以植物生理學課程為例談設計性實驗的開設

王曉玲，許鳳英 (長江大學農學院，湖北 荊州 434025)

以植物生理學課程為例談設計性實驗的開設

王曉玲，許鳳英
(長江大學農學院，湖北 荊州 434025)

在闡述高校開設設計性實驗的必要性和可行性的基礎上，以植物生理學課程為例，從實驗內容選定、實驗環節的把握、實驗過程的控制和實驗成績評定等方面，探討了如何成功開設本科生的設計性實驗，為植物生理學實驗改革，乃至其他課程的實驗課程的開設提供參考與借鑒。

設計性實驗；實驗內容；實驗過程；植物生理學

實驗室和實驗教學在培養創新型人才方面的重要作用已經被廣泛認同[1～3]。不僅高等教育學校重視實驗教學的改革，許多初級和中高級教育實踐中也已經開始了學生自主探究式教學、綜合性實驗等嘗試，并取得了較好的效果[4，5]。目前高校普遍在加強實驗室建設的基礎上，狠抓了實驗教學改革和技能培訓，這對于著力培養創新型人才、提高大學生科研動手能力和解決實際問題的能力極為有利。改革實驗教學內容、開設創新型實驗，是提高大學生的科學素質和科研能力的重要手段，是目前實踐教學改革的趨勢和關鍵所在。植物生理學作為生物類專業的重要專業基礎課程，其實驗的重要性不言而喻。筆者以植物生理學實驗課程為例，結合開設植物生理學設計性實驗的經驗，從教學內容的選定、教學環節的設計、教學過程的控制和教學結果的評定等方面，探討如何開設好設計性實驗。

1 開設設計性實驗的可行性和必要性

1.1 開設設計性實驗的必要性

人們對于設計性實驗過程和功能已經有比較一致的認識[6]。所謂設計性實驗是相對驗證性實驗而言的，它的核心是實驗前由實驗者充分發揮主觀能動性，在創新性思維的基礎上，進行自主設計，設計的內容包括實驗方法上的創新與改進、實驗內容上的創新和延伸或者將所學的理論知識與實踐進行合理對接，因而，它是不同于一般驗證性實驗的以促進積極思維、具有自主創新性和以實驗者為主體的一種實驗類型。

長期以來，實驗課幾乎都是千篇一律地開設驗證性實驗，主要是為了演示、驗證某一知識點或者學會某種測定方法，雖然也要求學生提前預習實驗內容，但一般都流于形式，學生仍然是被動地按設定好了的步驟完成操作或者集中觀看教師進行演示，撰寫好實驗報告就算完成了實驗任務。這樣的實驗方式下，教師必須始終居于主導地位，學生處于被動的位置，造成學生學習缺乏自主性，依賴心理嚴重，不習慣主動思考，在實驗過程中常常顯得缺乏分析能力或對實驗原理的理解不透徹，因而實驗過程中存在很大盲目性。開設設計性實驗則要求學生發揮主觀能動性，自主設計實驗的各個環節和步驟，因而，可以達到以下幾種目的：(1)促進學習，變被動為主動，避免實驗時盲動性。要設計好一個實驗，必須查找閱讀大量資料，通過這種資料的查閱，大大拓展視野，加寬學生的知識面；(2)培養和鍛煉設計思維，啟發思考，提高綜合運用知識的能力。要設計好一個實驗，有時要綜合運用多學科的知識，設定好實驗目的后，要圍繞它去設計各個實驗環節，比如植物生理學實驗，可能涉及物理、化學、植物學、栽培學、統計學和土壤學等多門課程的相關知識點，每一步要設計到位，必須主動思考；(3) 促進理論聯系實際，具有消化功能，能促進學生將課堂上所學習的理論知識生動化，將實驗方法靈活運用，并見到實際效果，加深學習印象，提高學習效率。因而，開設設計性實驗是很有必要的。

1.2 開設設計性實驗的可行性

就本科階段而言，進行全面的創新性實驗設計，對于大部分學生來說，難度太大，超出了他們的能力范圍，是不太可能高質量完成的。但只要教師根據學生的實際，較好地把握設計性實驗的難度，并進行合理的、恰到好處的引導，學生完全可以自主完成設計的任務。例如，教師可以結合學生實際情況，幫助選定實驗目的和實驗條件，提供部分文獻資料或者指導學生查閱資料，在此基礎上由學生自己完成設計實驗方案和方法、選擇實驗器材、擬定實驗操作程序，并最終加以實施。

2 開設好設計性實驗要把握的幾個關鍵問題

2.1 科學選定實驗內容

(1)要充分考慮本科生的特點和學生生源的特點 一般植物生理學課程開設時，其他的專業課程尚未學習，因而，不宜給定太難的題目，要充分考慮學生的能力范圍，才能成功完成設計任務，否則，學生容易失去興趣，達不到預期效果。在生源方面，學生有來自普通高中的，也有來自職業高中和職業學校的，他們的基礎不一，各有優勢與特點，給定實驗設計內容時應有所區別。來自普通高中的學生，化學和物理基礎較好，但專業課程較弱，而職業中學的學生反之，化學物理基礎較弱，專業基礎較強。掌握了這些特點，給他們選題設計時應有針對性。

(2)要緊密結合植物生理學學科的知識點進行選題，切忌跑題 以逆境生理的內容為例，首先要統一確定實驗測定的主要指標及測定的內容，便于實驗前的準備，減小工作量，也增加實驗的可行性。例如抗性酶的測定、滲透調節物質的含量測定、細胞水勢的測定、細胞膜透性的測定、氣孔開度的觀察、葉片光合能力的測定、呼吸速率的測定等等，可以圍繞水分逆境對植物的生理和形態的影響、不同的生育時期植物的反應差異，指導學生選擇芝麻、棉花、玉米等為實驗材料，分別設計不同的處理。處理可以是不同的品種或者不同的生育期，可以是不同的水分處理方法或者是不同水分逆境時間，學生自主設計時可以選擇自己感興趣的材料和處理，來進行資料的查閱和實驗的設計。這樣安排，既使實驗的設計具有靈活性，增加學生的興趣，吸引他們主動參與實驗的設計過程，又有相對統一的方法，減小了實驗室空間和條件的沖突，使實驗能順利完成。例如：給定“不同水分處理對不同芝麻苗的SOD 活性的影響”的設計性實驗題目，芝麻為實驗材料，提供給學生3個不同的品種，這些品種對水分的反應表現差異較大，提供學生培養芝麻幼苗的條件，學生以SOD酶活的測定為主要的目的，了解在逆境條件下，植物體內保護性酶系的變化。學生要完成自己的設計，包括設計出培養芝麻幼苗的方法，設計如何進行水分處理，測定時取材方法和測定的方法，還可以設計出觀察芝麻水分逆境處理和正常苗的地上部形態變化，也可以測定根部生長的變化及酶活性，因而設計的空間較大，也在本科生的能力范圍內。通過這個實驗，學生除了掌握了SOD酶活的測定方法之外，還了解了水分逆境與酶活的關系，學會了芝麻苗的培養，掌握了芝麻形態測定的相關方法等等，大大拓展了所學的知識內容。通過對設計性實驗開設的相關調查，學生普遍認為設計性實驗收獲較大，能提高動手能力和綜合能力，學習積極性增強。此外，鹽害對植物生長的影響有哪些？影響植物光合與呼吸的主要因子有哪些？它們的影響程度如何？這些內容既來源于植物生理學課程，又適合學生的能力范圍，都是可以選擇的設計性實驗的內容。

(3)要密切聯系實際，能得到比較明顯的實驗結果，從而激發學生的學習興趣 有條件的教師可以結合自己的科研進行系統的設計。從第一個實驗到最后的實驗進行全程設計，將學生需要學習的生理學的測定內容和方法予以涵蓋。這種全程設計性的連續實驗類似于張婕等[7]提出的綜合型實驗。但要把握的是，這種全程設計性實驗僅限于植物生理學的基本方法和內容，不主張牽涉太多的其他學科的內容。通過這種設計性實驗能大大增加實驗的連貫性，強化植物生理學知識的系統性和實驗技能的協同性。當然，前提條件是要求教師投入足夠的精力，做好學生設計實驗的輔導工作，使學生盡快學會設計實驗的方法，寫出較好的設計報告。

2.2 合理設定實驗環節

環節控制涉及到教師、學生和實驗管理員三方的參與，學生是實驗主體，教師是實驗指導者，實驗員老師則提供必要的條件保證。首先由教師根據具體情況，至少提前3周給定一個實驗題目，并指導學生如何進行實驗設計，講解實驗設計的方法和原理，通過開設討論課進行互動，讓學生充分理解設計實驗的做法；學生利用課后時間，在查閱資料的基礎上，獨立地完成設計報告，至少提前1周上交教師評閱修改；修改后的設計報告，實驗前幾天反饋給學生進行必要的修訂；以學生為主體實施完成設計實驗，需要實驗室工作人員的配合與參與，提供學生所需的一切條件，并能在實驗時間上給予充分保證；教師全程進行必要的指導和監控。實驗結束后學生按要求完成實驗報告，上交教師評閱并給定成績。

2.3 嚴格實驗過程管理

(1)重視實驗分組，合理組配學生 人員分配上因實驗條件和內容的不同可以靈活采用2種方式。

一是單獨完成。單獨完成有利于培養學生的獨立思考能力，作為設計性實驗的一個環節，能充分發揮學生的想象，不會就想辦法去查閱資料，或者請教同學和老師，自由度較大，鍛煉的力度較大。但設計的內容會很寬泛，往往要經過反復修訂后才能實施。

二是分組完成。分組可以幫助學生學會分工合作，培養團隊意識，并且可以進行小組討論，集思廣益，容易成功。如果分組，人數以2～3人一組為宜，既有分工合作，又能保證人人都有動手操作的機會。為了保證每組都能較好完成實驗任務，分組人員搭配要合理，動手能力強的同學和能力較弱的調劑搭配，可以提高學習效果。這就要求教師要充分了解學生的性格特點和能力特點，進行合理組配。

(2)加強實驗過程的指導 實驗前集中利用45 min采用討論式教學方法，各組學生講解自己的設計，進行交流。教師輔助補充回答問題。采用這種方式，既可以拓展學生的知識面，使學生對于所設計的實驗有充分的正確理解和消化，同時又能鍛煉學生的交流和溝通能力，促進相互間學習。

實驗時間上可以靈活掌握，根據各組所設計的實驗內容，靈活實驗時間，不必強調集中完成。但實驗過程中教師必須全程跟蹤指導，實驗員密切配合，給予實驗條件、實驗時間(尤其是夜晚、清晨、節假日等特殊時間)的充分保證。

為了達到設計性實驗的目的，保證實驗的成功完成，防止流于形式，走過場，實驗完成后，要求學生將完整的原始數據上交教師審核認可。

2.4 客觀評定實驗結果

設計性實驗較一般驗證性實驗占用的時間長，教師和學生兩方面的精力投入較大，但這是提高學生綜合能力的很好途徑。因此，成績的評定要科學客觀，方能調動學生的積極性，更好地促進實驗的完成。實驗課成績一般由3部分組成，設計報告的成績、實驗過程的成績、實驗報告的成績，并按20%、30%、50%評定總分。在整個實驗課成績中，考慮適當提高設計性實驗的比重。

[1]李莉婭，郭進武.加強高校實驗工作改革努力提高實驗教學質量[J].高教論壇，2007，(1)：58～60.

[2]倪哲明，王力耕.探索綜合實驗培養創新意識[J].實驗研究與探索，2003，22(2)：28～30.

[3]楊繼新.論高校實驗教學改革與實踐[J].湖州師范學院學報，2005，27(2)：135～137.

[4]張力軍.“自主——探究式”實驗教學嘗試與體會[J].學科教育，2004，(5)：38～40.

[5]催 萍，彭 榮，趙燕萍.改革實驗教學，突出學生的主體意識[J].廣州化工，2006，34(4)：86～87.

[6]陳懷俠，張必武，蔡火操，等.實驗教學內容改革的實踐與思考[J].實驗技術與管理，2001，18(5)：103～105.

[7]張 婕，牛 驍，張鐘彥，等.綜合型實驗教學改革的實踐與探討[J].實驗室研究與探索，2007，26(2)：103～105.

2010-00-00

長江大學教學研究項目(JY07033)

王曉玲(1967-)，女，湖北羅田人，農學碩士，教授，主要從事植物生理學教學和作物栽培生理研究.

10.3969/j.issn.1673-1409(S).2010.04.030

G642.423

A

1673-1409(2010)04-S102-03