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。

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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)。