梁文斌，唐婧文，陳雪妮

(中南林業(yè)科技大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,湖南 長沙 410004)

植物顯微技術(shù)課程是一門實踐性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程,包括植物顯微制片技術(shù)和顯微攝影技術(shù)兩部分,主要面向高等院校的農(nóng)業(yè)、林業(yè)、生物類等專業(yè)的高年級本科生和碩士研究生,旨在培養(yǎng)植物學(xué)綜合型和創(chuàng)新型人才,并為學(xué)生將來開展生產(chǎn)實踐和科學(xué)研究奠定植物實驗技術(shù)基礎(chǔ)。石蠟制片是植物顯微技術(shù)實驗課程中的一個重要內(nèi)容,不僅在植物學(xué),而且在動物以及病理等領(lǐng)域應(yīng)用也非常廣泛,在實驗教學(xué)中具有綜合性、操作過程復(fù)雜、難度大等特點(diǎn)。因此,在植物顯微技術(shù)實驗課程中以石蠟制片實驗為例作為實驗教學(xué)改革嘗試有利于探索培養(yǎng)實用型和創(chuàng)新人才的新思路和新途徑。

長期以來,由于受傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式的影響,沿用理論課教材中的內(nèi)容在實驗室進(jìn)行驗證性實驗占主導(dǎo)地位[1-2]。不可否認(rèn),驗證性實驗是植物學(xué)實驗知識的入門環(huán)節(jié),固然不可或缺,但是這種以教師為主體的教學(xué)方式,學(xué)生主觀能動性和挑戰(zhàn)性難以得到體現(xiàn)[3-4],學(xué)習(xí)興趣和積極性也不高,除了讓學(xué)生對理論知識有一些感性認(rèn)識外,并沒有提高他們的實驗技能和培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力,不利于培養(yǎng)具備科研素質(zhì)與技能的創(chuàng)新型人才。在多年的顯微技術(shù)實驗課教學(xué)過程中采用“依樣畫葫蘆”的教學(xué)模式雖然對于學(xué)生基礎(chǔ)知識的掌握和一些基本技能的培養(yǎng)有所幫助,但因為缺少綜合性和創(chuàng)新性實驗體系的訓(xùn)練,在實際工作和科研工作中出現(xiàn)的問題不能得到很好解決,甚至無法解決,距離實用型人才和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)相去甚遠(yuǎn)。因此,探索新型的植物顯微技術(shù)教學(xué)方法勢在必行。

“科研式”實驗教學(xué)方法強(qiáng)調(diào)實驗原理的探究,重視學(xué)生實驗技能的訓(xùn)練,注重學(xué)生科研態(tài)度、科學(xué)思維以及科研素養(yǎng)的培養(yǎng)。通過“科研式”實驗教學(xué)方法的探索,教師不僅傳授了專業(yè)知識和實驗技能,同時也激發(fā)了學(xué)生科研創(chuàng)新熱情,培養(yǎng)了學(xué)生仔細(xì)觀察、獨(dú)立思考、深入研究以及勤奮、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)葍?yōu)秀品質(zhì)和團(tuán)隊合作意識,在潛移默化中提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力,進(jìn)而全面提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

1 實驗原理內(nèi)涵的挖掘

實驗原理對于實驗過程至關(guān)重要,是實驗的核心,透徹理解實驗原理不僅能保證實驗的科學(xué)性,而且有助于解決實驗中出現(xiàn)的問題,突破實驗難點(diǎn),而挖掘?qū)嶒炘淼膬?nèi)涵則是教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計的出發(fā)點(diǎn)[5]。在實驗教學(xué)中,掌握實驗原理應(yīng)與實驗過程齊頭并進(jìn)。

在以往的實驗教學(xué)尤其是驗證性實驗教學(xué)中,實驗過程注重實驗步驟,以“依樣畫葫蘆”的方式完成實驗過程,然后得出一個實驗結(jié)果,對實驗原理知之甚少,可謂“知其然,不知其所以然”,這便導(dǎo)致了學(xué)生在實驗過程中束手束腳,無法靈活處理和解決實驗中所遇到的問題。為了改變輕原理重步驟的傳統(tǒng)實驗教學(xué)方式,加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),在植物顯微技術(shù)課程的“科研式”實驗教學(xué)探索中要求學(xué)生弄清楚實驗的原理,根據(jù)現(xiàn)有的實驗條件和實驗材料,參照實驗指導(dǎo)書和相關(guān)文獻(xiàn)改進(jìn)或優(yōu)化實驗步驟,并提出實驗過程中可能出現(xiàn)的問題及解決辦法,在實驗教師的指導(dǎo)下完善實驗方案并完成實驗過程。

在植物顯微技術(shù)實驗課程中,石蠟制片的過程繁瑣而復(fù)雜,包括材料的選擇與固定、抽氣、脫水、透明、浸蠟、包埋、切片、粘片、展片、脫蠟、復(fù)水、番紅—固綠染色、封片等復(fù)雜的過程。學(xué)生在實驗過程中若沒有弄清楚石蠟制片實驗的原理,當(dāng)出現(xiàn)制片效果差或制片不成功的現(xiàn)象時,不知道是哪些環(huán)節(jié)或因素所致,顯然這種教學(xué)方式不利于學(xué)生的創(chuàng)新性思維。以石蠟制片中的脫水實驗環(huán)節(jié)為例,作為初學(xué)者在實驗中常常會遇到脫水不完全的情況,導(dǎo)致實驗不成功,這與實驗材料和脫水條件等有關(guān)。針對這一情況,在實驗教學(xué)過程中,實驗指導(dǎo)教師要求學(xué)生正確理解石蠟制片中脫水的原理,讓他們充分認(rèn)識到脫水的過程就是將實驗材料組織中的水分用脫水劑置換出來,并且了解不同脫水劑的脫水效果有差異,而在實驗中常用脫水劑多為酒精(乙醇),其脫水效果與脫水劑濃度、環(huán)境溫度和脫水時間有關(guān)。由于掌握了實驗原理,學(xué)生可以改進(jìn)并靈活處理實驗過程,如在氣溫較低的環(huán)境下(冬季)進(jìn)行實驗材料酒精脫水時,為了減少處理的時間并達(dá)到較好的實驗效果,可在恒溫箱中加溫脫水,并根據(jù)實際情況盡可能減少材料的大小,使脫水更容易。因此,學(xué)生們在正確理解實驗原理的基礎(chǔ)上,結(jié)合自己所學(xué)的知識,大膽嘗試,靈活處理實驗過程,做到了舉一反三,學(xué)以致用,大大增強(qiáng)了學(xué)生們的自信與積極性。

培養(yǎng)學(xué)生的操作技能是“科研式”教學(xué)的重要功能。學(xué)生在實驗中如果只是機(jī)械式的操作,既不去挖掘?qū)嶒炘淼膬?nèi)涵,也不去有意識地營造探索的氛圍,則將極大地削弱“科研式”實驗教學(xué)的功能。學(xué)生只有在掌握實驗原理的基礎(chǔ)上才能靈活操作實驗,并結(jié)合自己所學(xué)過的專業(yè)知識,充分發(fā)揮想象力,不斷嘗試新的實驗方法,將實驗過程變得豐富和多樣化,使看似古板無趣的實驗過程變得生動有趣。

2 “科研式”訓(xùn)練的探索與實踐

俗話說 “百看不如一練”,深刻理解實驗原理在前,扎實的實驗技能訓(xùn)練必須緊隨其后。傳統(tǒng)的石蠟制片實驗教學(xué)是首先教師在實驗室用一種實驗材料給學(xué)生示范操作,然后學(xué)生按教師的示范步驟在規(guī)定的課時內(nèi)完成實驗過程,顯然這種實驗教學(xué)方式遠(yuǎn)不能達(dá)到預(yù)期效果。調(diào)查發(fā)現(xiàn)在傳統(tǒng)實驗教學(xué)過程中不少學(xué)生學(xué)習(xí)石蠟制片之后只有粗略印象,實驗環(huán)節(jié)基本不熟悉,操作不熟練。另外,由于沒有課后的強(qiáng)化練習(xí)與鞏固,導(dǎo)致學(xué)生難以深刻記憶。因此,這種傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式不利于學(xué)生掌握實驗技能。為了鞏固學(xué)生對實驗技能的掌握,培養(yǎng)學(xué)生吃苦耐勞的科研品質(zhì),本文對顯微技術(shù)實驗課程的教學(xué)模式開展“科研式”訓(xùn)練的探索與實踐,即在保證實驗室正常管理的情況下向?qū)W生開放實驗室,一方面增加實驗訓(xùn)練的時間,另一方面通過多樣化的實驗材料增強(qiáng)實驗訓(xùn)練的強(qiáng)度。這種反復(fù)的強(qiáng)度訓(xùn)練,使學(xué)生對實驗的每個細(xì)節(jié)和注意事項相當(dāng)熟悉,操作達(dá)到非常熟練的程度,不僅保證了學(xué)生全面掌握石蠟制片技能,而且強(qiáng)化了學(xué)生科研品質(zhì)的培養(yǎng)。

2.1 “科研式”訓(xùn)練促進(jìn)實驗技能的“螺旋式上升”

“螺旋式上升”理論是指:人在認(rèn)識一個對象時,總是遵循由表及里、由淺入深的過程,且后續(xù)學(xué)習(xí)總會影響對先前學(xué)習(xí)對象的認(rèn)識[6]。雖然新事物會引起人的興趣,但是隨著時間推移,興趣逐漸減弱。實驗材料的多樣化與實驗訓(xùn)練的頻繁性有利于學(xué)生掌握實驗技能。在實驗中采用不同的實驗材料,不僅增強(qiáng)了學(xué)生對未知事物的探索興趣,而且反復(fù)訓(xùn)練也能促進(jìn)學(xué)生實驗操作技能的“螺旋式”上升。盡管石蠟制片的過程不會因?qū)嶒灢牧喜煌休^大的改變,但是對于一個初學(xué)者來說,不同的實驗材料在實驗過程需要面對一些不同的問題,而不要以為僅僅是操作步驟上的重復(fù),如實驗材料不同的軟硬程度需要考慮固定液的配方選擇,石蠟熔點(diǎn)的高低以及脫水劑和透明劑的種類、使用濃度和處理時間等,也有時根據(jù)實驗材料的具體情況,對某些操作步驟加以改進(jìn),如文獻(xiàn)[7]在制作蕨類植物原葉體、原葉體愈傷組織、孢子體葉片的石蠟切片時,抽氣過程中在稱量瓶里放置了一個適度大小的銅網(wǎng),將實驗材料攔于銅網(wǎng)之下,使之離固定液上層保持適當(dāng)距離,然后抽真空。

實驗過程的重復(fù)能促進(jìn)學(xué)生反思并改進(jìn)前一次實驗的不足。學(xué)生在不熟悉實驗過程的情況下,會出現(xiàn)一系列的細(xì)節(jié)問題,如石蠟制片實驗中包埋時夾取材料的鑷子沒有預(yù)熱,或材料放入蠟盒后因校正位置而反復(fù)撥弄材料,或是用來包埋材料的石蠟熔點(diǎn)過高或過低等。任何一個細(xì)節(jié)問題都會造成實驗材料包埋不理想甚至失敗。學(xué)生只有加強(qiáng)實驗過程的訓(xùn)練,復(fù)習(xí)和鞏固實驗內(nèi)容,不斷地發(fā)現(xiàn)問題和解決問題,才能由淺入深地掌握實驗過程,使實驗技能達(dá)到“螺旋式”的上升。

2.2 “科研式”訓(xùn)練培養(yǎng)學(xué)生科研品質(zhì)和創(chuàng)新意識

在“科研式”實驗訓(xùn)練中,學(xué)生的創(chuàng)新意識得到了明顯的培養(yǎng)與提高。如粘片和展片是石蠟制片實驗中的重要環(huán)節(jié),若操作不當(dāng)則易導(dǎo)致載玻片上的材料脫落,俗稱“脫片”,嚴(yán)重影響實驗結(jié)果。在粘片過程中,在載玻片上涂抹薄薄一層粘片劑(蛋清-甘油)是保證材料不掉片的關(guān)鍵,而且要求涂抹很均勻；如果粘片劑涂抹較多或不均勻,可能會發(fā)生材料脫片,甚至?xí)谳d玻片上黏附很多雜質(zhì),切片背景干擾明顯,嚴(yán)重影響制片效果。以往采用手指涂抹粘片劑,但操作難度大、效率低,作為初學(xué)者,在短時間內(nèi)無法掌握,是石蠟制片實驗教學(xué)過程中一個難點(diǎn)。針對這一難題,學(xué)生們參考文獻(xiàn)[8]的石蠟制片方法,充分發(fā)揮想象力并借鑒生活經(jīng)驗,嘗試采用不同方法涂抹粘片劑,最終選擇容易獲得、質(zhì)地符合涂抹要求的粉撲海綿替代手指涂抹粘片劑,結(jié)果表明粉撲海綿具有操作簡便和涂抹均勻的良好效果,切片上的雜質(zhì)很少。因此,通過微小的改進(jìn),在實驗操作過程中學(xué)生不僅提高了實驗效率,而且增強(qiáng)了自信心和科研創(chuàng)新熱情。

“科研式”的訓(xùn)練不僅是為了提升學(xué)生對實驗技能的掌握,而且增強(qiáng)了學(xué)生吃苦耐勞的意識和抗壓能力以及提高學(xué)生獨(dú)立思考的能力[9],這對于將來學(xué)生從事科研工作有很大幫助。一般來說,在科學(xué)研究過程中,實驗工作量比較大,研究任務(wù)和考核指標(biāo)的壓力大,這便需要研究者有不怕苦和不怕累的精神以及積極樂觀的人生態(tài)度。做一件困難較大的事時,人有時難免會發(fā)生“一鼓作氣,再而衰,三而竭”的情況。在“科研式”實驗教學(xué)改革探索中,部分學(xué)生剛開始由于實驗工作量的加大而表現(xiàn)出抱怨和畏難情緒,他們誤以為增加實驗材料的數(shù)量只是在機(jī)械式地重復(fù)實驗過程,而且訓(xùn)練工作量的加大讓他們不確定自己是否能夠順利地完成實驗。但在教師的鼓勵下,學(xué)生們鼓足勇氣,全身心投入到實驗中,盡管實驗過程確實比較艱難,學(xué)生們也付出了許多汗水與心血,最后還是圓滿地完成了任務(wù),獲得了理想的實驗效果。

在石蠟制片實驗教學(xué)中,本文對不同實驗強(qiáng)度下的實驗效果進(jìn)行了統(tǒng)計與分析,實驗效果分為制片效果和學(xué)生情感體驗兩部分。如表1所示,隨著實驗強(qiáng)度的增加,制片成功率呈明顯的上升趨勢,學(xué)生的情感體驗也發(fā)生了明顯的變化。許多學(xué)生感言:“我學(xué)到的不僅僅是實驗技能,更多的是學(xué)會一種科學(xué)研究的態(tài)度和精神,科研的道路比我們想象中的更艱難,所有的難題都是對我們自己的一種磨煉?！薄翱蒲惺健睂嶒灲虒W(xué)不僅培養(yǎng)了學(xué)生吃苦耐勞、持之以恒和堅忍不拔的科研品質(zhì),而且增強(qiáng)了學(xué)生的實驗技能和科研創(chuàng)新意識,為他們今后的學(xué)習(xí)、工作和研究奠定了良好的基礎(chǔ)。

表1 不同實驗強(qiáng)度對實驗效果的影響

3 實驗教學(xué)與科學(xué)研究有機(jī)結(jié)合

在自然科學(xué)研究中有不少研究成果來自于實驗室,有些研究方法和手段均與實驗教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)。實驗教學(xué)與科學(xué)研究可以有機(jī)結(jié)合,一方面把科研成果及時轉(zhuǎn)化為實驗教學(xué)內(nèi)容,促進(jìn)實驗教學(xué)水平和專業(yè)水平的提高,另一方面實驗教學(xué)水平和專業(yè)水平的提高促進(jìn)了高素質(zhì)創(chuàng)新人才的培養(yǎng),又為科研創(chuàng)新輸入新的動力,這樣使得實驗教學(xué)與科學(xué)研究處于良性互動發(fā)展之中?？蒲惺歉哔|(zhì)量教學(xué)的保證,在研究型實驗教學(xué)中,應(yīng)當(dāng)堅持教學(xué)與研究相統(tǒng)一的教學(xué)理念[10]。通過“科研式”這種新型的實驗教學(xué)模式,將實驗教學(xué)與科學(xué)研究有機(jī)結(jié)合,能有效地豐富和優(yōu)化實驗內(nèi)容。從教師的角度而言,將科學(xué)研究的知識應(yīng)用于實驗教學(xué),這樣不僅豐富了教學(xué)的內(nèi)容,而且可以通過教學(xué)進(jìn)一步促進(jìn)專業(yè)水平的提高,使專業(yè)領(lǐng)域得以拓展以至有所創(chuàng)新。從學(xué)生的角度而言,不僅可以接觸到學(xué)科前沿,了解學(xué)科領(lǐng)域最新研究動態(tài),激發(fā)創(chuàng)新意識與學(xué)習(xí)熱情,而且能從中學(xué)到科學(xué)的思維方式和研究方法。

實驗教學(xué)與科學(xué)研究的結(jié)合也可采取模擬科研情景的方式[11],可將一個具體的科研問題作為實驗教學(xué)的目標(biāo),根據(jù)研究對象制定實驗方案,如在植物顯微技術(shù)實驗課程中,以水芹(水生植物)、馬齒莧(旱生植物)和薺菜(中生植物)為實驗材料,采用石蠟制片方法觀察其根、莖和葉的解剖,并分析生境與植物結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。為了更有效開展這個“科研式”實驗教學(xué),教師作為引導(dǎo)者,學(xué)生作為實驗的主體,教師引導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)文獻(xiàn),了解國內(nèi)外研究進(jìn)展與趨勢,根據(jù)實驗室現(xiàn)有的科研條件和實驗成本,結(jié)合學(xué)生的實際情況,教師與學(xué)生共同擬定最佳實驗方案,學(xué)生以研究小組的合作形式開展實驗,學(xué)生之間以及師生間相互配合與交流,分析實驗結(jié)果,并以論文形式撰寫實驗報告。

在這種“科研式”的實驗教學(xué)中,建立了教學(xué)與科研之間的聯(lián)系,為學(xué)生提供了一套較完整的知識體系,教師和學(xué)生共同參與知識發(fā)現(xiàn)的過程[12],有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,開拓他們的視野,培養(yǎng)他們的科學(xué)探索精神。

4 結(jié)束語

為了達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神與實踐能力的教學(xué)目標(biāo),“科研式”實驗教學(xué)需要根據(jù)不同實驗課程的特點(diǎn)采用不同的教學(xué)方式,正所謂 “授人以魚,不如授人以漁”。在實驗教學(xué)中,應(yīng)更注重培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、動手能力和創(chuàng)新能力。在植物顯微技術(shù)實驗課程的教學(xué)中,“科研式”實驗教學(xué)具有較好的可行性和有效性,有助于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度、扎實的實驗技能和創(chuàng)新能力,為他們今后的學(xué)習(xí)、工作和科研打下堅實的基礎(chǔ)。