植物生理學緊密結合科研改進實驗教學的探索

摘 要：植物生理學是高等院校生物學領域重要的專業(yè)基礎課，理論性強、基礎要求高、抽象難學。輔以必要的實驗教學對提高學生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際、創(chuàng)新精神和實踐能力有著理論教學不可替代的特殊作用。針對本科生的學習興趣和植物生理學的科研特點及建設研究性大學的教學目標，本文就實驗教學中存在的問題，嘗試將教師的科研課題與學生實驗緊密結合，倡導研究型實驗培養(yǎng)方案的制定，以期為高校教師改善實驗教學方法提供參考。

關鍵詞：植物生理學 科研 實驗教學

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）08（b）-0074-02

所謂植物生理學是一門探究植物生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律的學科，它不僅是農(nóng)林院校一門至關重要的專業(yè)基礎課，同時也是我校升級精品課程之一。該門課程是生物學課程體系中的部分，既是高等院校生物學領域重要的專業(yè)基礎課，又是進一步學好其它專業(yè)基礎課和專業(yè)課的必要條件和基礎。它具有理論性強、基礎要求高、抽象難學等特點[1]?？蒲械谋举|(zhì)是對知識的探索，教學的目的是對知識的傳播，學習的內(nèi)涵是對知識的索取。而高校如何培養(yǎng)適應社會主義市場經(jīng)濟發(fā)展所需要的具備較高專業(yè)知識素養(yǎng)和創(chuàng)新精神的人才，正成為高等教育創(chuàng)新發(fā)展研究的熱點議題之一，也是目前高校改革的主要目標。研究型大學在美國高等教育系統(tǒng)中扮演著主導的角色。但是，本科教育卻是研究型大學常常忽視的問題。因此大學應建立知識為中介的“科研—教學—學習連接體（the research-teaching-study nexus）”[2]。我們對該課程的實驗教學進行了與科研緊密結合的改革探索，并取得了一定成效。

1 植物生理學教學面臨的新問題

（1）內(nèi)容更新非?？臁?/p>

隨著科學技術的日新月異，植物生理學在學科內(nèi)容的深度和廣度方面都發(fā)生了質(zhì)的變化，隨著新理論、新學科和新技術的逐步滲入，最初的許多觀點和方法都不斷地被更新，涌現(xiàn)了許多新概念、新方法和新成果，導致該課程的諸多內(nèi)容需要不斷的進行更新[3]，只有這樣，植物生理學才能最終成為一門內(nèi)容豐富、并迅速發(fā)展壯大的學科。比如，國外植物生理學教科書Plant Physiology（The fourth version，Taiz Zeiger）已經(jīng)及時更新了光合作用當中有關光合途徑轉變部分，即C4光合可以在單個葉肉細胞中進行[4]的內(nèi)容。這說明C3和C4植物的光合特征具有極大的可塑性[5]。我們在課堂教學過程中已經(jīng)及時補充了體現(xiàn)最新科研成果的這部分內(nèi)容。

（2）課時壓縮任務重。

近年來，我國植物生理學教科書的版本漸多，加之教學計劃的調(diào)整，課程的學時數(shù)由原來90學時壓縮到80學時。目前，在植物生理學教學過程中教學內(nèi)容、教學模式以及教學方法等還存在著一些問題。比如教學內(nèi)容比較陳舊，教學模式死板，不靈活，教學方法單一等。特別是實驗教學，課時只有32學時，且內(nèi)容以驗證性實驗為主，學生處于被動狀態(tài)，在整個實驗過程中扮演典型的“操作工”的角色，極大地影響了實驗課的教學效果。在有限的學時內(nèi)，要更加全面而深入地讓學生學習和掌握本門課程的內(nèi)容，傳統(tǒng)的教學方式方法就面臨著挑戰(zhàn)。盡管探索教學改革的文章和思路也很多，但內(nèi)容大同小異，很少有人提出一套完整有效的改革措施。這種流于形式的教學改革，不能從根本上體現(xiàn)這門實踐性非常強的課程的特點和精髓，阻礙了本科生從理解到實踐的動手能力，進而影響創(chuàng)新思維培養(yǎng)，限制了緊跟國際前沿的科學創(chuàng)新能力，有可能錯失具備科研能力的后備軍。這與我們提出的培養(yǎng)創(chuàng)新人才，提高素質(zhì)教育的理念是背道而馳的，因此，本文探討了在執(zhí)行教改項目的過程中針對培養(yǎng)創(chuàng)新人才將科研要素適時加入、緊密配合植物生理學實驗教學的措施和效果。

2 實驗教學中對教學模式與教學方法的改進

實驗教學是高校教學體系的重要組成部分。實驗教學對提高學生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際、創(chuàng)新精神和實踐能力有著理論教學不可替代的特殊作用。由于植物生理學實驗教學中大多為驗證性實驗，不利于學生自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此我們嘗試將教師的科研課題與學生實驗緊密結合，倡導研究型實驗培養(yǎng)。

（1）將科研實驗材料應用于實驗教學。

植物光合測定最好的季節(jié)是5～7月，而下半年有植物生理學實驗課的學生不容易找到合適的光合實驗材料，時間安排上存在困難。為了讓秋季開課學生在合理的周次進入實驗，我們將正在科研工作中沙培或水培的實驗材料或人工氣候室種植的實驗材料提供給學生進行光合實驗。這樣學生既可以掌握組培技術和室內(nèi)種植，提高學生的學習興趣，又可以與科研實驗結果作對照，相得益彰。解決了取材季節(jié)與教學時間上的矛盾，并能在規(guī)定時間內(nèi)較好地完成整個實驗。

（2）改驗證性實驗為設計和干預性實驗。

當前，教育改革對高等院校提出了很多新的要求，就專業(yè)實驗來說，要求綜合性、設計性實驗的比例高于基礎課和專業(yè)基礎課的單元操作實驗，盡量減少驗證性實驗的比例。

在以往的植物生理學實驗中，大多數(shù)實驗均屬驗證性實驗。一般的做法是課前由實驗教師將所需實驗物品準備好，課上講解實驗原理、步驟以及注意事項等，然后學生按照實驗指導和教師的要求按部就班地進行。它屬于一種過程性實驗，盡管對學生打下扎實基礎是十分必要的，但不能體現(xiàn)學生的動腦能力和自主能力，學生失去了想象和思維的空間。為培養(yǎng)學生的科研思維能力和創(chuàng)新意識，在更改實驗材料的同時，有意識地安排學生參與實驗設計和實驗準備。

（3）輔以一定數(shù)量難度較大的視頻實驗。

針對植物生理學是以實驗為基礎的課程特點，充分運用現(xiàn)代信息技術廣泛收集配有動畫或視頻的實驗內(nèi)容，盡管有些實驗因設備或配備不能及或實驗學時緊張實驗場地緊張而無法給本科生開設，可以通過一定數(shù)量視頻實驗的展示，特別是用視頻展示難度較大、細節(jié)過多的實驗，輔以關鍵步驟和處理的注意事項講解，形象生動，易于理解，將某些難以理解和無法想象的實驗內(nèi)容變得具體可見，真實可信，收到了很好的實驗教學效果。

（4）改實驗報告為實驗論文。

在過去的教學中，實驗項目的設置往往相對獨立，而且要求學生在固定的課時內(nèi)完成，這就造成了實驗項目之間缺乏必要的有機結合和連貫性。學生每做完一次實驗，就要將實驗結果以報告的形式寫出來，報告的統(tǒng)一格式為實驗目的、實驗原理、方法與步驟、結果與分析，大部分內(nèi)容在實驗指導上基本都有，學生之間所能體現(xiàn)不同的僅有“結果與分析”一項。這樣，不利于學生寫作能力的培養(yǎng)。通過科研與教學的有機結合，把驗證性實驗變?yōu)樵O計性實驗，并思考實驗與實驗之間的銜接和連續(xù)，同時學生的實驗報告也改為實驗論文。實驗論文由教師擬定題目，并對論文的格式和要求進行指導性說明，要求學生自己分析，結合查閱相關文獻資料，獨立完成實驗論文。這不僅解決了學生照抄實驗內(nèi)容和抄襲實驗結果的問題，促進了學生獨立思考，而且教師也從中受益。另外，加強學生論文討論部分的權重，對于討論的寫作和思路感到迷茫的學生，通過回答實驗指導的思考題、回憶實驗注意事項和關鍵節(jié)點以及與其他同學的結果對比方面去充實討論內(nèi)容。

3 實驗教學改革的特色及創(chuàng)新

筆者從事光合途徑的適應性進化研究工作十幾年，承擔國家自然科學基金等項目，從事植物生理學的教學工作七年，具備較強的科研基礎和理論基礎，同時應用具體的教改思路，經(jīng)過探索，賦予我校植物生理學課程鮮明的教改特色和優(yōu)勢——新穎、完整、前沿。對提高教學質(zhì)量、培養(yǎng)學生創(chuàng)造能力效果明顯，具有較強的可操作性和可持續(xù)性。

創(chuàng)新之處在于實驗教學中，通過自己動手進行實驗設計，學生變被動學習為主動探索，既激發(fā)了學生的科研興趣，增強了學習的自覺性，同時又提高了自主實驗設計能力和論文寫作能力。另外解決了取材季節(jié)與教學時間上的矛盾，提高了學生實驗設計能力和科研論文寫作能力，高難度的演示實驗和動手實驗相結合，培養(yǎng)了學生分析問題和解決問題的能力。

參考文獻

[1] 阮燕曄.提高農(nóng)業(yè)院校植物生理學教學質(zhì)量的實踐途徑[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學學報：社會科學版，2007（9）：400-402.

[2]龔春梅.高校生命科學教學及時更新書本知識的必要性和技巧[J].中國科教創(chuàng)新導刊，2009（10）：95-97.

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[4]Voznesenskaya EV，et al.Kranz anatomy is not essential for terrestrial C4 plant photosynthesis[J].Nature，2001（414）：543-546.

[5]Hibberd JM，et al.Using C4 photosynthesis to increase the yield of rice—rationale and feasibility[J].Current Opinion in Plant Biology，2008（11）：228-231.