农业院校新建本科专业某综合型实验运行分析
李静 王方志
摘 要：综合型实验的设计旨在通过一门课程或多门课程的多个知识点的综合应用，提高学生对理论知识的理解和实践操作的技能。综合型实验的顺利进行，需要学生掌握多项基本的实验操作技能，并能结合综合知识对实验结果进行分析和讨论。而新建本科专业在专业运行初期，存在基础课程实验内容无法与后续专业课程综合型实验内容有效衔接的缺点。该文根据新建专业所存在的实验设计缺乏连贯性的問题进行了探讨，并提出了改进意见。
关键词：新建专业;综合型实验;实验设计
中图分类号 G642文献标识码 A文章编号 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
山东农业工程学院前身是山东省“五七”干部学校，于2013年4月改建为公立普通本科高等院校。2015年，中央出台《关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》文件，鼓励地方高校向应用型本科院校转型[1]。山东农业工程学院借此契机，确定了自身定位——建设成农业工程特色鲜明的应用型普通本科院校。升本后原有大部分专科专业凭借原有基础，申报与原有专科相近的本科专业。本文所讨论专业为2015年设立并开始招生的环境生态工程专业。该专业经过多方论证，包括对兄弟院校相关专业的人才培养方案调研、相关企事业单位的用人需求与要求调研等，同时考虑到学校的定位和学院具体的发展目标，编制了较为贴合各方面需求的人才培养方案。人才培养方案中的课程体系设置尽量体现合理性和目的性。但环境生态工程专业是2012年教育部印发的《普通高等学校本科专业目录（2012年）》《普通高等学校本科专业设置管理规定》等文件（教高[2012]9号）中新设置的专业[2]，专业设置较晚，调研院校的专业运行亦在摸索和完善中，可参考的成熟资料较少，因此对于山东农业工程学院环境生态工程专业初期首轮授课，课程内容的覆盖面、重点、难点及部分课程的实验教学设计等均需要逐步探索。为此，本文针对山东农业工程学院环境生态工程专业建设初期的状况，进行了专业课程实验设计的一些探讨。
1 综合型实验设置的目的与要求
根据以学生为本、以学生发展为目的的人才培养建设要求，结合学校的办学特色，深入推进“新工科”“新农科”的建设与改革，培养农业现代化和新型工业化需要的应用型工程技术人才，建设具有农业工程特色鲜明的应用型普通本科院校，提高学生的基本实验技能和综合型素质是目前的工作之重。在课程内容基础上，依托实验项目开展的实验教学，主要分为验证型、综合型、设计型3种实验[3，4]。
验证型实验是为验证已经学习过的理论知识所设置的实验，此类实验要求学生按部就班的根据“实验指导书”中的操作步骤进行，学生可通过实验验证已学过的理论知识、掌握简单仪器的使用方法、学会记录数据并撰写合格的实验报告[3]。
验证型实验教学主要在本科教学的低年级进行，以培养基本的实验能力为主。综合型实验是指实验内容涉及1门课程或多门课程的多个知识点，是学生经过一段时间的学习后、掌握基本知识和技能的基础上进行综合知识实际运用的实验。由于综合型实验内容的复合型、多元性等特点，需要学生理解多个知识要点并牢固掌握多项基本操作手法，运用2种或2种以上的实验方法完成1个实验，并能综合运用所学知识对实验结果进行分析和讨论。综合型实验能够体现实验内容的复合性、实验方法的多元性和人才培养的综合型等，对于学生所学知识的综合运用能力、分析问题、解决问题的能力具有很好的积极作用。综合型实验能够非常有效地提高学生的知识掌握和综合运用的能力，对于培养应用型人才是有力的基本支撑[5-8]。
设计型实验是学生根据指导教师提出的实验任务和目的自行设计实验的一种实验教学方法[3]。学生通过自行设计试验方案的过程，能够提高对基本原理和专业知识的理解，能够提高对仪器基本功能的了解及使用能力，并在此基础上锻炼学生的探索性或创新性的能力。此类实验由于学生基本能力的不同及对实验任务等的不同，会出现多种不同的实验方案，而实验方案的实际操作性亦有差别，因此需要运行专业具有较完备的实验设施、学生具有较深厚的理论基础及一定的创新能力。设计型实验教学是培养复合型或创新型人才的一种培养手段，若要运行，因其难度较大，所以本科高年级课程的实验教学可尝试进行且比例不易过高。
对于上述3种类型实验教学，综合型实验和设计型实验能够更有利于促进学生对知识的深入理解及掌握各种知识的内在联系。结合学校“应用型普通本科院校”的定位和环境生态工程专业的应用型人才培养的目标，多知识点融合的综合型实验的设计和运行，是实现此培养目标的最为有效的实验教学手段之一[9-12]。
2 综合型实验设计的主要内容
在专业设置的首轮运行中，课程结合专业课程内容、人才培养目标等要求，以大三专业课程《湿地生态学》为例，设计实验名称为“盐水胁迫下的植物生理适应”的综合型实验。该综合型实验依托科研项目进行设计[13]。
实验原理：根据湿地公约，湿地可分为滨海湿地和内陆湿地。土壤或水体中高的含盐量是滨海湿地中植物生长的主要胁迫性因子之一。植物在含盐量高的区域生长时，表现出一定的生理生态适应特征，例如，通过提高渗透压以限制盐类的摄入。根据德国植物学家弗菲尔发现的规律：在温度一定时，稀溶液的渗透压力与溶液的浓度成正比。因此，植物体可通过改变体内可溶性物质的含量以提高渗透压。本实验根据此理论，设计研究不同盐浓度胁迫下绿豆的可溶性蛋白质的含量变化。可溶性蛋白质是植物体中重要的渗透调节物质及营养物质，植物可通过增加其含量以提高自身渗透压达到保水的能力，对细胞的生命物质及生物膜起保护作用。
实验方法：可溶性蛋白质的测定选用双缩脲法。
实验分组及盐浓度设置：每班学生约30人，分6～7组，每组4～5人。盐浓度设置见表1。
实验过程：实验课时共计8学时，具体实验过程分2次进行，每次实验4课时，14d完成整个实验。第1次实验进行新的实验技能的学习、完成基本实验数据（标准曲线）的测定（测定结果需绘制线性曲线，并标注相关系数），不同胁迫浓度盐溶液的配置;2次实验期间，学生将绿豆种子带回宿舍自行培养（培养时间为7d），并每天统计发芽率;第2次实验根据样品生长状况的不同，对实验样品的不同部位进行可溶性蛋白质的测定（通过测定样品提取液的吸光度，将测定的吸光度带入第1次实验时测得的标准曲线进行换算后获得最终的实验结果）。
实验要求：要求学生结合标准曲线对样品的测定数据进行分析和结果的讨论（需讨论下述扩展中的相关内容），并撰写实验报告。
讨论内容的扩展：（1）当环境因素不利于植物的代谢和生长发育时，即可认为是胁迫状态。当植物在受到盐胁迫时，可通过调节可溶性物质的含量（如可溶性蛋白质）以改变渗透压，从而提高自身的保水能力。因此，学生进行实验测定后得到可溶性蛋白质的含量比对照组（组1，自来水浇灌）的含量高，即可理解为植物对盐胁迫具有一定的适应能力。但全班不同组的盐胁迫条件不一，若想观察植被对不同浓度盐胁迫条件的响应特征，则需要各组同学认真培养植物、测定样品、分析样品数据、互相协作以共同完成一条植物对盐胁迫的响应曲线。学生在获得各组实验结果后，需能理解实验结果并对响应曲线做出相应解释。（2）盐浓度的设计以滨海湿地为原型，但考虑到植被的正常生长状况，因此浓度设定见表1。盐浓度范围约是我国大部分地区盐碱地中含盐量的数值（在此盐浓度内，大部分植被可进行正常发芽、生长），而高盐浓度的模拟条件下（根据学生人数和分组情况进行盐浓度梯度设定，最大值约为海水含盐量的一半）植被可能不发芽或生长状况明显较差。在此条件下，植物对盐胁迫的响应曲线则可能出现峰值——即随着盐胁迫浓度的增加，可溶性蛋白质含量增加;随着盐胁迫的持续增加，植物体内细胞会受到严重破坏，从而导致细胞破裂或死亡，可溶性蛋白质含量可能会出现下降趋势。而可溶性蛋白质含量从低到高再降低的转折点的位置，除与植物本身抗逆性有關外，与各组同学所负责的植物培养和生长状况及测定结果均有一定的相关性。因此学生除需要理解湿地生态学中植物通过调整可溶性物质的含量以改变渗透压外，还需要能运用植物生理学、生态学等课程中关胁迫的适应性等相关知识内容。（3）各组同学在进行培养后，会发现部分高盐浓度培养的植物生长状况不好、甚至不发芽。因此在测定时，学生需要积极与教师沟通，了解造成此种生长结果的原因，并选择合适的植物部分进行可溶性蛋白的测定。针对上述培养条件，会出现多种培养结果。根据不同的植被培养结果，学生需进行不同植物部分的测定，如叶片、茎、根等，高盐浓度培养的植物未发芽的组别需要进行植物种子中可溶性蛋白质含量的测定。各个植物体部位的多组数据分别绘制盐胁迫的响应曲线，从而进行详细的分析和讨论。
3 存在问题
在综合型实验的具体操作中发现诸多问题，这些问题导致整个实验无法在规定的时间内完成;即使完成，质量亦不高。
3.1 主要问题 （1）实验基本技能操作不够熟练：在第一次的实验中，需要先获得可溶性蛋白质的标准曲线。测定标准曲线中涉及的主要操作步骤有移液管的使用、天平的使用、分光光度计的使用等（例如移液管的正确操作，天平使用前的调平衡程序，分光光度计的调零和使用等），但学生的基本操作技能不够熟练。基础课程的实验中进行了相关实验技能的训练，但是学生的掌握情况不一，导致规定课程时间内无法完成相关实验任务。（2）实验思路欠缺开拓性：综合型实验往往要求学生在经过多个小型实验后，才能得到最终的实验结果。但由于缺乏对综合型实验设计的思考，学生容易局限于单个实验得到单次实验结果并撰写实验报告的流程中;因此对于综合型实验需要完成的实验步骤理解不够深刻，对于实验结果的综合型迭代亦无法进行分析和讨论。
3.2 主要原因 针对这些典型问题，对基础课程实验做出如下思考及总结：（1）基础课程和专业基础课程的实验设计，缺乏对后续专业课程实验的支撑。大部分基础课程均为多个学院、多个专业同时开设的课程，其课程的实验内容均受到其他专业相同课程的影响;部分课程的基础实验易承袭其他专业相同课程的实验内容;专业基础课程的实验设计多各自为政。由于目前实验类教材较多，课程实验的选择范围亦非常广泛。新建专业的课程初次运行中，由于缺乏课程内容有效联系等相关的经验，因此实验项目的选择仅根据自身课程内容进行;实验课时有限，因此实验项目受到课时及实验条件的影响。
（2）新建专业的实验基础条件缺乏相关支撑。新建专业尽管在前期调研时对部分高校实验室的相关配置进行了较为细致地考察，同时也通过对企事业单位关于本专业毕业生应该具有的基本操作技能要求有了大致的了解。但是，本专业的实验室建设是在之前专科专业实验室的基础上进行的改建和改造，相关设备的投入、运行和实际运行效果均需要一定的时间去检验并且需要不断补充和提高。因此，在实验室的建设方面缺乏有效的、快速的跟进，限制了部分专业课程实验的开设和运行。因此，目前的实验建设和设计缺乏了与新建专业培养目标的一致性和协调性，亦无法为后期其他专业课程内容中设计的综合型实验打下相应的基本实验基础，学生亦无法真正拥有与专业密切相关的实验技能。
4 改进建议
针对这些问题，结合新建本科专业存在不可避免的逐步探索，为更好地进行基础实验设计并更好地支撑综合型实验的开展和运行，本文提出如下建议：（1）新建专业在运行初期，课程内容及相关实验设计可尽量贴合人才培养方案的目标和要求;（3）考虑学校的定位和专业发展的初期定位，尽量设计符合新工科、新农科等相关标准、体现相关能力的实验方案;（3）由于在新建专业运行初期，专业核心课程和专业拓展课程未开始，因此基础课程实验内容与后续课程实验造成脱节的现象不可避免，因此在课程运行中，可增加不同课程的教师之间关于实验内容设计的探讨环节，在保证学生基本技能掌握的同时，提高后续专业实验内容的高效性和学生对综合型实验的理解能力;（4）人才培养方案在运行一段时间（例如一个周期后），需根据课程的实际运行状况并结合授课教师的反馈进行调整（如理论课时、实验课时、是否需要设置独立实验课程、课程内容前后的连贯性等），以更好地贴合培养目标，尽快实现新工科、新农科的相关要求。
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（责编：张宏民）
