《植物生理学》开放性实验教学研究

摘 要：开放性实验教学对于提高学生的综合能力，培养学生的科研动手能力具有重要作用.文章分析了传统实验教学存在的弊端和开放实验教学的特点，在实验教学过程中摸索探讨了植物生理学开放性实验教学模式以及各章节的实验内容。
关键词：植物生理学 开放性 实验教学
植物生理学是生命科学类专业的专业基础课，是学习植物栽培技术、遗传育种技术、植物保护技术等课程的基础，是一门实践性很强的学科。通过植物生理学实验可以加深学生对植物生命活动普遍规律的理解和掌握，使学生学会对植物在不同环境条件下表现出特定的生理现象，进行科学研究的方法。具体来说，植物生理学实验教学旨在通过实验培养学生观察能力、操作能力、数据处理能力、创造能力和对植物生命现象做出敏锐判断的能力。然而，目前植物生理学实验大多是验证性实验和演示性实验，同时由于实验学时、实验材料、仪器设备等条件的限制，学生往往缺乏动手和动脑能力的培养。开放性实验教学改变了以往的教学模式，使学生变被动为主动，发挥学生的积极能动性、主动性和参与性，提高了实验教学的效果。
一、传统实验教学的特点
植物生理学是一门实践性很强的学科，加强实验环节对于提高教学质量至关重要。传统的实验教学方法是验证性实验教学，所开设的实验项目多以验证性实验为主。验证性实验教学就是在实验课中要抽出部分学时作为理论讲授，讲授实验原理、实验步骤、实验注意事项等等，这种教学方法只需要学生在实验过程中按照实验指导书的要求，按部就班就可以完成实验，较为简单，学生通过验证性实验可以加深对课堂理论教学内容的理解，从而更好的掌握和巩固基础知识，另外也有利于学生基本实验技能和实验能力的训练。但是，在这种传统实验教学模式中，实验教师是主体，学生则被动地接受知识和技能。有些实验甚至由于课堂实验学时的限制，实验教师在上课之前就需要提前配好实验试剂、清洗好实验用品，学生只需要在实验时把一种试剂加入另一种试剂中进行实验即可，缺少实验方案设计和实验准备，对实验的感受不深，对仪器设备的运行原理、运行情况了解不足，实验数据较为单一等，以至于有些学生到了毕业论文阶段竟然连试管都洗不干净，更别说是实验方案设计和多因素的实验结果分析了，所以这种传统的验证性实验教学方法不利于学生的创造能力和思维能力以及独立科研能力的培养。
二、开放性实验的特点
开放性实验是实验教师给出实验题目或者学生自选题目，教师提出任务要求，在实验教师的指导下，学生分组选作实验，查阅相关资料，制定实验方案，然后根据实验方案独立操作，完成实验内容并用所学的理论知识对实验结果进行综合分析，写出实验报告或者研究论文。例如教师给出实验题目“逆境条件对植物生长发育的影响”，要求学生选定某种逆境条件，对实验材料进行处理，测定相关的生理指标，达到理解植物抗逆生理机理的目的。在教师的指导下，学生分组进行，每组自己选定逆境条件，要求学生先到图书馆查阅有关自己选定的逆境条件的相关图书、期刊论文等资料，然后根据资料，设定实验方案，经过指导教师的指导，修改和完善方案。确定实验方案后由学生自行准备实验，包括配试剂、准备实验用品等，并在教师的指导下，学习实验仪器的使用，进行实验材料处理，独立完成实验，在此过程中每组的同学要相互配合，协作完成。
开放式实验教学培养学生自主学习的能力，使学生由“能做”到“会做”，改变了传统教学的模式，化被动为主动，在实验教学过程中，由学生亲自选定实验课题、使用仪器设备、制定实验方案、准备实验试剂和实验用具、处理分析实验结果和实验数据。在实验方案的确定、仪器的使用、实验过程中问题的解答等方面，实验指导教师对学生提供指导，启发学生思考问题，激发学生的兴趣，提高学生的学习积极性。这种方式能提高学生的主动性、参与性和创造性，既有利于学生知识的掌握，又有利于技能的培养。开放性与验证性不同，其结果是未知的，学生必须要自己动手做实验，甚至自己查阅相关资料并制定实验方案选择实验方法，并对实验结果进行分析才能得到结论，这有利于培养学生独立思考的能力以及分析问题和解决问题的能力，同时也是对学生独立科研能力的提升和锻炼，为将来独立完成毕业论文做好准备。
三、植物生理开放性实验教学模式
（一）基本科研技能的训练
由于植物生理学课一般都是针对大学二年级的学生开设的，这个年级的学生才刚接触专业基础课程，还没有学习过科技写作课，所以同学们大都还不会查阅资料、制定方案以及写科技论文。在进行开放实验之前，教师应该先教学生如何查阅资料、如何制定实验方案、如何进行数据处理、按照实验方案进行实验后该如何写科技论文，同时提出开放性实验的总体要求。
（二）实验分组
综合型、设计型和创新研究型开放性实验由于实验项目比较多，一人很难完成，所以根据学生对课题的兴趣和学生之间的协作关系进行自由组合，可以4～5人一组，成员相互配合共同完成实验，锻炼了学生的科研协作能力。较为简单的开放性实验则一人一组。

（三）实验选题
根据植物生理学实验的要求，实验教师可以给学生提供一些开放性实验内容，比如缺素症对植物幼苗的影响、低温对植物生长发育的影响。缺素症实验采用不同植物种子作为材料，观察各种元素缺乏症的症状及出现的部位，加深学生对各种元素生理功能的理解。另外，还可以由学生自己提出自己感兴趣的实验内容，学生可以从日常生活中发现问题并且用所学的知识解决问题，激发学生学习植物生理学的兴趣，提高了学生的积极性和学习主动性，培养学生提出问题和解决问题的能力。
（四）查阅相关文献资料
学生在课余时间可以根据自己选择的实验题目进行查阅资料，以往学生都是通过百度或者google进行搜索，没有查阅过期刊数据库或者是书籍数据库，实验教师在上课时要教会学生使用网络资源，进入学校提供的期刊数据库检索查阅自己需要的资料。
（五）确定实验方案
在查阅大量文献资料的基础上设计实验方案，包括实验原理、实验材料、实验方法、实验步骤、实验时间安排、材料处理等内容。设计好实验方案后，可以采用两种方式，其一，教师结合实验室的具体条件对每组的实验方案与同学进行讨论、审核、修改，并指出实验实施过程中的具体问题；其二，可以要求各组进行开题汇报使同学们进行方案交流，这样可以使同学们取长补短、互相学习。
（六）完成实验
每个课题组根据自己的实验方案准备实验、配置实验试剂、准备实验仪器、处理实验材料、测定生理指标、进行数据分析讨论完成实验。实验过程中学生应分工协作，实验教师随时在实验过程中对学生在实验时所遇到的问题进行解答，同时为了检查学生的实验效果，实验教师还要组织各组同学进行交流，使教师能够掌握各组的实验进度、存在的问题，并对已做的实验进行分析讨论，同时也使学生养成定期检查实验效果的科研习惯。
（七）撰写研究论文
实验结束时，每组学生根据所做的实验结果共同撰写完成一篇规范的实验研究论文，由指导老师进行评定。要求按照正式发表的论文格式撰写。
四、植物生理学开放性实验的内容
实验内容的设计是综合开放性实验的关键。实验内容要难度适中，可操作性强。不同章节有很多内容都可以进行实验，这就需要实验教师提前进行预备实验，探索哪些实验项目较为合适，结合实验室的现有设备条件,开设若干个综合开放性实验项目供学生选择，或者设计跨章节的综合性实验由教师指导学生自主进行实验设计，所设计的实验可以在一个大题目下，分若干个小题目，学生以组为单位，先讨论确定实验课题方向，然后进行文献检索和资料查阅，最后确定实验项目立题和设计。当实验的学生较多时，可以避免出现题目重复现象，确保实验质量，同时也有利于实验难度和可操作性控制。实验内容的开放研究就是要针对不同的章节研究适合学生开放实验的项目。
（一）水分代谢
所开设的验证性实验主要有三个：植物组织含水量的测定、植物组织水势的测定、植物细胞的质壁分离和复原的实验。通过实验了解植物水分存在状况，以及原生质的状态。设计的开放性实验为不同盐胁迫下植物水势的测定，可以引导学生设计不同时间不同浓度NaCl下植物水势的变化，了解植物细胞失水的过程，加深对逆境条件下植物细胞的变化的了解。
（二）矿质营养
所开设的验证性实验主要有植物对离子的选择性吸收、根系活力的测定，可开设的开放性实验为植物的元素缺乏症。采用不同植物种子作为材料，观察不同元素缺乏症的症状及出现的部位，加深学生对各种元素生理功能的理解。
（三）光合作用和呼吸作用
光合作用所开设的验证性实验主要有叶绿体色素的提取、分离及理化性质的鉴定实验以及叶绿体色素的定量测定实验，呼吸作用所开设的验证性实验主要有植物呼吸强度的测定、过氧化物酶活性的测定、过氧化氢酶活性的测定、多酚氧化酶活性的测定。光合作用和呼吸作用是植物生命活动的两个重要的生理过程，它们既有区别又有联系，这两部分可以通过开设开放性比较实验来加深对光合作用和呼吸作用的理解。
（四）物质代谢
本章所开设的验证性实验主要有蛋白质的提取、蛋白质的测定、碳水化合物含量的测定。可以结合前面课程所学的内容开设果实贮藏保鲜开放性实验，测定果实在贮藏过程中组织水势的变化、呼吸强度、各种酶（如过氧化物酶、过氧化氢酶以及多酚氧化酶）活性的变化、碳水化合物含量的变化（如可溶性糖、淀粉）。根据实验时间的不同可以采用海南当地的时令水果，同时学生可以根据自己的兴趣选择所要测定的酶的活性
（五）植物激素
本章所开设的验证性实验为萝卜子叶法测定细胞分裂素的含量，开设的开放性实验为植物生长调节剂对植物插条不定根发生的影响、植物生长调节剂对种子萌发的影响、生长调节剂对黄瓜性别表达的作用、生长调节剂对果实发育的影响。
（六）生长发育
本章节所开设的验证性实验主要有种子活力的快速测定、花粉活力的测定，所开设的开放性实验为种子萌发时几种酶活性、脂肪酸及氨基酸含量的测定。
（七）植物与环境
本章节所开设的验证性实验主要有植物组织逆境伤害程度的测定、植物体内游离脯氨酸含量的测定、丙二醛含量的测定，所开设的开放性实验为逆境对植物的影响，学生可以分组自主选择逆境条件，测定生理指标，选择不同的逆境条件如高温、低温、高盐浓度等，测定随时间变化丙二醛、电导率、脯氨酸、过氧化物酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶等的变化，加强对逆境条件对植物生理指标的影响的理解。

五、植物生理学开放性实验的教学效果
通过多年的开放性实验教学实践证明，学生对于开放性实验教学效果反馈很好，使学生变被动为主动，大大提高了学生的学习积极性和主观能动性，提高了学生的科研水平和分析问题、解决问题的能力，培养了学生创新能力，特别是在实验设计以及实验过程中需要学生自己发挥主观能动性去考虑种种问题，教师起到指导的作用，指导学生该通过何种手段获取信息分析信息解决问题。同时通过大学四年级毕业论文指导教师的反馈意见也表明，开放性实验大大提高了学生的科研水平和动手能力。
海南大学教学研究课题项目（hdjy0812）、海南大学“植物学课程群”国家级教学团队资助
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（作者单位：海南大学园艺园林学院 海南海口）