【理学论文】植物学综合性实验项目的设计与实践

   摘　要:培养学生的综合素质和创新意识,是实验教学的一个重要目标。综合性实验项目的开设对弥补传统的验证性实验项目的不足和提高学生分析与解决问题的能力方面具有非常重要意义。文章在实践的基础上,对有关植物学(形态解剖学部分)综合性实验项目的设计、实施等进行了探讨,以期为植物学实验教学改革提供借鉴。
　　关键词:植物学;综合性实验项目;实践
    1　综合性实验的概念、特点及意义综合性实验是在基础实验和验证性实验的基础是上增加综合性内容,实验内容既要综合运用所学理论知识和实验知识,又增加一定难度,并在整个实验过程中教师不再详细讲解每一个实验环节,教师的职责更多的是指出实验的思想和解决问题的方法,给学生更多的自主性,增强学生实验动手能力和接受新技术的科学素养。与单一的验证性实验相比,综合性实验具有内容多、运用的知识面广(可能会涉及到好几个相关章节的内容甚至更多)、实验过程长(传统的实验教学中,每一个实验项目大多数为3学时,而每个综合性实验项目所需要的学时数远远超过这一学时数)、所涉及的实验仪器较多等特点,而且给学生留有充分的发挥余地,有利于培养学生的实践动手能力、综合素质和创新意识。据调查,68.3%的被调查者认为,综合性实验和设计性实验对提高自己的思维能力有重要意义,59.8%的被调查者认为综合性、设计性实验对自己的要求更高,收获也更大。由此可见,适宜的综合性实验不仅不会削弱传统的验证性实验的教学效果,而且是对验证性实验的进一步提升(包括实验内容和教学方式);学生在实验过程中不必禁锢和局限自己的思维,也不必按照固定的模式和实验步骤按部就班地进行实验操作,学生可以充分发挥自己在实验过程中的主动性,也可以在实验过程中通过积极思维和查阅相关文献资料等方法获取有关资料,从而对实验过程进行必要的调整。因此,综合性实验项目在挖掘学生的潜能、培养学生的动手能力、激发学生思维能力等方面都具有传统的单一验证性实验所不能比拟的优点。越来越多的实践证明,综合性、设计性实验对提高学生的综合素质和创新意识具有非常重要的意义。
　　2　综合性实验项目的设计和实践植物学(形态解剖学部分)理论课一般是按照种子幼苗、细胞、组织和器官(营养器官根、茎、叶以及繁殖器官花、果实和种子)的顺序进行讲授的,传统的植物学实验也是与此顺序完全相对应的,但均为验证性实验。如"根"一章中,实验内容主要为根系类型观察,以及根尖的分区、双子叶植物根的初生结构、次生结构、单子叶植物根的初生结构、根瘤、菌根等切片的显微观察。这些内容几乎都是理论课内容的重复,实验的目的也是为了巩固学生对理论课知识的理解和掌握。这些实验项目在实验过程中,学生完全可以参考实验指导按部就班、轻而易举地完成。因为实验内容单一,实验目的也仅仅是对理论课有关知识的"验证",因此实验结果一般都是已知的,学生的实验报告也就会不加思索地从书本上照抄照搬。在这样一个过程中,学生对实验的兴趣也会逐渐减退,甚至有些同学不进行实验操作就已经完成实验报告。因此,对传统的植物学实验项目和实验内容进行改革是非常必要的。近年来,为了配合实验教学改革,在实验教学过程中,针对综合实验的基本特点,设计了一些综合性实验项目,同时对传统的验证性实验项目也进行了精简。
　　2.1　实验项目的设计综合性实验项目的设计首先要考虑实验项目的基本特点(即内容多、运用的知识面广、实验过程长、所涉及的实验仪器较多和学生发挥的余地大等),同时也要考虑到整个课程实验教学的内容和学时数。因为综合性实验项目内容多,所以每个实验项目所需要的实验时间比较长,而整个实验教学学时数不变,因此对验证性实验项目必须进行精简。有鉴于此,在植物学实验改革过程中,设计了以下几个综合性实验项目。
　　(1)双子叶植物根、茎、叶的解剖结构的比较。植物的营养器官在植物体中执行不同的生理功能,在形态结构上也表现出较大的差异。为了加深学生对结构-功能之间的协调统一性的认识,设计了对不同营养器官的解剖结构进行比较的综合性实验项目。该实验项目不仅考虑到双子叶植物各营养器官的结构,同时也增加了不同营养器官之间结构特征的比较。在实验操作过程中,学生自己选择供试材料,自己设计实验步骤,自己选择徒手切片、石蜡切片或冷冻切片等手段进行制片,然后进行显微观察。在观察过程中,学生遇到在课堂甚至教材中都未涉及到的问题的可能性非常大,而这些问题首先要依靠学生自己通过查阅文献资料,再结合自己所学的有关知识进行解决。整个实验过程主要包括资料查阅、实验步骤和方法的选择与设计、实验报告的完成等阶段,整个实验过程所需课时数在9学时以上。通过这样的实验过程,一方面学生必须查阅相关文献资料,设计实验步骤和实验方法,培养学生动手能力和激发学生在实验过程中的主动性;另一方面,学生遇到问题后需要通过查阅相关资料和结合自己所学知识进行解决,这样可以提高学生解决实际问题的能力;由于实验内容涉及到3个不同章节的淮虎银,等:植物学综合性实验项目的设计与实践内容,而且要求学生不仅要对不同营养器官和解剖结构特征掌握的同时,也要对不同器官间的异同进行分析比较,这些结果必须依靠学生自己分析才能得出,另外由于实验要求将植物的营养器官的结构特征进行比较,增强学生综合分析问题的能力,从而加深对理论课知识的理解和掌握。
　　(2)不同生境中植物根茎、叶的解剖结构的比较。植物营养器官的形态结构除了与本身的遗传特征有关外,受环境因素的影响也是非常大的。如果离开环境条件探讨植物营养器官的结构,在有些情况下没有任何意义。为了加强学生对植物营养器官常常会因处于不同的生境条件下而发生一些结构上的适应性变化(如叶的复表皮是植物适应干旱环境的一种结构特征,发达的通气组织是植物某些器官对水生环境的适应性特征等)的掌握和理解,设计了"不同生境中植物根茎、叶的解剖结构的比较"综合性实验项目。实验要求学生选择水分梯度上不同生境中植物营养器官解剖结构特点的异同,并分析结构-环境之间的统一性。要完成这一实验项目,学生必须掌握有关植物营养器官解剖结构的一般特征方面的知识。学生同样可以自由选择供试材料,在实验过程中尽可能发挥自己的思维和动手能力,实验报告中要体现不同生境条件下供试材料各营养器官间的异同,并由此分析不同生境条件下植物营养器官是通过什么样的结构特点来适应环境的。学生在实验过程中仅仅观察特定生境条件下供试材料某一器官的解剖结构特点远远不能达到实验预期的目的,更重要的是通过比较来分析结构-环境之间的关系。通过本实验,不仅巩固了理论课上所学的基础知识,而且也培养了学生科学思维能力和综合分析能力。
　　(3)常见被子植物花的形态、结构与传粉方式的比较。被子植物花的形态、结构与其传粉方式关系非常密切。在理论课教学中,被子植物花的一般结构作为重点进行了介绍,虽然传粉方式在被子植物的整个生活史当中非常关键,但一般不作为重点在课堂上进行讲授。为了让学生对被子植物繁殖器官和其功能之间的关系有比较直观的了解和掌握,设计了被子植物花的形态、结构与其传粉方式等内容进行比较的综合性实验项目。由于本实验项目涉及到不同形态和类型的花,而且不同植物的花期差异很大,因此该实验项目所需实验时间相对较长。该实验要求学生对主要传粉方式(如风媒花、虫媒花、同花传粉、异花传粉等)与相对应花的形态、结构之间的相关性进行分析比较,从而得出规律性的结论。
　　2.2　实验项目的开设综合性实验项目因为实验内容涉及范围广,所以实验过程需要比较长的时间。因此,综合性实验往往不能按照验证性实验的开设方式来进行实验。在开设综合性实验项目的过程中,针对实验项目所需要的课时数,将综合性实验集中在周末进行,这样可以保证实验在时间上的连续性。但这种操作方法也存在一定的问题,如在同一学期开设植物学课程的专业和班级较多情况下,不同班级植物学实验进度就会无法避免地出现差别。针对这一问题,可以将综合性实验的整个过程划分为3个阶段,而这3个阶段完全可以在不同时间内进行。这3个阶段,即资料查阅、实验方法和实验步骤的安排计划阶段(第1阶段),实验室操作阶段(第2阶段),以及实验报告的写作阶段(第3阶段)。
　　第1阶段学生可以根据自己的具体情况安排内容,但必须在第2阶段实施前完成所有工作;第2阶段由实验任课教师统一安排实验时间和实验地点,学生在这一阶段获得实验的有关数据和资料;第3阶段,学生在任课教师规定的时间范围内,通过分析第2阶段的数据和资料,并结合有关文献资料,撰写实验报告。
　　2.3　实验项目的考核传统的验证性实验的考核主要以实验报告的完成情况为考核依据,然后按一定比例将该成绩加入到本课程的总成绩中。目前采用两种方式来进行综合性实验项目的考核:①第2阶段完成后,每一实验小组以课堂报告的形式给全班同学和任课教师汇报实验结果,教师根据汇报情况给每实验小组打分;②实验报告的完成情况。实践表明,两种考核方式结合使用可能会更客观地反映学生在整个实验过程中的表现和对本实验内容和实验步骤的掌握程度。另外,在期末考试中,也可以对部分实验内容进行笔试,以此来进一步检验学生对已经操作过的实验内容的掌握程度。
　　综合性实验项目主要目的是培养学生的综合素质,因此综合性实验项目的开设效果在学生平时的学习过程中也能反映出来,如学生对一些问题综合分析和解决能力是否得到提高、学生在解决有些问题时能否将所学知识系统地整合起来,等等。
　　3　结　语虽然目前植物学综合性实验项目比较少,但从目前开设情况和学生实验报告的结果来看,综合性实验报告在激发学生学习的积极性和主动性等发挥着不可忽视的作用。同时由于综合性实验项目要求学生必须掌握一定的基础知识,同时在进入实验室之前必须对实验的整个步骤有很好地掌握,这就促使学生在综合性实验开设过程中必须对实验进行预习和准备。综合性实验项目不仅没有将传统的验证性实验的作用减弱,相反是对验证性实验的进一步提升。在每一个综合性实验项目中,都涉及到相关的基础知识和实验技能。另外,学生的实验报告必须依靠学生自己分析,并设计性实验不能急于求成,根据"因材施教"的原则,将教师在科研中有利于培养学生创新能力和创新思维的部分转化为设计性、探索性实验;根据学生的知识结构开发一批设计性、探索性实验,学生开展这类实验的具体方法是:在实验前发给可供学生选择的设计性、探索性实验大纲,根据自己的知识结构选择实验。具体实施步骤为:学生根据大纲查阅资料→设计实验→教师论证→开展实验→完成论文→教师批阅。通过这类实验使学生对资料查阅及科研选题、实验设计和论证、实验的实施和探索、结果分析和讨论及科研论文撰写有了一定程度的了解;经两年来的实践,学生对实验效果、科研思维和综合能力的培养给予了高度评价。
　　4　建立开放研究室培养学生的科研能力纵观世界科技发展,许多卓有成效的科技成果都是青年科学家发现的,如Hans Krebs在1932~1937年就发现了鸟氨酸循环和三羧酸循环。高校经过几年的扩招,学生个体之间的差异有所拉大,对学有余力的学生要责无旁贷地指导学生开展科研工作,对学生实施个性化教育。低年级学生,尚不具备独立选题的能力,可吸收他们参与教师的科研项目,培养学生的初步科研能力,青年人思维活跃,通过启发或"顿悟"可激发学生新的创造性思维;高年级的学生学完了医学基础课,可以自己选择研究课题,教师主要帮助分析、论证,起"导"的作用[9]。放手让学生大胆实验,以培养学生的科研能力和自主创新能力,保证优秀人才脱颖而出。
　　5　结　语深化实验教学改革,需要从事基础教育的教师和实验技术人员不断的研究、探索和思考,转变教学理念,实施创新教育,注重培养学生的创新思维和创新能力,特别是培养学生的"自主创新能力"的教学方法,为当代的医学教育拓展新的实验教学模式。有利于培养学生的科研思维和创新能力;有利于优秀人才的脱颖而出;有利于启发学生的发散思维,培养适应社会发展的创造性人才。
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