植物生物學(xué)綜合實驗的管理和教學(xué)實踐

蘇國興，曾鈞杰，豐 華

(蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院生物科學(xué)系，江蘇蘇州 215123)

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植物生物學(xué)綜合實驗的管理和教學(xué)實踐

蘇國興，曾鈞杰，豐 華

(蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院生物科學(xué)系，江蘇蘇州 215123)

筆者就植物生物學(xué)綜合實驗的特點加以分析，介紹了植物生物學(xué)綜合實驗的設(shè)計、教學(xué)管理、綜合實驗教學(xué)的“3階段實施方案”，對綜合實驗教學(xué)過程中存在的主要問題進行了討論。

綜合實驗設(shè)計；教學(xué)管理；3階段實施方案

生物學(xué)是一門實驗性學(xué)科，許多學(xué)說和理論的提出都是建立在大量的科學(xué)實驗和研究基礎(chǔ)之上的。為了探索生命現(xiàn)象的本質(zhì)和奧妙，人類進行了大量有趣的實驗，有定量、定性和模擬實驗，有驗證性、探索性和綜合性實驗，所采用的技術(shù)有顯微技術(shù)、離心分離技術(shù)、電泳技術(shù)、光學(xué)分析技術(shù)、層析技術(shù)、無菌培養(yǎng)技術(shù)、免疫化學(xué)技術(shù)和當(dāng)今的現(xiàn)代分子生物學(xué)研究技術(shù)等。

生命科學(xué)實驗其實就是根據(jù)研究目的，采用一定的技術(shù)，通過對實驗對象的處理和控制，觀察和探索相關(guān)代謝原理，了解和認(rèn)識生命活動規(guī)律的過程[1]。要獲得科學(xué)準(zhǔn)確的研究結(jié)果，除需具備必要的儀器設(shè)備外，實驗技能的儲備也是必須的。為了增強動手能力，鍛煉實驗技能，生物科學(xué)專業(yè)的學(xué)生往往要進行大量的技能培養(yǎng)實驗。如在進入專業(yè)學(xué)習(xí)前，一般先要進行有機化學(xué)實驗、無機及分析化學(xué)實驗的訓(xùn)練。而后期與專業(yè)課程相關(guān)的如生物化學(xué)、微生物學(xué)、植物生理學(xué)和分子生物學(xué)等實驗的開設(shè)，除了驗證理論，使抽象知識由理性轉(zhuǎn)為感性，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)外，也是為了提高學(xué)生的實驗技能和動手能力。

經(jīng)過兩三年多門實驗課的訓(xùn)練，學(xué)生對生物科學(xué)實驗已有了一定的感性認(rèn)識，具備了一定的從事生物科學(xué)研究的實驗技能。然而，學(xué)生對實驗內(nèi)容的感覺是零碎的，對如何從事生物科學(xué)研究的認(rèn)識是模糊的。當(dāng)前，我國高等院校生物科學(xué)實驗教學(xué)改革的一個目標(biāo)是要增加探究性和綜合性實驗的比例。筆者介紹了蘇州大學(xué)植物生物學(xué)綜合實驗的設(shè)計、教學(xué)管理、綜合實驗教學(xué)的“3階段實施方案”，并對綜合實驗教學(xué)過程中存在的主要問題進行了分析，以交流做法和為相關(guān)專業(yè)教學(xué)提供參考。

1 植物生物學(xué)綜合實驗設(shè)計

在入學(xué)后的前3年學(xué)習(xí)中，生物科學(xué)專業(yè)的學(xué)生接觸的與植物學(xué)相關(guān)的實驗有植物形態(tài)學(xué)實驗、植物分類學(xué)實驗、植物生態(tài)學(xué)實驗、植物生理學(xué)和植物分子生物學(xué)實驗。這些實驗隸屬于各自的理論課程，又稱小實驗，每個實驗安排2～3學(xué)時。這些實驗的開設(shè)促進了學(xué)生對相關(guān)理論知識的理解和掌握，提高了他們的實驗技能。但由于這些小實驗的原理不同，內(nèi)容彼此獨立，經(jīng)過這些實驗的學(xué)習(xí)后，學(xué)生仍缺少一個系統(tǒng)完整的科學(xué)研究綜合訓(xùn)練。因此，在第6或第7學(xué)期為學(xué)生開設(shè)生物學(xué)綜合實驗就顯得尤為重要。

有別于普通的小實驗，從內(nèi)容上看，生物學(xué)綜合實驗更強調(diào)系統(tǒng)性和綜合性，這在進行植物生物學(xué)綜合實驗的設(shè)計時一定要有所體現(xiàn)。如在普通高等教育“十一五”國家規(guī)劃教材“植物生理學(xué)實驗指導(dǎo)”(張志良主編)第4版中[2]編排了5個綜合實驗，其中的“植物在滲透脅迫條件下形態(tài)、生理和基因表達(dá)方面的適應(yīng)性變化”實驗就非常典型。整個實驗包括了植物培養(yǎng)和滲透脅迫處理、營養(yǎng)指標(biāo)檢測、脅迫相關(guān)生理指標(biāo)的測定、滲透脅迫相關(guān)基因表達(dá)分析5個方面。從內(nèi)容來看，既有開設(shè)小實驗時學(xué)生一般不涉及的實驗材料培養(yǎng)和前處理，又有形態(tài)指標(biāo)，如葉型、葉色的觀察記錄，生理指標(biāo)中關(guān)于質(zhì)膜相對透性、可溶性糖、色素和脯氨酸含量的變化測定，又有分子學(xué)指標(biāo)RNA的提取，以第一鏈cDNA為模板，PCR擴增actin基因和Rd29A基因，和瓊脂糖凝膠電泳檢測RT-PCR結(jié)果等[2]。實驗內(nèi)容前后呼應(yīng)，指標(biāo)緊扣滲透脅迫這一主題，且可相互佐證和支持，體現(xiàn)出綜合性實驗的特征。

根據(jù)綜合實驗的要求和特點，結(jié)合自身科研的特長，近幾年蘇州大學(xué)還陸續(xù)為生物科學(xué)專業(yè)開設(shè)了“植物在鹽分脅迫條件下形態(tài)、生理和基因表達(dá)方面的適應(yīng)性變化”“植物在鹽分脅迫下與活性氧代謝相關(guān)的酶學(xué)和非酶學(xué)系統(tǒng)的變化研究”和“植物在鹽分脅迫下氮素代謝的變化”等綜合實驗。在“植物在鹽分脅迫下氮素代謝的變化”綜合實驗中設(shè)計了形態(tài)指標(biāo)，如株高、地上和地下部分干鮮重變化的測定；與氮代謝相關(guān)生理指標(biāo)的檢測有總氮、氨態(tài)氮和硝態(tài)氨和蛋白質(zhì)氮含量變化，硝酸還原酶、亞硝酸還原酶活性[3]，以及氨同化指標(biāo)——谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合酶和谷氨酸脫氫酶活性變化的測定，都體現(xiàn)出綜合性實驗的特征。通過對這些指標(biāo)的檢測，分析這些指標(biāo)的相互變化規(guī)律，學(xué)生可基本了解植物在鹽分脅迫下氮代謝的變化規(guī)律。

2 植物生物學(xué)綜合實驗的實施和管理

2.1 綜合實驗教學(xué)管理特點 從實驗準(zhǔn)備、管理來看，綜合實驗更講究學(xué)生的自主性。為了體現(xiàn)這一點，除了由于時間關(guān)系由相關(guān)教師培養(yǎng)實驗材料外，所有與綜合實驗相關(guān)的工作都安排學(xué)生獨立完成，其中包括資料的查詢、玻璃儀器的準(zhǔn)備和洗滌、試劑的配制、實驗材料的培養(yǎng)和預(yù)處理、儀器的調(diào)試、數(shù)據(jù)分析等。實驗室只負(fù)責(zé)提供實驗所需的各種設(shè)備和條件，如藥品、試劑、儀器、實驗材料等。對學(xué)生而言，整個實驗室是開放的，可自行管理并安排實驗的整個進程。實驗指導(dǎo)教師的基本職責(zé)是和學(xué)生一起制訂實驗計劃，講解和分析每一個實驗的基本原理，全程掌握和負(fù)責(zé)實驗進程，負(fù)責(zé)答疑、考勤、批改實驗報告。由于綜合實驗講究的是自主性和學(xué)生獨立的動手能力，故綜合實驗的開設(shè)時間一般安排在第7學(xué)期，約6周時間，因為該階段的學(xué)生已具備一定的實驗技能和專業(yè)基礎(chǔ)知識，可為第8學(xué)期的畢業(yè)論文工作做相應(yīng)的鋪墊和準(zhǔn)備。

2.2 綜合實驗的“3階段實施方案” 為提高學(xué)生科學(xué)創(chuàng)新和實驗綜合設(shè)計能力，筆者在多年的綜合實驗教學(xué)實踐中摸索出“3階段實施方案”。

首先是拋出實驗內(nèi)容，要求學(xué)生利用兩三天時間，根據(jù)實驗內(nèi)容，從網(wǎng)上或圖書館查詢與實驗相關(guān)的資料，如實驗原理、研究方法、測定指標(biāo)的選擇等。先自行設(shè)計實施方案，并逐個當(dāng)堂講述，教師及時評價，肯定合理的和指出不足方面。此時，若要否定學(xué)生的方案，一定要給出充分的理由，讓學(xué)生理解并接受。緊接著匯總學(xué)生的研究方案，并結(jié)合教材內(nèi)容對方案進行優(yōu)化，最后總結(jié)出學(xué)生認(rèn)可的研究方案。該階段極為重要，因為學(xué)生的直接參與可進一步加深其對研究方案、指標(biāo)選擇、研究意義的認(rèn)識。

第2階段為實驗的實施階段。根據(jù)大家認(rèn)可的優(yōu)化后的實施方案，按部就班地進行實驗，強調(diào)的是學(xué)生獨立的動手能力，教師的工作是及時幫助和啟發(fā)學(xué)生解決在實驗過程中遇到的一些問題和疑惑。

第3階段為實驗討論和總結(jié)階段。一般在學(xué)生提交實驗報告后進行，要求學(xué)生逐個發(fā)言，對自己的綜合實驗做出討論和總結(jié)，尤其要指出實驗過程中的不足，并提出改進意見。

2.3 綜合實驗報告和成績評定 有別于普通的小實驗報告，綜合實驗報告更接近一篇研究論文。格式要求采用科研論文的寫作方式，包括中英文摘要、關(guān)鍵詞、引言、材料與方法、研究結(jié)果、討論和參考文獻(xiàn)7個部分。研究結(jié)果要求以線圖、表格或圖像的形式呈現(xiàn)，數(shù)據(jù)需經(jīng)過SPSS統(tǒng)計分析，并要求加強對數(shù)據(jù)和結(jié)果的討論。通過這種正規(guī)化論文寫作實戰(zhàn)訓(xùn)練后，絕大部分學(xué)生感覺自己科研論文的寫作水平有了明顯的提高。

生物學(xué)綜合實驗已獨立開課，植物生物學(xué)綜合實驗是其實驗方向之一，有3學(xué)分。為客觀評定學(xué)生的綜合實驗成績，將實驗成績設(shè)計成4個部分。實驗平時成績(20%)：與學(xué)生實驗時的表現(xiàn)和考勤掛鉤；書面測試成績(20%)：實驗結(jié)束后，就綜合實驗相關(guān)的操作和理論部分對學(xué)生進行書面考試，以強化學(xué)生對理論知識和實驗要點的理解；實驗課堂討論(10%)：以各實驗小組或?qū)嶒灧较驗閱挝唬途C合實驗實施的各個環(huán)節(jié)展開討論。由于有了實戰(zhàn)經(jīng)驗，該階段學(xué)生的發(fā)言往往較為涌躍；實驗報告(50%)：依報告所規(guī)定的要求，對學(xué)生撰寫實驗報告的質(zhì)量打分。

3 存在問題

開設(shè)植物學(xué)綜合實驗存在的主要問題如下：①實驗成本過大。雖然2人一組進行實驗，但與常規(guī)小實驗相比，在實驗室的運行維護、實驗材料、藥品的使用上都需較大的投入。②教師精力不濟。教師要監(jiān)管學(xué)生連續(xù)6周的實驗，普遍反映不堪重負(fù)。③部分學(xué)生積極性不高?？傆幸徊糠謱W(xué)生的選課是沖著學(xué)分而來，時間一長，容易渾水摸魚。由于實驗報告的寫作要求較高，部分學(xué)生不能按要求撰寫，常見的有圖、表格式錯誤，缺乏文字?jǐn)⑹?，?shù)據(jù)不進行SPSS統(tǒng)計分析和結(jié)果討論不切題等。然而，課程終結(jié)性評價結(jié)果表明，絕大部分學(xué)生認(rèn)同該門課，普遍感覺收獲較大。

[1] 李忠光，龔明.科研成果轉(zhuǎn)化為綜合性實驗內(nèi)容的嘗試[J].植物生理學(xué)通訊，2007，43(2)：345-347.

[2] 張志良，瞿偉菁，李小方.植物生理學(xué)實驗指導(dǎo)[M].北京：高等教育出版社，2009：275-285.

[3] 閔偉，侯振安，梁永超，等.土壤鹽度和施氮量對灰漠土尿素N轉(zhuǎn)化的影響[J].土壤通報，2012(6)：1372-1379.

Teaching Practice and Management of the Comprehensive Experiments of Plant Biology

SU Guo-xing, ZENG Jun-jie, FENG Hua

(Department of Biological Science, School of Basic Medicine and Biology, Soochow University, Suzhou, Jiangsu 215123)

The characteristics of comprehensive experiments of Plant Biology were analyzed. The design, teaching management and the "three stage implementation methods" of comprehensive experiments of Plant Biology were introduced. And the main problems existing in the process of comprehensive experiment teaching were analyzed.

Design of comprehensive experiments; Teaching management; Three stage implementation methods

蘇國興(1962- )，男，江蘇江陰人，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，從事植物生理學(xué)教學(xué)和植物生長發(fā)育研究。

2016-08-10

S-01

A

0517-6611(2016)28-0252-02