高校植物生理學(xué)實驗教學(xué)改革研究

劉一靈

（貴州大學(xué) 煙草學(xué)院，貴州貴陽 550025）

植物生理學(xué)是研究植物生命活動規(guī)律的科學(xué)，內(nèi)容包含植物生長發(fā)育與形態(tài)建成、物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化、信號傳遞與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)3 個方面[1]。植物生理學(xué)課程是高校植物生產(chǎn)類、生物類等專業(yè)的基礎(chǔ)課程，也是一門理論性和實踐性極強的學(xué)科，其教學(xué)內(nèi)容包括理論教學(xué)和實驗教學(xué)[2]。植物生理學(xué)實驗教學(xué)可以加深學(xué)生對理論知識點的理解，并培養(yǎng)其實驗操作能力和獨立思考能力，是培養(yǎng)研究型人才和應(yīng)用型人才必不可少的教學(xué)環(huán)節(jié)[3]。

隨著基礎(chǔ)學(xué)科研究的不斷深入，先進的研究技術(shù)也滲透到各個相關(guān)領(lǐng)域，學(xué)科間的交流也更廣泛和深入。植物生理學(xué)的研究技術(shù)和研究內(nèi)容也不斷進行更新和調(diào)整[1]，因此，植物生理學(xué)實驗教學(xué)也應(yīng)做出相應(yīng)調(diào)整和改革，以適應(yīng)學(xué)科的發(fā)展，提高學(xué)生創(chuàng)新實踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。

1 植物生理學(xué)實驗教學(xué)存在的問題

目前，植物生理學(xué)實驗教學(xué)課程仍跟隨理論課程開課，沒有設(shè)立為單獨的實驗課。實驗課程的實驗項目數(shù)量較多，且涉及的理論知識點比較分散，聯(lián)系不夠緊密，實驗內(nèi)容大部分為驗證性實驗，如植物組織水勢的測定、植物呼吸速率的測定、葉綠素的提取和含量的測定等，綜合性實驗較少，像植物組織培養(yǎng)、農(nóng)桿菌介導(dǎo)的植物轉(zhuǎn)化等常用的植物分子生物學(xué)實驗技術(shù)因?qū)W時限制無法開展[4]。課堂內(nèi)容與實驗教學(xué)內(nèi)容進度不一致，實驗課程進度往往落后于理論課程。受課時限制，教師對理論實驗原理的講授難以深入和擴展，學(xué)生在實驗過程中無法將課堂學(xué)習(xí)的理論知識與實驗內(nèi)容結(jié)合，影響了學(xué)生理論知識和專業(yè)水平的提高。

實驗教學(xué)過程仍以教師為主導(dǎo)。實驗課程前期的實驗材料種植、實驗耗材的準(zhǔn)備、實驗試劑配制等實驗準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，實驗課程授課環(huán)節(jié)，實驗過程的儀器操作使用等，都由教師完成，學(xué)生僅參與實驗操作部分，按部就班操作就能取得預(yù)期結(jié)果。在實驗過程中，學(xué)生未自主思考，也未激發(fā)參加實驗的積極性和主動性。由于基礎(chǔ)實驗準(zhǔn)備環(huán)節(jié)的缺失，導(dǎo)致學(xué)生對完整的科研活動認(rèn)識不充分，影響其科研活動的順利開展[5]。

授課方式陳舊。多媒體教學(xué)、智慧教室等現(xiàn)代教學(xué)方式已融入理論教學(xué)中，而實驗教學(xué)大部分仍采用板書、講授方式授課，教學(xué)形式單一、教學(xué)內(nèi)容枯燥，無法調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生處于被動接受知識的狀態(tài)，對實驗理解不透徹，達不到預(yù)期教學(xué)效果[6]。

課程考核方式不全面。目前實驗課程的考核評價主要參考實驗報告，學(xué)生的實驗報告普遍重視對實驗過程的描述，根據(jù)實驗結(jié)果判斷實驗是否成功，學(xué)生未獨立思考，不會分析實驗結(jié)果。這不僅無法反映學(xué)生的實際操作是否規(guī)范，無法展現(xiàn)學(xué)生的真實實驗水平，還削弱了學(xué)生獨立思考的能力和發(fā)現(xiàn)問題、分析問題的能力[7]。

2 植物生理學(xué)實驗教學(xué)改革方法

2.1 優(yōu)化實驗內(nèi)容

在正式開始實驗課程前，先進行基礎(chǔ)實驗技術(shù)的學(xué)習(xí)，重點講解課程中經(jīng)常用到的分析天平、移液管、容量瓶、酸式滴定管等計量工具的使用方法，分光光度計、離心機、顯微鏡等儀器的操作規(guī)程。要求學(xué)生熟練掌握實驗試劑的配置方法。實驗試劑的配置是實驗人員需掌握的一項基礎(chǔ)技術(shù)，是保障實驗項目順利開展的前提。試劑的配置通常包括各種計量單位的換算，試劑藥品加入順序及促溶方法，稱量、移液、定容等基礎(chǔ)操作，通風(fēng)櫥的使用等實驗技能，只有掌握了溶液配制的方法，才能保證實驗順利開展。完成基礎(chǔ)實驗技術(shù)的學(xué)習(xí)后再正式進入實驗課程的講授，一方面能提高學(xué)生的實驗操作技能，減少實驗過程中因操作不當(dāng)造成的實驗結(jié)果可靠性低，另一方面也能為后續(xù)綜合性、設(shè)計性實驗的開展打好基礎(chǔ)[8]。

實驗項目在保留必要的驗證性實驗的基礎(chǔ)上，增加綜合性實驗和設(shè)計性實驗的比重。經(jīng)過驗證性實驗的學(xué)習(xí)，學(xué)生基本操作更加規(guī)范，實驗技術(shù)更加熟練。在完成理論課程和驗證性實驗課程學(xué)習(xí)后，進入綜合性、設(shè)計性實驗環(huán)節(jié)。

植物生理學(xué)綜合性實驗主要包括鹽脅迫對小麥種子萌發(fā)過程的生理影響，種子萌發(fā)過程中的碳氮代謝變化研究，植物生長調(diào)節(jié)劑對植物插條不定根發(fā)生的影響，植物在干旱條件下形態(tài)、生理和基因表達方面的變化等[4]。要求學(xué)生自行安排時間，做好實驗的前期準(zhǔn)備，獨立完成實驗操作，使學(xué)生能夠完整地參與整個實驗環(huán)節(jié)，了解真正的科研過程。植物生理學(xué)綜合性實驗涵蓋植物生理學(xué)多個相關(guān)知識點和多項實驗技術(shù)，可進一步規(guī)范學(xué)生實驗操作，培養(yǎng)對實驗結(jié)果進行客觀觀察、比較、分析和綜合的能力[9]。

設(shè)計性實驗主要是讓學(xué)生設(shè)計比較實驗，比較是科學(xué)研究中的基本方法。例如通過開展設(shè)計性實驗“比較在不同脅迫條件下不同抗性植物各項生理指標(biāo)的變化規(guī)律”，學(xué)生分組選擇不同的植物材料，進行干旱脅迫、鹽脅迫、低溫脅迫等不同處理，同時以不脅迫處理作為對照。具體的脅迫方法、檢測指標(biāo)等由學(xué)生自行查閱文獻資料確定。實驗方案經(jīng)教師審核通過后，由學(xué)生獨立完成所有實驗及準(zhǔn)備工作并撰寫實驗論文。設(shè)計性實驗?zāi)軌蚺囵B(yǎng)學(xué)生獲取信息并篩選信息加以利用的能力，培養(yǎng)學(xué)生良好的科研習(xí)慣，使學(xué)生初步掌握科技論文寫作的方法，為撰寫畢業(yè)論文打下良好的基礎(chǔ)[10]。

2.2 改革教學(xué)模式

授課方式多樣化。除了傳統(tǒng)授課方式外，加強多媒體教學(xué)，實驗原理以生動的VR 動畫形式展示，實驗步驟以文字圖形結(jié)合的方式并輔以流程圖，使其更簡潔易懂。對于較難或易錯的實驗操作，結(jié)合視頻方式，更直觀地向?qū)W生講授[8]。除了講授式課程外，增加實驗觀摩課，學(xué)生全面參與實驗過程。在教師的指導(dǎo)下，每組學(xué)生負(fù)責(zé)至少一次實驗課程的全過程，從實驗材料準(zhǔn)備、實驗試劑配置、實驗儀器的使用到實驗垃圾的處理等，并了解清楚實驗原理和實驗過程，課前向同學(xué)闡述，在實驗過程中負(fù)責(zé)給他人答疑解惑。既提高了學(xué)生參與實驗的積極性和主動性，還鍛煉了學(xué)生獨立思考、獨立解決問題的能力，也方便教師對學(xué)生實驗操作不準(zhǔn)確的地方予以針對性的指導(dǎo)。

引入案例式教學(xué)法、探究式教學(xué)模式。案例式教學(xué)法是根據(jù)教學(xué)目的選擇代表性的實例，然后對其展開分析討論，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)相關(guān)知識。教師選擇一個研究課題，如植物細(xì)胞的懸浮培養(yǎng)，讓學(xué)生選擇不同的植物材料，然后根據(jù)所選實驗材料來優(yōu)化調(diào)整實驗方法。學(xué)生根據(jù)選題查閱文獻資料，了解現(xiàn)有的實驗方法，查找出適合自己所選實驗材料的方法，采用分組討論的方式，找出現(xiàn)有實驗方法可能存在的缺點及對其進行改進的可行性，最終確定適合自己的實驗方案，并驗證其可靠性和準(zhǔn)確性，根據(jù)最終實驗結(jié)果撰寫一份實驗報告[11]。案例式教學(xué)的開展拓展了學(xué)生知識面，拓寬了學(xué)生視野，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生由被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，初步培養(yǎng)了學(xué)生批判性、探索性的科研精神。

探討式教學(xué)模式以學(xué)生為主體，針對課堂內(nèi)容提出問題，營造一種探討式的學(xué)習(xí)氛圍。以“葉綠素含量的測定”為例，在實驗課程開始前要求學(xué)生預(yù)習(xí)并回答以下問題：葉綠素含量測定常用什么方法及它們各自的優(yōu)缺點；不同部位葉片的葉綠素含量是否一樣；提高植物葉綠素含量可采用哪些方法等。實驗過程中引導(dǎo)學(xué)生邊操作邊思考為什么這樣做，如研缽研磨葉片時加入石英砂、碳酸鈣的目的，還有什么替代方法，為什么要快速研磨，比色時用什么液體做參比液，實驗過程涉及的數(shù)據(jù)哪些必須精確，哪些可以粗略估計等[12]，引導(dǎo)學(xué)生自主思考，學(xué)會分析問題并解決問題，從而提高科研素質(zhì)。

科研活動融入實驗教學(xué)。實驗教學(xué)中使用的實驗技術(shù)都經(jīng)過大量驗證，比較成熟，也是比較經(jīng)典的實驗方法，新技術(shù)、新方法往往較少應(yīng)用到實驗教學(xué)中。通過將教師科研成果納入課程學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生了解到最新科研進展、先進的實驗技術(shù)和科學(xué)的思維方法。對于一些過程持續(xù)時間較長、不方便課堂內(nèi)開展的實驗，如植物的遺傳轉(zhuǎn)化、基因的表達分析等實驗，可以不固定教學(xué)時間、與教師科研活動相結(jié)合，進行靈活教學(xué)，將研究生的科研工作、課程實驗教學(xué)、本科生畢業(yè)論文等多方面結(jié)合起來，既可以提高教學(xué)資源的利用率，也可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力[13]。

2.3 完善課程評價體系

實驗課程除了要求學(xué)生掌握相關(guān)知識點外，還考查了學(xué)生的實驗操作能力、論文寫作能力、獨立思考能力，因此，應(yīng)多層次、多角度地評價實驗課程效果。課程評價依據(jù)課程考勤、平時表現(xiàn)、實驗過程、實驗報告幾個方面[14]，實驗報告不再是唯一的評分依據(jù)。評價體系包括：通過分析學(xué)生設(shè)計的實驗方案的合理性，評估學(xué)生獲取文獻信息并加以分析利用的能力；通過觀察學(xué)生實驗操作、儀器使用，評估學(xué)生實踐動手能力；通過審閱學(xué)生提交的實驗報告，包括實驗的原始記錄，考查學(xué)生綜合分析問題、解決問題的能力[15]。要求學(xué)生以照片或視頻的形式記錄實驗過程，最終制作成PPT 或視頻資料并提交，在實驗課程結(jié)束后，要求學(xué)生對本課程所有實驗內(nèi)容進行整理分析，以學(xué)術(shù)論文的形式上交實驗報告[16]。通過對實驗課程評價體系進行補充完善，能夠更加完整地展現(xiàn)學(xué)生動手能力、科研寫作能力、獨立思考能力及分析問題解決問題的能力，公平、公正地評價學(xué)生實驗課程學(xué)習(xí)效果。

3 結(jié)語

植物生理學(xué)實驗教學(xué)存在課程內(nèi)容設(shè)置不合理、教學(xué)方式較傳統(tǒng)、課程考核不全面等問題，通過優(yōu)化實驗內(nèi)容，增加綜合性、設(shè)計性實驗項目比重；改革教學(xué)模式，創(chuàng)新教學(xué)方法，以學(xué)生為中心，充分體現(xiàn)學(xué)生主體地位；完善課程評價體系，全面評價課程效果等方法，充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，培養(yǎng)了學(xué)生批判性、探索性的科研精神，提高了學(xué)生的科研素養(yǎng)，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才奠定基礎(chǔ)。