原煥英

(浙江農(nóng)林大學(xué) 林學(xué)類國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，浙江 臨安 311300)

植物生理生態(tài)學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)踐

原煥英

(浙江農(nóng)林大學(xué) 林學(xué)類國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，浙江 臨安 311300)

綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力及綜合素質(zhì)的培養(yǎng)具有重要作用。該文基于教師科研項(xiàng)目，對(duì)植物生理生態(tài)學(xué)綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、實(shí)施及效果進(jìn)行了探討。實(shí)踐表明，綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)明顯提高了學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)了學(xué)生的科研能力、獨(dú)立分析和解決問題的能力，達(dá)到了良好的教學(xué)效果?？茖W(xué)研究和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合作為一種新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是一種有效的教學(xué)方法。

植物生理生態(tài)學(xué)；綜合實(shí)驗(yàn)；設(shè)計(jì)；實(shí)踐

實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究的基礎(chǔ)，是課程理論教學(xué)的重要組成部分，是貫穿理論聯(lián)系實(shí)際教學(xué)原則的有效手段和教學(xué)方法。同時(shí)實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生科研、實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，是開創(chuàng)創(chuàng)新教育的重要環(huán)節(jié)[1-2]。

隨著實(shí)驗(yàn)方法、儀器設(shè)備的改進(jìn)及對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)要求的提高，如何提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和改善教學(xué)效果，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力，從而更好地利用所學(xué)的知識(shí)和技能解決實(shí)際問題，在目前的教學(xué)實(shí)踐中極為迫切。高校多年的實(shí)踐[3-4]證明了綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)符合培養(yǎng)知識(shí)、能力、素質(zhì)綜合發(fā)展的創(chuàng)新型人才。綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及課程的綜合知識(shí)，是把各種基礎(chǔ)理論知識(shí)、實(shí)驗(yàn)技能、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)手段有機(jī)地結(jié)合在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，是一種有效的實(shí)驗(yàn)形式[5-6]。實(shí)踐也證明綜合實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生自身要求更高，實(shí)驗(yàn)效果更好，對(duì)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新意識(shí)具有非常重要的作用[7-8]。

植物生理生態(tài)學(xué)是高等林業(yè)院校生態(tài)學(xué)專業(yè)重要的專業(yè)課程之一，植物生理生態(tài)學(xué)是研究生態(tài)因子與植物生理現(xiàn)象之間關(guān)系的科學(xué)，是認(rèn)識(shí)各種生態(tài)關(guān)系的基礎(chǔ)，它從生理機(jī)制上探討植物與生長(zhǎng)環(huán)境的關(guān)系，植物在不同環(huán)境條件下的適應(yīng)性，它能夠給許多生態(tài)環(huán)境問題以生理機(jī)制上的解釋，其研究得到廣泛的重視[9]。對(duì)于森林、草原等更新資源的開發(fā)利用與管理，水土保持和控制環(huán)境污染等方面顯示出預(yù)測(cè)和指導(dǎo)作用[10]。因此植物生理生態(tài)學(xué)學(xué)科快速發(fā)展，成為生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的重要研究方向，是生態(tài)學(xué)專業(yè)的重要課程，對(duì)培養(yǎng)林業(yè)、環(huán)境及生態(tài)學(xué)人才十分重要。本文對(duì)植物生理生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、實(shí)踐等問題初步探討，期望通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)激發(fā)學(xué)生的求知欲和對(duì)植物生理生態(tài)學(xué)科學(xué)研究的興趣，挖掘?qū)W生的潛在學(xué)習(xí)能力，加深對(duì)專業(yè)的了解，培養(yǎng)學(xué)生的科研、創(chuàng)新等綜合能力。

1 綜合實(shí)驗(yàn)課程規(guī)劃

植物生理生態(tài)學(xué)是一門理論性、綜合性較強(qiáng)的課程，選擇在大三的第二學(xué)期開展。植物生理生態(tài)學(xué)理論課主要涉及植物的生長(zhǎng)環(huán)境、植物生長(zhǎng)發(fā)育、光合、水分生理生態(tài)以及自然環(huán)境和污染環(huán)境脅迫下植物的響應(yīng)。針對(duì)該課程特點(diǎn)設(shè)計(jì)了部分綜合性實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)踐及考核方面進(jìn)行探討。

基于教師的科研項(xiàng)目，對(duì)環(huán)境污染脅迫下植物的生理生態(tài)影響實(shí)驗(yàn)以綜合實(shí)驗(yàn)的形式設(shè)計(jì)和實(shí)施，將研究和教學(xué)相結(jié)合，可以加深理論知識(shí)的理解，鞏固課程學(xué)習(xí)內(nèi)容，深入理解生態(tài)學(xué)現(xiàn)象以及現(xiàn)代植物生理原理應(yīng)用。提倡實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研課題的結(jié)合，也是創(chuàng)造條件使學(xué)生能較早地參與課題研究和創(chuàng)新活動(dòng)[11]。

設(shè)置綜合性實(shí)驗(yàn)作為一門獨(dú)立的實(shí)踐課程，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中以學(xué)生參與為主，提高學(xué)生實(shí)踐和獨(dú)立思考的能力，調(diào)整后的綜合性實(shí)驗(yàn)更加注重內(nèi)容的研究性、廣泛性和知識(shí)性，側(cè)重于學(xué)生的參與和培養(yǎng)學(xué)生的分析思考能力。

2 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容設(shè)計(jì)

植物生理生態(tài)學(xué)課程涉及的內(nèi)容較廣，就環(huán)境污染脅迫對(duì)植物生理生態(tài)的影響設(shè)計(jì)了一些綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，項(xiàng)目的設(shè)計(jì)流程為：討論選擇一個(gè)生態(tài)實(shí)驗(yàn)案例→查閱文獻(xiàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)施)→開展實(shí)驗(yàn)→實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫。實(shí)驗(yàn)材料選擇亞熱帶常綠樹種香樟一年生幼苗，香樟是重要的鄉(xiāng)土及園林樹種，萌蘗幼苗種植及管理，適合學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)。根據(jù)植物生理生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)大綱及生態(tài)學(xué)專業(yè)一般需要掌握的實(shí)驗(yàn)技能要求，考慮到生理和光合是評(píng)價(jià)植物環(huán)境脅迫的重要指標(biāo)，設(shè)計(jì)了以下4個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，驗(yàn)證環(huán)境污染(重金屬鎘)脅迫對(duì)盆栽植物幼苗的影響。

1)植株生長(zhǎng)狀況的影響。

設(shè)計(jì)了不同程度的鎘污染脅迫處理，詳細(xì)觀察和記錄不同程度的鎘污染對(duì)盆栽植物的生長(zhǎng)影響表現(xiàn)。對(duì)植株的高矮、根莖的粗細(xì)、葉片的大小、顏色等進(jìn)行觀察記錄，比較不同脅迫條件下植株的生長(zhǎng)狀況，分析其對(duì)植物光合、呼吸、植物營(yíng)養(yǎng)和水分循環(huán)的影響。通過直觀的觀察和測(cè)定，使學(xué)生能更為深刻地理解環(huán)境變化對(duì)植株的影響，以及可能的生理相應(yīng)。

2)植株葉綠素含量及光合生理的影響。

植物的物質(zhì)積累依靠光合作用，葉綠素含量的多少?zèng)Q定著植物光合作用能力的大小，在環(huán)境脅迫下，葉綠素含量的變化可反映植物的損害程度，植物葉綠素含量和光合作用都是重要的生態(tài)學(xué)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)測(cè)定鎘污染脅迫下植株的光合生理指標(biāo)，主要有葉綠素含量的變化、光合有效輻射下各參數(shù)的變化，包括凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)、光合有效輻射(PAR)、葉片水分利用效率(WUE)等，和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室按照步驟進(jìn)行不同，在了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料后，該實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器原理的理解和對(duì)儀器的熟練操作，以及使用注意事項(xiàng)及故障的排除；掌握測(cè)定方法和研究手段，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的處理方法及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，比較鎘污染脅迫下各光合參數(shù)的變化，結(jié)合植株生長(zhǎng)狀況分析其原因、機(jī)理。該實(shí)驗(yàn)結(jié)論必須由學(xué)生自己分析得出，需要掌握植物光合生理的知識(shí)，理解各項(xiàng)生理參數(shù)的意義及測(cè)定原理。通過本實(shí)驗(yàn)鞏固了理論課上所學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合分析能力和思維能力。

3)植物葉綠素?zé)晒夂康挠绊憽?/p>

葉綠素?zé)晒馓卣髂軌蚍从持仓耆~片的光合效率和潛在能力。在環(huán)境脅迫下，植物葉片葉綠素?zé)晒獾淖兓匦钥梢栽谝欢ǔ潭壬戏从抄h(huán)境對(duì)植物的影響，采用便攜式熒光測(cè)定儀測(cè)定植物光合過程中的熒光特性，了解植物受脅迫的生理狀況，即植物在鎘污染脅迫下潛在的最大光合能力、實(shí)際光能轉(zhuǎn)化效率、植物的光能利用效率等特點(diǎn)。主要參數(shù)有 PSⅡ最大光能轉(zhuǎn)化效率(Fv/Fm)、 任一光照狀態(tài)下 PSⅡ?qū)嶋H光能轉(zhuǎn)化效率(Yield)、 PSⅡ潛在活性(Fv/Fo)和電子傳遞速率(ETR)等。通過對(duì)各熒光參數(shù)的分析，了解植物的抗逆性，和植物光合作用各參數(shù)指標(biāo)相結(jié)合，分析其污染脅迫后的變化特征、原因及其機(jī)理，在實(shí)驗(yàn)中學(xué)會(huì)數(shù)據(jù)的處理分析方法，深入理解熒光各參數(shù)的含義、掌握儀器測(cè)定原理、技術(shù)等研究手段。

4)植物保護(hù)酶活性的影響(SOD、POD、CAT)。

植物保護(hù)酶是一種有效的抗氧化系統(tǒng)，是植物對(duì)逆境脅迫的一種防御機(jī)制，是植物適應(yīng)各種逆境脅迫的重要酶類。測(cè)定不同程度環(huán)境污染脅迫下植物的SOD、POD、CAT酶活性，了解鎘污染脅迫下植物酶活性變化的特點(diǎn)，植株的適應(yīng)性和反饋，和前面測(cè)定的植物生理特征相結(jié)合，分析其相互作用和影響。該實(shí)驗(yàn)是在室內(nèi)進(jìn)行，涉及常規(guī)使用儀器如紫外分光光度計(jì)、離心機(jī)等，可以鞏固這些設(shè)備的原理學(xué)習(xí)和操作技能，加深學(xué)生對(duì)常規(guī)儀器的操作規(guī)范和實(shí)驗(yàn)技能學(xué)習(xí)。

3 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)施

3.1 實(shí)驗(yàn)安排

綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容涉及廣泛，既有室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)也有室外的測(cè)定，實(shí)驗(yàn)過程需要比較長(zhǎng)的時(shí)間，所以選擇在周末進(jìn)行，可以保證實(shí)驗(yàn)的連續(xù)性。為了節(jié)省時(shí)間和利用現(xiàn)有的各種儀器設(shè)備教學(xué)資源，安排3～5人一組，實(shí)驗(yàn)分組進(jìn)行也有利于培養(yǎng)學(xué)生相互協(xié)調(diào)、團(tuán)結(jié)合作，相互探討分析激發(fā)學(xué)生的思維能力，綜合實(shí)驗(yàn)一般都采取分組的形式[12]。實(shí)驗(yàn)和教師科研結(jié)合，把單個(gè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目整合到一個(gè)研究項(xiàng)目里，即選擇不同程度重金屬鎘污染對(duì)植物幼苗生理生態(tài)狀況的影響，從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(測(cè)定內(nèi)容)到實(shí)踐(實(shí)驗(yàn)各指標(biāo)測(cè)定)，包括儀器操作、試劑配制、結(jié)果分析及最后實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫，由學(xué)生獨(dú)立完成，并做好實(shí)驗(yàn)記錄，教師全程參與指導(dǎo)。

3.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)及實(shí)踐

整個(gè)實(shí)驗(yàn)24個(gè)學(xué)時(shí)，分為兩個(gè)階段。第一階段，根據(jù)教學(xué)大綱和實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪x擇該實(shí)驗(yàn)相關(guān)的幾個(gè)生態(tài)學(xué)問題，探討環(huán)境污染如酸雨、重金屬、UVB輻射、氮沉降等對(duì)植物生長(zhǎng)、發(fā)育及生理特性的可能影響，然后根據(jù)教學(xué)資源選擇一個(gè)研究方向，規(guī)劃實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。學(xué)生查閱文獻(xiàn)學(xué)習(xí)研究方法，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)布置(種植苗木、污染脅迫處理等)；通過教師培訓(xùn)課后練習(xí)，學(xué)習(xí)掌握實(shí)驗(yàn)所用的儀器設(shè)備，了解室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和室外測(cè)定注意事項(xiàng)，可能遇到的問題及解決方法。實(shí)驗(yàn)室全天開放，教師全程參與，隨時(shí)和學(xué)生討論遇到的問題。第二階段，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的測(cè)定，在前期實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)準(zhǔn)備基礎(chǔ)上選擇周末進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定，由于實(shí)驗(yàn)資源和時(shí)間有限，學(xué)生分組交叉進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組選擇一個(gè)脅迫梯度測(cè)定。室外或室內(nèi)的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以同時(shí)展開，如測(cè)定植物光合生理指標(biāo)和測(cè)定葉綠素?zé)晒馔瑫r(shí)進(jìn)行，植物保護(hù)酶活性的測(cè)定也可以同時(shí)開展，需要小組成員協(xié)調(diào)配合。實(shí)驗(yàn)中全程做好實(shí)驗(yàn)記錄，最后各小組數(shù)據(jù)匯總，每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組就全部數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析探討實(shí)驗(yàn)結(jié)果，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

3.3 實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫

實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫以整個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為一個(gè)題目，對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容測(cè)定匯總進(jìn)行分析，得出自己認(rèn)為的結(jié)果，實(shí)驗(yàn)報(bào)告以科技論文的模式書寫。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生分析問題能力的主要手段，也是提高教學(xué)效果的有效途徑。學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論分析需要說明一定的問題，如驗(yàn)證了什么現(xiàn)象、得出了什么結(jié)論、存在什么問題等。對(duì)實(shí)驗(yàn)課的體會(huì)和想法也要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，這樣有利于學(xué)生認(rèn)真的思考實(shí)驗(yàn)的真正意義；同時(shí)以科技論文的形式完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告有利于學(xué)生對(duì)科學(xué)論文撰寫技能的學(xué)習(xí)和提高，為本科生畢業(yè)論文的撰寫積累一定的經(jīng)驗(yàn)。

4 實(shí)驗(yàn)綜合成績(jī)考核

5 結(jié)束語

通過綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生對(duì)資料查閱和科研選題、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)的實(shí)施、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、結(jié)果分析和討論，以及對(duì)科研論文的撰寫有了一定程度的了解和學(xué)習(xí)。綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)明顯提高了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的積極性，培養(yǎng)了學(xué)生自覺學(xué)習(xí)的能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。綜合實(shí)驗(yàn)的選題和教師的科研研究項(xiàng)目結(jié)合，以科學(xué)成果充實(shí)了教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考、分析和解決問題的能力，提高了學(xué)生對(duì)植物生理生態(tài)學(xué)研究的興趣，更好地掌握了本專業(yè)的知識(shí)，對(duì)目前全球氣候變化下的生態(tài)環(huán)境有了更好的解讀。綜合實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生考核的多元化評(píng)價(jià)，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)記錄分析總結(jié)、課程過程中的隨機(jī)提問及實(shí)驗(yàn)中問題的解決方法、科研論文撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告等方式，促進(jìn)了學(xué)生的可持續(xù)全面發(fā)展。 因此綜合類實(shí)驗(yàn)不僅有利于學(xué)生基本技能的訓(xùn)練，而且對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、思維擴(kuò)展及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)非常重要，特別是促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的有效性、主動(dòng)性和可持續(xù)發(fā)展，符合21世紀(jì)對(duì)林業(yè)人才和生態(tài)建設(shè)的需求。

實(shí)驗(yàn)中也存在一些問題，一方面是教學(xué)資源不足，該實(shí)驗(yàn)涉及的儀器和設(shè)備都較為貴重和精密，需要在數(shù)量上有所提高；另一方面課時(shí)有限而綜合實(shí)驗(yàn)比較耗時(shí)，需要更好的規(guī)劃和協(xié)調(diào)使得實(shí)驗(yàn)順利開展，同時(shí)需要建立規(guī)范的科研和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)基地，更好地把科研和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合、相融合，而課程的改革也需要教師和學(xué)生的多方面交流與溝通，從而不斷努力提高課程的教學(xué)質(zhì)量。

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[12]韓宏巖，許維岸.生物類本科生綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)踐的探索[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2014，33(3)：168-171.

DesignandPracticeoftheComprehensiveExperimentinPlantEcophysiology

YUAN Huanying

(National Demonstration Center for Experimental Forestry Education,Zhejiang Agriculture and Forestry University,Lin’an 311300，China)

Comprehensive experimental teaching plays an important role in the students’ practical ability，innovation ability and comprehensive quality training.Based on the scientific research projects，this paper discussed the design，practice and effect of the comprehensive experimental project in plant ecophysiology.As a result，the reform practice effectively improved the learning initiative and enthusiasm of students’，trained the ability of scientific research，and independently analysis and problem solving ability，achieved a good teaching effect.As a new mode of experiment teaching，it is a useful way for the experiment teaching.

plant ecophysiology;comprehensive experiment;design;practice

2015-11-28；修改日期:2016-01-12

浙江農(nóng)林大學(xué)實(shí)驗(yàn)室管理與教改項(xiàng)目(KG14065)。

原煥英，(1974-)，女，碩士，助理研究員，主要從事生態(tài)學(xué)及土壤環(huán)境污染方面的研究。

G642

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2017.04.028