曲晨寧，李小燕，趙　潔，張　蕾

(武漢大學(xué)　a.雜交水稻國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;b.生命科學(xué)學(xué)院，武漢 430072)

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·實(shí) 驗(yàn) 教 學(xué)·

探討植物發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

曲晨寧a，李小燕b，趙潔a，張蕾a

(武漢大學(xué)a.雜交水稻國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;b.生命科學(xué)學(xué)院，武漢 430072)

從培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方式以及獨(dú)立的科研能力入手，采取教學(xué)與科研結(jié)合的方式，結(jié)合國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展，使得學(xué)生對(duì)于植物發(fā)育生物學(xué)的研究有系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě)鍛煉和培養(yǎng)了學(xué)生系統(tǒng)整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果并進(jìn)行客觀討論分析的能力。

植物發(fā)育生物學(xué)；實(shí)驗(yàn)課；改革；教研結(jié)合

近年來(lái)，植物發(fā)育生物學(xué)研究領(lǐng)域取得了舉世矚目的進(jìn)展。為滿足國(guó)內(nèi)外人才培養(yǎng)的需要，各高校生物學(xué)專業(yè)紛紛開(kāi)設(shè)了植物發(fā)育生物學(xué)等相關(guān)理論課程。在理論課教學(xué)過(guò)程中，教師普遍發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)植物發(fā)育生物學(xué)理論知識(shí)的掌握大多建立在死記硬背上，不能融會(huì)貫通。通過(guò)與學(xué)生的交流發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因在于該門(mén)課程的理論知識(shí)是建立在植物分子生物學(xué)、植物遺傳學(xué)、植物基因工程、植物細(xì)胞生物學(xué)和細(xì)胞工程基礎(chǔ)上，是一門(mén)綜合性很強(qiáng)的課程。由于學(xué)生對(duì)理論課中的知識(shí)是如何通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)獲得的并不了解，進(jìn)而造成對(duì)理論知識(shí)不能真正了解和掌握，更談不上將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐。鑒于此，武漢大學(xué)在全國(guó)高校中率先開(kāi)設(shè)植物發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課，以加強(qiáng)和鞏固學(xué)生對(duì)植物發(fā)育生物學(xué)理論知識(shí)、提高實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，以啟發(fā)創(chuàng)新性思維為目標(biāo)，最終達(dá)到學(xué)以致用，為培養(yǎng)創(chuàng)新型、科研型人才奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)8年的教學(xué)實(shí)踐，植物發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課從最初的簡(jiǎn)單的、獨(dú)立的若干個(gè)實(shí)驗(yàn)發(fā)展到今天以研究植物基因功能為主線的系統(tǒng)的、綜合性的實(shí)驗(yàn)課，取得了良好的教學(xué)效果。在多年教學(xué)的基礎(chǔ)上，我們出版了國(guó)內(nèi)第一本植物發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)指南[1]。

1　明確綜合性實(shí)驗(yàn)課的性質(zhì)和教學(xué)任務(wù)

綜合性實(shí)驗(yàn)課是本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中的重要組成，其最大的特點(diǎn)是有機(jī)結(jié)合多種基礎(chǔ)知識(shí)和基本實(shí)驗(yàn)技能，用于培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰2]。植物發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是以模式植物為對(duì)象；以植物細(xì)胞生物學(xué)、植物顯微技術(shù)、植物離體操作、植物細(xì)胞工程、植物分子生物學(xué)、植物基因工程等一系列實(shí)驗(yàn)技術(shù)為支撐；以拓展學(xué)生的植物發(fā)育生物學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)、加強(qiáng)學(xué)生相關(guān)基本技能的訓(xùn)練、培養(yǎng)學(xué)生綜合科研的素質(zhì)、提高學(xué)生獨(dú)立自主的科研能力等目的為主線；從細(xì)胞、組織、器官到個(gè)體水平不同層次，從開(kāi)花、傳粉、受精、胚胎發(fā)育、形態(tài)建成到植株形成等不同發(fā)育時(shí)段，循序漸進(jìn)地開(kāi)展一系列的植物發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生受到良好的實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練和知識(shí)水平的提高。

2　不斷革新實(shí)驗(yàn)課教學(xué)內(nèi)容

綜合性實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)內(nèi)容需要進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，才能最大限度地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[3-4]。植物發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課開(kāi)始授課于2006年，在全國(guó)范圍內(nèi)尚屬首例。由于缺少成功的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式可以參考，同時(shí)沒(méi)有合適的實(shí)驗(yàn)教材，因此在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置上最初采用以植物組織培養(yǎng)技術(shù)、植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)和植物細(xì)胞生物學(xué)技術(shù)為主線的若干個(gè)相互獨(dú)立的小實(shí)驗(yàn)組成的教學(xué)方式。在該年度的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生基本掌握了植物組織培養(yǎng)技術(shù)、植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)和植物細(xì)胞生物學(xué)技術(shù)，但同時(shí)也暴露出如下問(wèn)題，即學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)前期的準(zhǔn)備工作不清楚，不能獨(dú)立完成從實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備到完成實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程。針對(duì)上述問(wèn)題，在2007年實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容上增加了培養(yǎng)基配制、實(shí)驗(yàn)試劑配制、農(nóng)桿菌培養(yǎng)、感受態(tài)制備和質(zhì)粒轉(zhuǎn)化等小實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步完善了實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。在隨后幾年的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中，我們?cè)黾恿宿D(zhuǎn)基因植物植株鑒定和突變體篩選、突變體表型分析，RT-PCR和RNA原位雜交等實(shí)驗(yàn)，建成了以研究植物中某一基因功能為主線的綜合性實(shí)驗(yàn)?zāi)K，如圖1所示。

在實(shí)驗(yàn)課中主要以擬南芥為實(shí)驗(yàn)材料，讓學(xué)生了解從基因克隆、構(gòu)建轉(zhuǎn)基因載體、農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)化擬南芥、轉(zhuǎn)基因植株鑒定，到表型分析研究某一基因的功能。購(gòu)買(mǎi)相關(guān)基因的突變體種子，通過(guò)分析這些突變體的表現(xiàn)型，探討該基因可能的生物學(xué)功能。相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括，如突變體基因組水平的鑒定、突變體RNA的提取和基因表達(dá)量的分析(RT-PCR)、突變體表型的篩選等。同時(shí)利用基因啟動(dòng)子和GUS構(gòu)建的載體轉(zhuǎn)入擬南芥中分析基因在植物中的表達(dá)模式。還安排學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握了植物mRNA原位雜交技術(shù)，在細(xì)胞水平分析目的基因在植物中的表達(dá)模式。

圖1　植物發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

3　實(shí)驗(yàn)課教學(xué)方法的深入改革

鑒于植物發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課是一門(mén)綜合性的、培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立科研能力的實(shí)驗(yàn)課，該課的宗旨就是要鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師注重親臨指導(dǎo)，學(xué)生注重實(shí)際操作；教師注重分析與解答疑難問(wèn)題，學(xué)生注重實(shí)時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果、撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告、分析實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題；教師注重隨堂考核與講評(píng)，學(xué)生注重綜合實(shí)踐能力的提高。因此在教學(xué)方式上與本科生教學(xué)中的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課有所不同，歸納后有下面5點(diǎn)。

3.1科學(xué)思維方式的培養(yǎng)

在實(shí)驗(yàn)教師的指導(dǎo)下，由學(xué)生課前自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并提交給實(shí)驗(yàn)教師，上課時(shí)實(shí)驗(yàn)教師評(píng)價(jià)學(xué)生的設(shè)計(jì)方案并提出最合理的方案，帶領(lǐng)學(xué)生逐步掌握科學(xué)的思維方式，然后由學(xué)生獨(dú)立操作并完成實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程。這種教學(xué)方式以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性為目的，可以更好地鍛煉學(xué)生獨(dú)立的科學(xué)思維能力和動(dòng)手能力。

3.2獨(dú)立科研能力的培養(yǎng)

植物發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門(mén)綜合性的實(shí)驗(yàn)課，相對(duì)于基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)課，實(shí)驗(yàn)中需要配置的試劑以及需要準(zhǔn)備的材料更為復(fù)雜。試劑配制是生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中最基本的實(shí)驗(yàn)技能，由于在本科基礎(chǔ)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中過(guò)多強(qiáng)調(diào)的是各種實(shí)驗(yàn)方法的掌握，反倒忽略了諸如培養(yǎng)基配制等基本能力的培養(yǎng)。綜合性實(shí)驗(yàn)課開(kāi)設(shè)的目的就是要學(xué)生將基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)課所學(xué)的技能綜合應(yīng)用起來(lái)，學(xué)會(huì)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，為獨(dú)立開(kāi)展科學(xué)研究做好準(zhǔn)備工作[5]。因此，在最近幾年的教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)中需要的試劑包括培養(yǎng)基、染色液等均由學(xué)生自己配置完成，使學(xué)生能真正掌握一些基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)技能。

3.3教學(xué)科研相結(jié)合

高校教學(xué)中的教學(xué)和科研一直是相輔相成、共同促進(jìn)的。將科學(xué)研究中的新進(jìn)展、新發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于本科教學(xué)中，更能激發(fā)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)技能的熱情。許多高校在本科教學(xué)中也緊緊依靠科研力量在幾年來(lái)取得了很好的成績(jī)[6-7]。植物發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課是武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院在全國(guó)范圍內(nèi)首次開(kāi)設(shè)的綜合性實(shí)驗(yàn)課，實(shí)驗(yàn)課開(kāi)設(shè)至今一直依賴于武漢大學(xué)雜交水稻國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。實(shí)驗(yàn)課所需的植物材料、特殊試劑、實(shí)驗(yàn)方法以及配備的助理教學(xué)人員都來(lái)自于重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)課是以研究植物發(fā)育過(guò)程中某一基因的功能為主線，這一特殊基因的選擇也是依賴于雜交水稻國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研成果，真正體現(xiàn)了教學(xué)和科研的相互結(jié)合。選修該實(shí)驗(yàn)課的本科生大多在重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行業(yè)余科研，學(xué)生真正將課堂上所學(xué)的實(shí)驗(yàn)技能應(yīng)用于科學(xué)研究中，真正達(dá)到了學(xué)以致用！

3.4國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展報(bào)告

在植物發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)過(guò)程中注重借助現(xiàn)代化教學(xué)設(shè)備和手段，除了全過(guò)程展示實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)要求和注意事項(xiàng)等方面外，同時(shí)展示國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究結(jié)果和精美圖片，以提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平，高效率的完成實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程[8]。此外，在學(xué)期中間安排學(xué)生廣泛閱讀植物發(fā)育相關(guān)文獻(xiàn)，提高學(xué)生閱讀文獻(xiàn)的能力，并要求每位學(xué)生根據(jù)自己閱讀的文獻(xiàn)制作PPT，在課堂間隙時(shí)間介紹自己閱讀文獻(xiàn)的研究?jī)?nèi)容。通過(guò)這樣的培訓(xùn)，學(xué)生可以掌握閱讀專業(yè)文獻(xiàn)的方法，并能夠根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道的內(nèi)容整理出作者的實(shí)驗(yàn)思路，為獨(dú)立科研打下很好的基礎(chǔ)。

3.5實(shí)驗(yàn)記錄和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě)

植物發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課要求學(xué)生撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)以研究論文的形式撰寫(xiě)，即按照摘要、前言(國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展)、實(shí)驗(yàn)方法和步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論、參考文獻(xiàn)架構(gòu)完成。唯一不同的是在實(shí)驗(yàn)報(bào)告的后面要附注每個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理和注意事項(xiàng)。其中“摘要”是將一學(xué)期的課程用簡(jiǎn)練的幾句話概括出來(lái)，目的在于鍛煉學(xué)生總結(jié)概括能力；“前言”是要求學(xué)生在課余時(shí)間查找相關(guān)文獻(xiàn)，鍛煉文獻(xiàn)閱讀能力以及綜合概述的能力；“實(shí)驗(yàn)方法和步驟”部分要求學(xué)生將實(shí)驗(yàn)課中涉及的實(shí)驗(yàn)詳細(xì)列出，在學(xué)期末的時(shí)候再次溫習(xí)所學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，起到增強(qiáng)記憶的作用；“實(shí)驗(yàn)結(jié)果”部分要求學(xué)生列出每次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并能夠用語(yǔ)言進(jìn)行恰當(dāng)?shù)拿枋?，如果有圖片要求提供照片。

為完成這樣一份綜合性的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，需要學(xué)生上課時(shí)做好實(shí)驗(yàn)記錄。實(shí)驗(yàn)記錄包括詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟、注意事項(xiàng)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)平時(shí)的實(shí)驗(yàn)記錄和學(xué)期末實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě)，較為系統(tǒng)地培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。這種提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告的方式與科研工作中總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果并撰寫(xiě)研究論文的思維方式是一樣的，學(xué)生及早接受這種思維方式的訓(xùn)練，有助于學(xué)生在今后的科研工作中及時(shí)總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及撰寫(xiě)研究論文[9]。

4　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)植物發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)改革，實(shí)驗(yàn)課在各個(gè)方面都得到了較大的提高，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:一是學(xué)生系統(tǒng)思維方式不斷增強(qiáng)。由原來(lái)的一個(gè)個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)逐漸發(fā)展為系統(tǒng)的、相互關(guān)聯(lián)的、承上啟下式的綜合性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生逐漸養(yǎng)成了系統(tǒng)的思維方式；二是學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、記錄實(shí)驗(yàn)和解決問(wèn)題的能力得到了進(jìn)一步的加強(qiáng)，三是學(xué)生科學(xué)創(chuàng)新能力得到了一定的培養(yǎng)。在植物發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中，按照科學(xué)研究的思路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并在其中穿插學(xué)生自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，使得學(xué)生真正得到了創(chuàng)新性能力的培養(yǎng)。總之，植物發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)性學(xué)習(xí)為學(xué)生接下來(lái)的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)以及繼續(xù)從事科研工作打下很好的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

[1]張蕾，趙潔.植物發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].武漢:武漢大學(xué)出版社，2010.

[2]錢(qián)潔，房健民，陳志宏.生物技術(shù)專業(yè)綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2014，33(1):207-210.

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Exploration and Reforming in Experiment of Plant Development

QU Chenninga，LI Xiaoyanb，ZHAO Jiea，ZHANG Leia

(a.State Key Laboratory of Hybrid Rice；b.College of Life Science，Wuhan University，Wuhan 430072，China)

This paper mainly expounds the teaching content of plant developmental biology experiment and the reforms on teaching methods.During the teaching，we started mainly from the training students' scientific way of thinking，and put emphasis on exercising an independent scientific research ability，and used the method of combining teaching with scientific research，meanwhile combined with the research progress both at home and abroad，in order to made students have a systemic understanding on the plant developmental biology.At the same time，the comprehensive experiment report writing exercise also developed the student’s ability in sorting out experimental data and objective discussion.Here，we will summarize the experience and lesson for the other teachers in this field.

experiment of plant development; experiment; reform; the combination of teaching and research

2014-07-16；修改日期: 2015-04-23

國(guó)家自然科學(xué)基金(31271512)。

曲晨寧(1988-)，女，碩士生，主要從事植物發(fā)育的分子機(jī)制方面的研究。

S184；G642.423

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2016.01.036