植物生理學(xué)實驗中溶液培養(yǎng)研究性實驗的建立研究

劉 陽， 董樹剛

(中國海洋大學(xué) 海洋生命學(xué)院, 青島 266003)

植物生理學(xué)實驗中溶液培養(yǎng)研究性實驗的建立研究

劉 陽， 董樹剛

(中國海洋大學(xué) 海洋生命學(xué)院, 青島 266003)

溶液培養(yǎng)實驗是植物生理學(xué)實驗教學(xué)中的重要內(nèi)容，而舊的教學(xué)大綱中該部分內(nèi)容設(shè)置單一，不利于學(xué)生的理解掌握。筆者在教學(xué)實踐中，將基礎(chǔ)性實驗與溶液培養(yǎng)實驗有機結(jié)合，以溶液培養(yǎng)為技術(shù)手段，引導(dǎo)學(xué)生開展研究性實驗，鍛煉學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、綜合能力和創(chuàng)新能力，取得了較好的效果。

溶液培養(yǎng)；研究性實驗；教學(xué)改革

植物生理學(xué)實驗是植物生理學(xué)教學(xué)體系中的重要內(nèi)容，該實驗課程內(nèi)容較多，實驗內(nèi)容可選擇性強，然而由于實驗上課時間的限制，很多實驗不能具體開設(shè)，如何將各部分的實驗內(nèi)容進行有機串聯(lián)是植物生理學(xué)實驗教學(xué)的重要研究內(nèi)容。同時現(xiàn)行的植物生理學(xué)實驗中“驗證性實驗”比重過高，綜合性及研究性實驗的比例過低，不利于學(xué)生綜合能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[1-2]。

植物溶液培養(yǎng)實驗是植物生理學(xué)實驗中的重要內(nèi)容，該實驗的實驗?zāi)康氖亲寣W(xué)生了解礦質(zhì)元素對植物生長的必需性以及植物的缺素癥狀。然而在舊的實驗教學(xué)大綱中，該實驗體系設(shè)置簡單，內(nèi)容單一，學(xué)生最后的實驗結(jié)果往往是肉眼觀察得到的，對實驗結(jié)果不能進行深度展示，缺乏科學(xué)實驗的嚴謹性，不利于學(xué)生對礦質(zhì)元素在植物生長過程中重要作用的深度理解。其實完全可以對實驗內(nèi)容進行革新，擴展實驗內(nèi)容，對實驗結(jié)果進行深度剖析，培養(yǎng)學(xué)生的綜合實驗技能及創(chuàng)新能力[3]。筆者結(jié)合自己近幾年的教學(xué)實踐，以研究性實驗“鉛脅迫條件下孔石莼對海水中磷元素吸收規(guī)律的影響”為例，對該部分內(nèi)容革新方法進行說明。

1　實驗革新的指導(dǎo)思想

筆者在實驗教學(xué)中，將該溶液培養(yǎng)實驗定位為一個研究性實驗。植物溶液培養(yǎng)實驗在中國海洋大學(xué)植物生理學(xué)實驗課程體系中設(shè)置為第2個實驗，該實驗的開設(shè)時間早，學(xué)生有足夠的時間(6～8周)進行實驗，學(xué)生在進行基礎(chǔ)性實驗的過程中，可以同時進行溶液培養(yǎng)實驗。當學(xué)生基礎(chǔ)性實驗全部完成后，已經(jīng)掌握了基本植物生理指標的測定方法，而且溶液培養(yǎng)的植物材料也可以進行實驗結(jié)果的總結(jié)，學(xué)生完全可以將學(xué)過的植物生理學(xué)實驗知識應(yīng)用到溶液培養(yǎng)實驗中[4]。同時鼓勵學(xué)生擴展思維，以溶液培養(yǎng)為技術(shù)手段，開展感興趣的研究性實驗。只要學(xué)生的實驗方案可行，技術(shù)路線正確，筆者都會努力支持學(xué)生開展該實驗。

研究性實驗“鉛脅迫條件下孔石莼對海水中磷元素吸收規(guī)律的影響”，選題是學(xué)生自己提出的，出發(fā)點是現(xiàn)在海洋中重金屬的污染愈加嚴重，實驗的目的是探討重金屬對海洋中海藻的生長影響。學(xué)生經(jīng)查閱相關(guān)文獻后形成開題報告，與實驗教師討論后，確定了實驗方案。該實驗擬設(shè)置梯度濃度的鉛元素培養(yǎng)液，研究孔石莼對高濃度及低濃度磷元素的吸收規(guī)律。

2　實驗材料的選擇

在實驗教學(xué)中，結(jié)合海大的涉海特色，作者鼓勵學(xué)生選擇自己感興趣的材料進行實驗。引導(dǎo)學(xué)生以海洋植物為實驗對象，進行溶液培養(yǎng)實驗。如“鉛脅迫條件下孔石莼對海水中磷元素吸收規(guī)律的影響”研究性實驗，學(xué)生選取的是青島海邊潮間帶典型的藻類孔石莼。

3　實驗教學(xué)方法及技術(shù)手段

溶液培養(yǎng)研究性實驗以小組為單位進行(6～8人為1組)，實驗時間實行彈性制，學(xué)生可以自己安排研究性實驗。

在實驗開始前，筆者會組織學(xué)生根據(jù)自己的興趣點，以溶液培養(yǎng)為技術(shù)手段，組成實驗小組。實驗小組經(jīng)查閱參考文獻并討論后完成一份開題報告，然后與實驗教師討論開題報告的可行性。當開題報告經(jīng)實驗教師審核通過后，學(xué)生開始溶液培養(yǎng)研究性實驗[5]。

在實驗教學(xué)體系中，溶液培養(yǎng)研究性實驗與基礎(chǔ)性實驗同時進行，學(xué)生經(jīng)過基礎(chǔ)性實驗的訓(xùn)練，可以將學(xué)到的實驗技能應(yīng)用到研究性實驗中，并在研究性實驗中強化基本的實驗技能，并加深對植物生理學(xué)理論知識的理解(圖1)。

最后學(xué)生會以研究性論文的形式上交作業(yè)[6]。論文要求按科研論文的格式撰寫，包括題目、中英文摘要、關(guān)鍵詞、前言、材料方法、結(jié)果與討論及參考文獻等。

“鉛脅迫條件下孔石莼對海水中磷元素吸收規(guī)律的影響”研究性實驗中，學(xué)生參考國家海水水質(zhì)標準及渤海海域10年中最大鉛離子污染濃度值，分別設(shè)置鉛離子濃度為0、20、500和1000 μg/dm3。學(xué)生將海邊采集的孔石莼在實驗室暫養(yǎng)24 h，然后放入不同濃度梯度的鉛離子培養(yǎng)液中進行培養(yǎng)(分低磷組及高磷組)，再測定培養(yǎng)15、35、55、75、135和255 min后培養(yǎng)瓶水體中磷酸鹽濃度，以計算最大吸收速率。統(tǒng)計分析培養(yǎng)期間孔石莼對磷酸鹽的吸收規(guī)律。

圖1 植物生理學(xué)基礎(chǔ)性實驗及研究性實驗教學(xué)體系

4　研究性實驗的考核方式

溶液培養(yǎng)研究性實驗的考核方式綜合考慮學(xué)生的開題報告(20%)、研究性論文(50%)及學(xué)生的植物材料培養(yǎng)情況(30%)。該考核方式不單獨依靠實驗報告，加大學(xué)生植物材料培養(yǎng)情況在最終成績中所占的比例，調(diào)動學(xué)生的實驗主動性，學(xué)生只有認真進行資料的查閱、實驗的準備、材料的培養(yǎng)、嚴謹?shù)膶嶒灧治霾拍艿玫筋A(yù)期的實驗結(jié)果。同時對學(xué)生實驗的創(chuàng)新點進行適當加分[7]。

在“鉛脅迫條件下孔石莼對海水中磷元素吸收規(guī)律的影響”研究性實驗中，學(xué)生最后發(fā)現(xiàn)在自然海水(低磷組)中，鉛對孔石莼吸收磷元素具有明顯的脅迫作用，而且鉛濃度的升高導(dǎo)致孔石莼吸收磷元素的速率逐漸降低，1000 μg/dm3實驗組中鉛的脅迫作用主要是發(fā)生在實驗初期的快速吸收階段，這與鉛對孔石莼吸收總氨氮的脅迫作用研究是一致的[8]；而高磷組中，鉛元素具有與低磷組相似的脅迫作用。

該研究性實驗選題上具有創(chuàng)新性及一定的應(yīng)用性，最后取得的實驗結(jié)果具有可信性，該研究性實驗強化了學(xué)生的實驗技能，鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新能力，學(xué)生通過該實驗認識到重金屬污染對孔石莼生長的危害。因此在最后的實驗考核中，筆者給予了學(xué)生5分的創(chuàng)新加分。

在幾年的實驗教學(xué)中，筆者堅持將溶液培養(yǎng)以研究性實驗的方式進行開設(shè)，取得了較好的效果，調(diào)動了學(xué)生的實驗主動性，提高了學(xué)生的實驗創(chuàng)新能力。根據(jù)筆者的教學(xué)體會，總結(jié)以下幾點心得。

1　實驗方案面廣

經(jīng)過近幾年的實踐，筆者發(fā)現(xiàn)該溶液培養(yǎng)教學(xué)手段能激發(fā)學(xué)生的實驗興趣，學(xué)生選題面廣，如有的小組在原來溶液培養(yǎng)缺素癥實驗基礎(chǔ)上，設(shè)置不同的元素濃度梯度，觀察不同濃度梯度下，植物的生長情況；有的實驗小組在缺素癥實驗基礎(chǔ)上進行了重金屬元素對植物的生長影響；有的實驗小組受市場上富硒大米的影響，進行了植物材料對硒的吸收能力實驗；有的學(xué)生以海藻為研究對象，研究了海藻對海水中重金屬的吸收能力，探討海藻在海洋生態(tài)修復(fù)中的可行性；有的學(xué)生還以海水為溶液培養(yǎng)載體，篩選具有抗鹽能力的植物等(表1)。

表1 學(xué)生溶液培養(yǎng)研究性實驗選題舉例

2　實驗選材多樣

學(xué)生在實驗的選材上也有很大的主動性，不僅局限于常見的溶液培養(yǎng)材料，有的學(xué)生結(jié)合海大的涉海特色，選擇了紫菜、鼠尾藻、滸苔、孔石莼等海洋藻類為實驗對象。

3　實驗創(chuàng)新手段新穎

進行溶液培養(yǎng)研究性實驗過程中，有的學(xué)生發(fā)現(xiàn)舊的溶液培養(yǎng)設(shè)備比較簡單，嘗試進行了循環(huán)式溶液培養(yǎng)系統(tǒng)的設(shè)計，經(jīng)過師生的共同努力，該系統(tǒng)設(shè)計成功，運行良好，有望在以后的溶液培養(yǎng)實驗中運行。以海洋植物為培養(yǎng)材料，以海水為溶液培養(yǎng)載體，將海洋特色融入到溶液培養(yǎng)實驗中也是該研究性實驗的一個重要創(chuàng)新點。

在實驗過程中，筆者還根據(jù)本實驗室具備的實驗條件，對實驗內(nèi)容進行了擴展，如組織“植物對重金屬富集能力實驗”小組進行了植物體內(nèi)重金屬的測定；組織“植物對硒吸收實驗”小組進行了硒的測定；讓學(xué)生學(xué)會使用原子吸收分光光度計、原子熒光分光光度計及微波消解儀等儀器。在實驗教學(xué)中，筆者堅持以學(xué)生為本，只要學(xué)生的創(chuàng)新想法具有可行性，就盡最大可能為學(xué)生提供條件，努力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

筆者在教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過教學(xué)改革后的溶液培養(yǎng)實驗?zāi)芎芎玫財U展為一個研究性實驗，而且在實驗時間安排上能與基礎(chǔ)性實驗相契合。通過溶液培養(yǎng)研究性實驗，學(xué)生的實驗興趣有明顯提高，研究性實驗的成功率在90%以上，學(xué)生最后的研究性論文的質(zhì)量也比較高，有的學(xué)生基于自己的溶液培養(yǎng)研究性實驗發(fā)表了研究論文。

將溶液培養(yǎng)實驗作為一個研究性實驗，以溶液培養(yǎng)為技術(shù)手段，將基礎(chǔ)性實驗聯(lián)系起來，不僅能培養(yǎng)學(xué)生的實驗技能，而且能加深學(xué)生對營養(yǎng)元素、植物生長、植物生理三者之間關(guān)系的理解[9]。訓(xùn)練學(xué)生的操作技能，鍛煉學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、綜合能力和創(chuàng)新能力，增強學(xué)生分析問題和解決問題的能力，促進創(chuàng)造性思維的形成。同時開闊學(xué)生的思路，培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力[10]。

[1]孔凡芹.《植物生理學(xué)》實驗教學(xué)存在的問題與改進[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2010,25:174.

[2]李 濱,彭 濤,張立立.探究性植物生理實驗教學(xué)改革與實踐[J].實驗室研究與探索，2009,28(10):131-132.

[3]江月玲,劉順枝,胡位榮.綜合性實驗“植物缺素溶液培養(yǎng)”的改革實踐初探[J].科技信息，2009,19:423-424.

[4]王紹明,張霞.圍繞溶液培養(yǎng)進行系列實驗的教學(xué)方法[J].植物生理學(xué)通訊，1996,32(2):138-139.

[5]陳洪國,陳宦兵,范付華.研究型綜合設(shè)計性實驗在植物生理學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].襄樊職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2007,6(6):95-97.

[6]張秀玲.植物生理學(xué)實驗教學(xué)中研究型綜合設(shè)計性實驗的探究[J].實驗室科學(xué),2009(8):88-89,92.

[7]于虹漫,向紅,何麗,等.植物生理學(xué)課程探究性實驗考評體系改革初探[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,40(2):1223-1224.

[8]魏海峰 朱學(xué)惠 劉長發(fā),等.Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)對孔石莼吸收總氨氮的影響[J].大連水產(chǎn)學(xué)院學(xué)報,2008,23(4):283-287.

[9]王桂蘭,喬永旭,胡陽,等.“植物元素缺乏癥”實驗教學(xué)方法的改進[J].植物生理學(xué)通訊，2006,42(6):1161-1162.

[10]楊曉華,張華峰.加強植物生理學(xué)實驗創(chuàng)新教育的思考[J].實驗室研究與探索，2010,29(8):67-69.

The establishment of hydroponics research experiment in plant physiology experiment

LIU Yang, DONG Shu-gang

(College of Marine Life Science, Ocean University of China, Qingdao 266003, China)

Hydroponics experiment is an important content of the teaching in plant physiology. However, the content of this part is monotonous in the old syllabus. The author tries to combine the basic experiment with hydroponics experiment in his teaching. Using hydroponics as a technology and guiding students to carry out research experiment, the author′s teaching innovation has achieved good results, training students′ practical ability, observation ability, comprehensive ability and innovation ability.

hydroponics; research experiment; teaching innovation

2014-05-30；

2014-08-11

中國海洋大學(xué)實驗室研究基金(高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費)(1200841451010)

劉陽，博士研究生，實驗師，從事植物生理學(xué)教學(xué)與科研工作，E-mail:liuyang09@ouc.edu.cn。

Q945-4;G652

C

2095-1736(2015)01-0107-03

doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2015.01.107