基于植物微核的學生自主設計性實驗

摘要：植物微核實驗是細胞遺傳學實驗中的一個經典項目，屬于驗證性實驗。課程組以培養學生初步科研能力為目標，將該實驗改造成學生自主設計性實驗項目“利用微核技術檢測環境中有毒有害物”，由學生自主組成團隊、查找資料、設計實驗方案、實施并匯報。經過五年的實踐，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：微核；設計性實驗；遺傳學實驗

中圖分類號：G642.423 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）33-0201-02

高等教育的目標是培養素質高、能力強的創新人才，如何實現“能力為重”的戰略主題對高校創新人才培養提出新的要求。提高本科生的動手能力和創新意識一直是實驗教學改革的主題。微核實驗是細胞遺傳學實驗中的一個經典項目，屬于驗證性實驗項目。從2007年開始，本課程組在補充更新實驗項目的同時，著手將“植物微核實驗”等傳統的經典實驗項目進行重新設計并實施，取得了良好的教學效果。

一、學生自主設計性實驗的意義

傳統的實驗教學以知識傳授和技能訓練為目標，在實驗教學中教師是主導者，實驗教學內容固定，而試劑和實驗材料等全部是由教師提前準備。學生做實驗只是按部就班地進行操作來取得實驗結果。實驗報告千篇一律。這種學生被動的教學模式，導致學生依賴性強，學習積極性不高。在自主設計性實驗中，教師只解答學生的疑問，幫助學生修改完善實驗方案并組織研究報告會。幾年來的實踐說明：自主設計性實驗能激發學生主動學習的興趣，培養學生獨立分析問題和解決問題的能力，還鍛煉了學生論文寫作和成果匯報的能力，符合培養創新性高素質人才的目標。

二、“利用微核技術檢測環境中有毒有害物”實驗設計

作為學生自主設計性實驗，“利用微核技術檢測環境中有毒有害物”實驗包括課內和課外兩部分。課內部分分三次，共9學時，需要與其他實驗項目協調起來。第一次課2學時，應安排在學生已學習了植物根尖壓片技術（有絲分裂制片與觀察）之后，一般在學期的第四或第五周與其他驗證性項目安排在一起，用于講解微核技術原理和實驗設想并展示微核形態；第二次課3學時，可以安排在第十二周左右，用于保證學生顯微觀察的需要；第三次課4學時，一般放在最后，用于分組匯報。課外部分是實驗的主要內容，考慮到學生的課程學習壓力和重復實驗的需要，為期2個月，即第一次課和第三次課之間有7~8周時間。在第一次課后，學生自由組合組成團隊，一般每隊3~4人，選出隊長，將名單上報給老師。每個團隊用2周左右的時間進行資料調研、選題和實驗方案設計，期間通過電子郵件或直接到辦公室與老師進行討論修改。實驗室提供常規藥品，并提供蠶豆、洋蔥和大蒜作為供試植物材料，待測樣品由學生自行采集或購買，特殊藥品由學生提出后，根據實際需要情況由實驗室購買。在第三次課匯報之前，學生利用業余時間進行實驗操作、記錄實驗結果、整理分析、撰寫論文和準備匯報的PPT。由于學分制下學生選修課程的差異性很大，團隊成員的分工合作和對實驗進程的合理安排就顯得十分重要，為了保證在匯報時間之前每組都能完成實驗，在第十二周安排3學時的課內時間，保證了顯微觀察的時間。

三、保障措施

為保證該實驗的順利進行，需要在課外輔導、實驗室開放、藥品儀器使用等方面提供有效的保障措施。課外輔導：自主設計性實驗給予了學生自由選擇和發揮的空間，學生們會提出五花八門的想法；學生們在課外進行的實驗研究是不同步的，遇到技術難題、問題或對結果進行分析時經常需要及時的解答和輔導。教師需要投入大量的業余時間，電話和電子郵件也是很好的手段。實驗室開放：學生的實驗研究大部分是在課外進行的，晚上和周末的實驗室開放就十分必要。安徽大學設置有本科生勤工助學的助管崗位，我們在實驗教學中心安排了兩個助管崗位，每個崗位三位同學，專門負責晚上和周末的實驗室開放和管理，從而保證了設計性實驗的實施。藥品和儀器使用：提倡選用實驗室現有的藥品（如EDTA、亞硝酸鈉等）或不需昂貴價格就可以獲得的樣品（不同來源的污水、廢電池、煙蒂等），對于學生提出的實驗室缺少的藥品，確實需要的由中心負責購買；當學生選用生活用品（如化妝品、染發劑）作為研究對象時，由學生自行解決。儀器使用采取登記領用制度，使用完畢歸還。

四、考核方式

本項目占整個實驗課成績的20%，按百分制進行單獨評分。評分標準包括：①實驗方案設計是否科學、合理，10分；②實驗進度安排是否合理，10分；③實驗過程、實驗記錄是否規范，20分；④結果分析是否客觀、嚴謹，20分；⑤匯報答辯過程和效果，40分。在匯報答辯時，指導教師和學生代表分別按40分為滿分進行評分，學生評分去掉最高和最低分后取平均值，再與指導教師評分進行平均。

五、實踐效果

通過本實驗，學生學會了認真進行實驗記錄、分析失敗的原因并加以改進，體會到主動學習和取得成功帶來的快樂。幾年來，我院本科生的考研率一直穩定在45%~50%之間，并且連續四年有畢業生免試推薦到北京大學繼續攻讀碩士學位。一位同學在實驗心得體會中寫到：“平時做實驗時，大多數實驗步驟我們是完全按照實驗講義上做的，很多注意事項實驗老師也會提前告訴我們。我覺得我們在本科階段應多做一些像微核這樣的自主設計性實驗，從確定課題到實驗完成只有自己親自做了才知道其中的不易。即使是驗證性實驗我覺得只要自己動手做也會發現很多問題，這在無形之中就培養了我們的科研能力。”另一位同學在實驗總結中寫道：“對待實驗一定要認真負責，可能剛開始熱情還很大，后來就變得懶惰了。但既然做了，就要認真負責到底。這對培養一個人的責任心和自制力有很大作用，對維護團隊精神也有很大影響。再有，本以為本次的實驗會很輕松，可是在實驗過程中才發現，就算是一個簡單的實驗儀器的使用，都很有講究。這時在基礎實驗課上學到的東西就顯得很有用了，養成良好的實驗習慣很重要。最后，做實驗時一定要細心做好記錄，記錄之前的實驗過程，對結果的分析很有用。只有認真留意實驗過程的細節，仔細分析結果才能不斷改進和完善實驗。”

六、兩點思考

相比于創新性實驗項目計劃而言，各級別的創新性實驗項目計劃一般都有項目數的限制，參與學生數也被限制，一般一個專業大約只有10%~15%的同學能參與。在本科實驗教學中開設自主設計性實驗項目，每位學生都必須要參與，所以其最大的好處就是學生的受益面廣。在自主設計性實驗項目的實施過程中，指導老師往往需要投入更多的時間和精力，學校是否科學合理地評價教師的付出，會影響到教師的熱情和積極性。

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基金項目：安徽大學教育教學改革研究項目（XJ200917）；安徽大學211工程三期教學質量工程經費（39020013）資助