基于能力培養的植物生理學實驗教學模式探討

摘 要:以能力培養為主線，通過優化實驗內容、改進教學方法、開放實驗室、改革考核方式等一系列改革與實踐，充分調動學生的學習積極性，培養學生的創新意識和研究意識，提高學生的科研能力，提高植物生理學實驗教學效果。

關鍵詞:能力培養; 植物生理學實驗; 教學模式

中圖分類號:Q945-4 文獻標識碼:A 文章編號:1006-3315(2010)7-114-003

植物生理學是研究植物生命活動規律的科學，是高等院校生物學科專業的主干課程以及農、林、園藝等專業的重要專業基礎課程[1、2]。提高植物生理學實驗的教學質量對于理解、掌握和深化理論知識至關重要[3]。隨著我國高等教育專業課程的重新設置和調整，專業基礎課程以及專業主干課程的總學時不斷的減少，我校植物生理學也從往常的90(54+36)學時調整為當前的72(44+28)學時。如何在有限的教學時間內改進教學模式，并培養出高素質的創新人才，是亟待探索解決的問題。近年來，筆者以及所在的植物生理學課程組對植物生理學課程的實驗教學項目、內容和教學方法等方面進行了積極的探索和改進，收到了明顯的成效。

一、優化實驗教學內容，精選實驗項目

目前，高等學校普遍使用的植物生理學實驗教材是張志良主編的植物生理學實驗指導(第三版)[1]，該教材體系完整，涉及水分生理、礦質營養、光合作用、呼吸作用、物質代謝、植物激素、生長發育、植物與環境、分子生物學等共9章計116個實驗項目，而目前植物生理學實驗課僅安排28學時，因此在有限的計劃學時內完成全部實驗項目是不可能的，這就要求我們對實驗內容進行重新調整和優化組合，主要利用實驗室現有的儀器設備、經費等具體條件，依據教學目標、內容、技術方法重新進行相應的組合。

實驗內容整合應以培養、提高學生的綜合素質和創新能力為目標，以學生實踐能力和創新能力培養為核心，最大限度地整合實驗教學資源，并努力構建獨立的能力培養型實驗教學新體系。為了讓學生能系統學習必須掌握的實驗技術，經過課程組反復研究，我們設計安排了“植物葉綠體色素的提取分離及理化性質、植物葉綠體色素含量測定、硝酸還原酶活性的測定、根系活力的測定、植物組織水勢的測定、植物的溶液培養及缺素觀察、植物體內超氧物歧化酶(SOD)活性的測定、植物組織中脯氨酸含量的測定、植物組織中丙二醛(MDA)含量的測定、逆境條件對植物的影響、生長調節劑在作物上的應用”等具有代表性的實驗項目[1-4]，這些實驗項目從基礎性技能訓練實驗、綜合性實驗和研究創新性實驗等三個層次層層深入地培養與訓練學生的綜合實驗素質及創新能力，既保留了部分經典的實驗項目，同時又吸納了一些新的研究性實驗，從而保證了實驗教學的系統性和完整性[5]。

以驗證性實驗為主的實驗項目，學生基本上在實驗室中按照實驗指導來完成實驗，其過程比較容易，學生能較好地通過驗證性實驗來驗證理論，加深對課堂理論的證實和理解，從而更好地掌握基本知識，有利于基本知識的鞏固。同時，亦有利于學生進行基本實驗技能、方法、能力的訓練。

綜合性實驗是指內容應涉及多知識點或多技能的實驗。綜合性實驗涉及的理論知識較多，為了綜合實驗的順利進行，學生必須通過預先學習來掌握一些基本的實驗技能，熟悉常用儀器的使用。綜合性實驗從原來若干個相互獨立的實驗，改革為要求學生按全新的教學實驗流程完成實驗內容，包含了實驗室現有的生物學實驗技術和將完善的實驗技術，各個實驗之間緊密相連，每一部分實驗結果都會直接影響最后的實驗結果。將以前單一的、分散的幾個實驗，按其內在聯系組合為綜合性實驗，不但使學生學到了相關的基本實驗技術，更重要的是培養了學生對基本技術和實驗方法綜合運用的能力。這樣對激發學生學習的主動性，起到了一定的促進作用。

設計性實驗由教師提出課題讓學生選擇，學生在老師指導下自主設計實驗方案和實驗技術路線，開展實驗研究。設計性實驗采用彈性制，根據具體情況安排實驗時間。實驗室開放期間，安排專門的實驗教師進行指導。通過研究性訓練，強化學生掌握現代生物學實驗技能。學生可以通過查閱文獻資料，根據學過的基礎知識自主設計實驗步驟，實驗結束時相當于完成了一個小課題。如設計性實驗“逆境條件對植物生長的影響”，由學生自己設計實驗方案，自己培養實驗材料，自己測定相關實驗數據，自行完成數據處理、結果分析與討論，從而找出提高作物抗逆性的方法，把實驗教學與農業生產實際結合起來。設計性實驗不但使學生學到了相關的基本實驗技術，更重要的是培養了學生對基本技術和實驗方法綜合運用的能力。設計性實驗的開設，提高了學生的動手和創新能力，提高了學生分析問題和解決問題的能力，還提高他們的科研能力，為后期做好畢業論文打下良好的基礎，對以后從事科研工作也起到引導和促進作用。

二、改進實驗教學模式，提高學生的綜合能力

1.堅持“學生為主體，教師為主導”的理念，使學生全程參與實驗教學體系

抓緊課前預習，調動學生的積極性。老師在每次實驗前要安排學生預習實驗內容，提出預習的側重點。通過預習使學生明白各實驗要做些什么，如何做，寫出預習報告，并將疑難問題記錄下來，以便在實驗課上討論解決。鼓勵學生對實驗方法、實驗步驟提出自己的設想，充分發揮學生思路活、創新欲強的特點，變被動學習為主動學習[6、7]。

重視基礎實驗操作，改變傳統的實驗教學模式，加強學生動手能力的培養。植物生理學中的許多實驗都需要準備大量的藥品、試劑和儀器等，以前大多是老師或者實驗員把所需的實驗材料、藥品、儀器提前準備好，學生只是簡單地重復實驗過程，對實驗材料的選擇、培養、藥品的配制以及實驗方法的設計等準備過程一無所知，本應在基礎課學習的知識已被忽略，結果有的學生連最基本的藥品配制、移液管的正確使用都不知道，對實驗方法和步驟也缺乏必要的思考和創新，這非常不利于學生科研能力的培養。為此，我們采用了一種新的開放式的實驗教學方式，從準備實驗到課堂指導都讓學生積極參與。準備實驗時按照值日小組輪流進行，實驗材料的選擇與培養，試劑用量的計算與配制，儀器設備的調試等，均由學生完成。鼓勵學生在實驗方法、實驗步驟、實驗設計等過程中積極創新，讓他們掌握使用方法后再幫助老師完成實驗指導工作，這樣不僅消除了學生依賴老師的心理，而且增加了學生實際操作鍛煉的機會，為學生提供了更多的動手、動腦和獨立思考問題的機會，使學生在實驗過程中的基礎操作能力得到提高，也為學生進一步開展科研活動打下了良好的基礎。學生利用實驗課時間進行實驗基本技能訓練，合格后方可進入實驗室進行綜合、創新性實驗。

2.革新教學手段，充分利用網絡資源實現互動教學

利用植物生理學精品課程網站及植物生理學網絡化課程互動平臺，在實際教學實踐中實現網上開放式教學、學習及管理。將實驗教學相關內容發布上網，供學生瀏覽，同學們有疑問也可以直接發布在網絡平臺上，老師通過網絡平臺答疑;同時將所需要的實驗儀器、試劑及實驗材料在網上公布，并逐步拍攝實驗操作過程，實現課程資源的全方位共享。老師還可以結合多媒體輔助實驗教學，將錄像和圖片進行播放，使學生能清楚直觀地觀摩實驗技術，了解實驗過程，這樣可以明顯改善實驗教學效果，提高教學質量。

利用“開放實驗預約系統”，進一步將實驗室管理和使用、實驗儀器預約使用和開放實驗項目申請等工作借助網絡平臺進行有機地整合，學生可以在課外通過網絡登錄系統，進行實驗項目的申請、實驗室的預約申請以及實驗儀器的預約使用;教師通過系統進行實驗項目的發布、實驗課程開課申請和貴重儀器的預約申請;指導老師則可以通過系統實時掌握實驗室、實驗儀器的使用狀況，了解各種設備的運行和維護情況，提高了工作效率，也增強了管理的透明度，為學生創新能力的培養提供強有力的保障

3.全面開放實驗室，培養學生創新精神

開放實驗室，給學生留出更多的時間搞設計性實驗和研究性實驗，可以培養學生的創新精神。只有實驗室開放才可確保設計性、研究性實驗順利完成，激勵學生自主創新，發揮學生在實驗教學中的主體作用，達到預期的教學效果。實驗室的開放有兩種形式，一是教學實驗室的開放，二是大學生創新實驗室的開放。實驗室的開放包括實驗時間、實驗內容、儀器設備的全面開放，學生可以根據自己的實際情況在開放時間內選擇實驗內容和時間，但教師要加強巡視輔導。大學生創新實驗室主要為學有余力的高年級學生提供課外實驗實踐及學科競賽實踐、創新性實驗課題進行研究的工作平臺，其主要功能是完成研究性、設計性實驗，完成課外科技制作，培養具有創新意識和較高實踐能力人才，為大學生課外開展的項目研究、實踐活動和技能競賽等提供支持。

2.4改革考核方式方法，充分體現學生實驗能力

考試考核方式方法的改革是推動實驗教學改革的一項有力措施。對實驗成績的評定不能簡單地看實驗結果是否準確。傳統的實驗教學考核方法一般是以優、良、中、及格、不及格五級方式給學生打分，但是這樣做的弊端是教師的主觀性較大，缺乏評定的量化標準，較難反映學生的真正水平。因此，我們更傾向于對學生的綜合測評，著重以實驗操作、實驗報告以及分析和處理問題的思路來評價實驗成績。如果學生對實驗設計、方法和步驟發表不同見解，則實驗成績從優，以鼓勵學生的創新精神。也可以采用實驗抽簽考試的形式，讓學生在規定的時間內，自主設計，自行實驗，獨立完成實驗內容，并對原始數據進行整理，分析討論實驗結果，按照規定格式書寫完整的結題論文，重點考核學生實驗參與程度和實操能力及創新能力，讓學生從思想上重視實驗，使實驗的教學質量得到提高。

三、改革成效

植物生理學實驗教學改革雖然經歷了短短的幾年時間，其改革效果明顯可見。首先，學生學習植物生理學的興趣逐步提高，07、08、09三屆畢業生中分別有14、22、28名學生的畢業論文選擇了植物生理學方向，在本科生考研中，每年錄取研究生的人數占錄取總人數的25%左右， 名列各門課程之首，學生在參加復試中，其實驗操作能力全部過關。其次，近3年來，植物生理學實驗室及大學生創新實驗室成功申報了與本學科有關的江蘇省大學生實踐創新訓練項目1項、校大學生科研基金項目3項、校開放實驗室項目6項，項目進展順利，有的已經結題，已有12位學生參與的論文發表在國家級核心刊物上，論文《畢氏海蓬子類囊體膜的分離與鑒定》還榮獲校第十三屆“三求杯”論文大賽一等獎。有4位學生的論文分別獲得了校級、省級大學生“挑戰杯”競賽一、二、三等獎。另外，植物生理學被評為校級精品課程，植物生理與分子生物學教學團隊被評為校優秀教學團隊，植物生理學網絡互動平臺獲第九屆全國多媒體課件大賽高教理科組優秀獎，課件《植物生理學及實驗》先后獲江蘇省高等學校多媒體課件二等獎和校第五屆多媒體課件大賽一等獎，本課程組老師獲教工第七屆 “青藍杯”論文大賽二等獎，參與改革的教師也分別先后獲得了南京市優秀教育工作者等稱號。上述結果表明，針對本門實驗課程的改革，在提高學生整體素質方面成效顯著。

四、討論

植物生理學實驗教學改革雖然經歷的時間不長，由于多種主、客觀原因仍然有許多問題需要進一步探討，如綜合、設計性實驗在實驗材料的選擇與季節的矛盾，實驗選題的大小，指標的測定數量的多少，不同小組實驗時間的安排，數據采集時間的確定，實驗儀器的合理使用，安全問題以及實驗實施過程中出現的一些突發狀況等等。教師必須自始至終認真負責不能放任不管，同時要分配好實驗小組，并指定每一個實驗小組的負責人。

培養具有創新精神和實踐能力的高級專門人才，在傳授知識的同時，加強對學生能力的培養，是新形勢下人才培養的需要。通過植物生理學實驗教學改革可以充分調動學生學習的積極性和主動性，提高學生的動手能力和豐富的想象力，有利于學生自身能力的提高。同時，亦能使植物生理學實驗教學更能符合課程特色。

隨著本科教學對大學生實踐能力與創新精神培養要求的日益提高，各個高校都在進行著不同程度的實驗教學改革，改變傳統的以教師為主體的封閉式實驗教學模式，代之以學生為中心的開放式實驗教學模式。學校領導和教師們的觀念也逐漸有所轉變，尤其是教師們逐漸認識到:在學生的實踐能力與創新精神培養上，實驗室遠甚于理論課課堂[8]。

實驗課程的教學改革相對于理論課的教學改革來說是一項較大的系統工程，需要投入大量的人力和物力。因此我們針對植物生理學實驗課程教學的改革并非達到了十分完善，依然有許多問題還有待于進一步探索與實踐。

基金項目:南京曉莊學院教改重點項目(2009JYKT007)

參考文獻:

[1]張志良， 瞿偉菁.《植物生理學實驗指導》(第三版)[M]. 高等教育出版社， 2003

[2]李合生.《植物生理學實驗指導》[M]. 高等教育出版社， 2003

[3]李合生.《植物生理生化實驗原理和技術》[M]. 高等教育出版社，2000

[4]王晶英.《植物生理生化學實驗技術與原理》[M]. 東北林業大學出版社，2003

[5]楊建偉， 杜敏華， 龐發虎等. 植物生理學綜合性設計型實驗的開設與探索[J].河北農業科學，2009，13 (3): 171-172

[6]柏素花， 戰淑敏， 劉新等. 強化植物生理學實驗的實踐與探索[J]. 植物生理學通訊，2007， 43(7): 1170-1172

[7]倉晶， 郝再彬， 王軍虹等. 改革植物生理實驗課教學方式初探[J]. 植物生理學通訊， 2003， 39(2): 165-167

[8]楊建偉， 龐發虎， 王麗. 植物生理學實驗教學的改革與實踐[J].南陽師范學院學報， 2009， 8(3): 107-109