植物生理學(xué)全程研究性實(shí)踐教學(xué)探索

熊 飛, 余徐潤(rùn), 潘志明, 董召娣, 陳 剛

(揚(yáng)州大學(xué) 生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 江蘇 揚(yáng)州 225000)

高素質(zhì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)是高等院校的中心任務(wù),隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,接受傳統(tǒng)教育的我國(guó)大學(xué)畢業(yè)生普遍存在著創(chuàng)新意識(shí)不強(qiáng)、解決問題能力較弱和實(shí)踐動(dòng)手能力不夠等問題[1]。為此,國(guó)際上眾多高校推出了研究性教學(xué)模式,該模式也受到我國(guó)高等教育界的高度重視。2005年,教育部頒發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作的若干意見》, 提出高校要積極推動(dòng)研究性教學(xué),提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力。研究性教學(xué)的核心理念是以實(shí)踐中的真實(shí)問題為導(dǎo)向,將學(xué)生置于真實(shí)的情境中學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力,增強(qiáng)學(xué)生對(duì)社會(huì)的適應(yīng)能力,使教學(xué)與科研有機(jī)統(tǒng)一的一種教學(xué)模式[2]。由于它更注重發(fā)揮學(xué)習(xí)主體的能動(dòng)作用,把發(fā)展探索能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力放在首位,所以是一種行之有效的現(xiàn)代教學(xué)方法,受到當(dāng)前高校的提倡和推崇[3]。

植物生理學(xué)是研究植物生命活動(dòng)規(guī)律及其與環(huán)境相互關(guān)系的科學(xué),與植物、環(huán)境相關(guān)的學(xué)科都與植物生理學(xué)關(guān)系密切。植物生理學(xué)課程是植物、農(nóng)學(xué)、蔬菜、果樹、林學(xué)、園藝、植保、土化和環(huán)境等專業(yè)的必修基礎(chǔ)課程。因此,植物生理學(xué)的教學(xué)質(zhì)量不僅直接影響到學(xué)生對(duì)后續(xù)課程的學(xué)習(xí),而且也關(guān)系到生命科學(xué)人才的素質(zhì)和能力培養(yǎng)。為進(jìn)一步提高該課程的教學(xué)質(zhì)量,培養(yǎng)高素質(zhì)具有創(chuàng)新能力的生命科學(xué)人才,國(guó)內(nèi)許多學(xué)者對(duì)該課程在教學(xué)方法、教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和學(xué)習(xí)方式等方面進(jìn)行了大膽的改革與實(shí)踐[4-7],取得了顯著的教學(xué)成效。近年來,許多學(xué)者將研究性教學(xué)應(yīng)用于植物生理學(xué)課程的教學(xué)改革中,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、創(chuàng)業(yè)意識(shí)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力發(fā)揮著重要的作用[8-9]。但大多數(shù)研究者只對(duì)該課程的某一章節(jié)或某一專題內(nèi)容進(jìn)行了研究性教學(xué)實(shí)踐[10-11],而對(duì)該課程所有內(nèi)容并未進(jìn)行全程研究性教學(xué)實(shí)踐。自2012年以來,根據(jù)植物生理學(xué)各章節(jié)內(nèi)容的特點(diǎn)和自身實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn),嘗試性地對(duì)全程研究性教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)評(píng)價(jià)等進(jìn)行探索,取得了較好的效果。

1 全程研究性教學(xué)方法

研究性教學(xué)不單純是一種教學(xué)模式或教學(xué)方式,也不只是一個(gè)教學(xué)過程或教學(xué)活動(dòng),而是教師和學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中必須遵循的一種教學(xué)指導(dǎo)思想,具有重過程、重應(yīng)用、重體驗(yàn)、重參與的特點(diǎn)。因此,研究性教學(xué)方法具有多樣化特征。根據(jù)筆者的教學(xué)實(shí)踐,植物生理學(xué)課程研究性教學(xué)方法主要有4種：專題拓展交流、生產(chǎn)調(diào)查、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、探究性實(shí)驗(yàn)。

1.1 專題拓展交流

專題拓展交流是一種以教師上課時(shí)提出的問題為導(dǎo)向,學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)、微課、慕課、實(shí)驗(yàn)錄像、圖書資料、電子書等資源進(jìn)行查閱資料,預(yù)先自行學(xué)習(xí)課程內(nèi)容,學(xué)生做讀書報(bào)告,最后綜合評(píng)定學(xué)生學(xué)習(xí)效果的開放式、探究式的教學(xué)方法。大體步驟如下：首先根據(jù)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí),將學(xué)習(xí)內(nèi)容分為不同的專題,對(duì)每一專題設(shè)定不同的探究問題；然后分組進(jìn)行資料查閱與信息收集、資料分析與PPT制作；最后學(xué)生作報(bào)告、學(xué)生提問、教師點(diǎn)評(píng)和總結(jié)。教師根據(jù)報(bào)告、答題、主持會(huì)議、所交作業(yè)等內(nèi)容綜合評(píng)定學(xué)生成績(jī)。通過專題拓展交流,不僅提高了學(xué)生分析問題、解決問題的能力,也提高了學(xué)生口頭表達(dá)和主持會(huì)議的能力,同時(shí)也增強(qiáng)了學(xué)生合作精神和團(tuán)隊(duì)意識(shí)。

專題拓展交流的內(nèi)容適宜選擇一些開放性強(qiáng),沒有標(biāo)準(zhǔn)答案,能發(fā)揮學(xué)生想象力的知識(shí)點(diǎn)。比如植物生理學(xué)發(fā)展史及其與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系,要求學(xué)生查閱大量資料去了解植物生理學(xué)的產(chǎn)生、發(fā)展、壯大的過程,并潛移默化地讓學(xué)生感受植物生理學(xué)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要作用,從而激發(fā)對(duì)這門課程的學(xué)習(xí)興趣;又如講到植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能時(shí),可以比較“植物學(xué)”“細(xì)胞生物學(xué)”“植物生理學(xué)”三門課程中有關(guān)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能表述的異同點(diǎn),比較生物特別是動(dòng)物和植物細(xì)胞的異同點(diǎn),這有利于學(xué)生將相關(guān)課程知識(shí)點(diǎn)融會(huì)貫通、交叉互補(bǔ);再如植物在白天和夜晚通過哪些生理途徑與外界環(huán)境進(jìn)行CO2和O2交換？這個(gè)專題綜合了植物光合作用、光呼吸、呼吸作用等相關(guān)知識(shí)點(diǎn),有利于學(xué)生對(duì)植物生理學(xué)各章節(jié)知識(shí)的綜合掌握。一學(xué)期所選的專題拓展交流的次數(shù)需根據(jù)不同學(xué)?；虿煌瑢I(yè)給予本課程學(xué)時(shí)數(shù)而定,一般安排6～8次較適宜。

1.2 生產(chǎn)調(diào)查

植物生理學(xué)被稱之為合理農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ),其誕生和發(fā)展都與生產(chǎn)實(shí)踐和生活實(shí)際緊密相關(guān)。長(zhǎng)期以來,植物生理學(xué)的教學(xué)是理論教學(xué)結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn),但與真正的生產(chǎn)實(shí)踐聯(lián)系較少,教師只是在課堂上講解與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合的實(shí)例,教學(xué)效果不太理想、學(xué)生理解不太充分,很難引起學(xué)生的共鳴[1]。通過學(xué)生的課外生產(chǎn)或生活實(shí)踐調(diào)查能進(jìn)一步鞏固和應(yīng)用植物生理學(xué)理論知識(shí),對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的觀察、分析、動(dòng)手和創(chuàng)新等綜合能力具有重要意義。

生產(chǎn)調(diào)查應(yīng)選擇與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或生活實(shí)際聯(lián)系緊密，學(xué)生感興趣且易獲得調(diào)查結(jié)果的內(nèi)容。如講授到植物生長(zhǎng)生理這一章時(shí),可以讓學(xué)生自己選擇一種農(nóng)作物,觀察和拍攝該作物從播種開始一直到收獲整個(gè)生長(zhǎng)過程,并測(cè)定相關(guān)的生理指標(biāo),如葉綠素含量、生長(zhǎng)速率、產(chǎn)量和品質(zhì)。同時(shí)要求學(xué)生將外部特征和生理規(guī)律緊密結(jié)合起來,加深對(duì)理論知識(shí)的深刻理解;又如讓學(xué)生調(diào)查植物失綠的原因有哪些？通過學(xué)生日常生活中觀察到的植物失綠現(xiàn)象,分析造成這些現(xiàn)象的原因,這樣不僅培養(yǎng)學(xué)生觀察、思考、分析問題的能力,而且能加深對(duì)植物葉綠素合成及其影響因素等理論知識(shí)的理解；也可適當(dāng)組織學(xué)生到一些實(shí)驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)、蔬菜大棚、種苗培養(yǎng)公司等進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀察,讓學(xué)生親自體會(huì)理論知識(shí)如何轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)效益的,增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)業(yè)意識(shí)。由于師資、設(shè)備、經(jīng)費(fèi)、場(chǎng)所等條件限制,安排生產(chǎn)或生活調(diào)查內(nèi)容不宜過多,一學(xué)期中應(yīng)以3～4次較適宜。

1.3 綜合性實(shí)驗(yàn)

植物生理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科,除了開設(shè)一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),應(yīng)增加綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?zāi)馨迅鳘?dú)立的生理指標(biāo)或單一的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容聯(lián)系起來放到一個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，要求學(xué)生在理解植物生理學(xué)原理的基礎(chǔ)上,運(yùn)用所掌握的理論、技能和實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),提高學(xué)生的科研能力[7]。選題可包括實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn),如比較使用氧電極、紅外線氣體分析儀、LI-6800便攜式光合作用測(cè)定系統(tǒng)測(cè)定植物光合速率的異同；在做光合作用綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)時(shí),要求學(xué)生自主選擇植物材料,分離提取葉綠素，測(cè)定其含量和吸收光譜,觀察葉綠素的理化性質(zhì),還要求自主設(shè)置環(huán)境處理,分析環(huán)境因素對(duì)光合速率的影響等；又如有關(guān)逆境方面的實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生各自選擇植物材料,設(shè)計(jì)不同的逆境如干旱、水澇、高溫、低溫、鹽害等,用電導(dǎo)率儀測(cè)定逆境對(duì)植物細(xì)胞膜透性的影響,用TTC法測(cè)定根系活力,用葉綠素計(jì)測(cè)定逆境對(duì)葉片葉綠素含量變化,用分光光度法測(cè)定植物抗氧化酶的活性,用數(shù)碼顯微攝影裝置拍攝植物形態(tài)的差異,并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析逆境對(duì)植物生理的影響。一般情況下,在一個(gè)學(xué)期植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,安排2～3次綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)較適宜。

1.4 探究性實(shí)驗(yàn)

探究性實(shí)驗(yàn)是指在教學(xué)過程中創(chuàng)設(shè)類似科學(xué)研究的情景,讓學(xué)生在獨(dú)立的探索、思考和實(shí)踐的研究過程中吸收知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)、分析問題和解決問題的教學(xué)模式[12]。圍繞本課程重要的章節(jié),在學(xué)生力所能及的范圍內(nèi)設(shè)計(jì)相應(yīng)的探究性實(shí)驗(yàn),在師生相互配合下完成實(shí)驗(yàn)的研究設(shè)計(jì),由學(xué)生實(shí)施研究計(jì)劃、完成研究論文,在課堂上匯報(bào)和答辯,由教師對(duì)研究論文以及匯報(bào)和答辯的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)分并計(jì)入學(xué)生課程總成績(jī),最后教師點(diǎn)評(píng)和補(bǔ)充,學(xué)生提交研究性教學(xué)心得體會(huì)報(bào)告。學(xué)生選題可以和教師的科研項(xiàng)目相結(jié)合,或是申報(bào)國(guó)家級(jí)、省級(jí)和校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目,也可在查閱相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上自主選題。學(xué)生在選好題目后獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,在教師審核了該設(shè)計(jì)方案的可行性后再開始實(shí)驗(yàn)。這種研究方法有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力、有利于培養(yǎng)學(xué)生提出問題的能力以及表達(dá)交流與合作的能力。但由于此類探究性實(shí)驗(yàn)耗時(shí)較長(zhǎng)，受條件限制等,不宜安排過多。比如探究植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑(NAA、GA3、6-BA、ABA、ETH、CCC)對(duì)植物的生理效應(yīng),學(xué)生自主配制各種濃度的生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑,自選實(shí)驗(yàn)材料,觀察、拍攝植物生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的響應(yīng)的形態(tài)、生理變化等特征。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果做得好的學(xué)生推薦發(fā)表學(xué)術(shù)論文,并鼓勵(lì)學(xué)生參加全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生生命科學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)大賽、全國(guó)大學(xué)生生命科學(xué)聯(lián)賽等有關(guān)競(jìng)賽活動(dòng),進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和科研熱情。由于受實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)條件及時(shí)間等限制,一般情況下,一學(xué)期安排1～2次探究性實(shí)驗(yàn)較適宜。

2 全程研究性教學(xué)實(shí)踐

2.1 全程研究性教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)

植物生理學(xué)知識(shí)體系比較完整、內(nèi)容豐富,涉及植物的水分生理、礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)、光合作用、呼吸作用、激素調(diào)控、營(yíng)養(yǎng)和生殖生理、抗逆生理等內(nèi)容,以王忠主編的第二版教材內(nèi)容為例[13],共有5大篇,13章節(jié)。有些內(nèi)容理論性較強(qiáng),不太適宜開展研究性教學(xué),如光合作用的機(jī)理就不適合用于研究性教學(xué),只能通過教師課堂講授。筆者根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了研究性教學(xué)應(yīng)遵循的三個(gè)原則：一是內(nèi)容應(yīng)用性要強(qiáng),能夠激發(fā)學(xué)生興趣；二是可操作性要強(qiáng),容易實(shí)現(xiàn)目標(biāo)；三是學(xué)生自愿,因材施教。筆者通過多年實(shí)踐,認(rèn)真梳理課程內(nèi)容,根據(jù)上述原則,篩選出每章適宜進(jìn)行研究性教學(xué)方式和教學(xué)內(nèi)容(見表1),以供同行參考。由于綜合性實(shí)驗(yàn)在正常實(shí)驗(yàn)教學(xué)中開設(shè),因此表1中未將之列入。

表1 植物生理學(xué)各章節(jié)適宜的研究性教學(xué)內(nèi)容和方法

表1(續(xù))

2.2 全程研究性教學(xué)實(shí)踐過程

全程研究性教學(xué)實(shí)踐已實(shí)施了3年,現(xiàn)以2017年生科1601班和生科1602班為例,介紹具體實(shí)踐過程。這兩個(gè)班共60人,根據(jù)學(xué)生自愿原則,自由組合成12個(gè)小組,每小組5人,每小組研究性教學(xué)內(nèi)容分配如表2所示。專題拓展交流每小組1次,共12次。探究性實(shí)驗(yàn)每小組1次,共12次；每小組自行選擇1種植物,觀察和拍攝該植物生長(zhǎng)發(fā)育的過程,分析其外部形態(tài)與生理特性的關(guān)系。生產(chǎn)調(diào)查4次,每3個(gè)小組調(diào)查1個(gè)生產(chǎn)內(nèi)容。

表2 各小組全程研究性教學(xué)內(nèi)容分配

注：每個(gè)小組商量后根據(jù)實(shí)際情況選擇植物材料,表中植物名稱僅作參考

根據(jù)表2中各小組研究性教學(xué)內(nèi)容,每周的研究性教學(xué)方法、內(nèi)容安排及注意事項(xiàng)如表3所示。每周每次學(xué)生在課堂匯報(bào)結(jié)束后,教師必須及時(shí)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)、總結(jié),并且將課本上的重要的理論知識(shí)進(jìn)行補(bǔ)充講授,否則可能會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)理論知識(shí)掌握不系統(tǒng)、不完整和不透徹。另外,在平時(shí)要求學(xué)生遇到問題時(shí)及時(shí)與教師溝通,教師也得及時(shí)了解學(xué)生的探究性實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)調(diào)查、植物生長(zhǎng)發(fā)育觀察的進(jìn)展動(dòng)態(tài),并及時(shí)進(jìn)行指導(dǎo),保證研究性教學(xué)的順利進(jìn)行。

2.3 全程研究性教學(xué)實(shí)踐成效

與一般的研究性教學(xué)相比,全程研究性教學(xué)難度明顯加大,需投入更多的物力、財(cái)力和人力,但教師和學(xué)生收獲會(huì)更大、更多。經(jīng)過3年的嘗試和探索,學(xué)生主動(dòng)性明顯提高、科研興趣顯著增強(qiáng),很多學(xué)生積極主動(dòng)地參與科研,從中學(xué)會(huì)了文獻(xiàn)查閱、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、論文寫作等科研技能,科研綜合素質(zhì)明顯提升,參加實(shí)踐創(chuàng)新比賽取得驕人的成績(jī)，如2014級(jí)本科生陳昕鈺、楊陽通過植物生理學(xué)探究性實(shí)踐獲得啟發(fā),在教師的指導(dǎo)下研究了小麥在干旱條件下穎果的形態(tài)和生理變化規(guī)律,以第一作者完成的科研作品獲第十五屆“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng),并以第一作者發(fā)表SCI論文1篇；2015級(jí)本科生汪巧菊、李發(fā)麗等研究了小麥弱勢(shì)粒發(fā)育不良的生理機(jī)制,以第一作者撰寫的科研論文獲第一屆全國(guó)大學(xué)生生命科學(xué)競(jìng)賽二等獎(jiǎng),進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)和科研熱情。

表3 全程研究性教學(xué)內(nèi)容的時(shí)間安排

3 結(jié)語

本文首次將研究性教學(xué)模式應(yīng)用于植物生理學(xué)全程教學(xué)實(shí)踐過程中,探索出當(dāng)前高校進(jìn)行研究性教學(xué)方法4種,遴選出進(jìn)行全程研究性教學(xué)各章節(jié)適宜的課程內(nèi)容和每周的日程安排,取得較好的教學(xué)成效。隨著高等教育教學(xué)改革的深化,圍繞我校“培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新性人才”的辦學(xué)定位,在植物生理學(xué)課程中開展全程研究性教學(xué)是一種值得推廣的教學(xué)模式。