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        掃描電鏡技術(shù)在提高林學(xué)專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新能力的實(shí)踐探索

        2015-04-01 21:25:47卜貴軍,羅世家,周大寨,唐巧玉,趙黎明,
        教育教學(xué)論壇 2014年41期
        關(guān)鍵詞:掃描電鏡創(chuàng)新能力大學(xué)生

        卜貴軍,羅世家,周大寨,唐巧玉,趙黎明,肖強(qiáng)

        摘要:以掃描電鏡的制樣原理及工作原理為基礎(chǔ),讓學(xué)生查閱大量文獻(xiàn),尋找不同領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考、設(shè)計(jì)方案、實(shí)施、分析所得結(jié)果,并與所查文獻(xiàn)及初始想法對(duì)照,使學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi),讓自己的想法得以正確的實(shí)施,從而提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力及實(shí)際操作技能。

        關(guān)鍵詞:掃描電鏡;創(chuàng)新能力;大學(xué)生

        中圖分類號(hào):G645???? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A???? 文章編號(hào):1674-9324(2014)41-0163-03

        一、創(chuàng)新及創(chuàng)新項(xiàng)目

        創(chuàng)新是民族進(jìn)步的靈魂,也是一個(gè)國(guó)家興旺發(fā)達(dá)的動(dòng)力和保持發(fā)展活力的重要源泉,隨著科學(xué)技術(shù)的高速化發(fā)展,各個(gè)國(guó)家的競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)也大都放在了創(chuàng)新人才的培養(yǎng)上。高校是培養(yǎng)高層次人才的一個(gè)十分重要的場(chǎng)所,同時(shí)也是培養(yǎng)創(chuàng)新能力的主要陣地。創(chuàng)新能力的提高和培養(yǎng)不單單關(guān)系到學(xué)生的自我發(fā)展,也影響到國(guó)家的發(fā)展,高校到底如何來(lái)培養(yǎng)和提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力已經(jīng)成為一個(gè)普遍關(guān)注的問(wèn)題。為此“國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”應(yīng)運(yùn)而生,它是高校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程的重要組成部分,也是直接面向大學(xué)生的項(xiàng)目[1]。該項(xiàng)目強(qiáng)調(diào)自主性、探索性、實(shí)踐性和協(xié)作性,遵循“興趣驅(qū)動(dòng)、自主試驗(yàn)、重在過(guò)程”的原則,注重創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程,強(qiáng)調(diào)實(shí)施過(guò)程中在創(chuàng)新思維和創(chuàng)新實(shí)踐方面的收獲,重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。同時(shí)各省、各高校乃至各院系等都設(shè)立了相應(yīng)的大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目,來(lái)鼓勵(lì)學(xué)生參與、開(kāi)展創(chuàng)新研究試驗(yàn)。

        二、林學(xué)專業(yè)概況

        湖北民族學(xué)院林學(xué)為湖北省級(jí)重點(diǎn)建設(shè)學(xué)科,本專業(yè)學(xué)生主要學(xué)習(xí)林學(xué)及生物學(xué)方面的基本理論和基本知識(shí),接受森林培育、林木遺傳育種、森林病蟲(chóng)害防治、土壤、生態(tài)、資源調(diào)查等方面的基本訓(xùn)練,具有森林培育、森林資源經(jīng)營(yíng)管理、旅游資源開(kāi)發(fā)及管理、流域綜合治理和生態(tài)資源保護(hù)及利用等方面的基本能力。主要課程有植物學(xué)、植物生理學(xué)、遺傳學(xué)、林木育種學(xué)、生物技術(shù)、土壤肥料學(xué)、環(huán)境科學(xué)、森林昆蟲(chóng)學(xué)、林木病理學(xué)、森林生態(tài)學(xué)、測(cè)量與遙感、森林資源經(jīng)營(yíng)管理、林業(yè)經(jīng)濟(jì)管理等。

        三、林學(xué)專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目

        目前湖北民族學(xué)院林學(xué)園藝學(xué)院林學(xué)專業(yè)的學(xué)生參與國(guó)家級(jí)、校級(jí)以及院級(jí)的大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目幾十項(xiàng),其中有一部分學(xué)生對(duì)植物的微觀結(jié)構(gòu)感興趣,那就涉及到了掃描電鏡,然而掃描電鏡也屬于貴重、精密儀器,其價(jià)格在百萬(wàn)以上,在本科理論教學(xué)中沒(méi)有詳盡介紹,所以一些同學(xué)覺(jué)得非常陌生,因此在管理及使用上要注意方法。

        四、掃描電鏡在植物中的應(yīng)用

        作為林學(xué)專業(yè)的學(xué)生接觸最多的還是植物,地球上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的植物有40多萬(wàn)種,人類對(duì)植物形態(tài)的區(qū)分從最初的靠肉眼觀察的性狀描述水平,發(fā)展到借助光學(xué)顯微鏡觀察的顯微鑒別水平。但由于光學(xué)顯微鏡清晰度和放大倍數(shù)的局限性,對(duì)植物微觀形態(tài)的觀察研究并不理想,也無(wú)法繼續(xù)深入。掃描電子顯微鏡(SEM)放大倍數(shù)可達(dá)30萬(wàn)倍,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了光學(xué)顯微鏡1000倍的極限,并具有樣品制備簡(jiǎn)單、成像清晰、分辨率高等諸多優(yōu)點(diǎn),使得電子顯微鏡的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,在植物分類學(xué)上的應(yīng)用前景將是非常廣泛的[2]。

        五、創(chuàng)新項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程

        1.在申請(qǐng)項(xiàng)目前。首先介紹掃描電鏡的工作原理,并將其與透射電鏡區(qū)分開(kāi),一般掃描電鏡看表面,透射電鏡看切面。掃描電鏡樣品制備的主要要求是:盡可能將樣品的表面結(jié)構(gòu)保存好,沒(méi)有變形和污染,樣品干燥并且有良好導(dǎo)電性能。然后重點(diǎn)介紹掃描電鏡的生物樣品的制樣過(guò)程,并說(shuō)明制樣過(guò)程就是根據(jù)上面的要求進(jìn)行的:取材(固定)、清洗、脫水、干燥、鍍膜(導(dǎo)電處理)、上鏡觀察。(1)取材(固定):對(duì)掃描電鏡來(lái)說(shuō),固定液通常為用磷酸緩沖液配制的戊二醛。(2)清洗:用磷酸緩沖液清洗幾次。(3)脫水:樣品經(jīng)清洗后用逐級(jí)增高濃度的酒精脫水,然后進(jìn)入叔丁醇。(4)干燥:說(shuō)明為什么要干燥。即因?yàn)閽呙桦婄R觀察樣品要求在高真空中進(jìn)行,無(wú)論是水或脫水溶液,在高真空中都會(huì)產(chǎn)生劇烈地汽化,不僅影響真空度,污染樣品,還會(huì)破壞樣品的微細(xì)結(jié)構(gòu),因此,樣品在用電鏡觀察之前必須進(jìn)行干燥。(5)樣品的導(dǎo)電處理:生物樣品經(jīng)過(guò)脫水、干燥處理后,其表面不帶電,導(dǎo)電性能也差。用掃描電鏡觀察時(shí),當(dāng)入射電子束打到樣品上,會(huì)在樣品表面產(chǎn)生電荷的積累,形成充電和放電效應(yīng),影響對(duì)圖像的觀察和拍照記錄。因此在觀察之前要進(jìn)行導(dǎo)電處理,使樣品表面導(dǎo)電。(6)鍍膜后就可用掃描電鏡觀察。舉一些實(shí)例,引導(dǎo)學(xué)生,讓學(xué)生知道如何應(yīng)用這個(gè)工具。比如介紹掃描電鏡在木材鑒定和植物分類中的應(yīng)用,讓同學(xué)們?nèi)ゲ殚喐辔墨I(xiàn)(如中國(guó)知網(wǎng)、google學(xué)術(shù)等),了解目前的應(yīng)用情況,并找出自己感興趣的植物以及感興趣的方面,看看文獻(xiàn)中有無(wú)相關(guān)報(bào)道,如果有就換掉,直到找到自己感興趣的,且別人沒(méi)做過(guò)的為止。而后就是針對(duì)所選定的植物進(jìn)行學(xué)習(xí),要讓學(xué)生通過(guò)教材的學(xué)習(xí)、查植物志、木材質(zhì)以及相關(guān)資料,充分認(rèn)識(shí)該植物,并讓學(xué)生到野外尋找該植物且標(biāo)記。之后取材料做預(yù)實(shí)驗(yàn),結(jié)合一開(kāi)始講的掃描電鏡的工作原理、制樣要求,每一步處理都要問(wèn)一下為什么。比如固定時(shí)問(wèn):為什么要固定?為什么要小一些?為什么要用磷酸緩沖液配制?清洗時(shí)問(wèn):為什么要清洗?脫水時(shí)問(wèn):為什么要脫水?為什么要用叔丁醇?干燥時(shí)問(wèn):為什么要干燥?不干燥會(huì)怎么樣?導(dǎo)電處理時(shí)問(wèn):為什么要導(dǎo)電處理?不導(dǎo)電處理會(huì)怎么樣?在必要時(shí)可以不按固定步驟執(zhí)行,故意讓樣品處理出問(wèn)題,先讓學(xué)生找原因,然后在提示解答,這樣可以起到很好的效果。上鏡后,教學(xué)生如何使用,然后結(jié)合他們查的文獻(xiàn)對(duì)比,讓他們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題。

        2.設(shè)計(jì)方案。通過(guò)前面的文獻(xiàn)查閱和預(yù)實(shí)驗(yàn),學(xué)生已經(jīng)有了一定程度的認(rèn)識(shí),接下來(lái)就是制訂試驗(yàn)的方案,如對(duì)植物進(jìn)行何種處理,什么時(shí)候處理,處理后如何取樣等。制定后先進(jìn)行小組內(nèi)討論,然后要求學(xué)生模擬實(shí)施,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,改進(jìn)、完善方案。

        3.實(shí)施。經(jīng)過(guò)完善的實(shí)驗(yàn)方案就可以按照計(jì)劃實(shí)施,要強(qiáng)調(diào)因地制宜,實(shí)事求是。掃描電鏡部分按照取材(固定)、清洗、脫水、干燥、鍍膜(導(dǎo)電處理)、上鏡觀察的程序進(jìn)行。

        4.分析測(cè)試結(jié)果。分析所得結(jié)果,并與所查文獻(xiàn)及初始想法對(duì)照,使學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)讓自己的想法得以實(shí)施,從而提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力及實(shí)際操作技能。如果發(fā)現(xiàn)不足,可以讓學(xué)生回過(guò)頭來(lái)重新試驗(yàn),直至完成實(shí)驗(yàn)方案。

        六、評(píng)價(jià)

        實(shí)驗(yàn)是學(xué)生根據(jù)自己感興趣的課題或者問(wèn)題,自主實(shí)驗(yàn),即學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、自己完成實(shí)驗(yàn)、自己管理實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)方案實(shí)施過(guò)程中,學(xué)生是創(chuàng)新的主體,他們的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性被調(diào)動(dòng)起來(lái),逐漸掌握思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的方法,提高創(chuàng)新實(shí)踐的能力。在整個(gè)過(guò)程中,提高學(xué)生的自主性、創(chuàng)新性和協(xié)作性,實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量也明顯得到了提高。作為林學(xué)專業(yè)的學(xué)生,在將來(lái)的工作中可能會(huì)從事木材鑒定的工作,而且現(xiàn)在已經(jīng)有大量的研究作為參考,例如邵卓平等[3]通過(guò)掃描電鏡發(fā)現(xiàn)隋唐大運(yùn)河古沉船木構(gòu)件包括杉木、香樟、棗樹(shù)、青岡櫟;徐永吉等[4]通過(guò)掃描電鏡觀察,確定平度隋船南北船中部的木材為楓香,北船后部為香樟;金一民[5]指出,掃描電鏡所揭示的木材亞顯微結(jié)構(gòu)差別顯示了針葉樹(shù)木材腐爛的幾種典型方式,有助于對(duì)腐爛木材進(jìn)行種類鑒定;Suyako等利用掃描電鏡結(jié)合X衍射圖譜,確定16世紀(jì)的一個(gè)木制面具為柳屬Salix Linn木材[6];朱偉華等[7]用掃描電鏡觀察木材特征,將馬蹄參屬?gòu)奈寮涌埔瞥?。植物分類的孢粉學(xué)的相關(guān)工作[8],也有大量的文獻(xiàn)報(bào)道,樹(shù)莓屬花粉的掃描電鏡[9]表明,花粉外壁紋飾有一定的相似性,但變異豐富,甚至在不同品種之間區(qū)別明顯;用掃描電鏡對(duì)富士芽變系品種的花粉進(jìn)行了形態(tài)觀察[10],結(jié)果表明,花粉紋飾可作為芽變品種鑒定的重要指標(biāo);平陰玫瑰的花粉亞顯微形態(tài)掃描電鏡觀察結(jié)果顯示[11]在花粉亞顯微形態(tài)特征方面,各品種之間既有共性,也存在明顯差別,特別是外壁紋飾的不同可作為玫瑰品種鑒別的重要依據(jù);用掃描電鏡對(duì)蕓香科、木蘭科、薔薇科的花粉進(jìn)行形態(tài)觀察[12],探討了不同科、屬花粉的關(guān)系,可作為植物的分類依據(jù);花梅和果梅的掃描電鏡觀測(cè)表明,大多數(shù)品種花粉的形態(tài)和大小相似,但外部紋飾有顯著差異。掃描電鏡是學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要選用的大型儀器之一,通過(guò)實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)施,一方面使學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)真正認(rèn)知掃描電鏡原理結(jié)構(gòu),更主要的是使他們真正學(xué)會(huì)利用掃描電鏡為科學(xué)研究服務(wù),為創(chuàng)新服務(wù),從而促進(jìn)教育事業(yè)和國(guó)家的發(fā)展,為實(shí)現(xiàn)中國(guó)夢(mèng)盡綿薄之力。

        參考文獻(xiàn):

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        [2]唐曉山,陳燕.掃描電子顯微鏡在植物分類學(xué)中的應(yīng)用[J].哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2009,(5):121-122.

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        基金項(xiàng)目:湖北民族學(xué)院林學(xué)園藝學(xué)院2013年教學(xué)研究與改革項(xiàng)目(LXJY1305);湖北省教育廳自科基金項(xiàng)目(B2013077);恩施州第二批農(nóng)業(yè)與社會(huì)發(fā)展科技指導(dǎo)性計(jì)劃表(2011-14)

        作者簡(jiǎn)介:卜貴軍(1981-),男,講師,碩士,主要從事植物結(jié)構(gòu)生物學(xué)的研究及教學(xué)。

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