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中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2016)20-0097-02
高校《植物营养学》的教学内容包括植物营养的基本原理和肥料的种类、性质、施用等[1,2],要求学生在对植物营养学科有较全面了解的基础上,通过合理施肥达到改善植物生长环境,实现增产、增质和培肥地力的目的。《植物营养学》与农业生产实际密切联系,是农业资源与环境专业核心骨干课程,目前四川农业大学开设该门课程的专业还有农学、植物科学与技术等,每年修读人数接近300人,影响面较大。
四川农业大学自20世纪50年代起开设《植物营养学》(《农业化学》),在教学内容和教学方法上积累了较丰富的经验,但同时也存在教学内容陈旧、实践教学和理论教学脱节、考试形式较单一等问题。社会经济发展要求农林院校培养出更多创新型、实用型、复合型高级专门人才。为提高《植物营养学》教学质量和效果,笔者对该课程采取了优化教学内容、改变教学方法、改革考核方式等改革探索与实践,取得了良好的效果。
1 优化教学内容
1.1 拓展学科知识领域 将学科最新成就和发展趋势纳入教学内容,扩大学生知识面,开拓其学术视野,也为其后续课程学习打好基础。例如,在氮肥施用对环境的影响中,介绍了2014年9月中国农业大学张福锁教授课题组在《Nature》上发表的研究论文《Producing more grain with lower environmental costs》[3]。该文报道了课题组通过5年时间全国三大粮食作物主产区布设的大样本的田间实证结果,发现采取土壤-作物系统综合管理,可使小麦、水稻、玉米平均单产分别达到8.9t/hm2、8.5t/hm2、14.2t/hm2,实现了97%~99%的最高产量,同时大幅提高了氮肥利用效率,降低了环境代价,从而实现增产和环境保护的双赢。通过以上论文的介绍,使学生对于化肥合理施用对粮食安全、保障环境及人类健康的重要性有了更加深刻的认识。
1.2 整合理论课教学内容 《植物营养学》是《植物生理学》和《土壤学》的后续课程,其内容与前两门课程虽有衔接但其着重点却大不相同,在目前学时有限的前提下,整合教学内容,避免重复讲授,突出教学重点,可以让学生有针对性地学习,对提高教学质量是大有裨益的。经与相关任课老师沟通后,本门课程主要调整了以下理论课教学内容:(1)各必需矿质营养元素的含量与分布、营养功能、吸收和同化途径、失调的症状等调整至相关肥料之前讲授,让学生从元素功能、在土壤中的转化到相关肥料更加系统、完整地学习,掌握更加牢固。碳氢氧及有益元素因与作物施肥关系不甚密切,且在《植物生理学》中已有相关介绍,故主要让学生自学,仅在其他章节讲述中列举某些元素,如硅对禾本科尤其是水稻、钴对豆科植物的营养作用;(2)“源-库关系与产量”因《植物生理学》已讲授,本课程不赘述。“矿质营养与品质的关系”调整至各元素生理功能之后讲解;(3)《植物生理学》涉及少量植物营养元素失调的症状,此知识点在本课程学习中却是重点,尤其是一些代表作物典型缺素症,如水稻缺锌“坐蔸”,苹果缺钙的“苦痘病”,油菜缺硼的“花而不实”,玉米缺磷的“紫苗病”等,因其是植物营养诊断的重要方法之一,故为《植物营养学》教学中学生必须掌握的重点内容;(4)《土壤学》已讲授各矿质养分在土壤中的含量、形态及迁移转化机理,《植物营养学》无须重复讲述,而是重点讲授肥料在土壤中的转化过程及提高肥料利用率的施肥方法;(5)对于没有学过《遗传学》的农资专业来说,“植物营养性状的遗传学特性”比较晦涩难懂,故本章仅介绍相关概念及举例,不作深入讲解。通过调整,《植物营养学》与《植物生理学》《土壤学》教学内容互相协调,详略得当,避免了课程内容的重复讲授,同时提高了学生学习积极性和效率,从而达到良好的教学效果。
1.3 增添实用性教学内容 在教学内容方面突出实用性,增加了以下内容:(1)对非农资专业讲授“作物施肥原理与技术”,介绍作物施肥的基本理论、作物营养诊断方法、施肥量确定方法、施肥方法等;(2)对农资专业讲授“测土配方施肥技术”,重点讲解“测土-配方-施肥”3个环节中的技术要点,尤其是取样的代表性、化验分析的准确性、确定施肥量的科学性和施肥建议的实用性;(3)“新型肥料种类与施用技术”,讲授近年出现的新型肥料,如缓控释肥料、稳定性肥料、水溶性肥料、功能性肥料等种类和施用技术。增添的教学内容均为教材缺失、但社会急需,使课程教学内容在先进性和实用性等方面取得了较大进步,提高了学生的专业知识,同时满足了农业局、环保局、肥料厂等用人单位的需求,有利于学生就业。
1.4 改革实践教学环节 改革了现有实验教学内容,采用少而精的原则,对原来的实验内容进行了调整,使实验教学同理论教学更好地结合,让学生在提高实验操作技能的同时加深了对植物营养机理和肥料合理施用的认识。新的实践教学环节包括验证性实验和综合性实验,以综合性实验为主。在实验内容设置上还参考了国内其他农业高校,如增加了“施肥方式对氨挥发量的影响”等综合实验[4],极大提高了学生的实验设计、动手操作和综合分析问题的能力。此外,鼓励学生积极参加各种创新性实验项目、科研兴趣小组、大学生课外科技活动等科研活动。据不完全统计,2013级我校农资专业近2/3参与了科研训练“三大计划”或教师的科研项目,内容涉及新型肥料研制、功能微生物筛选、经济作物平衡施肥等方面,培养了学生从事科学研究的基本素质,提高了学生理论联系实际,分析、解决问题的能力。
2 改变教学方法
2.1 启发式教学 在课程教学过程中采用启发式教学,针对重要知识点提出问题,引发学生求知欲,发挥学生学习主观能动性,培养学生独立思考能力。如2010年雅安市石棉县春玉米出现大面积紫化现象,石棉县政府、农业局邀请了四川农业大学植物病理、昆虫、土壤、植物营养、气象等数位专家到田间诊断,经综合考察分析得出结论:春季持续低温引起磷素吸收障碍,引发的玉米缺磷症。又如肥料行业中出现了五花八门的“高能氮肥”“速效氮肥”,何为“高能、速效”?针对类似案例,教师先抛出问题,启发学生思考,组织学生展开讨论,教师对学生讨论结果进行评价和讲解,可以充分调动学生学习兴趣,从而达到牢固掌握知识、印象深刻的目的。
2.2 互动式教学 学生自由组合,建立多人专题讨论小组,教师提出生产问题,学生分组发言讨论,师生一起在讨论过程中提出解决问题的方案。如2013级某同学在野外调查中发现川西南某地农户在黄壤上种植油菜,其施肥制度为“基肥施用复合肥(20-0-5)750kg/hm2,移栽30d后追施尿素150kg/hm2”。教师抛出问题,学生分组讨论形成论点,各组发言和讨论,最后认识到黄壤的酸性、缺磷特征,而油菜为需磷量大的小春作物,判断其施肥制度的不合理性。通过这种师生互动式课堂讨论教学模式,教师可以了解学生对知识的掌握程度,便于及时调整授课进度和内容,还可以让学生在讨论过程中学会分析问题和合理推理,培养学生的创新思维。
2.3 撰写课程论文 让学生就与本课程相关的兴趣点查阅文献,按规范格式撰写课程论文,在培养学生文献阅读能力和综合归纳能力的基础上有助于提高其学术视野,掌握科学实验的理论、方法和思路,为毕业论文设计奠定基础。此外,农资(本硕连读)另开设了《植物营养学Seminar》,要求其在精读文献的基础上准备报告材料,形成PPT,然后进行报告,详细介绍研究意义、研究进展、存在问题及展望等,最后老师和学生们综合讨论,剖析问题,形成新的见解,这对学生理解和掌握这一研究方向的最新进展、存在问题及发展趋势等具有很好的指导作用,并为其研究生阶段学习打下了一定的基础。
3 改革考核方式
根据四川农业大学课程改革“加强过程管理”的要求,笔者对《植物营养学》建立了新的课程考核体系。新课程考核体系突出了对学生学习态度、基本理论、实践技能和综合能力的考核,使其更加符合社会需要。原课程考核体系为平时成绩占30%,期末考试占70%,新的课程考核评价体系为平时考查占50%,期末考试占50%。平时考查中又分为学风(包括课堂纪律和出勤考查)、作业(包括课后作业和课程报告)、讨论(包括回答问题和讨论发言)和实验(包括实验操作技能和实验报告)等方面;期末考试可分为基础知识部分和综合分析,分别占40%和10%。学生普遍反映,新的评价体系重过程、轻结果,极大提高了其学习兴趣和效果。
4 结语
通过优化教学内容、改变教学方法和改革考核方式,《植物营养学》教学中更加注重知识内容的及时更新、实用性,不仅提高了学生的学习积极性、实践能力和综合素质,而且为其今后职业定位和发展奠定坚实的基础。
参考文献
[1]陆景陵.植物营养学(第二版)(上册)[M].北京:中国农业大学出版社,2003.
中图分类号:G642 文献标识码:A
综合性实验是实验内容涉及一门课程的综合知识或多门课程知识的实验,主要培养学生综合运用所学知识和实验方法、实验技能去分析问题、解决问题的能力;设计性实验是结合课程教学或独立于课程教学,由学生自行设计实验方案而进行的一种探索性实验,主要培养学生组织能力和自主实验的能力。与传统的操作实验相比,在综合性设计性实验中,学生综合运用知识、理论联系实际,自主性、探索性增强,综合实践能力、创新能力、独立研究能力得到培养,并为科学研究储备科研人才。①②
植物营养学是高等农林院校中农业资源与利用、农学、植保、园林、草业等专业的核心课程,是研究植物对营养物质的吸收、运输、转化和利用规律以及植物与环境之间营养物质和能量交换的科学,其主要任务是通过改良植物营养遗传特性和改善养分管理方式,调节植物体的代谢,提高植物营养效率,优化营养环境,从而达到提高作物产量和改善产品品质的目的。③④⑤该课程既讲解基本理论与原理,又授予实际应用技术,对提高学生动手操作能力和培养学生理论联系实际能力起促进作用。但是长期以来,新疆农业大学(以下称为“我校”)的植物营养学课程只有40学时的理论课,没有开设基本实验课,更不用说开设综合性设计性实验实习环节。再有,课程教学采用“满堂灌”、“填鸭式”教学方法,理论知识和实际应用技术采用讲解的方式,没有实验实习过程,致使学生只能感性认识理论知识和实际应用技术,其动手能力、实践能力、创新能力和综合运用能力较差,从而减弱学生的学习兴趣,以致会影响学生将来的就业和深造。因此,为适应人才培养目标和社会对该专业人才的需求,必须增加综合性设计性实验的教学体系。通过开设植物营养学综合性设计性实验来深化课程中的基本原理和实际应用技术,提高学生动手能力、分析能力和综合运用能力,为学生进一步深造和就业打下坚实的专业基础。
1 植物营养学课程综合性设计性实验构建的基本思路
通过网络资源的共享和拜访国内知名高校中与植物营养专业相关的教师,并依据植物营养学课程的专业培养目标和课程设置要求,初步构建植物营养学课程综合性设计性实验的基本思路:依托植物营养学学科建设项目和教师在研项目,结合植物营养学课程的基本理论和原理,开展一系列以培养学生的综合实践能力和创新能力为目标的综合性设计性实验,构建以学生为主体的教学思想和重点培养综合实践能力与创新能力为主要目的的基本思路。
2 植物营养学课程综合性设计性实验的探索
2.1 实验课程安排
在我校植物营养学课程开设40学时理论课基础上,拟增加20学时综合性设计性实验课,同时在周末开放实验室和培养室,方便学生利用周末完成实验实习环节。此课程依我校农业资源利用专业的教学计划和教学大纲,通常安排在相应专业三年级第一学期。此时,学生已完成土壤学、植物生理学、植物营养研究法等专业基础课学习,为参与综合性设计性实验奠定了一定基础。实验以班为单位,6~8个同学自愿组成实验小组,设组长和副组长各一名,组员分工合作,先优化设计实施方案,然后共同实施管理,最后获取相关数据和撰写实验报告。
2.2 实验设计
实验设计是综合性设计性实验的主干或灵魂,要求具有全面性、合理性和可行性。因此,设计时,教师依据学生兴趣和知识储备以及实验内容指导学生查阅相关文献资料,个人先设计方案,在此基础上由小组成员将各自设计方案进行交流讨论,最后在老师指导下优化确定实施方案。为了培养学生综合运用知识的能力和创新能力,结合教师多年教学经验和科研成果,我们课程建设小组初步设计了两种培养方法(土培和水培方法)四个实验项目:作物缺素症观察(水培方法)、作物施肥参数研究(土培方法)、作物根系形态描述(水培方法)、作物氮素营养诊断无损测试技术应用(水培方法和土培方法)。
2.3 实验实施
此阶段是培养团队协作精神、训练综合实践能力、提高解决问题能力的主要阶段。各小组成员依据优化的设计方案布置实验,各组员之间分工合作,依据实验内容和作物生长特点,定期进行管理观测和取样,观察记载和取样要标准化和合理化,室内分析操作要规范化和标准化。实施过程中必须认真负责,准确及时,出现问题时,先鼓励学生进行独立思考,然后引导学生通过查找相关资料来解决问题,突出以学生为主体的教学思想,增强学生的自主性和创造性。
2.4 实验分析
实验分析包括观察指标分析、生化和形态指标分析以及数据整理分析,此过程是加强动手能力和综合运用专业理论知识的重要阶段。譬如做作物缺素症观察中的观察指标分析时,要分析比较各营养元素出现的时间、部位、程度等等,生化和形态指标分析时,首先要掌握这些生化指标和形态指标分析的标准方法,其次准备好这些指标测定的试剂和仪器,数据整理分析是试验成果表达的前提,首先仔细审查试验资料,发现错误设法更正,无法更正的予以剔除,其次通过运用学生掌握和理解的方差分析、相关分析、回归分析对数据进行统计分析,根据已学专业理论知识总结规律,最后作出合理的结论。
2.5 实验报告撰写
实验报告是对综合性设计性实验的总结和反思,撰写模版以规范科技论文为模版,包括题目、中英文摘要、关键词、前言、材料与方法、结果与分析以及讨论与结论等部分,题目和中文摘要主要锻炼学生综合概括能力,英文的撰写主要是培养学生掌握一些专业英语及其表达,还有锻炼学生英语写作的意识,前言或引言主要锻炼学生网络信息、了解学科发展趋势和综合概括能力,撰写的重点主要在材料与方法、结果与分析和讨论与结论这三部分,材料与方法是实验设计、实验方法和实验过程的详细记录,结果与分析和讨论与结论是实验报告的核心内容,也是深化学生专业基础理论、增强学生自主性、探索性学习精神,培养综合实践能力和独立思维研究能力的主要过程。
2.6 实验考核
考核是实验教学质量评价监控的有效方法,对实验教学改革起着一定的导向作用。⑥植物营养学课程中的综合性设计性实验教学考核与理论教学考核相分离,单独计入成绩和学分,考核内容包括平时成绩、操作技能和实验报告。平时成绩占30%,主要包括学生态度、实验效果、出勤、团队协作精神等;操作技能占20%,包括基本实验的操作规范能力、实验方法掌握程度以及分析仪器使用的熟练程度等;实验报告占50%,主要包括实验观测记载本详细程度、分析测定原始数据完整程度、实验报告规范程度、实验步骤描述完整程度、结果分析合理程度等。教师对整个教学过程进行跟踪指导,及时发现和解决学生实习实践过程中出现的困难和问题,阶段性地进行作业的批阅和反馈,使学生规范有序地进行实验实习,从而保障实验教学良性循环,达到预期目的。⑦
以上是我们在植物营养课程教学中进行教学改革的一些尝试,并在农业资源利用专业092班进行了示范,该班总共36人,分成4个小组,完成了油菜、菠菜、生菜和小白菜四种蔬菜的缺素症状观察和肥效实验(采用土培方式,盆栽土为新疆北部灰漠土,有机质16.8g/kg、速效氮磷钾分别为68mg/kg、13.8mg/kg、214mg/kg,估算出油菜、菠菜、生菜和小白菜四种蔬菜最佳N、P2O5、K2O的用量分别为26kg/亩、10kg/亩、3kg/亩,26kg/亩、6kg/亩、4kg/亩,25kg/亩、8kg/亩、2.5kg/亩,23kg/亩、7.5kg/亩、3.2kg/亩),撰写了4篇拟投稿文章,示范效果明显。通过教学改革的尝试与示范,笔者深刻体会到在实际教学过程中,要结合教师的知识和科研背景,依据专业和学生特点,不断发展和拓展教学内容,以此培养出面向社会的实用型创新型人才,促进教与学的共同提高。
新疆农业大学教学研究项目,农业资源与环境特色专业建设项目,土壤学自治区重点学科建设项目
注释
① 曹爱红,黄其秀.综合性,设计性实验教学的实施与设想[J].中国现代教育装备,2008(4):81-83.
② 尹元萍,汤利,赵平,等.农科院校植物营养类综合性设计性实验探索与实践——以云南农业大学为例[J].云南农业大学学报,2012.6(4):102-106.
③ 叶优良,王文亮,韩燕来,等.植物营养学教学改革与实践[J].科技咨询导报,2007(28):186,188.
④ 孙霞,盛建东,蒋平安,等.植物营养学实验课程教学体系的构建与探索[J].科技创新导报,2012(15):146-147.
植物营养学是研究植物对营养物质的吸收、运输、转化和利用的规律及肥料合理施用的原理与技术的科学。对植物营养科学理论的探索,最早是从西欧开始的。为了更好地阐述植物营养学的一些基本理论,使学生能及时跟踪该学科在国际上的发展动态,在植物营养学教学中开展双语教学(汉语和英语)是十分必要的。双语教学有利于在增加学生专业知识的同时提高其外语的应用能力,便于学生查阅外文文献和撰写论文,可以增强学生的创新意识,培养创新人才,满足社会对国际化人才的需求,提高接受国际先进科技水平的速度,与国际接轨,增强国际竞争力。
在几年的双语教学实践中,针对教材选择、教师教学方法和手段以及学生学习效果等问题进行了不懈探讨。
一、目前,国内尚无统编植物营养双语教学教材,教师要选择恰当的中、英文教材
选择适合课堂讲授和学生学习的教材是提高双语教学质量的前提条件。目前,全国仍没有出版的植物营养双语教学教材,导致任课教师备课难,制作植物营养双语教学课件更难。教师需要花费很大的精力挑选适合的英文原版教材,反复阅读。并结合中文教材和教学大纲中教学时数和授课内容的要求精心选择中英文表述,制作出适合教学的植物营养双语课件。选择恰当的中、英文教材有助于提高教学质量。如果单纯用英文原版教材内容进行教学,势必造成学生在专业知识理解上产生歧义与偏差。如果自行将中文教材翻译成英语,难免会产生不规范的语言结构。这样教学不但不能提高学生专业英语水平,甚至使学生难以理解和掌握专业知识,就会产生适得其反的效果。所以,进行植物营养双语教学时必须将英文原版教材和中文教材内容有机地结合起来。
二、教师应采用多种教学方法和手段活跃课堂气氛,提高学生学习兴趣
1.针对学生英语水平参差不齐,采用分层教学方式
双语教学开创了以英、汉两种语言作为主要教学语言的授课和学习方式,其中还包含着学科特殊的专业表述。这就形成了学生英语能力与学科目标要求之间的落差。这有可能影响学习者学科目标的达成。而且,学生的英语水平差异很大,如果采取“一刀切”的教学方式,势必会造成一些学生难以理解和掌握授课内容。因此,要针对实际英语水平,将学生分成不同层次,以不同程度的教学目标进行授课。指导英语水平高的学生除掌握授课内容外,让他们广泛查阅高水平的英语专业文献阅读。多辅导英语水平较差的同学用双语掌握授课的重点内容。通过分层次教学方式,使英语水平差异很大的学生都在不同程度掌握了授课内容和提高了专业外语水平。
2.采用各种手段活跃课堂气氛,提高学生学习兴趣
在专业课授课时采用双语教学,对刚刚接触专业知识的学生来说难免有畏难情绪,所以在授课时教师必须灵活采用各种手段活跃课堂气氛,提高学生学习兴趣。在教学中要树立以学生为主体的教学理念,改革教学方法。传统的满堂灌、填鸭式的讲授方式是教学方法中的大忌。应采用启发式、讨论式、课堂提问等方式激发学生的学习兴趣。在植物营养学双语教学开课后,我把全班同学每4~5人分在一个组中,以后的课堂讨论都以组为单位进行商讨。每次课先用英语对上节课的重点内容进行回顾和提问,并鼓励同学用英语回答。课后留复习题,让学生以每小组为单位用双语进行讨论,最后每小组将复习题做完上交给任课教师。讲完每一章内容后,都抽出一定时间将这一章的内容分组讨论,各组之间要进行比赛,胜出组将奖励给有小礼物。这样营造一个宽松、愉快的气氛,鼓励学生大胆说英语,让学生在玩中掌握了知识,在学中提高了专业英语水平。在课余,我经常与学生交流,了解学生是否喜欢我采用的双语教学方法。同时,也通过调查问卷来了解学生的心声,不断改进授课方法。
在授课时采用多媒体技术将预先精心制作的植物营养双语课件的内容展示给学生,尤其是专业名词和基本原理都采用英汉双语表述,并利用图片和影音资料等辅助解释,这样借助多媒体技术信息量大,图文并茂的优势,就可以利用双语深入浅出地将较难的授课内容传授给学生。但采用多媒体技术进行教学也不是万能的,有时往往造成授课进度快,学生思路跟不上,或者学生走马观花,只顾看热闹,却没有把该学的知识掌握。所以,教师在授课过程中必须密切注意学生的反应和接受情况,并及时调整授课进度。
三、学生应大量阅读英文专业文献,课内外大胆讲英语
在进行植物营养学双语教学时,不能只依靠授课教师阅读英文原版教材,还应指导学生大量查阅英文专业文献。因为国外的英文原版教材如《Mineral Nutrition of Higher Plants》对植物营养原理部分阐述较多,而对肥料尤其是具有中国特色的有机肥料的性质和施用技术阐述较少。另外,水稻和大豆是中国及亚洲地区的主要作物,而欧、美教材中很少以水稻和大豆为例。所以,在学习这些内容时,教师必须指导学生查阅英文专业文献。教师在授课前,应提前将授课教案和复印的英文原版教材内容发给学生,让学生提前预习将学习的内容,并查阅和欲讲授内容有关的英文文献,将阅读的文献做摘要和总结。学生通过提前阅读相关文献,熟悉了相关的专业词汇并了解了该领域的国际发展前沿。这些授课前的准备工作有助于学生很好地理解授课内容,课堂上与授课教师形成互动,有助于学生理解和掌握专业知识和专业英语。
另外,国内的学生学习专业课时,没有无处不在的外语环境。农业院校的学生多数只在普通大学英语课中才讲几句英语,在专业课程学习中更难有人大胆、流利地说专业英语。所以,学生在植物营养学双语学习中应大胆说英语,搜集一些关于专业知识的英文影音资料,这样,学生能够欣赏到用地道的英语讲授的专业知识。学生还可以分成不同的小组用双语讨论专业知识或成立“英语角”,大家将各阶段学习的专业知识,用双语自由讨论。这样许多学生都努力说英语,其他“难于启齿”的同学在多数同学讲英语的气氛影响下也能说上几句专业英语。
尽管利用双语教学模式进行植物营养学教学还是一个“新生儿”,双语教学实践中还存在许不足,但通过教师教和学生学双方互动的努力,势必能提高双语教学质量。专业课程采取双语教学模式是“教育面向现代化、面向世界、面向未来”的要求,适应经济全球化和科技革命的挑战,是培养21世纪高素质人才的必然趋势。
参考文献:
[1]陈丽,陈根才,贺蓓.推进双语教学课程建设培养具有国际竞争力的人才[J].学科建设与教学研究,2005,(1):36-38.
[2]周力.双语教学的实践和对策建议[J].南昌航空工业学院学报(社会科学版),2005,7(4):105-107.
中图分类号 G642.3 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2017)06-0291-01
试验研究与统计分析是农业资源与环境专业的专业基础必修课程,是一门理论性和实践性并重的专业基础课,也是培养学生科学研究素养的一个重要环节。然而,该门课程理论性强,数学概念抽象,数学符号和统计学公式多而繁杂,学生必须具备一定的概率论与数理统计的基础理论知识以及综合运用基础知识和理论联系实际的能力才能很好地掌握该课程,才能达到较好的教学效果[1-3]。然而,部分学生特别是数理统计基础知识较差的学生对该门课程具有畏惧心理,如果教师未进行正确、及时的引导,并激发学生的学习兴趣,将达不到应有的教学效果。因此,根据该课程的特点,调整教学重点,改变教学方法,让学生自主参与到教学和实践活动中是提高教学效果、达到全面提高学生综合素质的培养目标的重要手段。笔者在10多年的教学过程中对该课程教学进行了有益的改革探索与实践,现将一些效果良好的教学方法总结如下。
1 优化课程内容设计,突出专业性和应用性
对于将来从事农业资源与环境行业的学生来说,试验研究与统计分析既是一个重要的科学分析工具,更是具有实用价值的一门课程。与纯粹的数理统计学不同的是该课程更侧重于应用,讲授过程中一定要结合实例让学生明白如何做到灵活运用。因此,要在有限的教学时数内让学生掌握基本的、与专业密切相关的教学内容就必须优化课程教学内容,突出专业性和应用性,适应新时期农业资源与环境专业的人才培养需要。
实践中首先对教学大纲进行了修订,突出本学科前沿知识,强调试验设计和统计分析方法的具体应用,同时介绍本领域前沿信息与新的统计方法研究进展。例如,在教学内容选取方面,在原有培养试验法的讲解基础上,重点突出了培养试验研究法中的根际营养研究法的教学内容和土壤微生物研究法的教学内容,以满足土壤学和植物营养学相关研究的需要,这是与大农类专业的生物统计或统计分析方法课程教学中不同的一个重要方面;又如让学生调查获取区内当地的大中小型各类企业生产中向环境排放污染物方面的资料,并进行整理分析,选用正确的统计分析方法作出正确的判断,这种系统的调查方案的拟定―资料的获取―统计方法的应用―结果的分析与讨论的研究手段的训练,既让学生了解到科学研究的思路,又让学生学会独立运用统计学知识去解决和分析实际问题。在介绍统计学软件教学内容时,不仅介绍简单的Excel的统计功能,同时也介绍目前国际上主要应用的功能强大的SAS和SPSS统计学软件的使用方法,从而使学生对统计原理的理解更深入。在选取教学案例时,紧密结合农业资源与环境专业的特点精选教学案例进行教学。例如,结合土壤学有关课程,选取针对土壤中有机质含量或重金属分布状况的案例讲解配对法设计的t检验,作出准确的统计分析和结果判断;选取植物营养学中离子间的相互作用、不同肥料施用效果的比较试验等案例进行方差分析。在教学过程中,恰当运用案例教学是一种能激发学生的学习兴趣,使其熟练掌握所学基本知识并能运用到科学研究中的行之有效的教学方法。
2 将参与式教学方法引入课堂,激发学生学习兴趣
以教师为中心、发挥学生主动性的参与式教学模式已经在经济学、社会学、管理学和信息学等许多专业课程教学中得到应用。参与式教学法的核心是师生互动,教师既是主讲人又是组织者与引导者,也是平等的讨论参与者;学生既是听众又是主讲人与参与者[4-5]。与传统教学方法相比,这使得学生从被动接受知识转变为主动发表观点。
例如,在开始讲授试验研究的一般过程、田间试验和培养试验方法这些章节的内容前,即将学生分成几个小组,每组4~5人,每组安排1个有关土壤学、植物营养学或环境生态学方面的研究热点问题。小组成员合作完成相应的试验研究设计,这其中包含了资料查阅,研究内容、研究思路和技术路线的确定,试验方案的设计和试验研究手段的选择等多项内容。当教师讲述完这些章节的内容后即安排和组织课堂讨论,每组成员将自己的研究计划向全班展示,阐明本小组课题的科学研究思路、试验研究方法、研究方案和研究手段,然后展开讨论,回答其他同学的提问和质疑并接受同学好的建议进行修改。然后任课教师对研究计划的不足和优点加以点评,并进行最后的总结。通过这样的参与式教学方式,使学生从单纯接受者转变成学习的主体,从接受式学习转变为发现和探究式学习,使学生的学习兴趣更浓厚,激发学生的创新观念和探究欲望,使学生很好地掌握科学研究的一般程序和研究计划的撰写,同时巩固相关的专业知识,为日后毕业论文的撰写和科学研究的开展打下坚实的基础[6-9]。
3 将科研融入课程实践教学中,提升学生的科研素养
该课程的教学目的在于使学生能够根据科学研究的需要来设计试验,选用正确的统计方法来分析和解决科学试验中的问题。因此,教学上安排了试验研究方法和生物统计2个部分的内容,这是2个有机的组成部分,统计分析是在试验设计的基A上运用统计方法进行科学研究真伪的判断,而统计分析的结果又是对试验设计合理性的反馈,从而帮助改进试验设计和提高试验效率。该课程安排有2周的课程实习,在实习周中将科研与生产实际相结合进行实习,且分散在整个授课学期进行。将学生在学习试验设计章节时所设计的试验方案改进后进行田间试验,要求学生按照试验条件,根据自己所设计的试验,正确地划分区组和小区,选择合适的重复数,布置田间试验,并全程对试验进行管理,根据试验目的选取和获得相应的试验指标。试验研究实施完毕之后,对所获得的数据严格按照理论课教学上的统计原则来选取正确合适的统计方法进行统计分析,并撰写成科技小论文。在此过程中,学生能够加深理解田间试验的特点和设计方法,提高了学生独立开展科学试验的具体操作能力和动手能力,培养了学生科研工作中必备的操作仔细、一丝不苟、连续工作的作风和严谨的科研态度,自身的科研素质和水平得以明显提高,从而为今后毕业论文的撰写乃至参加工作后的科学研究工作的开展打下了坚实基础。
4 创新考核评价方式,加大参与课堂教学和实践教学在考核评价中的比重
科学合理的课程教学评价对激发学生的学习主动性有积极的作用。因此,在实施试验研究与统计分析课程教学方法改革的同时,对课程教学评价方式进行了改革,由单纯的期末考试成绩作为评价指标转变为多种考核形式相结合的方式进行综合评价。该课程的教学评价由3个部分组成:一是以期末考试成绩评价学生对基础知识的掌握情况,这部分占学生课程成绩的50%,且采取“一纸开卷考试”的考试方式,即学生可带一张书写由本人总结的各种统计公式的A4纸进入考场(纸张考试前由教师统一提供),同时考试试题侧重于对实际问题的解决;二是根据学生的课后作业及课堂参与讨论情况来评定学生的课堂成绩,这部分占学生总成绩的25%;三是根据课程实习时学生的表现来评定实习成绩,这部分也占学生总成绩的25%。这种教学评价方法不仅能引导学生加强对知识的积累与实际运用,同时也可以让学生认识到课程的重要性,对提高学生的综合素质具有积极、重要的作用[10]。
5 结语
试验研究与统计分析是农业资源与环境专业的一门重要的专业基础理论课程,在教学活动中通过加强教学内容之间的联系、优化课程设置、引入参与式教学法、加强实践教学以及建立合理的考核评价机制等全方位的教学改革而激发学生的学习热情,以提高教学效果,让学生掌握学科发展的前沿方向和应用技术的前景,同时培养学生独立和严谨的科研精神和素养。
6 参考文献
[1] 周爱明,王满铮王永模.生物统计与田间试验设计课程教学改革的探索和思考[J].教育教学论坛,2015(21):283-284.
[2] 唐新莲.如何提高《试验研究与统计分析》课程的教学效果[J].广西大学学报(哲学社会科学版),2005,27(增刊1):68-69.
[3] 白厚义.试验方法及统计分析[M].北京:中国林业出版社,2005.
[4] 陈钊,王亚婧.参与式教学在高级信息系统课堂教学中的研究与实践[J].计算机教育,2015(17) :84-87.
[5] 许云贺,张莉力,史东辉,等.参与式教学模式在《饲料生产学》课程中的应用[J].畜牧与饲料科学,2016,37(2):88-90.
[6] 翟怡,胡涛.MOOC与我国高校化学类课程教学改革[J].中国大学教学,2015(6):44-47.
[7] 刘义民.核心素养课程教学改革新探[J].河北师范大学学报(教育科学版),2016(5):108-113.
故事得从这儿说起曾经,杭州采荷社区公园一汪清澈的池水,带给附近居民无限享受,但是,近几年由于水环境污染,池水变得污浊不堪,还不时散发出难闻的臭气,附近居民苦不堪言。然而2004年奇迹发生了伴随着湖面上一蔟蔟绿色植物,湖水恢复了往日的碧波荡漾……这一切变化,源自浙江大学杨肖娥教授率领的创新团队。
杨肖娥――浙江宁海梅七乡的农家女儿,1977年考入浙江农业大学土化系,从学士、硕士到博士,毕业后留校任教。1989年至1990年,杨肖蛾两次赴德国波恩大学进行合作研究;1991年和1996年两次获得德国“洪堡”研究基金,赴德国访问研究,而后又赴美国、英国访问研究……自从杨肖蛾第一次跨出国门后一发而不可收,她领略了知识颠峰的瑰丽,获得了一个又一个桂冠,与此同时,她更知道了如何以自己的学识服务于祖国的需要。
近20多年来,在我国经济迅速发展、社会繁荣进步的同时,突显了严重的土壤、水环境污染问题。如何保障食品安全?如何整治被污染土地?如何将碧波荡漾还于江河湖水,给人类一个安全可靠的生存环境……已经成为中国乃至世界亟待解决的问题。
早在1993年,杨肖娥在美国弗吉尼亚大学做博士后时,了解到西方许多国家在土壤、水环境治理方面的研究已经遥遥领先于中国,她意识到这方面的研究之于中国的紧迫性。因为杨肖娥知道,在我国被重金属、农药等污染的土壤已经达到4亿多亩,而且污染还在不断加剧。于是,她果断地调整了自己的研究方向,将研究重点放在土壤、水环境的治理上。
考虑到用传统的物理化学修复技术治理,从根本上来说并没有达到清除污染的目的,只是将污染物转移或固定在土壤中,所用的化学药剂还可能造成二次污染。她借鉴国外的经验,决定采用生物治理的方法。通过对植物耐镍、镉、锌毒害及超积累营养机理的大量研究,证实生物对重金属耐性和超积累有其本身的特点,用生物治理的方法,可以有效降低土壤的重金属含量。杨肖娥欣喜地看到,土壤生物改良和植物修复是一条费用低廉、无继发污染、节约土地资源、环境友好和可持续发展的绿色新途径,不会造成以往化学方法治理带来的污染。她提出土壤生物改良和污染植物修复工程应以特异高等植物为核心,通过植物和微生物联合作用,削减污染物,减少其向食物链迁移,从而保障农产品安全,防止污染地下水,保证人类健康,同时优化土壤物理、化学及生物学特性,提高土壤肥力,增加农业生产。这套理论和方法,为中国治理被污染的土壤,开辟了一个新的、具有挑战性的研究领域。
为了寻找到中国原生的重金属超积累植物,杨肖娥的足迹几乎踏遍祖国的山川。历经3年多的艰辛努力,1998年,杨肖蛾和同事们首次发现了中国原生的铜耐性,富集植物――海州香薷。于是开展了海州香薷修复铜污染土壤的田间实验,其相关技术已经获得国家发明专利。2002年她们又首次发现了我国原生的锌超积累植物――东南景天,同时能够超积累镉和富集铅,目前已经应用于中轻度重金属污染的农田土壤的修复、生产。中国的东南景天比国际上报道的重金属超积累植物生物量更大,具有更多优越的生物学特性,用于土壤、水修复效率更高。
杨肖娥针对水体氮磷污染和富营养化日趋严重的实际问题,在创立了浙江省第一个植物生态系统修复试验平台之一华家池的基础上,又在杭州采荷社区公园进行了富营养化水环境修复示范工程。杨肖娥率领的创新团队进行水污染治理成功的案例还有富营养化湖泊饮用水源区的除藻、水质改善、生态修复等系列技术,能使劣质水改善提高标准类别,他们还进行了绍兴汤浦水库水质保护和改善工程、临安污水处理厂尾水处理工程、城市及旅游区的湖、塘等富营养化景观水体修复工程、德清竹笋加工厂废水处理等项目。
二
继受聘“长江学者奖励计划”特聘教授后,2005年杨肖娥带领的团队又入选教育部“长江学者和创新团队发展计划”。杨肖娥表示,“这都是很高的荣誉。它们给了我一个更好的条件,我将尽全力完成规定的各项任务,使我们的研究再上一个层次。”
杨肖娥十分重视科学创新研究与本地资源环境实际紧密结合。她认为“既然是‘创新团队’,就要真正创新”。她的创新之处是在研究如何解决污染的同时,为下游提供可利用的产品,使之成为一条有机生物链。比如,在净化了遭受污染的水体、土壤后,再用那些修复特异植物反馈农业、畜牧业。几年来,杨肖娥率领团队在浙江富阳分别建立了重金属复合污染大田修复基地。同时,在上海嘉定建立了重金属中、轻污染土壤修复示范基地,该基地在不破坏农田生态环境和种植功能前提下,降低土壤重金属含量,对于提高农产品安全性,进行了积极而大胆的探索,取得了良好的效果。
杨肖娥的创新团队充满了生机与活力。她经常说“科学研究要放在国家的层面和水平上进行自主创新,解决国家的大问题,交出一份满意的答卷。”在这一理念支撑下,杨肖娥很注重团队创新精神的培养,鼓励学生自主创新。经她实验室培训的不仅有自己名下的10多名研究生,她还乐于给“非份内”的20余名学生以指导,经她培训的不仅有浙大学生,还有来自国外的研究生及进修生,杨肖娥毫无保留地把自己的知识和研究方法传授给她的学生,他们当中有的已经可以独立开展项目研究了。
通过近10年的研究攻关,她们的实验室拥有了系列植物修复技术及其配套工程,在修复领域取得了先发优势。杨肖娥说,今后的研究目标,就是继续从人体健康出发,针对我国土壤重金属、有机污染和水体富营养化的实际情况,通过植物营养学、作物遗传与育种,化学,微生物学、农药学、蔬菜学,生物物理学、土壤学等多学科综合的优势,充分发掘污染环境修复特异植物与微生物资源,明确特异植物或微生物对污染环境适应的生理生态机制,对化学污染物高效吸收、同化或积累的分子基础,进行种质改良与创新,创立具有自主知识产权的我国污染环境修复特异生物资源信息平台、种质基因库及种质基地,建立污染环境修复特异种质国家改良中心,为我国大面积的重金属和有机污染土壤与富营养化水体的修复提供创新生物材料及其利用技术。她的观点是“农业研究重在应用,不能仅局限于基础研究,研究成果必须具有应用价值;其次,也要创造社会效益和经济效益。”
杨肖娥不是个满足于“纸上谈兵”的空想主义者,她一直坚持亲自下农田考察,获得第一手实验报告,然后做出有实际应用价值的科研成果。
“咱们中国人多地少,土地有限,如果这块有限的土地存在这样那样的问题,我们将来靠什么吃饭? ”“我们的杨老师就是这样朴实地对待科学”。了解杨肖娥的人莫过于她的学生。
把科技成果转化为生产力,从学术研究到实际应用,杨肖娥用行动履行了一个科学家的职责。
众所周知,农业研究辛苦,研究周期长,出成果慢,而杨肖娥同时进行的水稻营养研究,大多是在一年里最热的三伏天进行。下过稻田的人都知道,双腿浸在湿闷的水里,不时有蚂蝗,蚊虫叮咬,头上烈日灼烤……但为了取得准确的数据,她经常在稻田里从白天工作到夜晚。她也是在用自己的行动感染教育着学生们。
初中生毕业离校后,因缺乏劳动致富的本领而苦恼。因此,在近几年教学工作中,我在初中着重开展生物实践教学,坚持把为当地经济发展培养人才,为振兴本地经济作为教学指导思想,更新理念,大胆尝试,积累了点滴做法。
一、加强实践教学、适应本地经济发展
(一)突出与本地经济相关内容,拓展延伸课本内容
实践教学过程中,我在完成教学大纲及新课标规定的教学任务前提下,深入挖掘教材,突出与本地农村养殖业发展需求密切相关的内容,补充以下内容:
1.初中生物《植物类群》增加藻类植物的培养、鉴别,提供鱼虾饵料植物。增加介绍海生植物营养学方面的知识,有利于开发当地经济品种。
2.增加鱼类分类,感受当地丰富资源,为激发学生热爱家乡的情感,我增加了“混合放养”的知识,使学生感受祖国养殖业历史源远流长,激发爱国之情。
3.结合《生态系统》中食物链、食物网及能量关系,增加鱼、虾、蟹及当地名特优海水养殖品种的生物习性和饵料关系,提高养殖品种的经济效益。
(二)开发校本课程、开设实用技术选修课
我们通过对学校外部情况和内部情况分析,从家长态度、班主任态度、学生三个方面,通过问卷、座谈等形式发放试卷1700余份,座谈36次。校本课程开境分析调查材料如下:
1.家长态度调查(请在符合要求的项目上打“√”)
(1)家长愿望与需求:
(2)家长态度调查
2.班主任态度调查(请在符合要求的项目上打“√”)
3.学生意愿调查(选择你特别喜欢的项目打“√”)
调查结果:
①85%家长愿意自己的孩子学习一些养殖技术。
②30%学科成绩中等以上学生和80%学科成绩偏低的学生喜欢与生物学相关的技术课程。
③65%的班主任持支持态度。
结果使用:
我们根据家长和学生愿望,增设《鱼类养殖技术》《对虾养殖问答》《河蟹育苗》《对虾育苗》《实用海水养殖技术》、《鱼虾病防治》《名特优养殖》《网具制作》等多种选修课,供学生有选择地学习,满足社会和个人的需求,促进当地经济的发展。
二、实施上挂、横联、下辐射的教学措施,增强技术的实效性
初中生在每年6月22日中考结束后,按照学生的能力和愿望,重新编班。实施上挂、横联、下辐射的教学措施,其基本程序是
通过上述措施增强了学生职业化意识,让学生在踏上社会之前,便学得一技之长,增强其适应当地经济发展需求的本领。
几年的尝试,初见成效:
①贴近了学生生活,缩短了教学与科技的距离,使学生掌握了一定劳动就业的本领,许多学生成了养殖能手。
②树立了科技兴农的观点,增强了科研的自信心,认同科学研究就在身边,培养热爱家乡的感情。
③增强了学习生物学的兴趣,报考农业技术学校的人数逐年增多。
④培养了学生主动探究、勤于动手的能力,实事求是、严谨认真的科学态度,和肯于吃苦的科学品质。
[Abstract] The tuberous roots of Aconitum carmichaeli are largely used in traditional Chinese medicine and widely grown in Jiangyou, Sichuan, China. During the growth process, this medicinal plant releases a large amount of allelochemicals into soil, which retard the growth and development of near and late crops. Therefore,a pure culture experiment was thus carried out by seed soaking to study the allelopathic effects of extracts from tuberous roots of A. carmichaeli (ETR) on the seed germination and young seedling growth of Lolium perenne, Trifolium repens, and Medicago sativa, the late pasture grasses after cultivation of A. carmichaeli. The results showed that three pasture grasses varied significantly in seed germination and young seedling growth in response to ETR concentrations. Seed germination of M. sativa was stimulated by low ERT concentration (0.01 g・L-1), while all of pasture grass seeds germinated poorly in solution with 1.00 g・L-1. Seed soaking with 1.00 g・L-1 also inhibited significantly the growth of pasture young seedlings, with M. sativa showing the highest seedling height reduction of 42.05% in seeding height, followed by T. repens (40.21%) and L. perenne with about 11%. Cultivation of L. perenne could thus be beneficial to increase whole land productivity in A. carmichaeli-pasture grass cropping systems. In addition, hydrolysis of protein, starch, and inositol phosphates was blocked and free amino acids, soluble sugars and phosphorus were decreased in seeds by seed soaking with ETR, which could be one of the reason for the inhibition of seed germination. There was a significant reduction in root vigor, nitrate reductase, and chlorophyll after the seed treatment with ETR, indicating the suppression of nutrient uptake, nitrate assimilation, and photosynthesis by allelopathic chemicals in ETR, which could lead to the slow growth rate of pasture grass seedlings.
[Key words] Aconitum carmichaeli; extracts of fibrous root; pasture grass; allelopathic effect
doi:10.4268/cjcmm20152107
乌头Aconitum carmichaeli Debx属毛茛科多年生草本植物,块根入药,具有强心、镇痛、抗炎、降低血糖、局部麻醉、兴奋垂体-肾上腺皮质系统等多种作用,是传统的大宗地道中药材之一[1-2]。其中,乌头碱、中乌头碱和次乌头碱等双酯型生物碱是乌头块根中的有效和毒性成分,其含量较高,也可能是乌头生长过程中向环境释放的重要化感物质[3]。
药用植物通过根系分泌向土壤释放化感物质的现象十分普遍。在种植黄花蒿的非洲和北欧土壤中,青蒿素可达11.7~25 mg・kg-1[4-5],抑制小麦、玉米、莴苣、萝卜、油菜、甘蓝等多种作物的种子发芽和幼苗生长,造成减产[6-8],并对绿藻产生较强的毒害作用[9]。黄连根系内含小檗碱、黄连碱、甲基黄连碱等多种生物碱,显著降低蚕豆、豌豆、萝卜等多种作物的种子发芽率和幼苗生长速率[10]。在生产实践中人们也发现,种植乌头的周围和后茬作物生长欠佳,产量降低。
植物释放的化感物质对周围其它植物产生有利或有害作用,使之处于生存竞争的优势地位,有利于扩大自己的生存空间和种群数量[11]。研究化感作用可了解生态系统中植物群落的发生、发展和演替规律,调控植物生长发育,减轻化感危害[12]。四川省江油市种植乌头的历史悠久,是我国道地乌头药材的主产区,约占全国乌头总产量的70%,种植乌头对周围和后茬作物的影响尚待评估。为此,论文作者选择当地乌头种植的后茬牧草――黑麦草、白三叶和紫花苜蓿为对象,研究了乌头块根提取物对种子萌发、幼苗生长和部分生理指标的影响,旨在了解乌头的化感作用,为减轻化感效应和保持土地生产力提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试牧草种子分别为黑麦草Lolium perenne、白三叶Trifolium repens和紫花苜蓿Medicago sativa,由西南大学动物科学学院提供。
乌头块根由四川省江油市药材加工厂提供,(40±1) ℃烘干至恒重,粉碎过2 mm筛,其中的双酯型生物碱(diester-alkaloids,DEA)为0.55 g・kg-1 [13]。准确称取10.000 g,加100 mL蒸馏水,40 ℃振荡浸提(150 r・min-1,4 h),抽滤,滤液用蒸馏水定容至100 mL,获得乌头块根浸提液(extracts from tuberous roots of Aconitum carmichaeli,ETR),相当于每1 mL含100 mg ETR或55 μg DEA。
1.2 试验设计
选取均匀一致的牧草种子,1.0 % H2O2消毒1 min,去离子水洗净,分别置于无(对照)、低、中、高,即ETR 0,0.01,0.10,1.00 g・L-1的浸提溶液中,25 ℃吸涨24 h。然后取50粒种子,置于直径10 cm、底部铺有3层滤纸培养皿中,进行种子发芽和幼苗培养(25±1) ℃,光暗周期12 h,光照强度5 000 lx,每天适量补充去离子水和Hoagland营养液),试验重复4次。
1.3 测定项目
以胚根长度达到1 mm为标准,每隔24 h统计一次种子的发芽数,如连续2 d发芽种子数无增长视为发芽完全,种子发芽率=(发芽的种子总数/供试种子总数)×100%。
在种子吸涨48 h时,取出部分种子,用硫酸-过氧化氢消化,钼蓝比色法测定全磷,水浸提-钼蓝比色法测定可溶性磷[14];用蒽酮比色法测定可溶性糖,酸解-蒽酮比色法测定淀粉含量;用考马斯亮蓝法测定蛋白质,水合茚三酮法测定游离氨基酸总量[15]。
在培养14 d时,用直尺测定苗高和最大根长,TTC法测定根系活力,磺胺-萘胺比色法测定叶片硝酸还原酶活性,丙酮浸提-分光光度计法测定叶绿素含量[15]。
1.4 数据处理
用Excel 2003对试验数据进行基本计算,DPS 6.50软件进行统计分析,显着水平设置为P≤0.05。
2 结果与分析
2.1 ETR对种子发芽与幼苗生长的影响
牧草品种不同,种子发芽和幼苗生长对ETR浓度的响应也不一样。低浓度的ETR(0.01 g・L-1)促进紫花苜宿种子发芽;用ETR 1.00 g・L-1(高浓度)浸种,3种牧草的种子发芽率比对照降低36.31%~49.42%。此外,低浓度的ETR促进白三叶和紫花苜蓿的幼苗生长,0.10 g・L-1(中等浓度)对黑麦草幼苗生长有刺激作用,但高浓度均会抑制幼苗生长,苗高的最大降幅紫花苜蓿(42.05%)≥白三叶(40.21%)> 黑麦草(10.64%),根长变化与之类似,见表1。
2.2 ETR对牧草种子内含物的影响
ETR浸种对牧草种子蛋白质、可溶性氨基酸、淀粉、可溶性糖、全磷和可溶性磷含量的影响见图1。
2.2.1 淀粉与可溶性糖 随ETR浸种浓度的提高,黑麦草和白三叶种子的淀粉含量呈逐渐增加的趋势,但紫花苜蓿无显著变化。相反,与对照相比,种子可溶性糖含量则随ETR浓度的提高呈降低趋势(用0.01,0.10 g・L-1处理白三叶例外),最大降幅可达28.72%~63.53%。
2.2.2 蛋白质与游离氨基酸 与淀粉和可溶性糖的变化相似,随ETR浸种浓度的提高,黑麦草和紫花苜蓿种子种的蛋白质含量提高,但白三叶无显著变化。相反,与对照相比,种子可溶性氨基酸含量则随ETR浓度提高呈降低趋势,最大降幅可达23.94%~64.03%。
2.2.3 全磷与可溶性磷 用ETR浸种48 h后,黑麦草和白三叶种子中的全磷含量随ETR浓度的提高呈逐渐增加的趋势,紫花苜蓿则无显著变化。相反,与对照相比,种子可溶性磷含量则随ETR浓度的提高呈降低趋势(用0.01,0.10 g・L-1处理白三叶例外),最大降幅为33.09%~64.98%。
2.3 ETR对幼苗生理指标的影响
ETR对牧草幼生理指标的影响因品种和ETR浓度不同而异。与不加ETR(对照)的处理相比,中等浓度的ETR对黑麦草根系活力无显著影响,但显著提高硝酸还原酶活性和叶绿素含量;用高浓度的ETR浸种后,其根系活力、硝酸还原酶活性和叶绿素含量依次比对照降低61.53%,39.84%,33.87%。但对白三叶和紫花苜蓿而言,低浓度的ETR提高根系活力、硝酸还原酶活性和叶绿素含量;高浓度的ETR则相反,依次比对照降低88.73%~89.37%,10.82%~58.59%,31.54%~56.34%,见表2。
3 讨论
药用植物释放化感物质抑制其他植物生长的现象十分普遍[16-19]。广藿香的根系分泌物对萝卜生长具有抑制作用[20]。黄花蒿能通过茎叶淋溶,根系分泌和植物残体等途径向土壤释放青蒿素类化感物质,抑制燕麦、黄瓜、菜豆和大白菜等多种作物的种子发芽和幼苗生长[21-23];对蚯蚓的半致死浓度LD50仅1.24 mg・L-1,远远低于黄花蒿土壤中的青蒿素(11.7~25 mg・kg-1)[4,24];但低浓度的青蒿素促进穿心莲和甜菜的生长发育,高浓度仍具抑制作用[25]。此外,低浓度的黄连根系浸提液对豌豆和蚕豆种子发芽率无显著影响,但随处理浓度的提高,抑制种子发芽和幼苗生长[10]。与之类似,ETR对3种牧草的种子发芽和幼苗生长也呈现“低促高抑”的现象,说明在乌头生长过程中,大量释放的化感物质可直接或间接抑制周围及后茬作物的生长,造成减产,但有益于扩大自己的生存空间和种群数量,使之处于生存竞争的优势地位[10]。值得注意的是,ETR对黑麦草种子发芽和幼苗生长的影响显著小于白三叶和紫花苜宿,前者对幼苗生长的抑制率仅10%左右,后两者超过40%,表现出明显的种间差异。因此,在乌头-牧草种植系统中,选择对ETR相对不敏感的黑麦草,有益于提高整体生产水平。此外,根据ETR对植物生长的促抑作用可能开发出新型天然源植物生长调节剂,促进或抑制植物生长,提高作物产量或防控杂草。
在种子发芽时,胚乳中的淀粉和蛋白质分别水解为单糖和氨基酸,然后再经合成作用构建植物体[26]。在本研究中,随着ETR浓度的逐渐增加,牧草种子的蛋白质和淀粉含量增加或无显著变化,而游离氨基酸和可溶性糖均呈降低趋势。说明ETR可能抑制胚乳中蛋白质和淀粉的水解,导致游离氨基酸和可溶性糖的含量减少,缺乏构建新植物体的前体,进而影响种子的萌发;在种子发芽过程中,胚乳中的肌醇磷酸钙镁盐水解为可溶性磷,供给幼苗磷素营养[27]。随着ETR浓度增加,在种子发芽和幼苗生长受到抑制的同时,可溶性磷的含量在降低,说明ETR中的化感物质可能抑制了肌醇磷酸钙镁盐的水解,减少磷素营养的供应。
根系活力是根系内多种呼吸酶活性的综合体现,与养分吸收密切相关[28],根系活力强,有益于养分吸收[29];硝酸还原酶催化植物氮素同化的原初反应――硝酸盐同化,是植物利用氮素的关键酶之一[30];叶绿素参与光能的吸收,对光合速率的影响甚大[31];其含量高低通常还能指示植物氮素营养的丰缺状况[32]。用ETR 0.10~1.00 g・L-1浸种,不同程度地降低3种牧草幼苗的根系活力、硝酸还原酶活性和叶绿素含量,说明可能ETR中的化感物质可能妨碍养分吸收,氮素供应、氮素同化和干物质积累,这可能是ETR抑制幼苗生长的原因之一。
总之,ETR抑制供试牧草种子发芽和幼苗生长,并表现出明显的浓度效应和种间差异。ETR抑制种子蛋白质、淀粉和肌醇磷酸钙镁盐水解,降低根系活力、硝酸还原酶活性和叶绿素含量可能是抑制种子发芽和幼苗生长的原因之一。
[参考文献]
[1] 张欢强,慕小倩,梁宗锁,等. 附子连作障碍效应初步研究[J]. 西北植物学报,2007,27(10):2112.
[2] 吴克红,唐力英,王祝举,等. 附子的化学和生物活性研究进展[J]. 中国实验方剂学杂志,2014,20(2):212.
[3] 袁小红,杨婷,刘卓,等. 生附子总生物碱及其水解产物中双酯型和单酯型二萜生物碱的分析[J]. 安徽农业科学,2013,41(6):2385.
[4] Jessing K K,Cedergreen N,Jensen J,et al. Degradation and ecotoxicity of the biomedical drug artemisinin in soil[J]. Environ Toxicol Chem,2009,28(4):701.
[5] Delabays N,Simonnet X,Gaudin M. The genetics of artemisinin content in Artemisia annua L. and the breeding of high yielding cultivars[J]. Curr Med Chem,2001,8(15):1795.
[6] 何军,王三根,丁伟. 青蒿浸提物对小麦化感作用的初步研究[J]. 西南农业大学学报:自然科学版,2004,26(3):281.
[7] 赵红梅,杨顺义,郭鸿儒,等. 黄花蒿对4种受体植物的化感作用研究[J]. 西北植物学报,2007,27(11):2292.
[8] 高志梅,李拥军,谷文祥. 青蒿化感作用的初步研究[J]. 华南农业大学学报,2007,28(1):122.
[9] 吴叶宽,袁玲,黄建国,等. 青蒿素对绿藻的化感效应[J]. 中国中药杂志,2013,38(9):1349.
[10] 李倩,吴叶宽,袁玲,等. 黄连须根浸提液对2种豆科植物的化感效应[J]. 中国中药杂志,2013,38(6):806.
[11] 黄乔乔,沈奕德,李晓霞,等. 外来入侵植物在中国的分布及入侵能力研究进展[J]. 生态环境学报,2012,21(5):977.
[12] 高兴祥,李美,高宗军,等. 外来入侵植物小飞蓬化感物质的释放途径[J]. 生态学报,2010,30(8):1966.
[13] 刘卓,晏星,徐春霞,等. 附子双酯型生物碱的提取工艺研究[J]. 中药材,2011,34(11):1781.
[14] 杨剑虹. 土壤农化分析与环境监测[M]. 北京:中国大地出版社,2008.
[15] 曹建康. 果蔬采后生理生化实验指导[M]. 北京:中国轻工业出版社,2011.
[16] 张爱华,郜玉钢,许永华,等. 我国药用植物化感作用研究进展[J]. 中草药,2011,42(10):1885.
[17] 周洁,王晓,刘建华,等. 白花丹参和紫花丹参对菘蓝化感效应比较研究[J]. 中药材,2013,36(9):1389
[18] 王雄飞,刘春生,高鹏,等. 三七水提液对几种植物种子萌发和幼苗生长的化感作用[J]. 中国农学通报,2014,30(4):299.
[19] 王田涛,王琦,王惠珍,等. 当归自毒作用和其对不同作物的化感效应[J]. 草地学报,2012,20(6):1132
[20] 李玲梅,李明. 广藿香根系分泌物的化感自毒作用研究[J]. 湖北农业科学,2011,50(24):5168.
[21] 赵红梅. 黄花蒿(Artemisia annua L.)化感物质的释放途径及其主要化感物质的分离鉴定[D]. 兰州:甘肃农业大学,2008.
[22] 沈慧敏. 黄花蒿(Artemisia annua L.)化感物质释放途径及化感作用机理研究[D]. 兰州:甘肃农业大学,2006.
[23] 白祯,黄h,黄建国. 青蒿素对蔬菜种子发芽和幼苗生长的化感效应[J]. 生态学报,2013,33(23):7576.
[24] 黄h,袁玲. 青蒿素的化感效应及机理研究进展[J]. 贵州农业科学,2011,39(6):111.
[25] Dule S O,Vaughn K C,Croom E M,et al. Artemisinin,a constituent of annual worm wood(Artemisia annua),is a selective phytotoxin[J]. Weed Sci,1987,35:499.
[26] 潘瑞炽. 植物生理学[M]. 北京:高等教育出版社,2008.
[27] 陆景陵. 植物营养学.上册[M] .2版. 北京:中国农业人学出版社,2010.
[28] 刘志玲,程丹. 植物抗旱生理研究进展与育种[J]. 中国农学通报,2011,27(24): 249.
[29] 齐文增,刘惠惠,李耕,等.超高产夏玉米根系时空分布特性[J]. 植物营养与肥料学报,2012,18(1):69.
在课程体系和学分制实施方面,国外设置的课程类别大致与我国相同,全部课程包括公共基础必修课、专业必修课和选修课。国外实施学分制与我国一个明显的不同点是,国外学生在选修上的自由度非常大。专业课数量众多、涉及面广,在指定选修课和必修课中也设置若干门课程让学生自由选择,甚至允许在校内其他系或学院选修其他领域的课程;在我国,学分制中规定的必修课学分多而选修课学分少,而且在选修课中,也只有本系开设的选修课程或一些全校性的选修课可供选择,而这些选修课少到若漏选一门则可能学分不够,使学生在近乎完全同一的模式中学习,这就造成了培养出的人才知识结构单一,难以应付实际工作中的各种问题。正是由于这个原因,导致国外不严格限制学习时间,学生只要修满学分即可毕业,而我国依然实行四年制本科教育。
二、环境科学专业教学改革发展方向
环境科学的独特性决定了高校环境类专业所需基础课内容广,专业课门类多。然而,学生在校时间有限,如何在课程设置充分体现以培养“综合型”人才为目标,制订出较为合理的教学计划,至关重要。
1.拓宽基础,文理渗透环境问题不仅仅是自然科学和技术工程范围内的问题,而且是一个社会经济问题。在解决具体的环境问题时,往往需要综合考虑环境、资源、技术、经济、市场等多方面的因素。因而,课程设置时应考虑多渗入经济、人文及行为科学的内容,加强文理渗透,提高人文修养,尤其是必须进行经济、管理、政策、法律等方面的教育。欧美发达国家高校环境类专业的课程设置无统一模式,但其共同的特点是具有宽厚的基础,几乎数理化、天文、地质、生物及社会科学等方面的内容都设有必修课或选修课。基础课主要集中在数学、化学、力学、经济、人文及行为科学等方面。美国佛罗里达大学环境类专业其文科课程约占总学分的13%,体现了文理渗透、加强素质教育的意图。美国杜克大学环境学院还开设职业写作、职业技能等多门职业素质教育课程。Brown大学环境科学中心执委会成员的职责之一就是指导学生根据各自的特点和爱好制订有效的和多样化的专修课程计划,使所选课程密切相关,并以一体化的论文为终点。这些做法都值得借鉴。
2.发挥特长,办出特色我国目前办环境类专业的院校不少。各高等院校应发挥各自特长,办出自身特色,不应强求统一模式。要注重专业课程的补充更新,通过开新课或在原有的课程中补充若干新章节来更新充实教学内容,使之能及时敏锐地反映学科的新进展以及当前环境决策和举措中的新观点和新动向,尽可能使学生能跟上时代的发展。
3.多设选修课,扩大选课自由度目前,我国高校选修课程占总学时比例小,可供学生选择的范围非常有限。这样的教学计划必然导致同校同专业的学生所学课程都相似,极大地制约了学生的个性发展与能力培养。国外高校这方面做得较好,如德国Stuttgrat大学选修课约占总学时的30%。英国的一些大学为解决因师资不足造成选修课缺乏现象,甚至可跨校、跨国选修课程。这些做法值得我们参考与借鉴。此外,可让学生自己选择毕业论文的研究方向与内容,并让他们在高年级阶段围绕该研究方向与内容选修相关的专业课。这样同一学校同一专业毕业的学生,所学的专业课可能差别较大,以避免知识结构单一。
4.加强实践性教学环节由于环境科学具有很强的实践性,培养学生从事科研和工程设计与实践的能力显得特别重要,因而不可忽视实践性教学环节,包括实验室工作、项目设计、野外实习等形式。对于实践性强的课程,讲课时间应少于实践课时间,精讲多练。通过实践性教学环节可以让学生了解环境科学专业的性质,加强培养学生的实际工作技能、实验能力、科研和工程设计能力,同时掌握科技论文写作方法,参与学术交流。让学生在大学阶段多参与一定的科研工作或参与完成实际工程,对提高就业率也是一个行之有效的途径。
三、环境科学专业教学模式探讨
1.环境科学专业课程模块和内容体系我国环境科学专业的课程模块大致如图3所示。环境科学专业的知识结构和体系应体现强化专业基础,拓宽专业方向,重视专业技能的改革的基本原则。其基本思路就是:第一,把环境科学的课程体系作为一个系统,按照课程体系的知识结构层次和认识规律的要求,确定各门课程的地位和作用,组织、选择和合理安排课程的教学内容及相应的教学要求。第二,按知识体系的功能与作用将课程体系分为理论基础、技术基础、工程原理基础和专业基础以及专业课五个基本模块,各模块所设基本课程见图4所示。这样的课程结构能更好的反映不同层次的课程所能提供的知识内容,更能反映社会发展对人才质量的要求。在具体办学当中,各大学依据自己的办学特色和对学生的不同要求对于专业课程的安排各有不同。如综合性大学的课程设置比较全面,涉及到了化学、环境管理学、环境工程学、环境伦理学、环境生态学等各个方面;工业类大学则侧重工业的特点,开设了一些偏重于环境工程方面的课程,如哈尔滨工业大学将大气污染控制工程、水污染控制工程、固体废物处理与资源化、环境影响评价与环境规划等作为其主干课程;地矿类大学将其专业课偏重于地质学方面的内容,如中国地质大学开设了水文地质学基础、环境地学等地质类的课程;师范类大学侧重环境管理和生态学方面的培养,主要开设了环境规划与管理,环境生理学、植被生态学、城市生态学、污染生态学等作为其主要专业课程;林业类大学主要开设了环境与资源保护法学、水土保持学、生态学等偏重于资源和水土保持方面的课程而体现出其专业特色;化工类大学主要开设了有机分析、现代生命科学导论、分子生物学、化工工艺学等偏重于生物和化学类的课程作为其基础课程,体现出其在化学工程和生物工程方面良好的专业基础;农业类大学则十分重视土壤、资源和生态方面的课程,主要有土壤学、植物营养学、土壤地理与调查、土壤-植物-环境分析、养分资源管理、资源环境信息技术、普通生态学,农业生态学等课程。
2.环境科学专业实践性教学环节改革目前,环境科学专业实践教学环节还仍然比较薄弱,还不能完全与课堂教学内容相适应,不能满足学生动手能力和创造能力培养的需要。因此,为培养合格的环境保护人才,全面提高环境科学专业学生的科学素质,加强环境科学实践性教学以提升教学质量和教学效果则显得尤为必要。针对环境科学专业的性质和培养目标提出环境科学专业实践教学环节应包括认识性环境实习、环境专业课程设计、生产实习和毕业论文等四个环节。认识性环境实习。主要包括:①一定区域内自然环境、人文环境的现状,如森林、灌木、草原的天然分带性,草原生态环境现状,干旱戈壁、沙漠环境现状,城市环境特征及现状;②环境演化及其环境效应,如河流源区的森林涵养水源效应,沙漠绿洲的形成演化及其环境效应;③生态环境问题和环境污染问题,如干旱内陆河流域的水环境问题,戈壁、沙漠生态环境及问题,矿山环境问题,城市环境问题等;④环境保护措施和污染防治技术,如生态环境保护措施,土地荒漠化及沙漠治理技术,“三废”污染防治技术等。(2)环境专业课程设计。环境专业所开设的专业课程都是实践性很强学科知识,这就决定了所有专业课程的教学都应包含有实践教学的内容。例如,《环境监测与评价》必须要有各种监测仪器使用操作的实践教学内容,也包括对取得的数据进行环境质量评价的过程;《水污染控制原理与技术》课程应有污水净化机理的实验和污水处理工艺流程等实践教学内容;《大气污染控制原理与技术》课程应安排大气颗粒污染物物理性能检测、大气污染物净化等试验和安排去火电厂参观烟气除尘装置;《固体废物处理处置及资源化》课程实践教学内容主要包括固废的收集、转运、分类贮存,压实、破碎、分选、固化,发酵堆肥,热解、焚烧,填埋处置及资源化利用等技术过程。(3)生产实习的内容。环境科学专业生产实习的内容既包括专业课程设置所涵盖的内容,也包括教科书中还没有反映的相关内容。主要有环境现象和环境问题调查分析方法,环境质量监测技术,环境影响评价方法,污染控制原理和治理技术方法,环境地质灾害预测评价,环境政策、法律和环境管理等。环境生产实习要求学生亲自参与环境保护实践工作,如参与区域生态环境现状调查分析,对大气、水、土壤污染状况进行监测,参加一项建设项目的环境影响评价工作等。(4)毕业论文的内容。毕业论文实行导师制,即由一名本专业讲师以上职称的老师或校外相关技术人员担任导师,指导3~5名学生进行毕业论文的写作。内容可涉及环境科学相关专业所有知识点。
[中图分类号]G648.4 [文献标识码]A [文章编号]1005—5843(2012)03—0083—03
[第一作者简介]刘占柱,吉林农业大学教务处副处长、副研究员(吉林长春 130118)
高等教育的本质,就是建立在普通基础教育之上的专业教育。专业作为一种建制,一种知识生产、传播与分配制度,一种人才培养与管理的制度,规定着知识范围的边界、教育资源的分配、人力资源的结构与流向,反映了经济与社会发展对专门人才的种类、规格、知识能力与素质的根本要求。高等农业教育在我国经济发展中发挥着重要作用,如何适应我国全面建设小康社会和构建和谐社会的要求,加快专业结构调整步伐,构建科学、合理的专业结构体系,培养适应经济社会发展要求的高素质专门人才,已经成为新世纪我国高等农业教育的紧迫任务。
一、地方农业院校专业结构存在的问题
1.专业布局不合理。2002年以来,我国高等教育规模迅速扩大,高校招生规模大幅度增加。为了支撑招生规模,各高校急于增设新专业,部分专业设置存在盲目性,多数原来的以农为主的单科性院校逐步向多科性或综合方向发展,专业规模不断扩大。一些高校存在功利主义办学倾向,不考虑办学条件,只追求种类多、规模大,专业设置带有很大的随意性,出现了较为严重的专业结构趋同现象和专业布局不合理现象。一些专业招生规模过大而另一些专业招生规模过小,毕业生既供大于求又不能满足需要,造成了人才培养结构性短缺和结构性浪费、结构性失业共存的现象。
2.专业特色不突出。多数农业高校学科专业的设置缺乏特色,定位不明,不同学校的相同专业在培养目标、课程体系结构、教学内容和教学方式等方面差别甚微,培养目标、服务面向和人才规格趋同。多数地方高等农业院校在学科专业建设中存在研究方向偏多、与经济社会发展结合不够紧密等问题,导致研究资源分散,特色不够鲜明,与国家和各省地方经济发展的实际需求还存在一定差距,逐渐丧失原有的发展优势、特色和在同一领域的影响力。
3.专业内涵不完善。一些农业高校只重视专业设置,不重视专业建设,或者是只求改名,新瓶装老酒,与专业调整的方向南辕北辙。农业高等教育基础还比较薄弱,很多专业水平在过去相当长一段时间里还处于比较初级的发展阶段,许多学科专业,尤其是新兴学科专业,只解决了“有”和填补空白的问题,基本谈不上提高质量和水平。这不仅表现在学科专业的培养目标、培养方案等建设上,也表现在课程教材、师资、教学模式等的完善上。不少农业高校教师过分重视理论教育和知识传授,忽视专业实践教学和专业能力的培养,整个教育教学活动封闭于学校、课堂和教室。对前沿问题关注少、基础理论陈旧、教师缺乏专业实践经历、教育观念保守、教学内容狭窄空洞、教学方法封闭死板、专业结构与课程体系不合理、培养模式单一等,这些都是各地方高等农业院校的共性问题。
4.专业建设经费不足。一些专业仪器设备老化陈旧,高精尖仪器设备少,缺乏多功能校内教学实习基地,实验室面积不足,缺少学生实践、学习、交流场所。实验条件以及图书资料欠缺,先进的大型仪器设备少、不配套、共享不足,不能很好地满足专业建设需求,严重影响了专业发展。
5.专业审批不严格。许多新增专业不经充分论证。不考虑资源盲目上马、“一哄而起”,使这些专业在师资、设备、场地、用房等方面出现严重短缺不足,很多学校出现一套人马办两个专业现象,甚至有一个教师办一个专业的现象。教学质量得不到保障,人才培养质量不高。
6.人才培养机制不灵活。不少农业院校按统一的要求设置课程、组织教学,与专业对应的有专业教研室、专业实验室和固定的专业教师,学生经录取后一般固定在某个专业学习,没有选择专业、课程、教师的权力。在这种机制下,农业高校难以建立人才培养与社会经济发展相适应的自我调节机制,专业设置与经济发展脱节的情况时常出现。专业的存在与否跟该专业教师的切身利益紧密相关,学校对一些传统专业进行调整和改造非常困难,甚至出现因人设专业的怪现象。教师不愁没书教,安于现状,课程体系、教学内容、教学方法和手段改革缺乏动力。同一学校内院与院、系与系、学科与学科之间的分割,使资源重复配置,难以共享,制约了跨院系、跨学科的专业发展,使学科专业难以适应科技的发展和社会需要。专业固化制约了教育教学改革的深化,限制了学生全面素质的提高和个性的发展,造成高等教育与社会经济和科技发展相脱节,这种专业设置体制已远远不适应社会主义市场经济发展。
二、专业结构调整对策
1.确立专业设置和调整的原则。农业高等学校的专业设置及其调整应当遵循以下原则:适应国家和地方经济建设、科技进步和社会发展需要,遵循教育规律,正确处理需要与可能,数量与质量,当前与长远,局部与整体,特殊与一般的关系;有利于提高教育质量和办学效益,形成合理的专业结构和布局;有利于深化教学改革,提高办学水平与层次,形成与国家经济、科技、文化和社会发展相适应的高等教育学科专业布局和人才培养结构;有利于增强学生的“就业意识”,充分考虑毕业生就业因素和办学资源的有限性,结合学校自身条件,坚持有所为有所不为的原则,拓宽专业口径,灵活设置专业方向,主动适应我国社会发展和地方经济建设的需要;坚持优先发展优势专业以及体现学校特色的专业,大力发展面向支柱产业、高新技术产业、服务业的应用型专业,适应我同社会主义现代化建设的需要;立足于加强传统专业的改革和改造,鼓励充分利用现有学科和教学资源,积极探索建立有交叉学科的专业,体现其专业发展的综合性和先进性。
2.科学调整专业结构,使专业群与地方农业经济产业链形成良好对接。地方农业院校应按照地方农业农村经济及社会发展的要求,依托纯农专业生产技术向农业产前、产后拓展延伸,构建与农村产业调整相适应的专业群。在改造老专业,培植其新的增长点,提高传统专业活力的基础上,改变原来的单纯面向农业生产技术培养人才的状况,将专业设置向农业生产链条的前后双向延伸。要依托本省资源优势,结合社会热点问题大力培植涉农专业,面向区域发展打造优势特色学科专业群。如古林农业大学可以围绕吉林省地方经济建设及长白山区域特产资源、黄金玉米带的优势和西部荒漠化治理的实际,着力打造作物栽培学与耕作学、预防兽医学、食品科学、动物营养与饲料科学、植物病理学、土壤学、果树学、作物遗传育种、植物营养学、中药学、应用化学、野生动物与自然保护区管理等优势特色学科专业,并针对吉林省支柱产业和社会发展需求,不断优化学科研究方向,在作物优质高产栽培、动物比较营养学、生物技术育种、生物反应器与药物开发、菌物研究与开发、长白山资源可持续开发与利用、土壤改良培肥、玉米大豆和畜产品深加工、生物防治、中药现代化、动物生产及疫病防治、农作物和畜禽新品种选育与快繁、农业经济理论与政策等方面的特色更加明显,优势更加突出,可以形成良好的品牌效应。
3.完善专业论证与评估制度,保证专业设置和建设的科学性。设立专业建设指导与评估组织机构,对专业设置严格把关,科学规划学校的学科和专业结构体系,要拓宽本科专业口径、扩大々业基础,主干学科或主要学科基础相同的专业应尽可能合并,增强学生适应性。完善评估制度,要定期对学校专业进行评估,尤其是新建专业,对达不到标准的要限期整改,停招直至撤销,形成专业发展的动态调整机制。同时,检查和诊断专业建设的不足之处,明确投人方向,加强专业建设,提高专业人才培养与社会需求的符合度。
4.遴选专业带头人,保证专业建设有专人负责。每个专业设立专业带头人,明确其岗位职责,给予其应有的权力与利益。专业带头人的职责包括:全面负责本专业的人才培养工作,组织制定和落实专业建设规划,努力提高专业教学质量和教学水平;掌握学科发展动态及社会对专业人才的需求,能对本专业人才培养目标和人才服务面向进行准确定位,负责组织制定本专业人才培养方案;组织专业课程教学大纲及实践教学大纲的制定工作;按要求配备学生指导教师;组织专业人才需求状况调研,了解毕业生就业及工作情况,为调整专业人才培养方案提供依据;积极组织开展专业教学改革研究,探索适应社会发展需求的人才培养模式,加强专业教学管理,提高专业人才培养质量;负责制定和落实本专业师资队伍培养计划;负责组织本专业的课程建设、实验室建设、校内外教学实习实训基地建设,制定专业教学实习、生产实习计划,负责学生综合实习、毕业论文(设计)等实践性教学环节的安排;积极组织本专业学生的入学专业教育、选课指导、考研咨询、就业教育与指导;每年总结其履行职责情况,提出下一年的专业建设计划。
5.加强政府对专业建设的宏观指导,克服专业“同质化”倾向。要发挥政府的宏观调控功能,限制学校规模扩张和贪大求全的强烈冲动,对一些学校片面强调专业设置的自,盲目发展热门或投入少的新学科专业的做法加以引导和协调,解决政府宏观调控与学校局部利益的矛盾问题。要求学校在新专业设置前必须召开由教育厅、行业协会、相关用人单位参加的人才需求与办学条件论证会,对拟增设专业的定位、人才培养方案、社会需求、学校办学条件和现有学科支撑等进行充分的论证,使设置的专业符合地方社会经济发展需求并具备基本的办学条件,克服“同质化”现象。要求学校减少盲目性,加强民主、科学决策,不要一味追求所谓热门专业,要有所为,有所不为,形成具有自身特色和优势的适应市场需要的结构合理的专业体系。
6.打破专业固化,建立以课程组合为特征的专业教育模式。各农业院校应打破专业固化,建立课程组合专业教育模式。根据社会发展和学生的需求,构建各类专业的学科基础、设立大专业平台、建立模块课程、灵活设置专业方向,确定各种专业的培养目标和培养规格,构建专业所必须的知识、能力、素质结构,规定专业的核心和主干课程以及其他必要的教学环节,扩大选修课的比例,通过基础课程、专业课程、素质拓展课程三个平台课程的科学设置,促进课程体系与教学内容整体优化,突出核心课程,促进专业教育与通识教育相结合,科学教育与人文教育相融合,努力构建创新人才培养体系。学生根据学校的规定和要求,在导师的指导下,自主选择课程和任课教师,通过对专业方向和模块进行选择和组合达到不同的专业教育要求,甚至学生可以自主选择新专业,这就达到了以学生为本,以提供个性化的教学服务,促进学生成长成才为根本出发点,着力培养大学生的学习能力、实践能力、创新能力,促进学生知识、能力、素质协调发展的目的。
7.建立具有自身特色和优势的专业体系。各地方农业院校应加强专业建设,发挥本校优势,办出特色,努力形成特色优势专业与地方特色优势产业的对接。为优势和特色专业制定优惠政策,通过稳定、培养和引进等措施,使人才队伍的实力大幅提升,增加资金投入,对重点优势学科专业强化硬件设施配置,增强这些学科专业为地方经济建设与社会发展提供科技创新和高层次人才培养的能力。如吉林农业大学针对吉林省建设粮食大省、牧业大省、林业大省、北方特产大省、农产品加工大省的农业经济特色,对一些相关的省部级重点学科车和优势特色专业进行重点建设,每次进行专业调整和增设新专业时,都充分地考虑到学校资源的共亭和整体办学效益的提高,使学校人才培养的专业结构与资源配置之间形成一种良性、科学、协调的关系。使新办专业所需的资源与其他一些已有专业可实现高度共享,这样既提高了学校的办学功能,又提高了学校的办学效益和效率,取得了较好效果。
科技平台是支撑农业科技进步、凝聚和培养高层次人才队伍、促进国际合作交流、保障现代农业发展与新农村建设的物质基础与条件,是国家农业科技创新体系的重要组成部分。加快科技平台建设与发展,提高科技平台运行管理能力和服务水平,推进科技平台交流协作和资源共享,充分发挥其在学科发展、自主创新和人才培养等方面的支撑作用,对于促进国家农业科技创新发展具有重要意义[1]。中国农业科学院作为国家级农业科研机构,不但肩负着把握世界农业科技前沿,抢占农业科技制高点的重任,而且肩负着引领全国农业科研力量,满足国家农业重大战略需求的重任。面对世界农业科技发展新变革和国家农业重大战略新需求,中国农业科学院正在谋划加快建设若干具有国际一流水平和竞争力的世界级农业科学中心和一批引领全国农业科技风向的国家级农业科技中心,围绕新时期宏伟蓝图和发展目标,加快建设与之相匹配的多层级、高水平、共享度高的平台体系,充分发挥平台在学科、人才、团队和项目中的聚集作用,为农业科技创新提供基础支撑。
1新时期农业科技平台发展的形势与需求
1.1世界科技发展日新月异,平台建设必须主动迎接科技变革新挑战
21世纪以来,新科技革命步伐进一步加快,科学和技术迅猛发展并高度融合,新兴学科与传统学科不断融合与交叉,世界各国抢占农业科技发展制高点的竞争愈发激烈,全球农业科技正进入创新集聚爆发和新兴产业快速成长的关键时期。特别是现代生物技术、信息技术、材料技术、制造技术等高技术迅猛发展,为农业科技发展带来了新的方法和手段,注入了新的活力,给农业科技平台建设提出了新课题。重大工程设施、工程技术中心等科技平台是支撑现代农业科学发展必不可少的基础条件,比肩国际的重大科技平台更是衡量一个国家科学技术发展水平、创新能力、综合国力和国际竞争力的重要标志之一[2]。面向世界农业科技前沿,在农业生物技术、农业物联网、农业大数据等高新技术研发方面,在生物育种、生物能源、农产品精深加工等新兴产业研究方面,迫切需要打造一批起点高、装备强,具有战略性和标志性的重大科技平台,占领农业科技的制高点,进一步强化农业基础性、前沿性、交叉性科学研究,缩短与世界先进农业科技水平的差距,支撑未来我国农业战略性新兴产业的发展。
1.2我国农业发展方式加速转型,平台建设必须全力满足国家农业科技新需求
党的十提出了“工业化、信息化、城镇化、农业现代化同步发展”的战略任务。然而,当前农业仍是“四化”同步的“短腿”。随着城镇化发展和人口不断增加,我国粮食等农产品需求将呈刚性增长,而耕地减少、水资源短缺、气候变化等对农业生产的约束日益突出,这就要求我国农业发展方式必须尽快从主要追求产量和依赖资源消耗的粗放经营转到数量质量效益并重、注重农业科技创新、注重可持续的集约发展上来,走科技创新驱动的现代农业发展之路。高产高效、产品安全、资源节约、环境友好的现代农业决定了农业科技必将成为推动农业转型升级的决定性力量,这给支撑农业科技创新的平台建设提出了新要求。重点实验室、改良中心等科技平台是农业科技创新活动的主阵地和策源地[3],随着国家农业发展方式的加速转型,面对保障国家粮食安全、农业生态安全和农产品质量安全等多重任务叠加和各项要求的全面提升,需要在物种资源保护与利用、品种遗传与改良、农业资源高效利用、农业生态环境保护等方面,通过全方位的科技平台建设,提升农业科技的综合能力,才能有效满足现代农业发展转型升级的迫切需求。
1.3国家科技体制改革不断深入,平台建设必须加快适应科技管理模式新调整
近年来,国家科技体制改革力度不断加大,《关于深化科技体制改革加快国家创新体系建设的意见》、《关于深化体制机制改革加快实施创新驱动发展战略的若干意见》、《关于深化中央财政科技计划(专项、基金等)管理改革的方案》、《关于改进加强中央财政科研项目和资金管理的若干意见》、《关于国家重大科研基础设施和大型科研仪器向社会开放的意见》等一系列文件陆续出台,新一轮科技体制改革正向纵深迈进,我国农业科技已经进入了快速发展与激烈变革并存的新时期,这给农业科技平台建设与管理带来了新挑战。科技平台是承担和执行国家科技计划的重要载体和基础条件。伴随国家科技体制改革不断深化,国家科技管理制度正在逐步调整和细化,公开统一的国家科技管理平台构建、科研项目专业化机构管理、五大类科技计划统筹等具体措施正在快速推进。为适应国家科技管理制度变革,保障科技创新和发展能力的提升,必须加快理清平台功能定位,明确平台的支撑重点,加快构建一体化的科学管理模式[4-5]。
2中国农业科学院科技平台建设成效及存在的主要问题
“十二五”以来,中国农业科学院围绕8大学科集群、130个左右学科领域、300个左右研究方向,不断加强科技平台建设工作,构建了较为完善的“国家级、部级和院级,创新、支撑和服务”三级三类科技平台体系,平台数量达488个(省级平台未统计在内)。
2.1平台体系现状
围绕农业基础与应用基础研究、高技术发展和共性技术创新,建设创新平台226个,其中,国家重大科学工程2个,国家重点实验室6个、省部共建国家重点实验室基地1个,建成42个农业部重点实验室、19个农业部农业科学观测实验站、52个院级重点实验室,建成22个国家品种改良中心(分中心)、5个国家工程技术研究中心、32个院级工程技术研究中心,25个农业部农产品质量安全风险评估实验室和20个院级风险评估研究中心。围绕农业产业共性技术研究开发与应用示范的条件资源集成系统,建设支撑平台210个,其中,国家作物种质长期库1个、国家农作物种质资源保存中心1个、农作物种质资源中期库9个、国家级农作物种质资源圃12个,建成5个国家级野外台站、24个部门重点野外台站、60个院级野外台站,5个国家工程实验室、2个国家工程研究中心,17个现代农业产业技术体系研发中心、58个功能研究室、8个综合试验站,以及8个国家农产品加工技术研发中心(分中心)。围绕农业产业共性关键技术的转移与应用,建设服务平台52个,其中,国家级产品质量监督检验中心3个、部门级产品质量监督检验测试中心和转基因植物环境安全监督检验测试中心34个,建有4个国家科技基础条件平台,建成了牛传染性胸膜肺炎、禽流感、口蹄疫等3个国家参考实验室和禽流感、马传染性贫血、马流感、口蹄疫等8个世界动物卫生组织参考实验室。
2.2主要建设成效
1)科技创新活动日趋活跃,农业科技创新成果不断涌现。据统计,仅2014年,各类平台承担各类科技项目(课题)2654项,合同经费42.88亿元,占全院年度合同经费总额的73%;当年所有7项国家级奖励均来自于平台体系,此外,还获得省部级奖励43项,2728篇,其中,SCI/EI论文1352篇;申报和获得专利712项等,各级平台已经逐步成为全院科技创新的核心力量。2)人才团队建设日益加强,凝聚和培养了大量优秀人才。各级平台现有工作人员3468人,其中,固定人员2751人,占79%。拥有中国工程院院士8人,农业科研杰出人才36人,杰青11人;在读研究生(含联合培养)2849人,其中,硕士研究生1992人、博士研究生660人,在站博士后197人。3)条件能力建设取得重大突破,条件保障能力迈上新台阶。“十二五”以来,在《全国农业科技创新能力条件建设规划(2012~2016年)》的重点支持下,各平台实验装备、基础设施投资已达1.7亿元,条件保障能力有了较大改善。4)体制机制建设日臻完善,运行管理水平大幅提升。各平台充分发挥学术委员会指导作用,通过动态考核、开放课题设置、学术交流等措施,不断创新管理手段,完善运行机制,提高了管理水平,保障了平台高效运行。
2.3发展中存在的主要问题中国农业科学院科技
平台建设和运行虽然取得了明显成效,但与支撑学科发展、现代农业发展和建设世界一流农业科研院所的要求相比,还存在许多不足。1)平台与学科发展系统性、配套性不强。重大科技平台多集中在作物、兽医、畜牧等学科,工程机械、信息经济等学科重大科技平台建设仍显不足,智能装备、农业大数据、农业物联网等新兴、交叉学科布局几乎空白[6]。2)抢占农业科技制高点,顶级创新平台数量不足。目前,各级各类科研平台虽然数量较多,但顶尖水平的创新平台数量明显不足,尚未在代表国家最高等级的国家实验室方面取得突破,国家重大科技基础设施和国家重点实验室数量有限,与把握世界科技前沿,抢占农业科技制高点的要求还有较大的差距[7-8]。3)加快农业科技创新,引领全国学科发展的平台有待加强。“十二五”期间,中国农业科学院承担了农业部19个综合性重点实验室的建设任务,承担着组织、统筹全国相关科技平台力量的重任[9],从实际运行情况看,综合性实验室组织经验不足,统筹能力还需加强。4)促进平台资源共享共用,平台管理能力有待提高。各类平台资源分散、标准不一致,缺乏有效调配途径和办法,平台运行管理、考核评价机制、共享共用机制仍不完善[10],难以充分发挥平台资源的最大效能。5)条件保障能力有所突破,稳定经费支持仍显不足。由于平台条件建设投入历史欠账较多,仪器设备老化、更新慢、维修维护难等问题依然突出,绝大多数平台主要依靠科技项目维护,日常运转难以保障,急需长期稳定的运转经费支持。
3新形势下中国农业科学院科技平台建设思考
“十二五”中期,中国农业科学院科技创新工程启动实施,明确了中长期的创新目标和方向。“十三五”作为我国农业科技整体实力快速提升的机遇期,也是实现中国农业科学院建设一流现代院所的关键期。面对新时期的新形势和新要求,科技平台发展需要围绕“服务产业重大科技需求、跃居世界农业科技高端”两大使命,以重大关键平台建设为重点,强化平台与学科建设的系统性、配套性,为中国农业科学院科技事业快速发展提供基础支撑。
3.1推进国家重大科技基础设施建设,强化科技事业可持续发展能力
围绕国家经济、社会发展对科技的重大需求,瞄准国际农业科技前沿研究,在强化现有农作物基因资源与基因改良重大科学工程和农业生物安全科学中心管理与运行的基础上,加快推进农作物种质表型和基因、动物疫病、农业微生物等国家重大科技基础设施建设,建成多学科支撑、众技术集成的专用研究设施、公共实验平台以及公益性的全国农业科研共享共用的重大基础设施,为我国农业优势学科率先进入世界前列夯实基础。
3.2打造重点实验室精品平台,提升农业科技自主创新能力
利用现有国家自主创新渠道,进一步加强植物病虫害生物学、兽医生物技术、水稻生物学、棉花生物学、动物营养学、家畜疫病病原生物学等国家重点实验室建设,强化运行管理,提高基础研究水平。加快推进作物基因组学与分子育种、蔬菜生物学、油料作物生物学、植物营养与肥料学等国家(重点)实验室建设。利用全国农业科技创新条件能力建设,强化实验室硬件条件能力;充分发挥农业部综合性重点实验室在行业领域的牵头作用,加强机制建设,推进合作研究与学术交流,共同凝练重大科学问题,提升科技自主创新能力。
3.3加强工程技术研究中心建设,增强科技成果转化能力
围绕产业发展需求,按照学科领域,依托昌平综合农业、饲料、油菜、茶产业和柑橘等已建国家工程技术研究中心,继续强化运行管理和建设,重点推进国家昌平作物、畜牧、蔬菜分中心升级。针对中、下游学科,新建沼气、中兽医药、水稻、农业机械等一批工程技术研究中心,提高科技成果的成熟性、配套性和工程化水平,促进上游科技成果向生产力转化,促进上、中、下游科研创新、集成示范与转化应用相互衔接。
3.4深化野外科学观测台站建设,增强科学研究基础支撑能力
统筹规划现有5个国家野外科学观测站、24个部级野外科学观测站、60个院级野外科学观测站,加快推进作物种质资源、农业生产要素、农业灾害和农业资源环境四类农业科学观测研究网络建设,加强农业科技基础性、长期性监测工作,促进科学数据和资源共享与开放,为农业科技创新和服务产业发展提供基础数据和试验基地支撑。
3.5加强国家重大科研基地和仪器设备试点工作,提升共享共用和开放服务能力
开展重大科研基础设施和大型科研仪器向社会开放试点工作,加快建立健全科研设施与仪器开放共享的管理制度、标准规范、网络条件和工作机制;建设在线共享服务平台并纳入国家网络管理平台,按照科研设施与仪器功能实行分类开放共享,探索科研设施与仪器在线服务平台运行机制和服务模式;建立激励引导机制、评价体系和奖惩办法。
4参考文献
[1]赵林萍.科技创新平台建设现状、存在的问题及发展规划[J].农业科研经济管理,2010(2):2-6
[2]熊明民,刘建安.加强我国农业科研单位科技平台建设的实践与思考[J].农业科技管理,2013(3):17-21
[3]蔡彦虹,刘平,李仕宝.我国农业科研机构科技条件平台建设的作用与效果分析[J].农业科技管理,2012(4):18-21
[4]刘建伟,刘方军.重点实验室管理的新理念与新机制研究[J].实验技术与管理,2010(8):185-187
[5]陈丽珍,郑玉,罗海燕,等.关于农业科研单位科技平台建设与管理的思考[J].现代农业科技,2014(17):329-330
[6]李建萍,刘建安.加强农业科技条件平台建设的实践与思考[J].农业科技管理,2008(5):48-50
[7]苏丁丁,熊兴耀,程鹏,等.国家重点实验室建设现状与思考[J].实验室研究与探索,2011(6):88-91
[8]牛爽,任蔚,高铭宇.国家重点实验室建设和运行管理的一些思考[J].农业科技管理,2006(5):53-54