徒手切片法在植物學實驗教學中的應用與實踐

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-9902（2025）19-0139-04

Abstract：Asoneofthecoretechnologiesinbotanyexperimental teaching，free-handslicing hasuniqueadvantagesin improvingstudentspracticalandinnovativeabiltiesanddepeningtheoreticalunderstanding.However，problemssuchas excesivproportionofconfirmatoryexperiments，passveparticipationofstudents，singleasessmentdimensionandhomogenzation ofexperimentalmaterialsarecommonintraditionalbotanyexperimentalteaching，whichafectstheefectiveachievementof experimentalteachinggoals.Aimingattheaboveshortcomings，thisstudyfocusesonthefree-handslicingmethodand systematicallyoptimizestheexperimentalteachnglinkbyguidingstudentstoindependentlycolectdiversifiedplantmaterials， inovatingfree-handslicingoperationproceduresandmicroscopicobservationmethods，andbuildingacompoundassessment mechanism of\"process evaluation + achievement display\".It has efctively enhanced students‘main participation and practical innovationability，andpromotedtheeffctive transformationof theoretical knowledgeintopractical ability.

Keywords：free-hand slicing;botany；experimental teaching; teaching goal;practical ability

植物學是生物學的分支學科，是生物科學中一門傳統的基礎學科，主要研究被子植物個體發育和植物界各類群系統發育的基本規律及與規律有關的基本過程的學科，其研究范圍涵蓋植物形態解剖、生長發育、生理生態、系統進化分類及與人類的關系的綜合性學科。作為生物學系列課程中的核心課程之一，植物學是高等農林、師范及綜合院校本、專科生物科學類、植物生產類、環境生態類和資源類專業必修的一門專業基礎課，更是銜接基礎理論與專業實踐的關鍵樞紐1-，課程內容以植物細胞-組織-器官的形態結構解析為起點，延伸至植物分類、生態分布、進化歷程等宏觀與微觀層面的知識體系，為培養生命科學領域復合型人才提供不可或缺的學科支撐。隨著素質教育改革的深化，高校人才培養模式正從知識灌輸向能力本位轉型，而實驗教學作為實踐育人的核心載體，其戰略地位日益凸顯。植物學實驗作為生物科學專業入門級實踐課程，對大一新生科學素養的塑造具有雙重意義，一方面，通過顯微觀察、標本制作等操作，強化學生對理論課程中植物形態結構、分類鑒定等抽象概念的理解;另一方面，作為科研啟蒙的第一步，實驗課程在訓練學生規范操作技能、培養問題導向思維及團隊協作能力方面發揮著不可替代的作用。

貴州大學的植物學課程教學包括理論教學、實驗教學和野外實踐教學3個部分，其中實驗教學的教學目標圍繞以下3點展開： ① 夯實植物形態顯微構造解析、生長發育過程觀察等基礎實驗技能； ② 提升植物分類鑒定、生態適應分析等綜合實踐能力； ③ 激發科學探究興趣，培育創新意識。

然而，傳統植物學實驗教學中仍存在實驗材料同質化、技術方法固化、考核維度單一等問題，制約了學生實踐能力的深度發展。針對這一現狀，本研究以徒手切片法為技術切入點，通過實驗材料自主采集、操作流程標準化改進及多元評價體系構建等改革舉措，探索提升植物學實驗教學效能的創新路徑，旨在為高校實驗課程改革提供可復制的實踐方案。

1植物學實驗教學現狀與問題分析

1.1實驗類型：驗證性實驗主導，綜合性實驗占比過少

傳統植物學實驗教學長期以來集中于一系列驗證性實驗，如\"植物細胞后含物（如淀粉粒、晶體、油滴等）的顯微觀察”“植物細胞有絲分裂過程各時期的識別”“植物各類成熟組織（如保護組織、薄壁組織、機械組織和輸導組織等）的形態結構辨識”，以及“植物營養器官根、莖、葉的典型內部解剖構造觀察”。這些實驗設計的核心目的在于通過直觀觀察，強化學生對經典理論知識的記憶與理解，即對教科書和課堂講授的既定形態結構的“被動確認”。這種以驗證為主導的傳統實驗教學模式，存在2個顯著且相互關聯的結構性缺陷： ① 實驗技術訓練嚴重缺失，實踐能力培養流于表面。實驗材料高度依賴預先制備好的永久裝片或固定標本。學生在實驗中通常只需按照標準流程操作顯微鏡（如調焦、更換物鏡），即可完成“觀察\"任務。學生雖然“看到”了結構，但對這些結構是如何操作完成的缺乏親身體驗。 ② 實驗內容碎片化，關聯性不強。實驗項目設計呈現明顯的\"點狀分布\"特征。各個實驗（如植物細胞觀察、植物各種成熟組織觀察、根結構的觀察、莖結構的觀察和葉觀察）往往被安排為獨立的單元，每個實驗項目之間缺乏關聯性。這種碎片化的學習模式，使實驗過程變成了“確認\"過程，而非激發好奇、提出疑問的探索過程。學生習慣于尋找“標準答案”，難以從觀察到的特殊結構、異常現象或不同材料間的差異中提煉出有價值的科學問題，例如，觀察到根尖的分生組織、根的初生結構，卻難以與莖尖、莖的結構及其如何協同實現植物生長聯系起來；觀察到葉肉中葉綠體的分布，卻難以深入理解其與光合功能效率，以及莖中維管束運輸功能的整體協調關系；觀察到不同類群植物器官結構的差異，卻缺乏引導去思考這些差異背后的生態適應或演化意義。

1.2教學模式：單向灌輸式，學生主體性缺失

傳統植物學實驗教學不僅在內容設計上以驗證為主，其教學實施流程也固化于一種高度指令化的“教師講解 $$ 教師示范操作 $$ 學生模仿執行\"的線性模式。在高度預設和追求“標準答案”的實驗環境中，實驗中出現的任何偏離預期的\"異常現象\"通常被視為\"錯誤\"或“失敗”，而非寶貴的探究契機。例如，學生在觀察葉片表皮時，可能發現某些保衛細胞形態異常（如扭曲、大小不一）。在現行模式下，教師或學生本人更傾向于認為這是永久裝片“取材不當\"“染色失敗\"或“操作失誤”，而非將其視為一個值得探究的現象（是否與植物生長環境脅迫、病蟲害或特定發育階段有關）。此外，實驗課程與理論課程高度同質化，學生難以通過實驗獲得超越課本的認知體驗。由于實驗內容嚴格對應理論知識點，如理論課講“根的結構”，實驗就觀察“根尖縱切永久裝片”，且實驗過程高度預設、結果高度可預期，學生在實驗課上獲得的認知體驗幾乎完全復刻了理論課堂和教材內容。他們通過顯微鏡\"確認\"的，正是課本插圖和教師PPT上展示的“標準圖像”。

1.3考核方式：以實驗結果為導向，過程性評價缺失

植物學實驗教學的考核機制呈現出典型的“結果至上\"特征，實驗成績評定高度依賴最終實驗報告，評價維度嚴重窄化，忽視以下關鍵能力： ① 實驗設計能力，例如，在“植物莖次生結構觀察\"實驗中，學生只需按固定流程完成永久裝片的顯微觀察，而無須思考材料選擇（如木質部發育階段差異）切片角度（橫切/縱切對結構顯示的影響）等設計要素。這種“去設計化\"的考核導致學生將實驗簡化為機械操作，喪失了通過優化實驗方案深化認知的機會。 ② 操作規范性，以徒手切片為例，持刀角度（ 15^°～20^° 為佳）施力方式（均勻推切而非鋸切）材料固定（避免組織擠壓變形）等操作細節直接影響切片質量，但傳統考核僅通過“切片完整性\"這一結果性指標間接評價。這種評價滯后性導致學生形成“結果正確即過程合理”的錯誤認知，甚至出現為追求完整切片而反復試切、浪費材料的現象。 ③ 問題解決能力，實驗過程中突發問題的應對能力未被納入考核范疇。例如，遇到木質化組織難以切片時，學生是否嘗試軟化處理（如沸水預處理）；顯微觀察出現細胞重疊時，能否自主調整切片方式，是否愿意多次嘗試切片實驗，獲得最佳結果。由于缺乏過程性記錄與即時反饋，這種評價機制導致學生將實驗視為“任務完成”而非“能力訓練”，甚至出現偽造數據或抄襲報告的現象。

1.4實驗材料：同質化嚴重，現實關聯性薄弱

實驗材料高度依賴于統一采購的永久裝片、指定材料或固定標本，其局限性體現在三方面： ① 材料類型單一。實驗材料高度集中于少數模式物種，這種選擇雖便于標準化操作，但卻導致了植物器官多樣性被掩蓋，如將“根尖縱切\"等同于所有植物根系發育規律，忽視蘭科氣生根、寄生植物吸器等特殊結構的認知價值。 ② 材料狀態理想化。現行標本 90% 以上依賴化學固定技術，會掩蓋環境脅迫印記，自然狀態下植物常呈現蟲害損傷、機械創傷、病原侵染等適應性反應，而這些“不完美\"形態恰是理解植物抗逆機制的關鍵素材；并且阻斷了發育連續性觀察，固定標本僅能展示特定發育階段，學生難以建立器官發生、組織分化、結構成熟的完整認知鏈條。

③ 材料獲取方式被動，學生缺乏自主采集與預處理的實踐機會。當實驗材料與校園植物、區域植被完全割裂，學生難以建立“顯微結構-宏觀形態-生態環境”的認知鏈接。這種“去現實化\"的材料體系，不僅削弱了實驗的趣味性，更阻礙了學生將課堂知識遷移至野外實踐或科研情境的能力。

2基于徒手切片法的植物學實驗教學改革實踐

隨著顯微成像技術的發展，植物組織切片技術呈現多元化趨勢，其中徒手切片法因其獨特的優勢在實驗教學領域展現出不可替代的價值。該方法通過人工操作直接獲取新鮮材料切片，具有以下技術特性： ① 無需復雜設備，操作便捷，適合大規模教學應用； ② 最大限度保留細胞活性狀態，可清晰觀察原生質流動、細胞質壁分離等動態過程； ③ 切片厚度可控（通常 10～20μm， ），能完整呈現細胞排列、組織分化等顯微結構特征。近年來，國內外研究證實，徒手切片法在培養本科生顯微操作技能、激發科研興趣方面顯著優于傳統永久切片觀察法[]。

2.1實驗材料自采，構建\"校園一課堂\"聯動模式

為破解傳統植物學實驗教學材料單一化、理想化，教學改革創新構建“標準化供給\"與“自主化探索\"相結合的“雙軌制\"材料準備體系，通過“教師預設 + 學生采集\"的協同供給模式，實現實驗教學從技能訓練到科研素養培育的跨越式發展。具體實施步驟： ① 教師依據教學大綱提供典型材料，如向日葵幼莖橫切裝片（展示雙子葉植物莖初生結構觀察）玉米葉橫切裝片（呈現單子葉植物葉特征），確保顯微結構認知的系統性; ② 要求學生以校園植物為對象，自主采集4～5種實驗材料，涵蓋不同科屬（如木蘭科、薔薇科）及器官類型（根、莖、葉和花）。學生需掌握新鮮標本保濕技術（如采用濕潤脫脂棉包裹莖段、葉片背面貼附保濕膜防止氣孔萎蔫）特殊結構標記方法（使用不同色碼尼龍線區分主脈與側脈、芽鱗痕與葉痕），并撰寫采集日志記錄生境信息，并在實驗課初始環節進行 5min 材料展示與問題陳述。

2.2 改進徒手切片技術

針對學生在植物學實驗初期進行徒手切片時普遍遭遇的關鍵技術瓶頸一“切片厚度不均\"（導致過厚區域不透光、過薄區域易破損）和“細胞嚴重重疊/堆疊\"（致使內部結構難以清晰分辨），我們構建了技術優化路徑（選材 $$ 固定 $$ 持刀 $$ 切片 $$ 展片），形成從材料預處理到顯微觀察的全流程質量控制體系。在選材環節，學生常忽視材料本身的物理特性（硬度、韌性、含水率和脆性）對切片質量的決定性影響，導致“一刀切\"的失敗嘗試。教師通過系統梳理不同植物組織特性與切片要領，建立常見植物組織類型及切片要領的知識庫，如對于脆嫩組織的切片，需采用合適夾持物（蘿卜、土豆等），配合橫向切片角度設計，多次切片；針對木質化組織（如松莖），使用“化學軟化-復染增強\"聯合處理法，利用 5% 硝酸溶液進行組織軟化處理，結合雙重染色技術，克服單一染色對復雜木質部結構（如導管、管胞、木纖維和木薄壁細胞）區分度不足的問題。

2.3改革考核方式

研究表明，實驗教學中考核方式多樣化具有引導教學和激勵學生的作用45。為配合新實驗教學大綱實施和提升學生綜合素質，我們也采用了多樣化考核方式對學生進行綜合考查。實驗考核根據過程性考核原則，通過實驗報告 20% ）實驗學習過程（ 30% ）和技能操作考核50% ）的權重分配，形成“認知評價-行為評價-技能評價\"的全維度評估框架。該體系以過程性考核為核心理念，突破傳統“一紙報告定成績\"的局限，實現教學評價從結果導向向發展導向的轉變。作為認知評價的核心載體，實驗報告評分聚焦結構完整性、數據分析深度、結論創新性。例如，在“植物莖次生結構觀察\"報告中，優秀案例需不僅描述木質部與韌皮部排列規律，更能結合氣候因子分析導管分子直徑變異，體現從現象觀察到科學推論的思維躍遷。實驗學習過程通過預習質量、課堂參與度、實驗設計能力評估，學生需提前規劃校園植物取樣材料，標注科屬特征與采集時間，教師通過方案可行性（如避開開花期以確保營養器官完整性）給予過程性指導。技能操作考核權重最高，涵蓋臨時裝片制作與徒手切片技術兩大核心技能。評分細則包含5項量化指標：持刀角度、切片厚度、結構完整性、顯微觀察準確性和安全規范。

3徒手切片法在植物學實驗教學中的改革成效3.1學生植物顯微結構認知顯著深化

學生通過自主采集新鮮植物材料并運用徒手切片技術進行顯微觀察，有效解決了傳統實驗教學中存在的認知受限的問題。在系統性對比不同植物器官（根、莖、葉）顯微結構特征的關鍵探究環節，學生通過親手制作并觀察莖（如向日葵幼莖）的橫切面切片，能夠清晰界定木質部與韌皮部的空間位置關系及其組織學差異。他們不僅能在顯微鏡下準確識別出木質部中染成紅色的（番紅染色）導管、管胞的加厚特征，以及韌皮部中染成綠色（固綠染色）的篩管、伴胞的形態結構，更能理解二者在維管束中作為“木質部-韌皮部復合體”的緊密協作關系一一木質部負責水分和無機鹽的向上運輸，韌皮部負責有機物的雙向運輸。這種基于自身實踐觀察的認知，遠比教材插圖的被動識記更為深刻和牢固。

3.2激發了科研創新思維

在基于新鮮材料的自主探究實驗中，學生不可避免地會遇到各種超出標準流程之外的觀察挑戰。解決這些具體問題的迫切需求，成為驅動學生主動優化和徒手切片技術的強大動力。這種“問題-技術-認知\"循環實踐模式，不僅培養了學生的實驗改良意識，更在操作過程中激發了創造性思維，實際教學中已涌現出多種具有科研啟發性的技術改進方案。

3.3奠定科研實踐基礎

完成實驗課程設計的所有實驗后，學生建立起對典型植物及結構的完整認知框架，從宏觀形態特征到根、莖、葉、花、果實和種子的顯微結構，均能開展系統觀察與分析。這種縱向貫穿的探究訓練，不僅強化了學生全面認知植物的科學思維，更通過實驗操作與考核體系的雙重鍛煉，使學生初步掌握將徒手切片技術應用于科研實踐的能力，為植物分類學課程與相關研究奠定了方法論基礎。

4結束語

徒手切片法作為植物學實驗教學的核心技術載體，其應用實踐已充分證明其在夯實學生顯微操作技能、激活科學探究興趣方面的獨特價值-。然而，面向新時代高等教育“創新型、復合型、應用型”人才培養目標，實驗教學改革仍需深化拓展。未來，植物學實驗教學需在以下方面持續革新，首先，實驗材料體系應向“特色化\"轉型，通過挖掘校園及區域特色植物資源，構建“從課堂到田野”的認知紐帶，使學生在解剖本土物種的過程中深化理論認知；其次，實驗內容設計需強化“問題鏈”驅動模式，將經典結構觀察升級為“形態變異機制探究”“環境適應策略分析\"等研究型課題，例如通過對比干旱區與濕潤區植物氣孔密度差異，引導學生開展跨學科思考；最后，教學方法須實現“教師主導 $$ 學生主體\"的范式轉變，通過設立“實驗小組\"等機制，賦予學生從技術優化到課題設計的全流程自主權。唯有如此，植物學實驗教學方能真正成為培育學生科研素養的孵化器，為生命科學領域輸送兼具扎實功底與創新思維的新時代人才。

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