植物生理學(xué)緊密結(jié)合科研改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索

摘 要：植物生理學(xué)是高等院校生物學(xué)領(lǐng)域重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，理論性強(qiáng)、基礎(chǔ)要求高、抽象難學(xué)。輔以必要的實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力有著理論教學(xué)不可替代的特殊作用。針對(duì)本科生的學(xué)習(xí)興趣和植物生理學(xué)的科研特點(diǎn)及建設(shè)研究性大學(xué)的教學(xué)目標(biāo)，本文就實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，嘗試將教師的科研課題與學(xué)生實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合，倡導(dǎo)研究型實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)方案的制定，以期為高校教師改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法提供參考。

關(guān)鍵詞：植物生理學(xué) 科研 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9795（2013）08（b）-0074-02

所謂植物生理學(xué)是一門探究植物生命現(xiàn)象和生命活動(dòng)規(guī)律的學(xué)科，它不僅是農(nóng)林院校一門至關(guān)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，同時(shí)也是我校升級(jí)精品課程之一。該門課程是生物學(xué)課程體系中的部分，既是高等院校生物學(xué)領(lǐng)域重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，又是進(jìn)一步學(xué)好其它專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的必要條件和基礎(chǔ)。它具有理論性強(qiáng)、基礎(chǔ)要求高、抽象難學(xué)等特點(diǎn)[1]?？蒲械谋举|(zhì)是對(duì)知識(shí)的探索，教學(xué)的目的是對(duì)知識(shí)的傳播，學(xué)習(xí)的內(nèi)涵是對(duì)知識(shí)的索取。而高校如何培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需要的具備較高專業(yè)知識(shí)素養(yǎng)和創(chuàng)新精神的人才，正成為高等教育創(chuàng)新發(fā)展研究的熱點(diǎn)議題之一，也是目前高校改革的主要目標(biāo)。研究型大學(xué)在美國(guó)高等教育系統(tǒng)中扮演著主導(dǎo)的角色。但是，本科教育卻是研究型大學(xué)常常忽視的問題。因此大學(xué)應(yīng)建立知識(shí)為中介的“科研—教學(xué)—學(xué)習(xí)連接體（the research-teaching-study nexus）”[2]。我們對(duì)該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了與科研緊密結(jié)合的改革探索，并取得了一定成效。

1 植物生理學(xué)教學(xué)面臨的新問題

（1）內(nèi)容更新非常快。

隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，植物生理學(xué)在學(xué)科內(nèi)容的深度和廣度方面都發(fā)生了質(zhì)的變化，隨著新理論、新學(xué)科和新技術(shù)的逐步滲入，最初的許多觀點(diǎn)和方法都不斷地被更新，涌現(xiàn)了許多新概念、新方法和新成果，導(dǎo)致該課程的諸多內(nèi)容需要不斷的進(jìn)行更新[3]，只有這樣，植物生理學(xué)才能最終成為一門內(nèi)容豐富、并迅速發(fā)展壯大的學(xué)科。比如，國(guó)外植物生理學(xué)教科書Plant Physiology（The fourth version，Taiz Zeiger）已經(jīng)及時(shí)更新了光合作用當(dāng)中有關(guān)光合途徑轉(zhuǎn)變部分，即C4光合可以在單個(gè)葉肉細(xì)胞中進(jìn)行[4]的內(nèi)容。這說明C3和C4植物的光合特征具有極大的可塑性[5]。我們?cè)谡n堂教學(xué)過程中已經(jīng)及時(shí)補(bǔ)充了體現(xiàn)最新科研成果的這部分內(nèi)容。

（2）課時(shí)壓縮任務(wù)重。

近年來，我國(guó)植物生理學(xué)教科書的版本漸多，加之教學(xué)計(jì)劃的調(diào)整，課程的學(xué)時(shí)數(shù)由原來90學(xué)時(shí)壓縮到80學(xué)時(shí)。目前，在植物生理學(xué)教學(xué)過程中教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式以及教學(xué)方法等還存在著一些問題。比如教學(xué)內(nèi)容比較陳舊，教學(xué)模式死板，不靈活，教學(xué)方法單一等。特別是實(shí)驗(yàn)教學(xué)，課時(shí)只有32學(xué)時(shí)，且內(nèi)容以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)生處于被動(dòng)狀態(tài)，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中扮演典型的“操作工”的角色，極大地影響了實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果。在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，要更加全面而深入地讓學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握本門課程的內(nèi)容，傳統(tǒng)的教學(xué)方式方法就面臨著挑戰(zhàn)。盡管探索教學(xué)改革的文章和思路也很多，但內(nèi)容大同小異，很少有人提出一套完整有效的改革措施。這種流于形式的教學(xué)改革，不能從根本上體現(xiàn)這門實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程的特點(diǎn)和精髓，阻礙了本科生從理解到實(shí)踐的動(dòng)手能力，進(jìn)而影響創(chuàng)新思維培養(yǎng)，限制了緊跟國(guó)際前沿的科學(xué)創(chuàng)新能力，有可能錯(cuò)失具備科研能力的后備軍。這與我們提出的培養(yǎng)創(chuàng)新人才，提高素質(zhì)教育的理念是背道而馳的，因此，本文探討了在執(zhí)行教改項(xiàng)目的過程中針對(duì)培養(yǎng)創(chuàng)新人才將科研要素適時(shí)加入、緊密配合植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的措施和效果。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對(duì)教學(xué)模式與教學(xué)方法的改進(jìn)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校教學(xué)體系的重要組成部分。實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力有著理論教學(xué)不可替代的特殊作用。由于植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中大多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，不利于學(xué)生自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此我們嘗試將教師的科研課題與學(xué)生實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合，倡導(dǎo)研究型實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)。

（1）將科研實(shí)驗(yàn)材料應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

植物光合測(cè)定最好的季節(jié)是5～7月，而下半年有植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)課的學(xué)生不容易找到合適的光合實(shí)驗(yàn)材料，時(shí)間安排上存在困難。為了讓秋季開課學(xué)生在合理的周次進(jìn)入實(shí)驗(yàn)，我們將正在科研工作中沙培或水培的實(shí)驗(yàn)材料或人工氣候室種植的實(shí)驗(yàn)材料提供給學(xué)生進(jìn)行光合實(shí)驗(yàn)。這樣學(xué)生既可以掌握組培技術(shù)和室內(nèi)種植，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又可以與科研實(shí)驗(yàn)結(jié)果作對(duì)照，相得益彰。解決了取材季節(jié)與教學(xué)時(shí)間上的矛盾，并能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)較好地完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)。

（2）改驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為設(shè)計(jì)和干預(yù)性實(shí)驗(yàn)。

當(dāng)前，教育改革對(duì)高等院校提出了很多新的要求，就專業(yè)實(shí)驗(yàn)來說，要求綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比例高于基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課的單元操作實(shí)驗(yàn)，盡量減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的比例。

在以往的植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)中，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)均屬驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。一般的做法是課前由實(shí)驗(yàn)教師將所需實(shí)驗(yàn)物品準(zhǔn)備好，課上講解實(shí)驗(yàn)原理、步驟以及注意事項(xiàng)等，然后學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)和教師的要求按部就班地進(jìn)行。它屬于一種過程性實(shí)驗(yàn)，盡管對(duì)學(xué)生打下扎實(shí)基礎(chǔ)是十分必要的，但不能體現(xiàn)學(xué)生的動(dòng)腦能力和自主能力，學(xué)生失去了想象和思維的空間。為培養(yǎng)學(xué)生的科研思維能力和創(chuàng)新意識(shí)，在更改實(shí)驗(yàn)材料的同時(shí)，有意識(shí)地安排學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。

（3）輔以一定數(shù)量難度較大的視頻實(shí)驗(yàn)。

針對(duì)植物生理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的課程特點(diǎn)，充分運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)廣泛收集配有動(dòng)畫或視頻的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，盡管有些實(shí)驗(yàn)因設(shè)備或配備不能及或?qū)嶒?yàn)學(xué)時(shí)緊張實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地緊張而無法給本科生開設(shè)，可以通過一定數(shù)量視頻實(shí)驗(yàn)的展示，特別是用視頻展示難度較大、細(xì)節(jié)過多的實(shí)驗(yàn)，輔以關(guān)鍵步驟和處理的注意事項(xiàng)講解，形象生動(dòng)，易于理解，將某些難以理解和無法想象的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容變得具體可見，真實(shí)可信，收到了很好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

（4）改實(shí)驗(yàn)報(bào)告為實(shí)驗(yàn)論文。

在過去的教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置往往相對(duì)獨(dú)立，而且要求學(xué)生在固定的課時(shí)內(nèi)完成，這就造成了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之間缺乏必要的有機(jī)結(jié)合和連貫性。學(xué)生每做完一次實(shí)驗(yàn)，就要將實(shí)驗(yàn)結(jié)果以報(bào)告的形式寫出來，報(bào)告的統(tǒng)一格式為實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、方法與步驟、結(jié)果與分析，大部分內(nèi)容在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)上基本都有，學(xué)生之間所能體現(xiàn)不同的僅有“結(jié)果與分析”一項(xiàng)。這樣，不利于學(xué)生寫作能力的培養(yǎng)。通過科研與教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，把驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)變?yōu)樵O(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，并思考實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)之間的銜接和連續(xù)，同時(shí)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告也改為實(shí)驗(yàn)論文。實(shí)驗(yàn)論文由教師擬定題目，并對(duì)論文的格式和要求進(jìn)行指導(dǎo)性說明，要求學(xué)生自己分析，結(jié)合查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)論文。這不僅解決了學(xué)生照抄實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和抄襲實(shí)驗(yàn)結(jié)果的問題，促進(jìn)了學(xué)生獨(dú)立思考，而且教師也從中受益。另外，加強(qiáng)學(xué)生論文討論部分的權(quán)重，對(duì)于討論的寫作和思路感到迷茫的學(xué)生，通過回答實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)的思考題、回憶實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)以及與其他同學(xué)的結(jié)果對(duì)比方面去充實(shí)討論內(nèi)容。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的特色及創(chuàng)新

筆者從事光合途徑的適應(yīng)性進(jìn)化研究工作十幾年，承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目，從事植物生理學(xué)的教學(xué)工作七年，具備較強(qiáng)的科研基礎(chǔ)和理論基礎(chǔ)，同時(shí)應(yīng)用具體的教改思路，經(jīng)過探索，賦予我校植物生理學(xué)課程鮮明的教改特色和優(yōu)勢(shì)——新穎、完整、前沿。對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力效果明顯，具有較強(qiáng)的可操作性和可持續(xù)性。

創(chuàng)新之處在于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過自己動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，學(xué)生變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)探索，既激發(fā)了學(xué)生的科研興趣，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的自覺性，同時(shí)又提高了自主實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和論文寫作能力。另外解決了取材季節(jié)與教學(xué)時(shí)間上的矛盾，提高了學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和科研論文寫作能力，高難度的演示實(shí)驗(yàn)和動(dòng)手實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，培養(yǎng)了學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 阮燕曄.提高農(nóng)業(yè)院校植物生理學(xué)教學(xué)質(zhì)量的實(shí)踐途徑[J].沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2007（9）：400-402.

[2]龔春梅.高校生命科學(xué)教學(xué)及時(shí)更新書本知識(shí)的必要性和技巧[J].中國(guó)科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2009（10）：95-97.

[3]賀巖.提高植物生理學(xué)教學(xué)質(zhì)量的探討[J].山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（4）：7-8.

[4]Voznesenskaya EV，et al.Kranz anatomy is not essential for terrestrial C4 plant photosynthesis[J].Nature，2001（414）：543-546.

[5]Hibberd JM，et al.Using C4 photosynthesis to increase the yield of rice—rationale and feasibility[J].Current Opinion in Plant Biology，2008（11）：228-231.