設置，強化學生的理論知識素養，增強學生解決實際生產問題的能力，并且提高學生林木品種改良方面的研究水平，進而達到培養林木育種專業人才的目的。“新農科”建設背景下，農林高校都在積極探索構建符合本校特點的實踐教學體系，以改變目前實踐教學存在的實驗條件落后、實踐內容設計不合理、實踐場所受限制、實踐教學體系不完善、校企合作聯系不緊密等現狀。隨著農林優質課程資源開發、多學科交叉融合、校企協同育人等多種實踐教學手段和模式的探索與實施，傳統“林木育種學”課程實踐教學體系改革迫在眉睫。二、“林木育種學”課程實踐教學改革的措施（一）改善實驗教學條件西北農林科技大學林學院實驗教學中心按照“突出產學研緊密結合辦學特色，加強實驗教學體系建設”的改革思路，對教學實驗室及實驗資源予以整合優化，由林學專業實驗室承擔“林木育種學”課程全部實驗教學任務。林學專業實驗室實驗用房30間，建筑面積734.4m2，擁有儀器設備500余臺，總價值約440余萬元。2017年以來，基于“中央高校改善基本辦學條件專項資金”項目支持，林學專業實驗室購置了奧林巴斯生物顯微鏡、染色體核型分析系統、奧林巴斯體視顯微鏡成像系統、Tomy滅菌器、高速冷凍離心機、德國Leica激光測距儀、多光譜無人機及瑞典Haglof電動生長錐等最新型號的實驗教學儀器設備及專業實習工具，滿足了“林木育種學”課程培養目標對實驗教學條件的各項要求。（二）改革實踐教學體系“林木育種學”課程包含理論教學24學時、實踐教學56學時，理論教學與實踐教學的課時比例為1∶2.33。為滿足協同育人機制對實踐教學效果的要求，構建符合西北農林科技大學特點的“林木育種學”課程實踐教學體系，將本課程實踐教學分為課程實驗和綜合實習兩部分（如圖1）;采用“翻轉課堂”為主，“自主探究式”“互動研討式”和“啟發鼓勵式”為輔的多樣化指導體系，通過半開放、全開放實驗教學方式鼓勵學生注重實驗項目驗證性、綜合性和創新性的交互融合，采取以能力培養為導向的多元實踐考核評價，最終達到“林木育種學”課程實踐育人的教學培養目標[4]。以實驗項目“花粉的形態觀察和生活力測定”為例，該實驗分為室外實驗（樹木花器官發育觀察、花粉采集）和室內實驗（花粉形態觀察、生活力測定）兩部分。在翻轉課堂模式下，學生在實驗課前1周預習課程交流群里的實驗任務書及相關文獻視頻資料，以小組為單位討論和設計實驗方案。教師根據學生興趣及實驗方案設計深度，鼓勵在驗證性實驗中融入綜合性、創新性環節，形成實驗設計及可行性預習報告，經點評修訂后開展實驗。實驗過程中采取實驗內容（樹種選擇、開花習性、試劑選取）開放，實驗室儀器設備開放和實驗時間開放的方式，學生以小組為單位、以課題形式分工協作，獲取并分析數據，撰寫實驗報告或PPT匯報。最后，通過教師批改和學生小組互評完成成績評定，并分享亮點。這種方式在激發學生自主探究學習積極性的同時，增強了創新實踐能力的培養。通過分析近兩年實驗報告，發現大部分學生在花粉培養基中引入中微量元素，能對鈣、硼等元素進行濃度梯度設定，驗證中微量元素濃度對花粉管萌發促進作用和抑制作用;部分學生根據草本花粉和木本花粉對2，3，5—氯化三苯基四唑（TTC）染色和脫氫化酶染色反應敏感度的不同，以花粉收集時間為梯度進行綜合分析。可見，這種自主探究設計式實驗方案，對學生科研興趣和科研思維的培養具有促進作用。（三）多渠道拓展實踐場所“林木育種學”課程實踐性極強、內容范圍廣、周期長，對實踐場所要求較高。林學院秉承產、學、研、用緊密結合的辦學特色，對室外及校外的實踐教學資源進行大力度建設和開發，以專業鏈對接產業鏈，實現課程設置與行業需求的對接，實現課程教學與生產過程的緊密結合。學院現有山陽核桃試驗示范站、鳳縣花椒試驗示范站等11個試驗示范站和22個校外基地。在加強自有林場和研究基地數字化、信息化建設的同時，積極拓展與省內外知名農林類企業合作辦學，深入挖掘與行業協會合作的新型產教融合新思路，將育種產業的理念、技術、資源融入實踐教學中，讓學生在實踐中了解農林產業發展的新理論、新知識、新技術，突出課程實踐育人的創新性。以實驗項目“引種調查、植物表型變異類型觀察及有性雜交技術”為例，為減少樹種起源及人為干預對實驗統計結果的影響，可供選擇的實踐場所包括校內的杜仲等林木良種基地、渭河試驗站、楊凌教學試驗苗圃等，校企合作的周至縣裕盛苗木花卉繁育基地、楊凌綠亞苗圃基地等林木育種企業。渭河試驗站自1963年建站以來，一直被原陜西省林科所（院）作為楊樹、楸樹、紅棗、杏等闊葉樹種質資源保存、繁育、良種選育及部分綠化苗木生產基地。學生通過對基地內楊樹品種識別、雜交育種、無性系測定、家系選擇、良種繁育及種質資源圃規劃等育種環節的實踐，系統了解育種產業發展的路徑，實現課堂講授和實踐的有機結合，提高學生解決育種實際問題的能力。“引企入教、產教融合”有效推進了校地、校所、校企育人要素和創新資源共享、互動，促進“共建共享協同聯動”農林實踐教學平臺的構建，進而有力保證實習內容的科學性、連貫性和完整性，達到全程、全方位育人的實踐教學要求，助力鄉村振興。（四）優化實踐教學方式1.以學生自主學習為核心開展實驗教學。實驗教學采用“翻轉課堂”“自主探究式”“互動研討式”和“啟發鼓勵式”的多樣化指導體系，讓學生處于實驗課堂的主體地位，促進自主學習和個性化學習方式的建立，徹底顛覆傳統的“教師主導、教材中心、多媒體加板書”的講授方式[5]。教師在實驗方案設計和方法改進上予以指導，并在學生實驗過程中遇到困難時，啟發、引導學生去思考、查找原因，借助各種文獻資料解決問題，通過實驗培養學生自主學習能力和實踐動手能力。教師通過課上觀察、課下數據分析總結，鼓勵學生發表學術論文、參加全國大學生課外學術科技作品競賽、全國大學生生命科學創新創業大賽等有關競賽活動，進一步激發學生學習和科研熱情。2.利用虛擬仿真實驗教學促進實踐教學成效。虛擬仿真實驗教學已成為高校信息化建設的重要內容。森林生物學虛擬仿真國家級實驗教學中心以全面增強學生實踐和創新能力為根本，依據森林生物學的特殊性和實驗教學目標，對現實實驗條件不具備或難以完成的實驗，構建虛擬仿真實驗環境和實驗對象，形成虛擬仿真實驗與常規實物實驗相融合的森林生物學實驗教學新形式。在以森林“培育—經營—保護—利用”為主線建設的5大虛擬仿真實驗模塊29個實驗項目中，“林木育種學”虛擬仿真實驗教學納入森林培育虛擬仿真模塊，開發的實驗項目為林木雜交育種。雜交育種是植物新品種選育的重要手段，是林學、園林專業本科生必須掌握的實驗技能。傳統實驗因受育種周期和課時所限，學生只能學習和掌握雜交育種過程中的某個知識點或環節，不能全面掌握整個育種環節的關鍵技術，如親本選擇、花枝選取與修剪、花粉收集與貯藏、花粉活力測定、去雄、授粉、套袋、種子采收與處理、雜種苗培育與選擇等，也不能對每個操作的預期結果進行觀測。通過虛擬現實技術開發的林木雜交育種虛擬仿真實驗，按照雜交育種的程序設計，實現雜交育種各環節的模擬現實操作，使學生在有限時間內全面把握雜交育種關鍵技術。該實驗參與性強、學生興趣高、教學效果好。3.利用網絡、仿真技術等媒介豐富實踐教學資源。隨著信息技術的快速發展，互聯網技術與高等教育相結合，新時代的教學理念和教學方法都發生了重大的變革，如何利用好現代化教育信息技術成為實踐教學改革的重要內容[6]。“林木育種學”教學團隊利用現代化教育信息技術，通過智慧教室、網絡教學平臺、手機APP、國家優質慕課資源平臺等智慧環境媒介，豐富課程實踐教學資源庫。以微視頻、云錄播等方式將注意事項、實驗操作技術環節及生產實踐中良種選育的種源、優樹案例等制作成微課，上傳課程網站或交流群，形成“課前預習、課后復習、綜合實習、再學習”的循環[7]。學生可通過手機APP交流群借鑒實驗總結、分享林木育種進展，在互動中提升獲得感和滿意度。森林生物學虛擬仿真國家級實驗教學中心建設的“秦嶺林區主要森林植物識別圖庫”“校園植物識別系統”等虛擬仿真實踐教學資源，為“林木育種學”課程為期一周的火地塘綜合實習提供了強有力的技術支撐。“林木育種學”綜合實習開始前，學生可通過登錄虛擬仿真實驗教學中心網絡平臺自主學習，了解火地塘林場地形地貌、氣候、立地條件、森林經營方式及群落結構特征等，對多門專業課程進行知識串聯，提高個人理論聯系實際的能力。（五）加強實驗教學考核評價傳統的課程實驗部分考核缺少量化標準，存在主觀性強的弊端。基于“林木育種學”課程實驗教學室外調查、室內測定分析的特點，采取以能力培養為導向，將學生線上學習成效及實驗方案的創新性納入實驗考核評價，形成實踐教學的多元化考核方式。即，實驗教學成績由課前預習（30%）、可行性論證及操作（40%）和實驗報告（30%）3個模塊組成，每一個模塊均設立具體的考核指標。課前預習是學生通過課程網絡平臺和查閱其他資料進行預習，明確實驗目的、實驗原理、實驗用品和實驗步驟，尤其是儀器設備的注意事項和操作要點，完成預習報告或PPT，考核自主學習、文獻檢索、總結及表達能力;可行性論證及操作主要從課堂上小組討論時的參與度，田間實驗過程中的出勤及紀律，實驗設計方案的融合度、創新性，實驗操作的規范性等，考核學生學習積極性、問題應對能力、協作溝通能力及科研思維;實驗報告是學生對實驗數據進行分析和總結，從對報告的態度端正性、撰寫規范性、實驗現象和數據真實性、數據分析處理能力、實驗結果差異原因探索等，考核寫作能力、創新能力及專業知識掌握情況。三、“林木育種學”課程實踐教學改革成效（一）提高了學生綜合實踐能力和創新能力課程實踐教學改革的實施，培養了學生扎實的專業技能、嚴謹的學術態度和創新的科研思維，激發了學生對植物科學研究的興趣和對育種事業的熱愛。林木育種教學團隊經過3年的嘗試和探索，學生的實驗主動性明顯提高;文獻查閱、實驗設計、數據分析、論文寫作等科研技能得到實訓強化，很多學生積極主動地參與到大學生創新創業訓練項目及國家級各類相關競賽活動中。林學專業實驗室指導20余名本科生在2019、2020年度全國大學生生命科學創新創業大賽獲得創新類一、二等獎，多名學生發表學術論文，部分學生保研繼續遺傳育種專業的研究學習。（二）實現了實踐教學的信息化森林生物學虛擬仿真國家級實驗教學中心利用虛擬現實引擎工具、3D技術和圖片視頻開發的《秦嶺火地塘植物學綜合仿真實訓》以及相關植物、動物、真菌等識別數據庫平臺，實現了“林木育種學”課程實踐教學資源和方法的全方位信息化，提高了學生對火地塘綜合實習地生態環境及“選育—測定—良種繁殖”育種流程的熟悉度，達到了綜合實習傳授知識、提高能力的目的。（三）貫徹了“引企入教、產教融合”的育人目標“林木育種學”課程實踐教學改革對示范化實踐教學基地的建設和開發，形成了校內實踐教學和校企聯合培養相結合的“內外互補”式實踐教學模式，使得學生得到了多層次、多形式的實踐訓練，助力實現了人才培養鏈、農業產業鏈、科技推廣鏈的精準對接。Reference：[1]人民網.“北京指南”發布新農科建設啟動“百校千項”新

項目[EB/OL].（2019-12-05）[2020-09-05].http：//edu.peo-

/n1/2019/1205/c1006-31492414.html.[2]王君，康向陽，李偉，等.“林木育種學”課程實踐教學的改革

探索——以北京林業大學為例[J].中國林業教育，2015（4）.[3]李龍，李周岐.翻轉課堂在林學專業林木