以植物生理学课程为例谈设计性实验的开设

王晓玲，许凤英 (长江大学农学院，湖北 荆州 434025)

以植物生理学课程为例谈设计性实验的开设

王晓玲，许凤英
(长江大学农学院，湖北 荆州 434025)

在阐述高校开设设计性实验的必要性和可行性的基础上，以植物生理学课程为例，从实验内容选定、实验环节的把握、实验过程的控制和实验成绩评定等方面，探讨了如何成功开设本科生的设计性实验，为植物生理学实验改革，乃至其他课程的实验课程的开设提供参考与借鉴。

设计性实验；实验内容；实验过程；植物生理学

实验室和实验教学在培养创新型人才方面的重要作用已经被广泛认同[1～3]。不仅高等教育学校重视实验教学的改革，许多初级和中高级教育实践中也已经开始了学生自主探究式教学、综合性实验等尝试，并取得了较好的效果[4，5]。目前高校普遍在加强实验室建设的基础上，狠抓了实验教学改革和技能培训，这对于着力培养创新型人才、提高大学生科研动手能力和解决实际问题的能力极为有利。改革实验教学内容、开设创新型实验，是提高大学生的科学素质和科研能力的重要手段，是目前实践教学改革的趋势和关键所在。植物生理学作为生物类专业的重要专业基础课程，其实验的重要性不言而喻。笔者以植物生理学实验课程为例，结合开设植物生理学设计性实验的经验，从教学内容的选定、教学环节的设计、教学过程的控制和教学结果的评定等方面，探讨如何开设好设计性实验。

1 开设设计性实验的可行性和必要性

1.1 开设设计性实验的必要性

人们对于设计性实验过程和功能已经有比较一致的认识[6]。所谓设计性实验是相对验证性实验而言的，它的核心是实验前由实验者充分发挥主观能动性，在创新性思维的基础上，进行自主设计，设计的内容包括实验方法上的创新与改进、实验内容上的创新和延伸或者将所学的理论知识与实践进行合理对接，因而，它是不同于一般验证性实验的以促进积极思维、具有自主创新性和以实验者为主体的一种实验类型。

长期以来，实验课几乎都是千篇一律地开设验证性实验，主要是为了演示、验证某一知识点或者学会某种测定方法，虽然也要求学生提前预习实验内容，但一般都流于形式，学生仍然是被动地按设定好了的步骤完成操作或者集中观看教师进行演示，撰写好实验报告就算完成了实验任务。这样的实验方式下，教师必须始终居于主导地位，学生处于被动的位置，造成学生学习缺乏自主性，依赖心理严重，不习惯主动思考，在实验过程中常常显得缺乏分析能力或对实验原理的理解不透彻，因而实验过程中存在很大盲目性。开设设计性实验则要求学生发挥主观能动性，自主设计实验的各个环节和步骤，因而，可以达到以下几种目的：(1)促进学习，变被动为主动，避免实验时盲动性。要设计好一个实验，必须查找阅读大量资料，通过这种资料的查阅，大大拓展视野，加宽学生的知识面；(2)培养和锻炼设计思维，启发思考，提高综合运用知识的能力。要设计好一个实验，有时要综合运用多学科的知识，设定好实验目的后，要围绕它去设计各个实验环节，比如植物生理学实验，可能涉及物理、化学、植物学、栽培学、统计学和土壤学等多门课程的相关知识点，每一步要设计到位，必须主动思考；(3) 促进理论联系实际，具有消化功能，能促进学生将课堂上所学习的理论知识生动化，将实验方法灵活运用，并见到实际效果，加深学习印象，提高学习效率。因而，开设设计性实验是很有必要的。

1.2 开设设计性实验的可行性

就本科阶段而言，进行全面的创新性实验设计，对于大部分学生来说，难度太大，超出了他们的能力范围，是不太可能高质量完成的。但只要教师根据学生的实际，较好地把握设计性实验的难度，并进行合理的、恰到好处的引导，学生完全可以自主完成设计的任务。例如，教师可以结合学生实际情况，帮助选定实验目的和实验条件，提供部分文献资料或者指导学生查阅资料，在此基础上由学生自己完成设计实验方案和方法、选择实验器材、拟定实验操作程序，并最终加以实施。

2 开设好设计性实验要把握的几个关键问题

2.1 科学选定实验内容

(1)要充分考虑本科生的特点和学生生源的特点 一般植物生理学课程开设时，其他的专业课程尚未学习，因而，不宜给定太难的题目，要充分考虑学生的能力范围，才能成功完成设计任务，否则，学生容易失去兴趣，达不到预期效果。在生源方面，学生有来自普通高中的，也有来自职业高中和职业学校的，他们的基础不一，各有优势与特点，给定实验设计内容时应有所区别。来自普通高中的学生，化学和物理基础较好，但专业课程较弱，而职业中学的学生反之，化学物理基础较弱，专业基础较强。掌握了这些特点，给他们选题设计时应有针对性。

(2)要紧密结合植物生理学学科的知识点进行选题，切忌跑题 以逆境生理的内容为例，首先要统一确定实验测定的主要指标及测定的内容，便于实验前的准备，减小工作量，也增加实验的可行性。例如抗性酶的测定、渗透调节物质的含量测定、细胞水势的测定、细胞膜透性的测定、气孔开度的观察、叶片光合能力的测定、呼吸速率的测定等等，可以围绕水分逆境对植物的生理和形态的影响、不同的生育时期植物的反应差异，指导学生选择芝麻、棉花、玉米等为实验材料，分别设计不同的处理。处理可以是不同的品种或者不同的生育期，可以是不同的水分处理方法或者是不同水分逆境时间，学生自主设计时可以选择自己感兴趣的材料和处理，来进行资料的查阅和实验的设计。这样安排，既使实验的设计具有灵活性，增加学生的兴趣，吸引他们主动参与实验的设计过程，又有相对统一的方法，减小了实验室空间和条件的冲突，使实验能顺利完成。例如：给定“不同水分处理对不同芝麻苗的SOD 活性的影响”的设计性实验题目，芝麻为实验材料，提供给学生3个不同的品种，这些品种对水分的反应表现差异较大，提供学生培养芝麻幼苗的条件，学生以SOD酶活的测定为主要的目的，了解在逆境条件下，植物体内保护性酶系的变化。学生要完成自己的设计，包括设计出培养芝麻幼苗的方法，设计如何进行水分处理，测定时取材方法和测定的方法，还可以设计出观察芝麻水分逆境处理和正常苗的地上部形态变化，也可以测定根部生长的变化及酶活性，因而设计的空间较大，也在本科生的能力范围内。通过这个实验，学生除了掌握了SOD酶活的测定方法之外，还了解了水分逆境与酶活的关系，学会了芝麻苗的培养，掌握了芝麻形态测定的相关方法等等，大大拓展了所学的知识内容。通过对设计性实验开设的相关调查，学生普遍认为设计性实验收获较大，能提高动手能力和综合能力，学习积极性增强。此外，盐害对植物生长的影响有哪些？影响植物光合与呼吸的主要因子有哪些？它们的影响程度如何？这些内容既来源于植物生理学课程，又适合学生的能力范围，都是可以选择的设计性实验的内容。

(3)要密切联系实际，能得到比较明显的实验结果，从而激发学生的学习兴趣 有条件的教师可以结合自己的科研进行系统的设计。从第一个实验到最后的实验进行全程设计，将学生需要学习的生理学的测定内容和方法予以涵盖。这种全程设计性的连续实验类似于张婕等[7]提出的综合型实验。但要把握的是，这种全程设计性实验仅限于植物生理学的基本方法和内容，不主张牵涉太多的其他学科的内容。通过这种设计性实验能大大增加实验的连贯性，强化植物生理学知识的系统性和实验技能的协同性。当然，前提条件是要求教师投入足够的精力，做好学生设计实验的辅导工作，使学生尽快学会设计实验的方法，写出较好的设计报告。

2.2 合理设定实验环节

环节控制涉及到教师、学生和实验管理员三方的参与，学生是实验主体，教师是实验指导者，实验员老师则提供必要的条件保证。首先由教师根据具体情况，至少提前3周给定一个实验题目，并指导学生如何进行实验设计，讲解实验设计的方法和原理，通过开设讨论课进行互动，让学生充分理解设计实验的做法；学生利用课后时间，在查阅资料的基础上，独立地完成设计报告，至少提前1周上交教师评阅修改；修改后的设计报告，实验前几天反馈给学生进行必要的修订；以学生为主体实施完成设计实验，需要实验室工作人员的配合与参与，提供学生所需的一切条件，并能在实验时间上给予充分保证；教师全程进行必要的指导和监控。实验结束后学生按要求完成实验报告，上交教师评阅并给定成绩。

2.3 严格实验过程管理

(1)重视实验分组，合理组配学生 人员分配上因实验条件和内容的不同可以灵活采用2种方式。

一是单独完成。单独完成有利于培养学生的独立思考能力，作为设计性实验的一个环节，能充分发挥学生的想象，不会就想办法去查阅资料，或者请教同学和老师，自由度较大，锻炼的力度较大。但设计的内容会很宽泛，往往要经过反复修订后才能实施。

二是分组完成。分组可以帮助学生学会分工合作，培养团队意识，并且可以进行小组讨论，集思广益，容易成功。如果分组，人数以2～3人一组为宜，既有分工合作，又能保证人人都有动手操作的机会。为了保证每组都能较好完成实验任务，分组人员搭配要合理，动手能力强的同学和能力较弱的调剂搭配，可以提高学习效果。这就要求教师要充分了解学生的性格特点和能力特点，进行合理组配。

(2)加强实验过程的指导 实验前集中利用45 min采用讨论式教学方法，各组学生讲解自己的设计，进行交流。教师辅助补充回答问题。采用这种方式，既可以拓展学生的知识面，使学生对于所设计的实验有充分的正确理解和消化，同时又能锻炼学生的交流和沟通能力，促进相互间学习。

实验时间上可以灵活掌握，根据各组所设计的实验内容，灵活实验时间，不必强调集中完成。但实验过程中教师必须全程跟踪指导，实验员密切配合，给予实验条件、实验时间(尤其是夜晚、清晨、节假日等特殊时间)的充分保证。

为了达到设计性实验的目的，保证实验的成功完成，防止流于形式，走过场，实验完成后，要求学生将完整的原始数据上交教师审核认可。

2.4 客观评定实验结果

设计性实验较一般验证性实验占用的时间长，教师和学生两方面的精力投入较大，但这是提高学生综合能力的很好途径。因此，成绩的评定要科学客观，方能调动学生的积极性，更好地促进实验的完成。实验课成绩一般由3部分组成，设计报告的成绩、实验过程的成绩、实验报告的成绩，并按20%、30%、50%评定总分。在整个实验课成绩中，考虑适当提高设计性实验的比重。

[1]李莉娅，郭进武.加强高校实验工作改革努力提高实验教学质量[J].高教论坛，2007，(1)：58～60.

[2]倪哲明，王力耕.探索综合实验培养创新意识[J].实验研究与探索，2003，22(2)：28～30.

[3]杨继新.论高校实验教学改革与实践[J].湖州师范学院学报，2005，27(2)：135～137.

[4]张力军.“自主——探究式”实验教学尝试与体会[J].学科教育，2004，(5)：38～40.

[5]催 萍，彭 荣，赵燕萍.改革实验教学，突出学生的主体意识[J].广州化工，2006，34(4)：86～87.

[6]陈怀侠，张必武，蔡火操，等.实验教学内容改革的实践与思考[J].实验技术与管理，2001，18(5)：103～105.

[7]张 婕，牛 骁，张钟彦，等.综合型实验教学改革的实践与探讨[J].实验室研究与探索，2007，26(2)：103～105.

2010-00-00

长江大学教学研究项目(JY07033)

王晓玲(1967-)，女，湖北罗田人，农学硕士，教授，主要从事植物生理学教学和作物栽培生理研究.

10.3969/j.issn.1673-1409(S).2010.04.030

G642.423

A

1673-1409(2010)04-S102-03