基于能力培养的植物生理学实验教学模式探讨

摘 要:以能力培养为主线,通过优化实验内容、改进教学方法、开放实验室、改革考核方式等一系列改革与实践,充分调动学生的学习积极性,培养学生的创新意识和研究意识,提高学生的科研能力,提高植物生理学实验教学效果。

关键词:能力培养; 植物生理学实验; 教学模式

中图分类号:Q945-4 文献标识码:A 文章编号:1006-3315(2010)7-114-003

植物生理学是研究植物生命活动规律的科学,是高等院校生物学科专业的主干课程以及农、林、园艺等专业的重要专业基础课程[1、2]。提高植物生理学实验的教学质量对于理解、掌握和深化理论知识至关重要[3]。随着我国高等教育专业课程的重新设置和调整,专业基础课程以及专业主干课程的总学时不断的减少,我校植物生理学也从往常的90(54+36)学时调整为当前的72(44+28)学时。如何在有限的教学时间内改进教学模式,并培养出高素质的创新人才,是亟待探索解决的问题。近年来,笔者以及所在的植物生理学课程组对植物生理学课程的实验教学项目、内容和教学方法等方面进行了积极的探索和改进,收到了明显的成效。

一、优化实验教学内容,精选实验项目

目前,高等学校普遍使用的植物生理学实验教材是张志良主编的植物生理学实验指导(第三版)[1],该教材体系完整,涉及水分生理、矿质营养、光合作用、呼吸作用、物质代谢、植物激素、生长发育、植物与环境、分子生物学等共9章计116个实验项目,而目前植物生理学实验课仅安排28学时,因此在有限的计划学时内完成全部实验项目是不可能的,这就要求我们对实验内容进行重新调整和优化组合,主要利用实验室现有的仪器设备、经费等具体条件,依据教学目标、内容、技术方法重新进行相应的组合。

实验内容整合应以培养、提高学生的综合素质和创新能力为目标,以学生实践能力和创新能力培养为核心,最大限度地整合实验教学资源,并努力构建独立的能力培养型实验教学新体系。为了让学生能系统学习必须掌握的实验技术,经过课程组反复研究,我们设计安排了“植物叶绿体色素的提取分离及理化性质、植物叶绿体色素含量测定、硝酸还原酶活性的测定、根系活力的测定、植物组织水势的测定、植物的溶液培养及缺素观察、植物体内超氧物歧化酶(SOD)活性的测定、植物组织中脯氨酸含量的测定、植物组织中丙二醛(MDA)含量的测定、逆境条件对植物的影响、生长调节剂在作物上的应用”等具有代表性的实验项目[1-4],这些实验项目从基础性技能训练实验、综合性实验和研究创新性实验等三个层次层层深入地培养与训练学生的综合实验素质及创新能力,既保留了部分经典的实验项目,同时又吸纳了一些新的研究性实验,从而保证了实验教学的系统性和完整性[5]。

以验证性实验为主的实验项目,学生基本上在实验室中按照实验指导来完成实验,其过程比较容易,学生能较好地通过验证性实验来验证理论,加深对课堂理论的证实和理解,从而更好地掌握基本知识,有利于基本知识的巩固。同时,亦有利于学生进行基本实验技能、方法、能力的训练。

综合性实验是指内容应涉及多知识点或多技能的实验。综合性实验涉及的理论知识较多,为了综合实验的顺利进行,学生必须通过预先学习来掌握一些基本的实验技能,熟悉常用仪器的使用。综合性实验从原来若干个相互独立的实验,改革为要求学生按全新的教学实验流程完成实验内容,包含了实验室现有的生物学实验技术和将完善的实验技术,各个实验之间紧密相连,每一部分实验结果都会直接影响最后的实验结果。将以前单一的、分散的几个实验,按其内在联系组合为综合性实验,不但使学生学到了相关的基本实验技术,更重要的是培养了学生对基本技术和实验方法综合运用的能力。这样对激发学生学习的主动性,起到了一定的促进作用。

设计性实验由教师提出课题让学生选择,学生在老师指导下自主设计实验方案和实验技术路线,开展实验研究。设计性实验采用弹性制,根据具体情况安排实验时间。实验室开放期间,安排专门的实验教师进行指导。通过研究性训练,强化学生掌握现代生物学实验技能。学生可以通过查阅文献资料,根据学过的基础知识自主设计实验步骤,实验结束时相当于完成了一个小课题。如设计性实验“逆境条件对植物生长的影响”,由学生自己设计实验方案,自己培养实验材料,自己测定相关实验数据,自行完成数据处理、结果分析与讨论,从而找出提高作物抗逆性的方法,把实验教学与农业生产实际结合起来。设计性实验不但使学生学到了相关的基本实验技术,更重要的是培养了学生对基本技术和实验方法综合运用的能力。设计性实验的开设,提高了学生的动手和创新能力,提高了学生分析问题和解决问题的能力,还提高他们的科研能力,为后期做好毕业论文打下良好的基础,对以后从事科研工作也起到引导和促进作用。

二、改进实验教学模式,提高学生的综合能力

1.坚持“学生为主体,教师为主导”的理念,使学生全程参与实验教学体系

抓紧课前预习,调动学生的积极性。老师在每次实验前要安排学生预习实验内容,提出预习的侧重点。通过预习使学生明白各实验要做些什么,如何做,写出预习报告,并将疑难问题记录下来,以便在实验课上讨论解决。鼓励学生对实验方法、实验步骤提出自己的设想,充分发挥学生思路活、创新欲强的特点,变被动学习为主动学习[6、7]。

重视基础实验操作,改变传统的实验教学模式,加强学生动手能力的培养。植物生理学中的许多实验都需要准备大量的药品、试剂和仪器等,以前大多是老师或者实验员把所需的实验材料、药品、仪器提前准备好,学生只是简单地重复实验过程,对实验材料的选择、培养、药品的配制以及实验方法的设计等准备过程一无所知,本应在基础课学习的知识已被忽略,结果有的学生连最基本的药品配制、移液管的正确使用都不知道,对实验方法和步骤也缺乏必要的思考和创新,这非常不利于学生科研能力的培养。为此,我们采用了一种新的开放式的实验教学方式,从准备实验到课堂指导都让学生积极参与。准备实验时按照值日小组轮流进行,实验材料的选择与培养,试剂用量的计算与配制,仪器设备的调试等,均由学生完成。鼓励学生在实验方法、实验步骤、实验设计等过程中积极创新,让他们掌握使用方法后再帮助老师完成实验指导工作,这样不仅消除了学生依赖老师的心理,而且增加了学生实际操作锻炼的机会,为学生提供了更多的动手、动脑和独立思考问题的机会,使学生在实验过程中的基础操作能力得到提高,也为学生进一步开展科研活动打下了良好的基础。学生利用实验课时间进行实验基本技能训练,合格后方可进入实验室进行综合、创新性实验。

2.革新教学手段,充分利用网络资源实现互动教学

利用植物生理学精品课程网站及植物生理学网络化课程互动平台,在实际教学实践中实现网上开放式教学、学习及管理。将实验教学相关内容发布上网,供学生浏览,同学们有疑问也可以直接发布在网络平台上,老师通过网络平台答疑;同时将所需要的实验仪器、试剂及实验材料在网上公布,并逐步拍摄实验操作过程,实现课程资源的全方位共享。老师还可以结合多媒体辅助实验教学,将录像和图片进行播放,使学生能清楚直观地观摩实验技术,了解实验过程,这样可以明显改善实验教学效果,提高教学质量。

利用“开放实验预约系统”,进一步将实验室管理和使用、实验仪器预约使用和开放实验项目申请等工作借助网络平台进行有机地整合,学生可以在课外通过网络登录系统,进行实验项目的申请、实验室的预约申请以及实验仪器的预约使用;教师通过系统进行实验项目的发布、实验课程开课申请和贵重仪器的预约申请;指导老师则可以通过系统实时掌握实验室、实验仪器的使用状况,了解各种设备的运行和维护情况,提高了工作效率,也增强了管理的透明度,为学生创新能力的培养提供强有力的保障

3.全面开放实验室,培养学生创新精神

开放实验室,给学生留出更多的时间搞设计性实验和研究性实验,可以培养学生的创新精神。只有实验室开放才可确保设计性、研究性实验顺利完成,激励学生自主创新,发挥学生在实验教学中的主体作用,达到预期的教学效果。实验室的开放有两种形式,一是教学实验室的开放,二是大学生创新实验室的开放。实验室的开放包括实验时间、实验内容、仪器设备的全面开放,学生可以根据自己的实际情况在开放时间内选择实验内容和时间,但教师要加强巡视辅导。大学生创新实验室主要为学有余力的高年级学生提供课外实验实践及学科竞赛实践、创新性实验课题进行研究的工作平台,其主要功能是完成研究性、设计性实验,完成课外科技制作,培养具有创新意识和较高实践能力人才,为大学生课外开展的项目研究、实践活动和技能竞赛等提供支持。

2.4改革考核方式方法,充分体现学生实验能力

考试考核方式方法的改革是推动实验教学改革的一项有力措施。对实验成绩的评定不能简单地看实验结果是否准确。传统的实验教学考核方法一般是以优、良、中、及格、不及格五级方式给学生打分,但是这样做的弊端是教师的主观性较大,缺乏评定的量化标准,较难反映学生的真正水平。因此,我们更倾向于对学生的综合测评,着重以实验操作、实验报告以及分析和处理问题的思路来评价实验成绩。如果学生对实验设计、方法和步骤发表不同见解,则实验成绩从优,以鼓励学生的创新精神。也可以采用实验抽签考试的形式,让学生在规定的时间内,自主设计,自行实验,独立完成实验内容,并对原始数据进行整理,分析讨论实验结果,按照规定格式书写完整的结题论文,重点考核学生实验参与程度和实操能力及创新能力,让学生从思想上重视实验,使实验的教学质量得到提高。

三、改革成效

植物生理学实验教学改革虽然经历了短短的几年时间,其改革效果明显可见。首先,学生学习植物生理学的兴趣逐步提高,07、08、09三届毕业生中分别有14、22、28名学生的毕业论文选择了植物生理学方向,在本科生考研中,每年录取研究生的人数占录取总人数的25%左右, 名列各门课程之首,学生在参加复试中,其实验操作能力全部过关。其次,近3年来,植物生理学实验室及大学生创新实验室成功申报了与本学科有关的江苏省大学生实践创新训练项目1项、校大学生科研基金项目3项、校开放实验室项目6项,项目进展顺利,有的已经结题,已有12位学生参与的论文发表在国家级核心刊物上,论文《毕氏海蓬子类囊体膜的分离与鉴定》还荣获校第十三届“三求杯”论文大赛一等奖。有4位学生的论文分别获得了校级、省级大学生“挑战杯”竞赛一、二、三等奖。另外,植物生理学被评为校级精品课程,植物生理与分子生物学教学团队被评为校优秀教学团队,植物生理学网络互动平台获第九届全国多媒体课件大赛高教理科组优秀奖,课件《植物生理学及实验》先后获江苏省高等学校多媒体课件二等奖和校第五届多媒体课件大赛一等奖,本课程组老师获教工第七届 “青蓝杯”论文大赛二等奖,参与改革的教师也分别先后获得了南京市优秀教育工作者等称号。上述结果表明,针对本门实验课程的改革,在提高学生整体素质方面成效显著。

四、讨论

植物生理学实验教学改革虽然经历的时间不长,由于多种主、客观原因仍然有许多问题需要进一步探讨,如综合、设计性实验在实验材料的选择与季节的矛盾,实验选题的大小,指标的测定数量的多少,不同小组实验时间的安排,数据采集时间的确定,实验仪器的合理使用,安全问题以及实验实施过程中出现的一些突发状况等等。教师必须自始至终认真负责不能放任不管,同时要分配好实验小组,并指定每一个实验小组的负责人。

培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才,在传授知识的同时,加强对学生能力的培养,是新形势下人才培养的需要。通过植物生理学实验教学改革可以充分调动学生学习的积极性和主动性,提高学生的动手能力和丰富的想象力,有利于学生自身能力的提高。同时,亦能使植物生理学实验教学更能符合课程特色。

随着本科教学对大学生实践能力与创新精神培养要求的日益提高,各个高校都在进行着不同程度的实验教学改革,改变传统的以教师为主体的封闭式实验教学模式,代之以学生为中心的开放式实验教学模式。学校领导和教师们的观念也逐渐有所转变,尤其是教师们逐渐认识到:在学生的实践能力与创新精神培养上,实验室远甚于理论课课堂[8]。

实验课程的教学改革相对于理论课的教学改革来说是一项较大的系统工程,需要投入大量的人力和物力。因此我们针对植物生理学实验课程教学的改革并非达到了十分完善,依然有许多问题还有待于进一步探索与实践。

基金项目:南京晓庄学院教改重点项目(2009JYKT007)

参考文献:

[1]张志良, 瞿伟菁.《植物生理学实验指导》(第三版)[M]. 高等教育出版社, 2003

[2]李合生.《植物生理学实验指导》[M]. 高等教育出版社, 2003

[3]李合生.《植物生理生化实验原理和技术》[M]. 高等教育出版社,2000

[4]王晶英.《植物生理生化学实验技术与原理》[M]. 东北林业大学出版社,2003

[5]杨建伟, 杜敏华, 庞发虎等. 植物生理学综合性设计型实验的开设与探索[J].河北农业科学,2009,13 (3): 171-172

[6]柏素花, 战淑敏, 刘新等. 强化植物生理学实验的实践与探索[J]. 植物生理学通讯,2007, 43(7): 1170-1172

[7]仓晶, 郝再彬, 王军虹等. 改革植物生理实验课教学方式初探[J]. 植物生理学通讯, 2003, 39(2): 165-167

[8]杨建伟, 庞发虎, 王丽. 植物生理学实验教学的改革与实践[J].南阳师范学院学报, 2009, 8(3): 107-109