李靜 王方志

摘 要：綜合型實驗的設(shè)計旨在通過一門課程或多門課程的多個知識點的綜合應(yīng)用，提高學(xué)生對理論知識的理解和實踐操作的技能。綜合型實驗的順利進行，需要學(xué)生掌握多項基本的實驗操作技能，并能結(jié)合綜合知識對實驗結(jié)果進行分析和討論。而新建本科專業(yè)在專業(yè)運行初期，存在基礎(chǔ)課程實驗內(nèi)容無法與后續(xù)專業(yè)課程綜合型實驗內(nèi)容有效銜接的缺點。該文根據(jù)新建專業(yè)所存在的實驗設(shè)計缺乏連貫性的問題進行了探討，并提出了改進意見。

關(guān)鍵詞：新建專業(yè);綜合型實驗;實驗設(shè)計

中圖分類號 G642文獻標(biāo)識碼 A文章編號 1007-7731（2021）11-0172-04

Discussion on the Operation of Comprehensive Experiments of Newly-built Undergraduate Major Experiment in Agricultural Colleges and Universities

LI Jing et al.

（School of Resource and Environmental Engineering，Shandong Agriculture and Engineering University， Jinan 250100， China）

Abstract： The comprehensive experiment is designed to improve students′ understanding of theoretical knowledge and practical operation skills through the comprehensive application of multiple knowledge points in one course or multiple courses.The smooth progress of comprehensive experiments requires students to master a number of basic experimental operation skills， and be able to analyze and discuss experimental results in combination with comprehensive knowledge.In the initial stage of the operation of the newly-built specialty， there is a shortcoming that the experimental content of basic courses cannot be effectively connected with the comprehensive experimental content of subsequent professional courses. According to the lack of coherence in the experimental design of the newly-built specialty， this paper discusses the problems and puts forward some suggestions for improvement.

Key words： Newly-built specialty;Comprehensive experiment;Experimental design

山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院前身是山東省“五七”干部學(xué)校，于2013年4月改建為公立普通本科高等院校。2015年，中央出臺《關(guān)于引導(dǎo)部分地方普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變的指導(dǎo)意見》文件，鼓勵地方高校向應(yīng)用型本科院校轉(zhuǎn)型[1]。山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院借此契機，確定了自身定位——建設(shè)成農(nóng)業(yè)工程特色鮮明的應(yīng)用型普通本科院校。升本后原有大部分專科專業(yè)憑借原有基礎(chǔ)，申報與原有專科相近的本科專業(yè)。本文所討論專業(yè)為2015年設(shè)立并開始招生的環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)。該專業(yè)經(jīng)過多方論證，包括對兄弟院校相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)方案調(diào)研、相關(guān)企事業(yè)單位的用人需求與要求調(diào)研等，同時考慮到學(xué)校的定位和學(xué)院具體的發(fā)展目標(biāo)，編制了較為貼合各方面需求的人才培養(yǎng)方案。人才培養(yǎng)方案中的課程體系設(shè)置盡量體現(xiàn)合理性和目的性。但環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)是2012年教育部印發(fā)的《普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄（2012年）》《普通高等學(xué)校本科專業(yè)設(shè)置管理規(guī)定》等文件（教高[2012]9號）中新設(shè)置的專業(yè)[2]，專業(yè)設(shè)置較晚，調(diào)研院校的專業(yè)運行亦在摸索和完善中，可參考的成熟資料較少，因此對于山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)初期首輪授課，課程內(nèi)容的覆蓋面、重點、難點及部分課程的實驗教學(xué)設(shè)計等均需要逐步探索。為此，本文針對山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)建設(shè)初期的狀況，進行了專業(yè)課程實驗設(shè)計的一些探討。

1 綜合型實驗設(shè)置的目的與要求

根據(jù)以學(xué)生為本、以學(xué)生發(fā)展為目的的人才培養(yǎng)建設(shè)要求，結(jié)合學(xué)校的辦學(xué)特色，深入推進“新工科”“新農(nóng)科”的建設(shè)與改革，培養(yǎng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和新型工業(yè)化需要的應(yīng)用型工程技術(shù)人才，建設(shè)具有農(nóng)業(yè)工程特色鮮明的應(yīng)用型普通本科院校，提高學(xué)生的基本實驗技能和綜合型素質(zhì)是目前的工作之重。在課程內(nèi)容基礎(chǔ)上，依托實驗項目開展的實驗教學(xué)，主要分為驗證型、綜合型、設(shè)計型3種實驗[3，4]。

驗證型實驗是為驗證已經(jīng)學(xué)習(xí)過的理論知識所設(shè)置的實驗，此類實驗要求學(xué)生按部就班的根據(jù)“實驗指導(dǎo)書”中的操作步驟進行，學(xué)生可通過實驗驗證已學(xué)過的理論知識、掌握簡單儀器的使用方法、學(xué)會記錄數(shù)據(jù)并撰寫合格的實驗報告[3]。

驗證型實驗教學(xué)主要在本科教學(xué)的低年級進行，以培養(yǎng)基本的實驗?zāi)芰橹?。綜合型實驗是指實驗內(nèi)容涉及1門課程或多門課程的多個知識點，是學(xué)生經(jīng)過一段時間的學(xué)習(xí)后、掌握基本知識和技能的基礎(chǔ)上進行綜合知識實際運用的實驗。由于綜合型實驗內(nèi)容的復(fù)合型、多元性等特點，需要學(xué)生理解多個知識要點并牢固掌握多項基本操作手法，運用2種或2種以上的實驗方法完成1個實驗，并能綜合運用所學(xué)知識對實驗結(jié)果進行分析和討論。綜合型實驗?zāi)軌蝮w現(xiàn)實驗內(nèi)容的復(fù)合性、實驗方法的多元性和人才培養(yǎng)的綜合型等，對于學(xué)生所學(xué)知識的綜合運用能力、分析問題、解決問題的能力具有很好的積極作用。綜合型實驗?zāi)軌蚍浅Ｓ行У靥岣邔W(xué)生的知識掌握和綜合運用的能力，對于培養(yǎng)應(yīng)用型人才是有力的基本支撐[5-8]。

設(shè)計型實驗是學(xué)生根據(jù)指導(dǎo)教師提出的實驗任務(wù)和目的自行設(shè)計實驗的一種實驗教學(xué)方法[3]。學(xué)生通過自行設(shè)計試驗方案的過程，能夠提高對基本原理和專業(yè)知識的理解，能夠提高對儀器基本功能的了解及使用能力，并在此基礎(chǔ)上鍛煉學(xué)生的探索性或創(chuàng)新性的能力。此類實驗由于學(xué)生基本能力的不同及對實驗任務(wù)等的不同，會出現(xiàn)多種不同的實驗方案，而實驗方案的實際操作性亦有差別，因此需要運行專業(yè)具有較完備的實驗設(shè)施、學(xué)生具有較深厚的理論基礎(chǔ)及一定的創(chuàng)新能力。設(shè)計型實驗教學(xué)是培養(yǎng)復(fù)合型或創(chuàng)新型人才的一種培養(yǎng)手段，若要運行，因其難度較大，所以本科高年級課程的實驗教學(xué)可嘗試進行且比例不易過高。

對于上述3種類型實驗教學(xué)，綜合型實驗和設(shè)計型實驗?zāi)軌蚋欣诖龠M學(xué)生對知識的深入理解及掌握各種知識的內(nèi)在聯(lián)系。結(jié)合學(xué)?！皯?yīng)用型普通本科院?！钡亩ㄎ缓铜h(huán)境生態(tài)工程專業(yè)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)，多知識點融合的綜合型實驗的設(shè)計和運行，是實現(xiàn)此培養(yǎng)目標(biāo)的最為有效的實驗教學(xué)手段之一[9-12]。

2 綜合型實驗設(shè)計的主要內(nèi)容

在專業(yè)設(shè)置的首輪運行中，課程結(jié)合專業(yè)課程內(nèi)容、人才培養(yǎng)目標(biāo)等要求，以大三專業(yè)課程《濕地生態(tài)學(xué)》為例，設(shè)計實驗名稱為“鹽水脅迫下的植物生理適應(yīng)”的綜合型實驗。該綜合型實驗依托科研項目進行設(shè)計[13]。

實驗原理：根據(jù)濕地公約，濕地可分為濱海濕地和內(nèi)陸濕地。土壤或水體中高的含鹽量是濱海濕地中植物生長的主要脅迫性因子之一。植物在含鹽量高的區(qū)域生長時，表現(xiàn)出一定的生理生態(tài)適應(yīng)特征，例如，通過提高滲透壓以限制鹽類的攝入。根據(jù)德國植物學(xué)家弗菲爾發(fā)現(xiàn)的規(guī)律：在溫度一定時，稀溶液的滲透壓力與溶液的濃度成正比。因此，植物體可通過改變體內(nèi)可溶性物質(zhì)的含量以提高滲透壓。本實驗根據(jù)此理論，設(shè)計研究不同鹽濃度脅迫下綠豆的可溶性蛋白質(zhì)的含量變化?？扇苄缘鞍踪|(zhì)是植物體中重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)及營養(yǎng)物質(zhì)，植物可通過增加其含量以提高自身滲透壓達到保水的能力，對細胞的生命物質(zhì)及生物膜起保護作用。

實驗方法：可溶性蛋白質(zhì)的測定選用雙縮脲法。

實驗分組及鹽濃度設(shè)置：每班學(xué)生約30人，分6～7組，每組4～5人。鹽濃度設(shè)置見表1。

實驗過程：實驗課時共計8學(xué)時，具體實驗過程分2次進行，每次實驗4課時，14d完成整個實驗。第1次實驗進行新的實驗技能的學(xué)習(xí)、完成基本實驗數(shù)據(jù)（標(biāo)準(zhǔn)曲線）的測定（測定結(jié)果需繪制線性曲線，并標(biāo)注相關(guān)系數(shù)），不同脅迫濃度鹽溶液的配置;2次實驗期間，學(xué)生將綠豆種子帶回宿舍自行培養(yǎng)（培養(yǎng)時間為7d），并每天統(tǒng)計發(fā)芽率;第2次實驗根據(jù)樣品生長狀況的不同，對實驗樣品的不同部位進行可溶性蛋白質(zhì)的測定（通過測定樣品提取液的吸光度，將測定的吸光度帶入第1次實驗時測得的標(biāo)準(zhǔn)曲線進行換算后獲得最終的實驗結(jié)果）。

實驗要求：要求學(xué)生結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)曲線對樣品的測定數(shù)據(jù)進行分析和結(jié)果的討論（需討論下述擴展中的相關(guān)內(nèi)容），并撰寫實驗報告。

討論內(nèi)容的擴展：（1）當(dāng)環(huán)境因素不利于植物的代謝和生長發(fā)育時，即可認為是脅迫狀態(tài)。當(dāng)植物在受到鹽脅迫時，可通過調(diào)節(jié)可溶性物質(zhì)的含量（如可溶性蛋白質(zhì)）以改變滲透壓，從而提高自身的保水能力。因此，學(xué)生進行實驗測定后得到可溶性蛋白質(zhì)的含量比對照組（組1，自來水澆灌）的含量高，即可理解為植物對鹽脅迫具有一定的適應(yīng)能力。但全班不同組的鹽脅迫條件不一，若想觀察植被對不同濃度鹽脅迫條件的響應(yīng)特征，則需要各組同學(xué)認真培養(yǎng)植物、測定樣品、分析樣品數(shù)據(jù)、互相協(xié)作以共同完成一條植物對鹽脅迫的響應(yīng)曲線。學(xué)生在獲得各組實驗結(jié)果后，需能理解實驗結(jié)果并對響應(yīng)曲線做出相應(yīng)解釋。（2）鹽濃度的設(shè)計以濱海濕地為原型，但考慮到植被的正常生長狀況，因此濃度設(shè)定見表1。鹽濃度范圍約是我國大部分地區(qū)鹽堿地中含鹽量的數(shù)值（在此鹽濃度內(nèi)，大部分植被可進行正常發(fā)芽、生長），而高鹽濃度的模擬條件下（根據(jù)學(xué)生人數(shù)和分組情況進行鹽濃度梯度設(shè)定，最大值約為海水含鹽量的一半）植被可能不發(fā)芽或生長狀況明顯較差。在此條件下，植物對鹽脅迫的響應(yīng)曲線則可能出現(xiàn)峰值——即隨著鹽脅迫濃度的增加，可溶性蛋白質(zhì)含量增加;隨著鹽脅迫的持續(xù)增加，植物體內(nèi)細胞會受到嚴重破壞，從而導(dǎo)致細胞破裂或死亡，可溶性蛋白質(zhì)含量可能會出現(xiàn)下降趨勢。而可溶性蛋白質(zhì)含量從低到高再降低的轉(zhuǎn)折點的位置，除與植物本身抗逆性有關(guān)外，與各組同學(xué)所負責(zé)的植物培養(yǎng)和生長狀況及測定結(jié)果均有一定的相關(guān)性。因此學(xué)生除需要理解濕地生態(tài)學(xué)中植物通過調(diào)整可溶性物質(zhì)的含量以改變滲透壓外，還需要能運用植物生理學(xué)、生態(tài)學(xué)等課程中關(guān)脅迫的適應(yīng)性等相關(guān)知識內(nèi)容。（3）各組同學(xué)在進行培養(yǎng)后，會發(fā)現(xiàn)部分高鹽濃度培養(yǎng)的植物生長狀況不好、甚至不發(fā)芽。因此在測定時，學(xué)生需要積極與教師溝通，了解造成此種生長結(jié)果的原因，并選擇合適的植物部分進行可溶性蛋白的測定。針對上述培養(yǎng)條件，會出現(xiàn)多種培養(yǎng)結(jié)果。根據(jù)不同的植被培養(yǎng)結(jié)果，學(xué)生需進行不同植物部分的測定，如葉片、莖、根等，高鹽濃度培養(yǎng)的植物未發(fā)芽的組別需要進行植物種子中可溶性蛋白質(zhì)含量的測定。各個植物體部位的多組數(shù)據(jù)分別繪制鹽脅迫的響應(yīng)曲線，從而進行詳細的分析和討論。

3 存在問題

在綜合型實驗的具體操作中發(fā)現(xiàn)諸多問題，這些問題導(dǎo)致整個實驗無法在規(guī)定的時間內(nèi)完成;即使完成，質(zhì)量亦不高。

3.1 主要問題 （1）實驗基本技能操作不夠熟練：在第一次的實驗中，需要先獲得可溶性蛋白質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)曲線。測定標(biāo)準(zhǔn)曲線中涉及的主要操作步驟有移液管的使用、天平的使用、分光光度計的使用等（例如移液管的正確操作，天平使用前的調(diào)平衡程序，分光光度計的調(diào)零和使用等），但學(xué)生的基本操作技能不夠熟練?；A(chǔ)課程的實驗中進行了相關(guān)實驗技能的訓(xùn)練，但是學(xué)生的掌握情況不一，導(dǎo)致規(guī)定課程時間內(nèi)無法完成相關(guān)實驗任務(wù)。（2）實驗思路欠缺開拓性：綜合型實驗往往要求學(xué)生在經(jīng)過多個小型實驗后，才能得到最終的實驗結(jié)果。但由于缺乏對綜合型實驗設(shè)計的思考，學(xué)生容易局限于單個實驗得到單次實驗結(jié)果并撰寫實驗報告的流程中;因此對于綜合型實驗需要完成的實驗步驟理解不夠深刻，對于實驗結(jié)果的綜合型迭代亦無法進行分析和討論。

3.2 主要原因 針對這些典型問題，對基礎(chǔ)課程實驗做出如下思考及總結(jié)：（1）基礎(chǔ)課程和專業(yè)基礎(chǔ)課程的實驗設(shè)計，缺乏對后續(xù)專業(yè)課程實驗的支撐。大部分基礎(chǔ)課程均為多個學(xué)院、多個專業(yè)同時開設(shè)的課程，其課程的實驗內(nèi)容均受到其他專業(yè)相同課程的影響;部分課程的基礎(chǔ)實驗易承襲其他專業(yè)相同課程的實驗內(nèi)容;專業(yè)基礎(chǔ)課程的實驗設(shè)計多各自為政。由于目前實驗類教材較多，課程實驗的選擇范圍亦非常廣泛。新建專業(yè)的課程初次運行中，由于缺乏課程內(nèi)容有效聯(lián)系等相關(guān)的經(jīng)驗，因此實驗項目的選擇僅根據(jù)自身課程內(nèi)容進行;實驗課時有限，因此實驗項目受到課時及實驗條件的影響。

（2）新建專業(yè)的實驗基礎(chǔ)條件缺乏相關(guān)支撐。新建專業(yè)盡管在前期調(diào)研時對部分高校實驗室的相關(guān)配置進行了較為細致地考察，同時也通過對企事業(yè)單位關(guān)于本專業(yè)畢業(yè)生應(yīng)該具有的基本操作技能要求有了大致的了解。但是，本專業(yè)的實驗室建設(shè)是在之前?？茖I(yè)實驗室的基礎(chǔ)上進行的改建和改造，相關(guān)設(shè)備的投入、運行和實際運行效果均需要一定的時間去檢驗并且需要不斷補充和提高。因此，在實驗室的建設(shè)方面缺乏有效的、快速的跟進，限制了部分專業(yè)課程實驗的開設(shè)和運行。因此，目前的實驗建設(shè)和設(shè)計缺乏了與新建專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的一致性和協(xié)調(diào)性，亦無法為后期其他專業(yè)課程內(nèi)容中設(shè)計的綜合型實驗打下相應(yīng)的基本實驗基礎(chǔ)，學(xué)生亦無法真正擁有與專業(yè)密切相關(guān)的實驗技能。

4 改進建議

針對這些問題，結(jié)合新建本科專業(yè)存在不可避免的逐步探索，為更好地進行基礎(chǔ)實驗設(shè)計并更好地支撐綜合型實驗的開展和運行，本文提出如下建議：（1）新建專業(yè)在運行初期，課程內(nèi)容及相關(guān)實驗設(shè)計可盡量貼合人才培養(yǎng)方案的目標(biāo)和要求;（3）考慮學(xué)校的定位和專業(yè)發(fā)展的初期定位，盡量設(shè)計符合新工科、新農(nóng)科等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、體現(xiàn)相關(guān)能力的實驗方案;（3）由于在新建專業(yè)運行初期，專業(yè)核心課程和專業(yè)拓展課程未開始，因此基礎(chǔ)課程實驗內(nèi)容與后續(xù)課程實驗造成脫節(jié)的現(xiàn)象不可避免，因此在課程運行中，可增加不同課程的教師之間關(guān)于實驗內(nèi)容設(shè)計的探討環(huán)節(jié)，在保證學(xué)生基本技能掌握的同時，提高后續(xù)專業(yè)實驗內(nèi)容的高效性和學(xué)生對綜合型實驗的理解能力;（4）人才培養(yǎng)方案在運行一段時間（例如一個周期后），需根據(jù)課程的實際運行狀況并結(jié)合授課教師的反饋進行調(diào)整（如理論課時、實驗課時、是否需要設(shè)置獨立實驗課程、課程內(nèi)容前后的連貫性等），以更好地貼合培養(yǎng)目標(biāo)，盡快實現(xiàn)新工科、新農(nóng)科的相關(guān)要求。

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（責(zé)編：張宏民）