劉 陽(yáng)， 董樹剛

(中國(guó)海洋大學(xué) 海洋生命學(xué)院, 青島 266003)

植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)中溶液培養(yǎng)研究性實(shí)驗(yàn)的建立研究

劉 陽(yáng)， 董樹剛

(中國(guó)海洋大學(xué) 海洋生命學(xué)院, 青島 266003)

溶液培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)是植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要內(nèi)容，而舊的教學(xué)大綱中該部分內(nèi)容設(shè)置單一，不利于學(xué)生的理解掌握。筆者在教學(xué)實(shí)踐中，將基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)與溶液培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，以溶液培養(yǎng)為技術(shù)手段，引導(dǎo)學(xué)生開展研究性實(shí)驗(yàn)，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、綜合能力和創(chuàng)新能力，取得了較好的效果。

溶液培養(yǎng)；研究性實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革

植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)是植物生理學(xué)教學(xué)體系中的重要內(nèi)容，該實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容較多，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可選擇性強(qiáng)，然而由于實(shí)驗(yàn)上課時(shí)間的限制，很多實(shí)驗(yàn)不能具體開設(shè)，如何將各部分的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)串聯(lián)是植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容。同時(shí)現(xiàn)行的植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)中“驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)”比重過高，綜合性及研究性實(shí)驗(yàn)的比例過低，不利于學(xué)生綜合能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[1-2]。

植物溶液培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)是植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)中的重要內(nèi)容，該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖亲寣W(xué)生了解礦質(zhì)元素對(duì)植物生長(zhǎng)的必需性以及植物的缺素癥狀。然而在舊的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱中，該實(shí)驗(yàn)體系設(shè)置簡(jiǎn)單，內(nèi)容單一，學(xué)生最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往是肉眼觀察得到的，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能進(jìn)行深度展示，缺乏科學(xué)實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，不利于學(xué)生對(duì)礦質(zhì)元素在植物生長(zhǎng)過程中重要作用的深度理解。其實(shí)完全可以對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行革新，擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行深度剖析，培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)技能及創(chuàng)新能力[3]。筆者結(jié)合自己近幾年的教學(xué)實(shí)踐，以研究性實(shí)驗(yàn)“鉛脅迫條件下孔石莼對(duì)海水中磷元素吸收規(guī)律的影響”為例，對(duì)該部分內(nèi)容革新方法進(jìn)行說明。

1　實(shí)驗(yàn)革新的指導(dǎo)思想

筆者在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，將該溶液培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)定位為一個(gè)研究性實(shí)驗(yàn)。植物溶液培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)在中國(guó)海洋大學(xué)植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系中設(shè)置為第2個(gè)實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)的開設(shè)時(shí)間早，學(xué)生有足夠的時(shí)間(6～8周)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在進(jìn)行基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的過程中，可以同時(shí)進(jìn)行溶液培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。當(dāng)學(xué)生基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)全部完成后，已經(jīng)掌握了基本植物生理指標(biāo)的測(cè)定方法，而且溶液培養(yǎng)的植物材料也可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的總結(jié)，學(xué)生完全可以將學(xué)過的植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)應(yīng)用到溶液培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中[4]。同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生擴(kuò)展思維，以溶液培養(yǎng)為技術(shù)手段，開展感興趣的研究性實(shí)驗(yàn)。只要學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方案可行，技術(shù)路線正確，筆者都會(huì)努力支持學(xué)生開展該實(shí)驗(yàn)。

研究性實(shí)驗(yàn)“鉛脅迫條件下孔石莼對(duì)海水中磷元素吸收規(guī)律的影響”，選題是學(xué)生自己提出的，出發(fā)點(diǎn)是現(xiàn)在海洋中重金屬的污染愈加嚴(yán)重，實(shí)驗(yàn)的目的是探討重金屬對(duì)海洋中海藻的生長(zhǎng)影響。學(xué)生經(jīng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)后形成開題報(bào)告，與實(shí)驗(yàn)教師討論后，確定了實(shí)驗(yàn)方案。該實(shí)驗(yàn)擬設(shè)置梯度濃度的鉛元素培養(yǎng)液，研究孔石莼對(duì)高濃度及低濃度磷元素的吸收規(guī)律。

2　實(shí)驗(yàn)材料的選擇

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，結(jié)合海大的涉海特色，作者鼓勵(lì)學(xué)生選擇自己感興趣的材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。引導(dǎo)學(xué)生以海洋植物為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，進(jìn)行溶液培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。如“鉛脅迫條件下孔石莼對(duì)海水中磷元素吸收規(guī)律的影響”研究性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生選取的是青島海邊潮間帶典型的藻類孔石莼。

3　實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法及技術(shù)手段

溶液培養(yǎng)研究性實(shí)驗(yàn)以小組為單位進(jìn)行(6～8人為1組)，實(shí)驗(yàn)時(shí)間實(shí)行彈性制，學(xué)生可以自己安排研究性實(shí)驗(yàn)。

在實(shí)驗(yàn)開始前，筆者會(huì)組織學(xué)生根據(jù)自己的興趣點(diǎn)，以溶液培養(yǎng)為技術(shù)手段，組成實(shí)驗(yàn)小組。實(shí)驗(yàn)小組經(jīng)查閱參考文獻(xiàn)并討論后完成一份開題報(bào)告，然后與實(shí)驗(yàn)教師討論開題報(bào)告的可行性。當(dāng)開題報(bào)告經(jīng)實(shí)驗(yàn)教師審核通過后，學(xué)生開始溶液培養(yǎng)研究性實(shí)驗(yàn)[5]。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中，溶液培養(yǎng)研究性實(shí)驗(yàn)與基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，學(xué)生經(jīng)過基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，可以將學(xué)到的實(shí)驗(yàn)技能應(yīng)用到研究性實(shí)驗(yàn)中，并在研究性實(shí)驗(yàn)中強(qiáng)化基本的實(shí)驗(yàn)技能，并加深對(duì)植物生理學(xué)理論知識(shí)的理解(圖1)。

最后學(xué)生會(huì)以研究性論文的形式上交作業(yè)[6]。論文要求按科研論文的格式撰寫，包括題目、中英文摘要、關(guān)鍵詞、前言、材料方法、結(jié)果與討論及參考文獻(xiàn)等。

“鉛脅迫條件下孔石莼對(duì)海水中磷元素吸收規(guī)律的影響”研究性實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生參考國(guó)家海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)及渤海海域10年中最大鉛離子污染濃度值，分別設(shè)置鉛離子濃度為0、20、500和1000 μg/dm3。學(xué)生將海邊采集的孔石莼在實(shí)驗(yàn)室暫養(yǎng)24 h，然后放入不同濃度梯度的鉛離子培養(yǎng)液中進(jìn)行培養(yǎng)(分低磷組及高磷組)，再測(cè)定培養(yǎng)15、35、55、75、135和255 min后培養(yǎng)瓶水體中磷酸鹽濃度，以計(jì)算最大吸收速率。統(tǒng)計(jì)分析培養(yǎng)期間孔石莼對(duì)磷酸鹽的吸收規(guī)律。

圖1 植物生理學(xué)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)及研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

4　研究性實(shí)驗(yàn)的考核方式

溶液培養(yǎng)研究性實(shí)驗(yàn)的考核方式綜合考慮學(xué)生的開題報(bào)告(20%)、研究性論文(50%)及學(xué)生的植物材料培養(yǎng)情況(30%)。該考核方式不單獨(dú)依靠實(shí)驗(yàn)報(bào)告，加大學(xué)生植物材料培養(yǎng)情況在最終成績(jī)中所占的比例，調(diào)動(dòng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)主動(dòng)性，學(xué)生只有認(rèn)真進(jìn)行資料的查閱、實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備、材料的培養(yǎng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)分析才能得到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。同時(shí)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)加分[7]。

在“鉛脅迫條件下孔石莼對(duì)海水中磷元素吸收規(guī)律的影響”研究性實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生最后發(fā)現(xiàn)在自然海水(低磷組)中，鉛對(duì)孔石莼吸收磷元素具有明顯的脅迫作用，而且鉛濃度的升高導(dǎo)致孔石莼吸收磷元素的速率逐漸降低，1000 μg/dm3實(shí)驗(yàn)組中鉛的脅迫作用主要是發(fā)生在實(shí)驗(yàn)初期的快速吸收階段，這與鉛對(duì)孔石莼吸收總氨氮的脅迫作用研究是一致的[8]；而高磷組中，鉛元素具有與低磷組相似的脅迫作用。

該研究性實(shí)驗(yàn)選題上具有創(chuàng)新性及一定的應(yīng)用性，最后取得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有可信性，該研究性實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新能力，學(xué)生通過該實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)到重金屬污染對(duì)孔石莼生長(zhǎng)的危害。因此在最后的實(shí)驗(yàn)考核中，筆者給予了學(xué)生5分的創(chuàng)新加分。

在幾年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，筆者堅(jiān)持將溶液培養(yǎng)以研究性實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行開設(shè)，取得了較好的效果，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)主動(dòng)性，提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力。根據(jù)筆者的教學(xué)體會(huì)，總結(jié)以下幾點(diǎn)心得。

1　實(shí)驗(yàn)方案面廣

經(jīng)過近幾年的實(shí)踐，筆者發(fā)現(xiàn)該溶液培養(yǎng)教學(xué)手段能激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，學(xué)生選題面廣，如有的小組在原來溶液培養(yǎng)缺素癥實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，設(shè)置不同的元素濃度梯度，觀察不同濃度梯度下，植物的生長(zhǎng)情況；有的實(shí)驗(yàn)小組在缺素癥實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行了重金屬元素對(duì)植物的生長(zhǎng)影響；有的實(shí)驗(yàn)小組受市場(chǎng)上富硒大米的影響，進(jìn)行了植物材料對(duì)硒的吸收能力實(shí)驗(yàn)；有的學(xué)生以海藻為研究對(duì)象，研究了海藻對(duì)海水中重金屬的吸收能力，探討海藻在海洋生態(tài)修復(fù)中的可行性；有的學(xué)生還以海水為溶液培養(yǎng)載體，篩選具有抗鹽能力的植物等(表1)。

表1 學(xué)生溶液培養(yǎng)研究性實(shí)驗(yàn)選題舉例

2　實(shí)驗(yàn)選材多樣

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的選材上也有很大的主動(dòng)性，不僅局限于常見的溶液培養(yǎng)材料，有的學(xué)生結(jié)合海大的涉海特色，選擇了紫菜、鼠尾藻、滸苔、孔石莼等海洋藻類為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。

3　實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新手段新穎

進(jìn)行溶液培養(yǎng)研究性實(shí)驗(yàn)過程中，有的學(xué)生發(fā)現(xiàn)舊的溶液培養(yǎng)設(shè)備比較簡(jiǎn)單，嘗試進(jìn)行了循環(huán)式溶液培養(yǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，經(jīng)過師生的共同努力，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功，運(yùn)行良好，有望在以后的溶液培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中運(yùn)行。以海洋植物為培養(yǎng)材料，以海水為溶液培養(yǎng)載體，將海洋特色融入到溶液培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中也是該研究性實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)。

在實(shí)驗(yàn)過程中，筆者還根據(jù)本實(shí)驗(yàn)室具備的實(shí)驗(yàn)條件，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了擴(kuò)展，如組織“植物對(duì)重金屬富集能力實(shí)驗(yàn)”小組進(jìn)行了植物體內(nèi)重金屬的測(cè)定；組織“植物對(duì)硒吸收實(shí)驗(yàn)”小組進(jìn)行了硒的測(cè)定；讓學(xué)生學(xué)會(huì)使用原子吸收分光光度計(jì)、原子熒光分光光度計(jì)及微波消解儀等儀器。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，筆者堅(jiān)持以學(xué)生為本，只要學(xué)生的創(chuàng)新想法具有可行性，就盡最大可能為學(xué)生提供條件，努力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

筆者在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過教學(xué)改革后的溶液培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芎芎玫財(cái)U(kuò)展為一個(gè)研究性實(shí)驗(yàn)，而且在實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排上能與基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)相契合。通過溶液培養(yǎng)研究性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣有明顯提高，研究性實(shí)驗(yàn)的成功率在90%以上，學(xué)生最后的研究性論文的質(zhì)量也比較高，有的學(xué)生基于自己的溶液培養(yǎng)研究性實(shí)驗(yàn)發(fā)表了研究論文。

將溶液培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)作為一個(gè)研究性實(shí)驗(yàn)，以溶液培養(yǎng)為技術(shù)手段，將基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)聯(lián)系起來，不僅能培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，而且能加深學(xué)生對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素、植物生長(zhǎng)、植物生理三者之間關(guān)系的理解[9]。訓(xùn)練學(xué)生的操作技能，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、綜合能力和創(chuàng)新能力，增強(qiáng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，促進(jìn)創(chuàng)造性思維的形成。同時(shí)開闊學(xué)生的思路，培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力[10]。

[1]孔凡芹.《植物生理學(xué)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題與改進(jìn)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010,25:174.

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The establishment of hydroponics research experiment in plant physiology experiment

LIU Yang, DONG Shu-gang

(College of Marine Life Science, Ocean University of China, Qingdao 266003, China)

Hydroponics experiment is an important content of the teaching in plant physiology. However, the content of this part is monotonous in the old syllabus. The author tries to combine the basic experiment with hydroponics experiment in his teaching. Using hydroponics as a technology and guiding students to carry out research experiment, the author′s teaching innovation has achieved good results, training students′ practical ability, observation ability, comprehensive ability and innovation ability.

hydroponics; research experiment; teaching innovation

2014-05-30；

2014-08-11

中國(guó)海洋大學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究基金(高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi))(1200841451010)

劉陽(yáng)，博士研究生，實(shí)驗(yàn)師，從事植物生理學(xué)教學(xué)與科研工作，E-mail:liuyang09@ouc.edu.cn。

Q945-4;G652

C

2095-1736(2015)01-0107-03

doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2015.01.107