改革植物生理實驗教學(xué) 加強素質(zhì)教育與創(chuàng)新能力培養(yǎng)

敖 紅， 張秀麗， 王 榮， 吳 迪， 孫廣玉， 王晶英

(東北林業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院， 黑龍江 哈爾濱 150040)

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改革植物生理實驗教學(xué) 加強素質(zhì)教育與創(chuàng)新能力培養(yǎng)

敖 紅， 張秀麗， 王 榮， 吳 迪， 孫廣玉， 王晶英

(東北林業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院， 黑龍江 哈爾濱 150040)

植物生理學(xué)是高等農(nóng)業(yè)、林業(yè)、師范類等院校本科教學(xué)中多個專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。但作為課程重要組成部分的實驗教學(xué)一直存在學(xué)時數(shù)偏少、實驗內(nèi)容更新慢、教學(xué)模式較為單一、教學(xué)主體不當(dāng)?shù)戎T多問題。顯然，這種教學(xué)模式已經(jīng)不利于大學(xué)生素質(zhì)教育和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。為解決上述問題，在實驗教學(xué)中進行了系列改革：① 設(shè)置漸進式多層次實驗課程，增設(shè)高級實驗選修課；② 優(yōu)化實驗內(nèi)容，增加綜合性、設(shè)計性實驗；③ 開展多種教學(xué)模式，強化學(xué)生的教學(xué)主體作用；④ 完善考核方法，客觀真實地反應(yīng)學(xué)生的的實驗?zāi)芰Α＝Y(jié)果表明，實驗教學(xué)改革的效果明顯。依托本課程，多名學(xué)生發(fā)表了較高水平的論文，并且學(xué)生整體綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力有明顯的提高。

植物生理學(xué)； 實驗教學(xué)； 課程改革； 素質(zhì)教育； 創(chuàng)新能力

0 引 言

植物生理學(xué)是研究植物生命活動規(guī)律及其與環(huán)境相互關(guān)系、揭示植物生命現(xiàn)象本質(zhì)的科學(xué)[1]。作為專業(yè)基礎(chǔ)課，它是高等農(nóng)林、師范、科技院校本科教學(xué)中相關(guān)專業(yè)的必修或選修課程，可見該門課程的重要性。從植物生理學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展來看，它是以實驗為基礎(chǔ)的一門科學(xué)。但長期以來由于受傳統(tǒng)觀念和課程學(xué)時限制，植物生理學(xué)教學(xué)中實驗課一直附屬于理論課，表現(xiàn)為實驗課學(xué)時偏少，存在大量低水平的驗證性實驗、教學(xué)方法單一等，已不能適應(yīng)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求[2-6]。對此，我們對植物生理學(xué)實驗教學(xué)進行了改革探索，調(diào)整了實驗內(nèi)容，增加了設(shè)計性、綜合性的實驗項目，并提出在不同層次上設(shè)置實驗課程，改單傳統(tǒng)的教學(xué)模式，以適應(yīng)學(xué)生素質(zhì)和能力培養(yǎng)的需要。

1 全面改善實驗教學(xué)條件

實驗教學(xué)質(zhì)量的提高，離不開實驗條件的改善[6-7]。近年來，我校十分重視本科基礎(chǔ)課程實驗室的建設(shè)，每年都會定期投入實驗經(jīng)費，擴大實驗室面積，完善基礎(chǔ)設(shè)施，購置小型儀器設(shè)備。目前小型儀器如電導(dǎo)儀、分光光度計可以保證1或2人一臺，學(xué)生的動手實踐機會大大增加。此外，由于很多植物生理學(xué)研究成果依賴于一些現(xiàn)代化的儀器設(shè)備，如果能讓學(xué)生在實驗過程中接觸到目前在植物生理研究領(lǐng)域最先進的儀器，將使他們眼界大開，并極大地增加他們對科學(xué)研究的興趣。因此通過各方努力，我們爭取到了多筆款項，其中從“211工程”款和高校修購專項中投入植物生理實驗室的建設(shè)經(jīng)費累計達400多萬元，購置了光合儀、水勢儀、熒光儀、超低溫冰箱、高速冷凍離心機、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、電泳儀、人工氣候箱、紫外分光光度計、酶聯(lián)免疫儀等多種先進儀器，這些儀器為實驗教學(xué)改革提供了必備條件。

2 強化必修實驗課教學(xué)

學(xué)生只有在掌握了一定的實驗操作技能的基礎(chǔ)上才能進一步提高綜合實驗?zāi)芰蛣?chuàng)新能力。因此，必修實驗教學(xué)是不容忽視的一個重要環(huán)節(jié)。為此，我們從以下幾個方面進行了探索嘗試。

2.1 優(yōu)選實驗內(nèi)容

根據(jù)大綱和課程設(shè)置的特點，必修實驗課程的主要目的是加強學(xué)生對理論課知識的理解，培養(yǎng)其實驗操作和分析問題的能力[8]。根據(jù)現(xiàn)有的實驗學(xué)時數(shù)和理論教學(xué)內(nèi)容，我們選取了9個實驗，這些實驗一方面考慮到突出理論教學(xué)的重點章節(jié)，另一方面也兼顧到不同的實驗類型。(見表1)。為此，首先我們將小實驗適當(dāng)合并。如以前把“葉綠素的提取分離”和“葉綠素的含量”測定分開2次做，現(xiàn)在把它們合并起來，這樣既節(jié)約了實驗學(xué)時，又節(jié)省了試劑和藥品。其次，強化定量實驗。由于定量實驗可以更好地反映學(xué)生的實驗技能和嚴謹態(tài)度，因此我們選擇的實驗中有多個屬于定量實驗，如“植物過氧化物酶活性的的測定”、“葉綠素的含量測定”、“游離脯氨酸的含量測定”等[9-10]。最后增加設(shè)計性、綜合性試驗。如配合植物生長物質(zhì)一章，我們安排了“紅松種子抑制物質(zhì)的提取和生物鑒定”，通過這一實驗可以使學(xué)生了解紅松種子休眠的原因、植物材料中抑制物質(zhì)的提取以及生物鑒定的方法，這樣既可以使學(xué)生對多方面的知識有所了解，而且還可以體現(xiàn)出林業(yè)大學(xué)的特色。

表1 植物生理學(xué)必修實驗項目

2.2 實驗操作嚴格把關(guān)

植物生理學(xué)實驗涉及到很多基本的實驗操作，如比色杯、分液漏斗、移液管、滴定管等玻璃儀器的使用，這些操作學(xué)生雖然在前期的課程中有過學(xué)習(xí)，但有的同學(xué)還是沒有很好地掌握。因此我們在課堂上通常會再次強調(diào)，直到學(xué)生真正掌握為止[11]。除此之外，植物生理實驗中還涉及到很多儀器的使用，特別是其中有一些儀器是相當(dāng)昂貴的，如一臺光合儀就價值40多萬元，另外分光光度計、電導(dǎo)率儀、離心機等亦是較為精密的儀器。因此，要求學(xué)生在使用前首先必須認真聽教師的講解，然后嚴格按照該儀器的操作規(guī)程來操作。事實證明，基本操作從嚴把關(guān)可以幫助學(xué)生養(yǎng)成嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，是培養(yǎng)學(xué)生動手能力的重要手段。

2.3 培養(yǎng)實事求是的科學(xué)態(tài)度

植物生理學(xué)實驗中的有些實驗操作較為復(fù)雜，結(jié)果存在一定的偶然性，有時學(xué)生花了幾節(jié)課的時間，卻沒有得到一個滿意的結(jié)果，心里很失落。也有的同學(xué)有偷懶的心理，自己不想做，等別的同學(xué)做完了，去要結(jié)果。對此，在課程的開始，我們就會反復(fù)告誡學(xué)生科學(xué)是容不得半點虛假的，教育學(xué)生認真操作、仔細觀察，實事求是地記錄實驗結(jié)果，并對實驗結(jié)果進行科學(xué)合理的分析。同時，實驗原始數(shù)據(jù)必須經(jīng)指導(dǎo)教師簽名認可，這樣可以較好地杜絕同學(xué)之間抄襲實驗結(jié)果、報告的不良現(xiàn)象，促進學(xué)生實事求是科學(xué)態(tài)度的養(yǎng)成。

3 設(shè)置高級層次的植物生理實驗選修課程

本著拓寬知識、結(jié)合專業(yè)、因材施教的目標(biāo)，根據(jù)不同專業(yè)、不同層次學(xué)生的要求，植物生理實驗設(shè)置成 “多層次”的課程體系[12]。在新的培養(yǎng)方案中將植物生理實驗課劃分為兩個層次：① 前面提到的配合植物生理學(xué)理論課程的必修的實驗課程；② 在前期基礎(chǔ)上開設(shè)的“植物生理實驗技術(shù)”課程。 “植物生理實驗技術(shù)”是我們課改的重點，在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式上進行了較大的改革，使其在學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中發(fā)揮重要的作用。

3.1 介紹植物生理現(xiàn)代研究技術(shù)

課程的第一板塊是向?qū)W生介紹植物生理現(xiàn)代實驗技術(shù)。21世紀(jì)植物生理現(xiàn)代分析儀器的出現(xiàn)極大地推動了植物生理向深層次的發(fā)展[9]，且目前高等農(nóng)林院校內(nèi)植物生理生化實驗室的現(xiàn)有設(shè)備條件已逐步更新。因此在教學(xué)中，我們根據(jù)本實驗室現(xiàn)有的儀器設(shè)備并結(jié)合在現(xiàn)代植物生理學(xué)研究中經(jīng)常采用到的研究技術(shù)向?qū)W生介紹一些現(xiàn)代常用的植物生理分析技術(shù)，包括紅外線二氧化碳氣體分析儀技術(shù)；葉綠素?zé)晒夥治黾夹g(shù)；微量定積檢壓技術(shù)；紅外、紫外及可見光分光光度法；植物激素的測定——酶聯(lián)免疫技術(shù)；電泳技術(shù)等。通過這一部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解和掌握現(xiàn)代植物生理的分析技術(shù)和先進儀器的原理及其使用方法，為今后進一步從事相關(guān)研究打下堅實的基礎(chǔ)。

3.2 采取全新的教學(xué)模式

課程的第二板塊，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，要求學(xué)生在完成植物生理學(xué)理論及必修實驗課的基礎(chǔ)上，根據(jù)所學(xué)習(xí)過的理論知識和實驗技術(shù)針對某一研究目的設(shè)計并完成一個綜合的實驗項目[13-14]。項目通常由4或5人一組，這樣不但可以考察學(xué)生對專業(yè)知識的掌握情況，還可以考察團隊成員之間的協(xié)作能力。課程主要分為以下幾個階段：實驗苗木的培養(yǎng)；文獻查閱、實驗方案的設(shè)計；方案的實施；實驗指標(biāo)的的測定；數(shù)據(jù)的處理和論文的撰寫。每一階段，都有不同的考察側(cè)重點(見表2)。① 實驗方案設(shè)計階段 在老師確定了大致實驗方向后，學(xué)生們需要通過查閱文獻確定實驗題目，并拿出初步的實驗方案，。這一階段主要考察學(xué)生能否熟練運用學(xué)校網(wǎng)上文獻查閱系統(tǒng)去查閱相關(guān)的文獻，是否能對文獻進行有效分析、歸納和整理。實驗方案設(shè)計好后由全班在課堂上一起進行討論，每組選派一人用PPT講述本小組的實驗?zāi)康?、思路與實施方案，再由老師和其他學(xué)生就這一方案的合理性、可行性提出疑問和建議，對于同學(xué)們提出的問題由該小組的成員進行解釋，并對實驗方案進行修正，最終確定實驗方案。② 方案實施階段 學(xué)生要按照已經(jīng)制定好的方案對苗木進行不同的處理。在這一階段中學(xué)生可能會遇到各種各樣的問題，如苗木生長不一致；鹽堿處理濃度偏高或偏低；水分脅迫強度不夠等，這就需要學(xué)生通過進一步查找文獻，與老師、同學(xué)交流，調(diào)整實驗方案，及時解決所遇到的問題。在此過程中學(xué)生解決實際問題的能力得到了很好的鍛煉。③ 實驗指標(biāo)的測定階段 要求學(xué)生能夠熟練地掌握各種指標(biāo)的測定方法和儀器的正確操作，小組每個同學(xué)這至少負責(zé)一個生理指標(biāo)的測定，這種方式將使學(xué)生有責(zé)任感，知道自己的測定結(jié)果將會直接影響到全組的成績，因此每個人都會認真地完成自己的任務(wù)。④ 論文撰寫階段 全組同學(xué)的測定數(shù)據(jù)共享，每個同學(xué)獨立對數(shù)據(jù)進行分析、處理，撰寫論文。要求學(xué)生掌握科技論文的基本格式、圖表制作方法及論文撰寫規(guī)范，并且能對所獲得的結(jié)果進行合理的分析，最終得出明確的結(jié)論。

從教學(xué)效果來看，這種教學(xué)模式極大地促進了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情非常高漲，設(shè)計出了多個較為新穎的題目，真正做到自主學(xué)習(xí)。通過該課程的教學(xué)，學(xué)生基本上掌握了科學(xué)研究中的一些常識，具備了起碼的科研能力，為以后做畢業(yè)論文打下一個良好的基礎(chǔ)。

表2 植物生理實驗技術(shù)課程的階段性安排及考察點

4 完善考核辦法

由于實驗課包含實驗理論和實際操作等多項內(nèi)容，所以考核的辦法應(yīng)盡可能客觀而又全面地反映學(xué)生的實驗?zāi)芰15]。為此，我們制定多項指標(biāo)綜合評定學(xué)生的實驗成績。對于必修的植物生理學(xué)實驗課程，每次實驗都從以下幾方面來打分：實驗態(tài)度與課堂紀(jì)律(10%)，實驗操作(40%)、實驗報告(50%)，總評成績?nèi)「鞔螌嶒灣煽兊钠骄?，而實驗課成績最終占植物生理學(xué)這門課程成績的20%，這樣學(xué)生必需認真對待每次實驗，才能在最終的成績評定中取得好成績。對于選修課程植物生理實驗技術(shù)的成績主要從以下幾方面評定：實驗苗木培養(yǎng)(20%)、實驗方案設(shè)計(10%)、論文撰寫(70%)，從而可以較為全面的反映學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、查閱文獻、實驗操作、論文撰寫和團隊合作的綜合能力。

5 結(jié) 語

對植物生理學(xué)實驗教學(xué)的多項改革，旨在加強學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與訓(xùn)練，以提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。幾年來的改革實踐表明，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的調(diào)整，使學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力得到增強，而且也大大提高了學(xué)生的積極性和主動性。由于加強了實驗課的教學(xué)，學(xué)生的動手能力和獨立分析、解決問題的能力有明顯的提高，改革效果明顯。與此同時，教學(xué)方式和教學(xué)內(nèi)容的改革，使植物生理學(xué)課程在學(xué)生中受到廣泛的歡迎。目前，我校必修或選修植物生理實驗課程的學(xué)生人數(shù)逐年增多，每年已經(jīng)達到450人左右，很多學(xué)生認為，這門課程的學(xué)習(xí)使他們受益匪淺。據(jù)初步統(tǒng)計，近2年，有20多名學(xué)生將他們在“植物生理實驗技術(shù)”課程中所得到的研究結(jié)果加以整理撰寫，在高水平期刊上發(fā)表論文5篇，并且還有多篇論文正在投稿中；有30多名本科生獲得了院級、校級和國家級的創(chuàng)新實驗項目；絕大部分學(xué)生能夠在指導(dǎo)教師的幫助下獨立地完成水平較高的畢業(yè)論文。由于植物生理學(xué)是高等農(nóng)林、師范、科技院校多個專業(yè)的必修或選修課程，因此在相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)中應(yīng)發(fā)揮其更大的作用。由于本項教學(xué)改革效果明顯，可操作性強，我們希望、也相信我們的探索經(jīng)驗將能夠在更大的范圍內(nèi)具有輻射效應(yīng)。

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Strengthening Quality Education and Training Innovation Ability in Plant Physiology Experiment Teaching

AOHong,ZHANGXiu-li,WANGRong,WUDi,SUNGuang-yu,WANGJing-ying

(College of Life Science, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China)

Plant physiology is a professional basic course of several specialties in higher agricultural, forestry, and normal colleges. But the experimental teaching which is an important part of the curriculum has some problems, such as limited teaching hours, slowly renewing experimental content, single teaching mode, inappropriate teaching subjects, etc. Obviously, this teaching mode has not adapted to the cultivation of students' quality education and innovation ability well. In order to solve these problems, a series of reforms in experiment teaching were carried out:(1) setting multi-level experiment course，adding advanced experiment elective course; (2) optimizing experimental content，increasing the number of comprehensive, designing experiment; (3) carrying out a variety of teaching mode; strengthening teaching subjects functions of students;(4) improving the assessment methods, reflecting the students' experiment ability truly. The results showed that the reform effect of experiment teaching was obvious. Some high level theses have been published, and students’ comprehensive quality and innovation ability also have improved greatly.

plant physiology; experimental teaching; curriculum reform; quality education; innovation ability

2014-11-20

黑龍江省高等學(xué)校教改工程項目(JG2012010026); 東北林業(yè)大學(xué)教改項目(DGY2014-08); 東北林業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教改項目

敖 紅(1969-)，女，黑龍江哈爾濱人，博士，副教授，主要從事植物逆境生理與營養(yǎng)生理研究工作。

Tel.：0451-82192207；13045160382； E-mail：aohong2003@163.com

G 642.0

A

1006-7167(2015)11-0166-04