匹配作物生长全程的农学类实验模块化教学模式的设计与构建
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摘要：农学类实验具有明显的季节性与地域性特征，为切实提高农学类专业学生的实践能力与专业素质，本研究设计构建了“匹配作物生长全程的农学类实验模块化教学模式”。该模式基于系统论思想，以农作物生长发育全程为主线，涵盖土壤、作物和环境三大领域，设计六组实验模块，包括：土壤基础测试模块、耕作栽培施肥模块、苗期营养诊断模块、中期病虫防治模块、农产品品质分析模块、环境检测与评价模块。该模块化实验教学模式实现了实验过程的连续性以及实验内容与农时季节和农作物生长发育进程的匹配，增强了实验教学内容的综合性、设计性和创新性，不仅可培养学生的探索精神和创新意识，更能有效提高学生对农业生产的参与程度和实践能力，有助于提升农科专业学生的综合素质和培养质量。
关键词：匹配作物生长;农学类实验;模块化教学
doi：10.16083/j.cnki.1671-1580.2020.04.022
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1671—1580（2020）04—0090—05
实验教学是人才培养的重要环节，对提高学生的思维能力、实践能力、创新能力及综合素质都具有不可替代的重要作用。农学类实验以其实践过程和开展季节的特殊性，要求农科专业人才的培养必须有相应的时空情景[1]。目前，国内大多数农业院校农学类实验教学存在理论学习和实践锻炼难以同步开展、易发生脱节的情况，而且实验教学普遍以验证性、示范性内容为主，缺乏创新性、综合性项目，不利于学生科研思维培养与实践能力提高，导致教学质量和效果相对较差[2]。新时期、新形势下，我国农业现代化发展迫切需要掌握先进理论知识、同时具备较强实践能力的农科专业人才。因此，农科高校需进一步探索创新实验教学模式，提高学生专业技能水平。
模块化教学具有很强的课程融合性和技能实用性等特点，可将散落的知识点进行整合，进一步分析总结，找出能够关联的点状知识，将其连接成线，整合成面[3]。模块化教学加强了实验教学的综合性、设计性和创新性，实现了实验材料的连续性，对教师的教学能力和学生的学习能力具有较高的要求，充分锻炼了学生对知识的探求能力。目前，模块化教学多用于基础学科的实验教学改革，并取得了良好的效果。
本研究以吉林农业大学为例，通过分析当前农学类实验教学的现状与问题，以提升学生实践能力为目标导向，面向作物生产的全过程，构建了不同内容的实验教学模块，探索设计了与农作物生长进程相匹配的农学类实验模块化教学模式，以期使农科专业学生在实验课程和实践中深入参与，真正动脑动手并学以致用，最终提高专业素质、强化实践能力、提升培养质量，成为推进国家农业现代化发展的专业人才。
一、农科高校农学类实验教学面临的形势与困难
随着国家社会经济的发展和人民生活与食品消费的升级，在保障粮食安全的基础上，实现农业生产的绿色高效和农产品的安全优质成为我国农业发展的新目标，也推动着传统农业生产向现代化农业生产的快速转变。培养知农爱农的新型农科人才已成为产业和社会的紧迫需求，而农科高校作为培养农业专业人才的基地，也需要积极转变调整专业培养定位和人才培养目标，积极围绕产业发展方向和需求实施新的培养方案。然而，目前国内农科高校在农业类专业的实践教学中仍存在一些问题，以吉林农业大学为例主要体现在以下方面。
（一）实验课时偏少、教学内容环节不系统
近年来，随着人才培养方案和课程教学计划的调整，农学类实验课程的学时数被不断压缩，大多数实验操作环节与理论课程合并开设，或设为1～2周的专业课程实习。实验实习内容分散，系统性和联系性不强，往往只关注与课程内容相关的某一个农业生产环节。而且现有实验教学内容大多与理论课程内容的衔接存在偏差，与实际农业生产更相差很远，无法使学生全面、准确地了解和熟悉整个生产实践过程，而容易形成对生产实践的片面认知。
（二）实验教学开设时间与农时农事不匹配
作物的生长发育是一个连续的过程，农事需要匹配农时。现有大多数实验操作环节由于与理论课程合并開设，固定化的实验时间与实际的作物生长过程或农时农事操作并不匹配[4]。以农业资源与环境专业的实验课程为例，土壤学实验开设时间安排在秋季，此时学生已错过了进行基础土壤样品采集的时间;而植物营养与肥料实验开设在春季，土壤和植物的测试结果来不及为当季土壤管理和养分管理提供依据;而学生理应掌握的植物营养诊断和病虫害防治实践则因课程内容的合并未单独安排，而且其适宜开展时间则刚好与期末考试周和放假时间重合。
（三）实验教材缺乏，教学考核标准不严格
现有的农学类实验环节大多没有专业教材，学生无法进行预习和提前思考，教学过程中教师的自主性和随意性较大[5]。另一方面，由于实验内容只是农业生产过程的一个环节，往往有种无收或有种有收而无管理，因此课程开展的过程评价和最终考核标准都不易把握，多数只能通过出勤率和参与时间进行考核，难以对学生实验和实践的最终效果进行评价，考核方式和结果都比较随意，久而久之使学生产生应付心理和惰性习惯。
（四）学生基础薄弱，参与意愿和程度不够
近年来，很多教师在实验开展过程中发现学生对于农业生产的认识及实践能力普遍较差。主要原因是农科高校涉农专业在扩招之后来自城镇的学生比例不断提高，这些学生自小不了解农村和农业，对很多农业生产过程及常识不清楚，而生长在农村的学生也很少有接触农业生产的经历[6]。实验开展过程中，大多数学生对作物种类和形态不认识，对耕作、播种、施肥等田间管理措施一概不知，农科基础十分薄弱，大大影响了实验教学质量。另一方面，受社会上对农业轻视的影响，很多学生投身农业产业发展的意愿不强，导致主观上参与实验的积极性不高，参与程度不够。另外，现有实验教学模式几乎均为“教师讲解—教师示范—学生操作—学生报告”的环节设置，也在客观上降低了学生的积极性与自主参与度。 二、匹配作物生长全程的农学类实验模块化教学模式的设计与构建
（一）整体思路设计与系统构建
针对当前农学类实验内容不系统、实验开设时间与农时农事不匹配、学生参与度和积极性不高等突出问题，本研究设计构建了“匹配作物生长全程的农学类实验模块化教学模式”（见图1）。该模式基于系统论思想[7]，以农作物生长发育全程为主线，设置了两年四学期的系统实验周期，涵盖了土壤、作物和环境三大领域，涉及土壤学、植物营养学、作物栽培学、肥料学、植物保护学、农学环境学及农产品品质分析等专业课程的相关知识点与实践要求，将各实验内容与农作物种植的耕作、播种、施肥、中期管理到最后收获全过程的各环节进行合理配置，整合设计形成若干组与农时农事匹配的实验模块，并对各实验模块进行内容优化，增设综合性、系统性实验项目内容，提高实验环节间的统筹规划和有机衔接。
（二）实验模块设计、环节设置与主要内容
在实验模式整体思路和框架基础上，将不同农事环节和实验项目整合设计形成六组实验模块（见图1），分别为：土壤基础测试模块、耕作栽培施肥模块、苗期营养诊断模块、中期病虫防治模块、农产品品质分析模块、环境检测与评价模块。六组模块之间相对独立，但相互协作形成系统。
第一模块为土壤基础测试环节，设计安排在春季耕作之前，基于土壤学和植物营养学等实验项目，完成试验区选择、基础土壤采集和基本理化性质测试分析等实验内容，所得数据结果可为下一步的栽培和施肥环节提供依据。
第二模块为耕作栽培施肥环节，设计安排在春耕时段，根据天气状况与农时结合，基于田间试验研究法、农业气象学、作物栽培学、肥料学与作物施肥技术等实验项目。在第一模块掌握土壤基本理化性质的基础上完成试验处理设计与小区规划、作物适宜施肥量计算、田间耕作和播种、肥料配置与施用等实验内容。
第三模块为苗期营养诊断环节，设计安排在作物苗期生长阶段，基于作物栽培学、植物营养诊断学和农业信息学等实验项目，在第二模块划定的不同试验小区基础上完成作物出苗率调查、植株形态观测、营养缺素症分析、植物样品采集与养分含量分析、基于光谱学技术的植物营养快速诊断等实验内容。
第四模块为中期病虫害防治环节，设计安排在作物中期生长阶段，基于作物栽培学、植物保护学、植物营养学、肥料学与作物施肥技术等实验项目。在第二模块划定的不同试验小区基础上完成植株形态观测，主要病、虫、草害的识别与鉴定，病虫草害发生规律分析，农药筛选与使用，中耕与追肥等实验内容。
第五模块为后期品质分析环节，设计安排在作物后期生长与收获阶段，基于作物栽培学、植物营养学和农产品品质分析等实验项目，在第二模块划定的不同试验小区基础上完成田间测产、农产品籽粒/果实收获与样品采集、籽粒/果实形态观测与品质指标分析、籽粒/果实营养成分测定等实验内容。
第六模块为环境分析环节，设计安排在作物生产的全过程中，基于农业环境学、土壤学、植物营养学和植物保护学等实验项目，在第一至第五模块的基础上完成土壤微生物观察与鉴定、氮素环境去向评价、活性氮样品采集与分析、农药残留分析等实验内容。
三、匹配作物生长全程的农学类实验模块化教学模式的优化实施方案
（一）合理配置实验教学环节
根据东北地区一年一季的种植制度，综合考虑实验环节内容与农时农事，对两年周期内容的实验环节进行合理配置。以吉林省主要农作物玉米、水稻为例，其生育期大致为5至10月，加上前期土壤采集和耕作准备工作，以及后期测产、样品收获和品质分析等工作，将每个实验周期设置为3至12月，也方便与整年度的教学时间进行匹配。
两年周期中，第一周期设计为大二下学期至大三上学期，学生通过参与必修的专业实验课程，按照农作物生长发育进程逐步开展六组实验模块的学习与实践，掌握基本的专业实验技能，提升实践能力与综合素质，完成实验环节基本考核，取得必修实验课程学分;第二周期设计为大三下学期至大四上学期，学生通过参与本科毕业设计（论文）或选修高阶实验课程，结合指导教师的科研课题或自主申报大学生创新科研基金项目，根据个人兴趣选择性开展部分实验模块内容，组队进行实验设计与实施，深化学生专业素质，进一步强化实践能力，完成本科毕业设计（论文）或完成选修课程考核而取得选修课学分或创新研究学分。
（二）優化实验教学内容及手段
基于模块化实验环节的设置，结合面向大学类招生的农学类专业人才培养方案，整合不同课程或实践项目中重复的实验内容，根据农业生产的实际需求制定六大实验模块的核心实验项目，优化关键、重要的实验内容，逐步建立形成指导教材及实验手册。同时，总结近年来国内外专业领域最新的研究进展，结合教研团队成员的科研项目与成果，对实验教学内容进行更新。在实验教学手段与技术上，实现以学生为中心、以实践为导向的培养目标。如采用分层次教学，选取某一实验教学模块设立基础性必修内容和方向性选修内容，由学生自由选择，满足不同学生的兴趣与需求。教学方式上采用开放式教学，由学生参与制定某一实验教学模块的实验计划，充分利用其课余时间开展实验，提高实验平台的资源利用效率，提升学生自主创新思维与能力。
（三）制定多元化考核评价方式
以实验教学模块为主要单元，以学生参与度和实验技能水平为考察重点，以出勤情况、方案设计、实验记录、环节小结、总结报告等为主要评价形式，重塑实验课程的多元化考核评价方式[8]。第一周期，主要考查学生的参与情况、实验技能和综合完成情况，具体考核内容构成及占比为：以实验教学全程中的出勤情况与课堂表现为基础（占比20%），以各个实验教学模块的完成情况为主体（占比60%，每个模块环节10%），最终结合农作物收获期的产量与品质结果和学生的完整总结报告（占比20%）确定综合成绩，从而反映实验教学的综合实践效果。第二周期，主要考查学生的创新能力、设计组织能力和综合完成情况，具体考核内容构成及占比为：以实验教学全程中的出勤情况与课堂表现为基础（占比20%），以所选修实验教学模块的自主设计与实施情况为主体（占比60%，设计方案、小组写作、实施情况各占20%），最终结合农作物收获期的产量与品质结果和学生的完整总结报告（占比20%）确定综合成绩，从而反映学生自主思考和实践动手能力的提升效果。 （四）完善实验教学保障机制
匹配农作物田间种植全程实验项目的顺利开展需要完善的设施、人员和规则保障。首先，用于作物种植的试验田地、工具设施及农资材料等需要合理规划和配备，至少保证3～4人为小组的单位进行分配使用。而且，与测试分析相关的实验室场地和仪器设备也需要充分准备，并随时对参加实验的本科学生开放，满足与各农时对应的模块化实验项目要求。人员方面，参与授课的指导教师必须具备较强的实践动手能力、组织协作能力，在各环节衔接过程中能够有效配合，接力带领本科生参与、设计并完成各环节任务，另外相关实验室和试验场的实验教师也需要提前安排和准备好相关的流程，配合学生顺利开展各项实验。而在规则要求方面，也需要明确好实验教学的“教师主导”与“学生主体”相统一的原则[9]，教师主导教学进程和安排，而学生作为学习和实践的主体，两方面有机结合、相向统一才能有效发挥教师的引导作用和学生的主体作用，提高学生的参与积极性，实现良好的教学效果。
四、结语
“匹配作物生长全程的农学类实验模块化教学模式”的设计与构建基于系统化思想，以农作物生长发育的全过程为主线，综合归并土壤、作物和环境三大领域的实验内容，通过设置六大教学模块实现实验环节和内容与农时农事的融合匹配，并利用两年的实验周期筑牢学生的专业实践能力，并进一步提升自主创新能力。目前，该实验教学模式已在吉林农业大学农业资源与环境专业开始进行试点实施，参加实验的学生普遍欢迎并积极参与，教师的参与度和反响也非常好，已开展的实验教学环境效果改善明显。下一步，教研团队将密切关注各实验环节中存在的问题和不足，并与参与课程的教师及学生积极沟通交流，反馈总结相关经验教训，完善该实验教学模式并实现在其他农学类专业上的推广应用，真正提高农科专业学生的实践能力和专业综合素质。
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Design and Establishment on Modularized Teaching Method in Agronomic Experiments for Matching the Entire Crop Growth Process
WANG Yin， GAO Qiang， YANG Fang， HOU Wenfeng， ZHANG Didi， LIU Jinhua
（College of Resources and Environment / National Teaching and Demonstration Center of Agricultural Resources and Environment， Jilin Agricultural University， Changchun Jilin 130118， China）
Abstract： Agronomic experiments have obvious seasonal and regional characteristics. In this study， the Modularized teaching method in agronomic experiments for matching the entire crop growth process is designed and established， aiming to improve the practical ability and professional quality of students in agronomic majors. This teaching method focuses on the entire crop growth process based on system theory， with the experimental items in three domains， i.e. soil， crops and environment. Six modules are designed in this method， including basic soil testing， cultivation and fertilization， seedling nutrition diagnosis， plant protection at mid-vegetative growth stage， agricultural products quality analysis， environmental detection and evaluation. The modularized teaching method could achieve the continuity of experimental processes and contents， match the agronomic times and managements and the crop growth process， and improve the comprehensive， designed and innovative goals. This method would not only develop students' exploration spirit and innovation consciousness， also effectively improve students' participation in agricultural production and the practical ability， and thereby contribute to improve agronomic majors students' comprehensive ability and cultivation quality.
Key words：matching crop growth;agronomic experiment;modularized teaching
[責任编辑：周海秋]
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