王曉玲，許鳳英 (長江大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖北 荊州 434025)

以植物生理學(xué)課程為例談設(shè)計性實驗的開設(shè)

王曉玲，許鳳英
(長江大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖北 荊州 434025)

在闡述高校開設(shè)設(shè)計性實驗的必要性和可行性的基礎(chǔ)上，以植物生理學(xué)課程為例，從實驗內(nèi)容選定、實驗環(huán)節(jié)的把握、實驗過程的控制和實驗成績評定等方面，探討了如何成功開設(shè)本科生的設(shè)計性實驗，為植物生理學(xué)實驗改革，乃至其他課程的實驗課程的開設(shè)提供參考與借鑒。

設(shè)計性實驗；實驗內(nèi)容；實驗過程；植物生理學(xué)

實驗室和實驗教學(xué)在培養(yǎng)創(chuàng)新型人才方面的重要作用已經(jīng)被廣泛認同[1～3]。不僅高等教育學(xué)校重視實驗教學(xué)的改革，許多初級和中高級教育實踐中也已經(jīng)開始了學(xué)生自主探究式教學(xué)、綜合性實驗等嘗試，并取得了較好的效果[4，5]。目前高校普遍在加強實驗室建設(shè)的基礎(chǔ)上，狠抓了實驗教學(xué)改革和技能培訓(xùn)，這對于著力培養(yǎng)創(chuàng)新型人才、提高大學(xué)生科研動手能力和解決實際問題的能力極為有利。改革實驗教學(xué)內(nèi)容、開設(shè)創(chuàng)新型實驗，是提高大學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和科研能力的重要手段，是目前實踐教學(xué)改革的趨勢和關(guān)鍵所在。植物生理學(xué)作為生物類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，其實驗的重要性不言而喻。筆者以植物生理學(xué)實驗課程為例，結(jié)合開設(shè)植物生理學(xué)設(shè)計性實驗的經(jīng)驗，從教學(xué)內(nèi)容的選定、教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計、教學(xué)過程的控制和教學(xué)結(jié)果的評定等方面，探討如何開設(shè)好設(shè)計性實驗。

1 開設(shè)設(shè)計性實驗的可行性和必要性

1.1 開設(shè)設(shè)計性實驗的必要性

人們對于設(shè)計性實驗過程和功能已經(jīng)有比較一致的認識[6]。所謂設(shè)計性實驗是相對驗證性實驗而言的，它的核心是實驗前由實驗者充分發(fā)揮主觀能動性，在創(chuàng)新性思維的基礎(chǔ)上，進行自主設(shè)計，設(shè)計的內(nèi)容包括實驗方法上的創(chuàng)新與改進、實驗內(nèi)容上的創(chuàng)新和延伸或者將所學(xué)的理論知識與實踐進行合理對接，因而，它是不同于一般驗證性實驗的以促進積極思維、具有自主創(chuàng)新性和以實驗者為主體的一種實驗類型。

長期以來，實驗課幾乎都是千篇一律地開設(shè)驗證性實驗，主要是為了演示、驗證某一知識點或者學(xué)會某種測定方法，雖然也要求學(xué)生提前預(yù)習(xí)實驗內(nèi)容，但一般都流于形式，學(xué)生仍然是被動地按設(shè)定好了的步驟完成操作或者集中觀看教師進行演示，撰寫好實驗報告就算完成了實驗任務(wù)。這樣的實驗方式下，教師必須始終居于主導(dǎo)地位，學(xué)生處于被動的位置，造成學(xué)生學(xué)習(xí)缺乏自主性，依賴心理嚴重，不習(xí)慣主動思考，在實驗過程中常常顯得缺乏分析能力或?qū)嶒炘淼睦斫獠煌笍兀蚨鴮嶒炦^程中存在很大盲目性。開設(shè)設(shè)計性實驗則要求學(xué)生發(fā)揮主觀能動性，自主設(shè)計實驗的各個環(huán)節(jié)和步驟，因而，可以達到以下幾種目的：(1)促進學(xué)習(xí)，變被動為主動，避免實驗時盲動性。要設(shè)計好一個實驗，必須查找閱讀大量資料，通過這種資料的查閱，大大拓展視野，加寬學(xué)生的知識面；(2)培養(yǎng)和鍛煉設(shè)計思維，啟發(fā)思考，提高綜合運用知識的能力。要設(shè)計好一個實驗，有時要綜合運用多學(xué)科的知識，設(shè)定好實驗?zāi)康暮螅獓@它去設(shè)計各個實驗環(huán)節(jié)，比如植物生理學(xué)實驗，可能涉及物理、化學(xué)、植物學(xué)、栽培學(xué)、統(tǒng)計學(xué)和土壤學(xué)等多門課程的相關(guān)知識點，每一步要設(shè)計到位，必須主動思考；(3) 促進理論聯(lián)系實際，具有消化功能，能促進學(xué)生將課堂上所學(xué)習(xí)的理論知識生動化，將實驗方法靈活運用，并見到實際效果，加深學(xué)習(xí)印象，提高學(xué)習(xí)效率。因而，開設(shè)設(shè)計性實驗是很有必要的。

1.2 開設(shè)設(shè)計性實驗的可行性

就本科階段而言，進行全面的創(chuàng)新性實驗設(shè)計，對于大部分學(xué)生來說，難度太大，超出了他們的能力范圍，是不太可能高質(zhì)量完成的。但只要教師根據(jù)學(xué)生的實際，較好地把握設(shè)計性實驗的難度，并進行合理的、恰到好處的引導(dǎo)，學(xué)生完全可以自主完成設(shè)計的任務(wù)。例如，教師可以結(jié)合學(xué)生實際情況，幫助選定實驗?zāi)康暮蛯嶒灄l件，提供部分文獻資料或者指導(dǎo)學(xué)生查閱資料，在此基礎(chǔ)上由學(xué)生自己完成設(shè)計實驗方案和方法、選擇實驗器材、擬定實驗操作程序，并最終加以實施。

2 開設(shè)好設(shè)計性實驗要把握的幾個關(guān)鍵問題

2.1 科學(xué)選定實驗內(nèi)容

(1)要充分考慮本科生的特點和學(xué)生生源的特點 一般植物生理學(xué)課程開設(shè)時，其他的專業(yè)課程尚未學(xué)習(xí)，因而，不宜給定太難的題目，要充分考慮學(xué)生的能力范圍，才能成功完成設(shè)計任務(wù)，否則，學(xué)生容易失去興趣，達不到預(yù)期效果。在生源方面，學(xué)生有來自普通高中的，也有來自職業(yè)高中和職業(yè)學(xué)校的，他們的基礎(chǔ)不一，各有優(yōu)勢與特點，給定實驗設(shè)計內(nèi)容時應(yīng)有所區(qū)別。來自普通高中的學(xué)生，化學(xué)和物理基礎(chǔ)較好，但專業(yè)課程較弱，而職業(yè)中學(xué)的學(xué)生反之，化學(xué)物理基礎(chǔ)較弱，專業(yè)基礎(chǔ)較強。掌握了這些特點，給他們選題設(shè)計時應(yīng)有針對性。

(2)要緊密結(jié)合植物生理學(xué)學(xué)科的知識點進行選題，切忌跑題 以逆境生理的內(nèi)容為例，首先要統(tǒng)一確定實驗測定的主要指標(biāo)及測定的內(nèi)容，便于實驗前的準(zhǔn)備，減小工作量，也增加實驗的可行性。例如抗性酶的測定、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量測定、細胞水勢的測定、細胞膜透性的測定、氣孔開度的觀察、葉片光合能力的測定、呼吸速率的測定等等，可以圍繞水分逆境對植物的生理和形態(tài)的影響、不同的生育時期植物的反應(yīng)差異，指導(dǎo)學(xué)生選擇芝麻、棉花、玉米等為實驗材料，分別設(shè)計不同的處理。處理可以是不同的品種或者不同的生育期，可以是不同的水分處理方法或者是不同水分逆境時間，學(xué)生自主設(shè)計時可以選擇自己感興趣的材料和處理，來進行資料的查閱和實驗的設(shè)計。這樣安排，既使實驗的設(shè)計具有靈活性，增加學(xué)生的興趣，吸引他們主動參與實驗的設(shè)計過程，又有相對統(tǒng)一的方法，減小了實驗室空間和條件的沖突，使實驗?zāi)茼樌瓿?。例如：給定“不同水分處理對不同芝麻苗的SOD 活性的影響”的設(shè)計性實驗題目，芝麻為實驗材料，提供給學(xué)生3個不同的品種，這些品種對水分的反應(yīng)表現(xiàn)差異較大，提供學(xué)生培養(yǎng)芝麻幼苗的條件，學(xué)生以SOD酶活的測定為主要的目的，了解在逆境條件下，植物體內(nèi)保護性酶系的變化。學(xué)生要完成自己的設(shè)計，包括設(shè)計出培養(yǎng)芝麻幼苗的方法，設(shè)計如何進行水分處理，測定時取材方法和測定的方法，還可以設(shè)計出觀察芝麻水分逆境處理和正常苗的地上部形態(tài)變化，也可以測定根部生長的變化及酶活性，因而設(shè)計的空間較大，也在本科生的能力范圍內(nèi)。通過這個實驗，學(xué)生除了掌握了SOD酶活的測定方法之外，還了解了水分逆境與酶活的關(guān)系，學(xué)會了芝麻苗的培養(yǎng)，掌握了芝麻形態(tài)測定的相關(guān)方法等等，大大拓展了所學(xué)的知識內(nèi)容。通過對設(shè)計性實驗開設(shè)的相關(guān)調(diào)查，學(xué)生普遍認為設(shè)計性實驗收獲較大，能提高動手能力和綜合能力，學(xué)習(xí)積極性增強。此外，鹽害對植物生長的影響有哪些？影響植物光合與呼吸的主要因子有哪些？它們的影響程度如何？這些內(nèi)容既來源于植物生理學(xué)課程，又適合學(xué)生的能力范圍，都是可以選擇的設(shè)計性實驗的內(nèi)容。

(3)要密切聯(lián)系實際，能得到比較明顯的實驗結(jié)果，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣 有條件的教師可以結(jié)合自己的科研進行系統(tǒng)的設(shè)計。從第一個實驗到最后的實驗進行全程設(shè)計，將學(xué)生需要學(xué)習(xí)的生理學(xué)的測定內(nèi)容和方法予以涵蓋。這種全程設(shè)計性的連續(xù)實驗類似于張婕等[7]提出的綜合型實驗。但要把握的是，這種全程設(shè)計性實驗僅限于植物生理學(xué)的基本方法和內(nèi)容，不主張牽涉太多的其他學(xué)科的內(nèi)容。通過這種設(shè)計性實驗?zāi)艽蟠笤黾訉嶒灥倪B貫性，強化植物生理學(xué)知識的系統(tǒng)性和實驗技能的協(xié)同性。當(dāng)然，前提條件是要求教師投入足夠的精力，做好學(xué)生設(shè)計實驗的輔導(dǎo)工作，使學(xué)生盡快學(xué)會設(shè)計實驗的方法，寫出較好的設(shè)計報告。

2.2 合理設(shè)定實驗環(huán)節(jié)

環(huán)節(jié)控制涉及到教師、學(xué)生和實驗管理員三方的參與，學(xué)生是實驗主體，教師是實驗指導(dǎo)者，實驗員老師則提供必要的條件保證。首先由教師根據(jù)具體情況，至少提前3周給定一個實驗題目，并指導(dǎo)學(xué)生如何進行實驗設(shè)計，講解實驗設(shè)計的方法和原理，通過開設(shè)討論課進行互動，讓學(xué)生充分理解設(shè)計實驗的做法；學(xué)生利用課后時間，在查閱資料的基礎(chǔ)上，獨立地完成設(shè)計報告，至少提前1周上交教師評閱修改；修改后的設(shè)計報告，實驗前幾天反饋給學(xué)生進行必要的修訂；以學(xué)生為主體實施完成設(shè)計實驗，需要實驗室工作人員的配合與參與，提供學(xué)生所需的一切條件，并能在實驗時間上給予充分保證；教師全程進行必要的指導(dǎo)和監(jiān)控。實驗結(jié)束后學(xué)生按要求完成實驗報告，上交教師評閱并給定成績。

2.3 嚴格實驗過程管理

(1)重視實驗分組，合理組配學(xué)生 人員分配上因?qū)嶒灄l件和內(nèi)容的不同可以靈活采用2種方式。

一是單獨完成。單獨完成有利于培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考能力，作為設(shè)計性實驗的一個環(huán)節(jié)，能充分發(fā)揮學(xué)生的想象，不會就想辦法去查閱資料，或者請教同學(xué)和老師，自由度較大，鍛煉的力度較大。但設(shè)計的內(nèi)容會很寬泛，往往要經(jīng)過反復(fù)修訂后才能實施。

二是分組完成。分組可以幫助學(xué)生學(xué)會分工合作，培養(yǎng)團隊意識，并且可以進行小組討論，集思廣益，容易成功。如果分組，人數(shù)以2～3人一組為宜，既有分工合作，又能保證人人都有動手操作的機會。為了保證每組都能較好完成實驗任務(wù)，分組人員搭配要合理，動手能力強的同學(xué)和能力較弱的調(diào)劑搭配，可以提高學(xué)習(xí)效果。這就要求教師要充分了解學(xué)生的性格特點和能力特點，進行合理組配。

(2)加強實驗過程的指導(dǎo) 實驗前集中利用45 min采用討論式教學(xué)方法，各組學(xué)生講解自己的設(shè)計，進行交流。教師輔助補充回答問題。采用這種方式，既可以拓展學(xué)生的知識面，使學(xué)生對于所設(shè)計的實驗有充分的正確理解和消化，同時又能鍛煉學(xué)生的交流和溝通能力，促進相互間學(xué)習(xí)。

實驗時間上可以靈活掌握，根據(jù)各組所設(shè)計的實驗內(nèi)容，靈活實驗時間，不必強調(diào)集中完成。但實驗過程中教師必須全程跟蹤指導(dǎo)，實驗員密切配合，給予實驗條件、實驗時間(尤其是夜晚、清晨、節(jié)假日等特殊時間)的充分保證。

為了達到設(shè)計性實驗的目的，保證實驗的成功完成，防止流于形式，走過場，實驗完成后，要求學(xué)生將完整的原始數(shù)據(jù)上交教師審核認可。

2.4 客觀評定實驗結(jié)果

設(shè)計性實驗較一般驗證性實驗占用的時間長，教師和學(xué)生兩方面的精力投入較大，但這是提高學(xué)生綜合能力的很好途徑。因此，成績的評定要科學(xué)客觀，方能調(diào)動學(xué)生的積極性，更好地促進實驗的完成。實驗課成績一般由3部分組成，設(shè)計報告的成績、實驗過程的成績、實驗報告的成績，并按20%、30%、50%評定總分。在整個實驗課成績中，考慮適當(dāng)提高設(shè)計性實驗的比重。

[1]李莉婭，郭進武.加強高校實驗工作改革努力提高實驗教學(xué)質(zhì)量[J].高教論壇，2007，(1)：58～60.

[2]倪哲明，王力耕.探索綜合實驗培養(yǎng)創(chuàng)新意識[J].實驗研究與探索，2003，22(2)：28～30.

[3]楊繼新.論高校實驗教學(xué)改革與實踐[J].湖州師范學(xué)院學(xué)報，2005，27(2)：135～137.

[4]張力軍.“自主——探究式”實驗教學(xué)嘗試與體會[J].學(xué)科教育，2004，(5)：38～40.

[5]催 萍，彭 榮，趙燕萍.改革實驗教學(xué)，突出學(xué)生的主體意識[J].廣州化工，2006，34(4)：86～87.

[6]陳懷俠，張必武，蔡火操，等.實驗教學(xué)內(nèi)容改革的實踐與思考[J].實驗技術(shù)與管理，2001，18(5)：103～105.

[7]張 婕，牛 驍，張鐘彥，等.綜合型實驗教學(xué)改革的實踐與探討[J].實驗室研究與探索，2007，26(2)：103～105.

2010-00-00

長江大學(xué)教學(xué)研究項目(JY07033)

王曉玲(1967-)，女，湖北羅田人，農(nóng)學(xué)碩士，教授，主要從事植物生理學(xué)教學(xué)和作物栽培生理研究.

10.3969/j.issn.1673-1409(S).2010.04.030

G642.423

A

1673-1409(2010)04-S102-03