植物生物學綜合實驗的管理和教學實踐

蘇國興，曾鈞杰，豐 華

(蘇州大學醫學部基礎醫學與生物科學學院生物科學系，江蘇蘇州 215123)

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植物生物學綜合實驗的管理和教學實踐

蘇國興，曾鈞杰，豐 華

(蘇州大學醫學部基礎醫學與生物科學學院生物科學系，江蘇蘇州 215123)

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

綜合實驗設計；教學管理；3階段實施方案

生物學是一門實驗性學科，許多學說和理論的提出都是建立在大量的科學實驗和研究基礎之上的。為了探索生命現象的本質和奧妙，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，所采用的技術有顯微技術、離心分離技術、電泳技術、光學分析技術、層析技術、無菌培養技術、免疫化學技術和當今的現代分子生物學研究技術等。

生命科學實驗其實就是根據研究目的，采用一定的技術，通過對實驗對象的處理和控制，觀察和探索相關代謝原理，了解和認識生命活動規律的過程[1]。要獲得科學準確的研究結果，除需具備必要的儀器設備外，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，生物科學專業的學生往往要進行大量的技能培養實驗。如在進入專業學習前，一般先要進行有機化學實驗、無機及分析化學實驗的訓練。而后期與專業課程相關的如生物化學、微生物學、植物生理學和分子生物學等實驗的開設，除了驗證理論，使抽象知識由理性轉為感性，幫助學生學習外，也是為了提高學生的實驗技能和動手能力。

經過兩三年多門實驗課的訓練，學生對生物科學實驗已有了一定的感性認識，具備了一定的從事生物科學研究的實驗技能。然而，學生對實驗內容的感覺是零碎的，對如何從事生物科學研究的認識是模糊的。當前，我國高等院校生物科學實驗教學改革的一個目標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植物生物學綜合實驗的設計、教學管理、綜合實驗教學的“3階段實施方案”，并對綜合實驗教學過程中存在的主要問題進行了分析，以交流做法和為相關專業教學提供參考。

1 植物生物學綜合實驗設計

在入學后的前3年學習中，生物科學專業的學生接觸的與植物學相關的實驗有植物形態學實驗、植物分類學實驗、植物生態學實驗、植物生理學和植物分子生物學實驗。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學時。這些實驗的開設促進了學生對相關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，內容彼此獨立，經過這些實驗的學習后，學生仍缺少一個系統完整的科學研究綜合訓練。因此，在第6或第7學期為學生開設生物學綜合實驗就顯得尤為重要。

有別于普通的小實驗，從內容上看，生物學綜合實驗更強調系統性和綜合性，這在進行植物生物學綜合實驗的設計時一定要有所體現。如在普通高等教育“十一五”國家規劃教材“植物生理學實驗指導”(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、生理和基因表達方面的適應性變化”實驗就非常典型。整個實驗包括了植物培養和滲透脅迫處理、營養指標檢測、脅迫相關生理指標的測定、滲透脅迫相關基因表達分析5個方面。從內容來看，既有開設小實驗時學生一般不涉及的實驗材料培養和前處理，又有形態指標，如葉型、葉色的觀察記錄，生理指標中關于質膜相對透性、可溶性糖、色素和脯氨酸含量的變化測定，又有分子學指標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結果等[2]。實驗內容前后呼應，指標緊扣滲透脅迫這一主題，且可相互佐證和支持，體現出綜合性實驗的特征。

根據綜合實驗的要求和特點，結合自身科研的特長，近幾年蘇州大學還陸續為生物科學專業開設了“植物在鹽分脅迫條件下形態、生理和基因表達方面的適應性變化”“植物在鹽分脅迫下與活性氧代謝相關的酶學和非酶學系統的變化研究”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”綜合實驗中設計了形態指標，如株高、地上和地下部分干鮮重變化的測定；與氮代謝相關生理指標的檢測有總氮、氨態氮和硝態氨和蛋白質氮含量變化，硝酸還原酶、亞硝酸還原酶活性[3]，以及氨同化指標——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，都體現出綜合性實驗的特征。通過對這些指標的檢測，分析這些指標的相互變化規律，學生可基本了解植物在鹽分脅迫下氮代謝的變化規律。

2 植物生物學綜合實驗的實施和管理

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

2.2 綜合實驗的“3階段實施方案” 為提高學生科學創新和實驗綜合設計能力，筆者在多年的綜合實驗教學實踐中摸索出“3階段實施方案”。

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

第2階段為實驗的實施階段。根據大家認可的優化后的實施方案，按部就班地進行實驗，強調的是學生獨立的動手能力，教師的工作是及時幫助和啟發學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階段。一般在學生提交實驗報告后進行，要求學生逐個發言，對自己的綜合實驗做出討論和總結，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、關鍵詞、引言、材料與方法、研究結果、討論和參考文獻7個部分。研究結果要求以線圖、表格或圖像的形式呈現，數據需經過SPSS統計分析，并要求加強對數據和結果的討論。通過這種正規化論文寫作實戰訓練后，絕大部分學生感覺自己科研論文的寫作水平有了明顯的提高。

生物學綜合實驗已獨立開課，植物生物學綜合實驗是其實驗方向之一，有3學分。為客觀評定學生的綜合實驗成績，將實驗成績設計成4個部分。實驗平時成績(20%)：與學生實驗時的表現和考勤掛鉤；書面測試成績(20%)：實驗結束后，就綜合實驗相關的操作和理論部分對學生進行書面考試，以強化學生對理論知識和實驗要點的理解；實驗課堂討論(10%)：以各實驗小組或實驗方向為單位，就綜合實驗實施的各個環節展開討論。由于有了實戰經驗，該階段學生的發言往往較為涌躍；實驗報告(50%)：依報告所規定的要求，對學生撰寫實驗報告的質量打分。

3 存在問題

開設植物學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。教師要監管學生連續6周的實驗，普遍反映不堪重負。③部分學生積極性不高。總有一部分學生的選課是沖著學分而來，時間一長，容易渾水摸魚。由于實驗報告的寫作要求較高，部分學生不能按要求撰寫，常見的有圖、表格式錯誤，缺乏文字敘述，數據不進行SPSS統計分析和結果討論不切題等。然而，課程終結性評價結果表明，絕大部分學生認同該門課，普遍感覺收獲較大。

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

[2] 張志良，瞿偉菁，李小方.植物生理學實驗指導[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，碩士生導師，從事植物生理學教學和植物生長發育研究。

2016-08-10

S-01

A

0517-6611(2016)28-0252-02