植物生理学是研究植物生命活动规律的一门学科，是高等农业院校植物类相关专业的必修课和重要的专业基础课之一。为实现该课程实验课教学功能集约、资源共享、运作高效和促进创新的教学目标，建立并启用植物生理学公共实验室，每年有2 000余人次在该实验室进行实验课程学习。实验室配备了水势仪、叶绿素仪、叶绿素荧光成像仪和低温人工气候箱等仪器设备，常用小型设备可保证1～4人/台，大大增加了学生动手实践的机会，实验教学条件得到明显改善。
相关学者对植物生理学实验课程开展了一系列教学改革探索，如加强实验室建设、教材建设，深化实验课程体系改革，完善课程考试制度以及创新“教研赛”融合的教学模式等。曾秀存等[1]为加强植物生理学实验课程建设，通过优化实验项目和类型，增加教学时数，扩充教学内容，补充课程思政教学内容，以及创新教学模式等方式，取得了良好的教学效果，有效推动了创新应用型人才培养。李华等[2]以创新型人才培养为目标，从教学方法、教学内容和设计、实验方法及考核方式等方面入手，对植物生理学实验教学进行改革，以增强学生的学习兴趣，提高创新和实践能力，培养其科学思维能力。刘雪岩等[3]以竞赛为依托，将科研前沿引入课堂，以线上教学为纽带，开展“教研赛”融合式教学模式改革探索，促进了理论与实验教学的衔接，形成“虚实结合、理实一体化”的教学体系。
随着“互联网+”技术的发展和移动终端的普及，信息化教学手段不断更新，为该课程实验教学注入了新的活力，推动实验教学全过程深刻变革。如何充分利用线上优质资源，发挥线上线下教学优势，解决教学痛点，探索行之有效的实验教学方式迫在眉睫。本研究以提高学生创新能力为目标，结合校情、学情和课程特点，借鉴相关教学改革经验，充分利用信息化技术，对该实验课线上线下混合式教学模式进行改革探究，为相关实验教学改革提供参考。
1 植物生理学实验课教学现状分析
实践中，该课程实验教学存在部分环节有待进一步提升。一是实验教学内容有待进一步丰富，层次有待进一步提高。方玉梅等[4]研究认为，该课程所开设的实验部分为验证性的基础实验。二是教学模式有待进一步改进。王计平等[5]研究认为，部分教学以教师讲授为主，学生被动地根据讲解内容进行实验操作，不利于激发其学习兴趣。三是考核方式有待进一步多元化。陈桂平等[6]和陈模芳等[7]研究认为，以学生实验报告、考勤作为实验成绩评定依据的考核方式无法满足经济社会发展对人才培养的新需求，对过程性考核的重视程度有待进一步提高。四是实验流程有待进一步优化。植物生理学实验大多以2人为小组合作进行，部分学生可能存在一定依赖性，动手进行实验操作的积极性和主动性有待进一步提升。
2 植物生理学实验课教学改革举措分析
2.1 更新教学理念
李海霞等[8]践行“学生中心、产出导向和持续改进”的教育教学理念，推进学科、科教融合，推动现代信息技术与植物生产类实验教学深度融合，延伸了教学时间和空间，注重实验教学微观过程，提升实验教学质量，让学生在实验训练中自主获得知识、发展能力及提升素质。
2.2 优化教学内容
2.2.1 开发综合性与设计性实验
对单一验证性实验进行升级优化，整合为综合性、设计性实验。如叶绿素含量测定，除95%乙醇浸提比色外，还引进了叶绿素仪，添加了不同发育期、不同生境叶片取样进行叶绿素含量测定；实验完成后，将几组结果进行对比、分析与讨论，帮助学生掌握叶绿素含量的不同测定方法，使之加深对叶绿素含量与叶色之间关系的认识。在植物抗逆性测定实验中，让学生结合专业特点、个人兴趣，通过查阅资料，自主选择影响因素、抗逆性测定指标，同时引入IMAGE-PAM叶绿素荧光成像仪，对叶片损伤部位直接进行叶绿素荧光检测、成像，使植物受到的伤害可视化，大大调动了学生的学习兴趣，使之理解并掌握现代植物生理分析技术和先进仪器的操作方法。此外，将学科前沿成果融入教学知识体系，开发或更新实验教学项目，使之融合基础与前沿、经典与现代，集先进性、探索性、趣味性和实用性于一体。
2.2.2 引入虚拟仿真实验
何磊等[9]研究认为，虚拟仿真实验是对实体实验的有效补充，学生通过虚拟仿真实验教学平台，筛选与植物生理学实验配套的实验项目，共享线上优质实验教学资源。例如，植物光合速率日变化测定及原初反应探索虚拟仿真实验，学生在虚拟实验室进行LI-COR 6800光合荧光全自动测量系统的组装、参数设置，以及光合速率日变化和叶绿素荧光参数的测定，从物质和能量两个角度分析叶片光合过程，加深对光合作用的理解，解决了实验设备成本高、实验时间跨度大带来的实验室无法完全向本科生开放等问题。实验结束后，学生线上提交实验报告，教师及时评价、反馈。学生在仿真情境中可多次模拟实验，加深实验印象，提升学习效果。
2.2.3 融入课程思政元素
一是重视安全教育。罗敏蓉等[10]研究指出，实验室安全教育贯穿实验前、中、后全过程，让学生树立安全意识，养成良好的实验习惯。实验课正式开始前，发布实验使用危化品的安全周知卡，以及相关仪器操作视频、注意事项等，使学生了解当前实验项目存在的安全风险和预防措施；实验过程中，及时纠正学生的不当操作；实验完成后，要求学生清理实验室，归位物品，关闭门窗水电。二是融入思政元素。根据实验教学内容，找准切入点融入相应的思政元素，如进行植物抗逆性测定时，讲述早春时常发生倒春寒的案例，讲解气温骤降对果蔬造成的不利影响，以及分析农业工作者的积极应对措施，引导学生知行合一，学以致用，培养社会责任感，厚植“三农”情怀。实验操作过程中，培养学生发现与质疑、探索与创新的科学精神。记录、分析实验数据时，引导学生求真务实，遵守学术规范。通过与学生的交流互动，传递正向观点，促进学生全面发展。
2.3 创新教学模式
2.3.1 拓展线上资源
建设线上实验教学资源库，形成在线开放课程，内容涵盖问题导入、实验过程、仪器使用及注意事项、实验室安全教育和拓展资源等模块。设计课前预习、课堂实验和课后分析3个环节组织教学。首先，课前预习。学生借助网络平台提供的实验教学PPT、微课和相关知识链接等教学资源进行线上自主学习、交流讨论，并在课前撰写实验设计及步骤，强化实验预习效果，加深对实验项目的理解，为课堂上的技能训练和交流讨论预留更多时间。其次，课堂实验。针对预习过程中的难点和共性问题进行解析，通过交流互动，引导学生自主思考、批判质疑；学生独立自主完成实验，教师或助教巡查、指导。最后，课后分析。学生完成实验报告、课后思考题，并进行交流讨论，教师对课程教学进行总结和改进。
2.3.2 分层次、分阶段组织教学
植物生理学实验课程独立设课，共24学时，分为验证性、综合性和设计性3个层次。第一阶段，结合课程绪论部分及线上视频（融入所有实验项目中），讲述该节实验课程的学习方法、安全防护、数据处理、文献查阅和实验设计等内容。第二阶段，安排验证性和综合性实验，由学生独立或2人/组完成，全面训练其实验技能。第三阶段，安排具有一定复杂性、高阶性的设计性实验，实施开放式实验教学，学生以多人小组为单位完成实验，培养深度分析、勇于创新的能力。
2.3.3 改进教学方式
对开设的实验课程进行全面总结，召开学生座谈会或进行问卷调查，收集学生的意见，不断反思教学中存在的问题，并结合实际教学情况提出合理的改进措施，通过总结凝练，形成新经验、新理念。
2.4 建立多元化考核体系
注重过程性考核，建立多元化考核机制，合理分配该课程实验预习、实验过程、实验设计和实验报告等要素的权重。期末综合成绩共分为5个部分，一是课前预习，占比10%，包括利用在线资源自主学习、线上交流互动。二是实验操作过程考核，占比30%，包括积极完成实验，操作规范，提交实验关键步骤照片和视频等过程性材料。三是实验习惯，占比5%，包括认真清洗器皿，清理实验台面和物品归位等。四是考勤，占比5%。五是实验报告撰写，占比50%，包括实验报告内容完整、条理清晰；准确记录数据和实验现象，用图形、表格表示观察和测量结果；用所学知识合理分析实验结果。这种考核方式有利于引导学生向“学习、思考、动手和创新”方式转变，使实验课程考核方式更具科学性。
2.5 组建教学团队
实验教学团队是实验教学质量提升的重要力量之一。实验教学团队由教师、教辅人员和研究生助教等共同组成，其在教学过程中团结协作，共同参与教学。教师负责教学团队组建、实验教学大纲制定等；教辅人员具备扎实的理论知识，熟悉该实验领域的仪器设备，动手能力强，管理经验丰富；研究生助教与教师、教辅人员共同维持课堂秩序，答疑，指导学生开展实验。实验教学团队采取“传帮带”“老中青”相结合的方式，通过教学培训、教学观摩、集体备课、进修、申报实验教学改革项目以及撰写实验教材等系列举措，不断提升教学能力和业务水平，形成高水平教授领衔、结构合理、专兼结合和勇于创新的实验教学团队，为培养学生的科学思维、实践能力和创新能力提供坚实保障。
2.6 完善实验室信息化建设
2.6.1 实验室教学类信息化
将现代信息技术融入实验教学中，营造便捷、互动和真实的实验环境。具体而言，通过虚拟仿真实验、智慧实验室、超星学习通、智慧树、雨课堂、Camtasia Studio、微信和腾讯会议等各类现代化教学平台和工具，跟踪了解学生的预习情况，开展有效的师生互动，实时采集学情数据，了解学生对知识的掌握程度，有效开展线上线下混合式教学。
2.6.2 实验室管理类信息化
将现代信息技术融入实验室管理的各个环节，有利于提高实验室的管理和服务水平。宜原原等[11]采用大型仪器开放共享系统，利用其门禁管理、使用培训、网上预约和实时监测等功能，实现实验室和大型仪器的全天候开放，保障研究性与创新性实验的开展。学生可以根据实验需要，更加便利地进入实验室，满足求真探索、科学实践的需求。
3 植物生理学实验课教学改革效果及评价
通过该课程实验教学改革，融合线上教学资源，开展课前、课后讨论，培养了学生自主学习、积极合作和善于思考的能力，加深了对实验内容的理解，并在此基础上培养了学生优化、创新实验技术的思维素养，进一步加强了学生将所掌握实验技术应用在科研中的能力。根据学生表现，以及开展问卷调研及学校组织的评教活动，获得了较好的教学反馈和评价。
3.1 实验课程自主完成
通过课前预习、小组讨论等环节，学生能按照实验流程自行操作，准确完成实验。学生的实验兴趣大幅提升，小组分工合作有序，在实验过程中遇到问题及时向教师反馈，实验效果明显提高。实验过程中，部分学生会研究如何改进实验方法，如细胞活体染色及质壁分离形态观察实验，撕取洋葱表皮较为不便，且表皮容易卷曲导致染色不均，学生对此进行改进，能快速获取平整、一致的洋葱表皮。实验操作方法的不断创新与改进对教师也具有参考意义，实现了教学相长，促进了实验课程教学效果的提升。
3.2 小组对比设计实验
原有的实验内容中验证性实验较多，不利于学生自主进行实验结果的分析。开展实验教学改革后，鼓励学生通过分组与合组相结合的方式开展实验，自行设计实验处理步骤，分析、讨论实验中遇到的问题，加强了对学生科研思维的培养和对理论知识的理解。例如，在叶绿素含量测定实验中，学生在校园内选取不同发育期、不同光境下的丁香树叶片，分组测定后，再合组收集数据进行统计分析，激发了其思辨能力，有利于进一步理解测试指标的含义。
3.3 过程性考核规范操作
对学生实验操作、仪器使用等实验环节开展过程性考核，通过提交实验关键步骤的照片和视频材料，促使学生认真预习、认真操作和细心观察，并按科研标准完成实验，培养了其严谨治学的求真精神。例如，在小液流法测定植物水势实验中，要求学生提交不同浓度梯度的蔗糖溶液中小液滴移动的视频；硝酸还原酶活性测定实验中，要求学生提交吸光度值原始数据、实验测定照片等。通过增加实验过程性考核，学生的操作更加规范化，更利于获得准确的实验结果。
综上，本文通过一系列改革，建立了完整的、持续改进的植物生理学实验混合式教学模式，取得了较好的教学效果，提高了学生学习的自主性，激发了其学习兴趣和积极性，学生课堂参与率大大提高；融入了学科前沿与先进技术，体现了实验课程的高阶性、创新性和挑战度；加强了对学生实践能力和创新能力的培养，提高了其综合素质。