发挥植物学课程优势，培养学生实验能力

发挥植物学课程优势，培养学生实验能力

李德荣　张志勇　王静　赖小荣　雷抒情　陈拥军

培养学生的实验能力，包括培养正确的实验操作与仪器使用能力、正确观察与排除干扰能力、发现新问题能力、逻辑思维与总结分析能力等；培养学生的实验能力是锻炼学生综合思维与全面素质提高的重要途径，也是学生开展创造性活动和培养学生创造性心理品质的重要方面［1～4］。

高校是培养学生实验能力重要的场所，学生通过有计划开设的系列课程进行实践性操作锻炼，实验能力都将得到不同程度的提高，但不同课程对学生实验能力的培养差异较大^［5］。

植物学是综合性大学生物科学、农林院校植物生产类等专业相关的专业基础课，它主要包括植物形态解剖与系统分类方面的内容^［6］。因为该课程本身来源于实验与观察，其本质属性决定了植物学是一门实验与观察性很强的学科，所以植物学具备培养学生实验能力的课程优势。只要学生通过本课程认真学习，在实验能力方面会有较大的提高^［7］。近几年我们课题组成员以本科生和硕士研究生为试验研究对象，不断发挥和挖掘植物学(硕士生为“植物解剖与显微技术”)学科课程优势，在培养学生实验能力上进行了大胆的尝试；经过不断努力，在提高学生实验能力方面取得了对一定成效。本文就发挥植物学课程优势与提高学生实验能力方面谈谈我们的一些探索和做法。

一、发挥植物学需要认真观察解剖图片与标本的优势，培养学生实验观察与发现问题的能力

在植物学教学内容中，从形态解剖到类群分类理论内容，几乎都是对植物微观与宏观结构的描述，出现的是大量的图片(或照片)信息；实验部分的内容提供给学生的信息更是大量需要观察记录的信息，有大量的信息是通过学生的观察所获得。教学中，我们首先提出观察的具体要求和所要求观察的主要内容，即观察的目的性和取向性；教给学生正确的观察方法，避免了学生无目漫不经心地观察，或只注意观察那些感觉新奇或有趣味的现象，这样做既有利于提高达到观察目的效果，还能启发学生积极思维，使学生学会观察方法，掌握一定的观察规律，养成科学的观察态度^［8］。如在以洋葱根尖为材料观察有丝分裂过程与特征时，我们就会指导学生先观察其根尖分区的构成与特点，分生区存在的具体部位，如何在低倍镜下先找到分生区，观察其大体结构，然后换高倍镜对其各部分进行详细的观察；找出有丝分裂前期、中期、后期与末期的典型细胞结构，具体观察染色体形态及排列、纺锤丝、纺锤体的特征等。指导学生准确从整体到局部有效地观察，在观察中要进行比较，抓住观察的重点，从细节中发现问题。

在培养学生实验观察能力时，我们注意激发观察的兴趣，提高学生在观察能力训练过程中的积极性；在培养学生观察能力和提高观察兴趣的过程中，要重视对学生的鼓励，对观察能力的提高要肯定；在观察不成功时，也要鼓励学生增强信心，进行引导，不可挫伤培养观察能力的信心和积极性、能动性和持久性，有计划地引导学生从教师指导下的观察转化为自我独立观察。

在进行实验观察中，除了目的性和取向性内容，我们还一定要养成学生注意全面观察，善于发现问题的能力；许多重大的科学发现来源于试验中异常结果，以及建立在对异常结果的重复试验与分析的基础之上。

基金项目：植物生产国家级实验教学示范中心建设项目(教高函〔2009〕5号)；国家第二批高等学校特色专业建设点项目(TS10337)；江西省学位与研究生教育教学改革研究项目(YJ11A029，2010年)。

二、发挥植物学开设多种类型实验的优势，培养学生实验操作能力

高校教学实验，大致可归为五个类型：即基础性实验、综合性实验、设计性实验、研究探索性实验和创新性实验。基础性实验是检验课程中某单一理论或者原理的实验，或基本实验方法、或基本技术操作的基础认知性的实验。综合性实验是由多项实验任务组成，经过系列的实施程序，最终得到某种结果的实验。设计性实验就是以培养学生“设计能力”为核心目的的教学实验。设计性实验的最大特点是以一个非常明晰的、需要解决的设计问题作为起点，在教师指导下或自主进行技术性、经济性、可行性设计，并进行制作、测试与验证等，以解决该问题，出品相应成果作为终点。研究探索性实验是实验室设置的、在教师的指导下学生可以自主完成的研究性教学实验项目，这类教学实验项目的内容包括新理论的研究、实验方法与技术的革新、仪器设备的改进、大型软件的开发或二次开发等，一般是教师的科研项目，或是从科研项目分离出来的子项目。创新性实验具有实验内容的自主性、实验结果的未知性、实验方法与手段的探索性^［9］。

不管植物学实验是五类型中的哪一类，在培养学生操作能力中的关键是培养学生独立操作能力。植物学实验操作中使用的常用仪器、工具不多，最主要的是显微镜、切片机的操作与使用，正确使用、爱护显微镜与切片机是一项最基本要求。此外学生在植物学学习中还应该学会临时装片制作，掌握徒手切片的方法，能简单解剖并观察器官的显微结构，掌握石蜡切片方法、压片法、整体制片法等一些植物制片常用方法，以及用绘图方式描述结构的方法等，还应具备野外采集和识别常见植物种类，制作植物蜡叶标本的技能。

1．熟练使用显微镜观察玻片标本

在植物形态解剖学学习期间，实验教学基本要用显微镜，而课堂理论中的结构大多也是显微镜下的结构。学生进入大学学习之前，由于受应试教育的影响，有的学生没学过显微镜，有的虽以前接触过显微镜，但没有严格按显微镜的操作规则进行操作观察，因此，实验中尤其在进行高倍镜的观察时常会出问题；如看不到材料、频频压坏玻片等。为此，我们制定了显微镜观察标本的操作规程，要求学生认真按规程进行操作，特别是初学的同学，我们在课堂上对学生进行耐心的指导，让学生自己反复的练习与摸索，掌握显微镜的操作要领，最后达熟练操作技能。

2．掌握切片机的基本使用与操作方法

植物形态解剖部分，对器官内部结构的观察大多来自于切片，切片的制作离不开切片机；切片机分两类：一类是旋转式切片机，一类是滑走式切片机，前者是制作最常用石蜡切片不可缺少的机器，而后一种是制片木材切片等要用到的机器，两者都是属于精密仪器。在植物学教学中，通过开设石蜡切片与木材切片等实验(有的学生可通过选修)，让学生对两种切片机进行反复操作，如自己进行调试刀片的角度，观察切出蜡带的特征，学会调整刀片的角度；如何防止裂片、如何防止皱片、如何防止往一侧走片、如何防止静电等等，达到掌握切片机使用技能。

3．掌握制作临时装片和徒手切片方法

植物学教学中学习制作临时装片、徒手切片是最常见、实用的实验技术，可用此方法简单观察植物表皮与内部结构。徒手切片的方法又可分为利用夹持物进行徒手切片与无夹持物进行徒手切片两种方法。该实验方法操作的方法并不难，关键是培养学生操作的规范性，熟练后应用的灵活性。如制作徒手切片过程，最好是按照操作的规范动作进行连续切片，这样才能选出薄而完整的切片；盖玻片、载玻片清洁也是需要学习的重要内容，不同干净程度的玻片要求用不同的清洁方法；还有如何除切片中的气泡?如何在盖玻片与载玻片之间进行简单的染色?如何处理可将临时装片保存期延长?如何将临时装片制成永久标本等。

4．掌握压片与涂片制作玻片标本方法

压片法与涂片法是植物学观察细胞内染色体数目与结构的最常用、实用的方法，学生通过对不同物种、具旺盛分生能力不同部位材料取材，对水解温度、水解的时间、材料的不同部位、压片的技术或水解涂片技术等因素在制片中造成的影响会有一定的认识；对实验中影响成败的重要步骤，对影响染色效果因素、染料选择与配制同样也会有体会。

5．掌握压制植物腊叶标本与浸制标本制作技术

植物标本包含着一个物种的大量信息，是植物分类和植物区系研究必不可少的科学依据，也是植物资源调查、开发利用和保护的重要资料。植物腊叶标本与浸制标本的制作，也是学习植物学一项重要的基本功。若要使腊叶标本与浸制标本合格和美观，必须要求学生在制作时严格按规程操作。同时又应因材料的不同而调整操作的一些方法；尤其是浸制标本，要因标本的色、形、质地等而采用不同的浸制液与浸制程序。

以上列出的几个技术与方法是植物学几类实验中最为常用和实用的，是提高实验操作能力中的基础，学生在独立、扎实巩固这些最基础的实验操作技能后，才能进一步掌握更多、难度更大的一些实验操作技能。但不管怎样，还要求学生要多多独立实践，不同的材料会有不同的要求，灵活运用与不出现差错是建立于多多实践和较丰富经验的基础上。

三、发挥植物学系统性强的优势，培养学生的思维能力

思维发生和发展中所表现出来的个性差异就是思维品质(思维的深刻性、广阔性、敏捷性、灵活性和创造性等)，发展和培养学生的思维品质是发展思维能力的关键^［10］。植物学是一门以实验为基础的学科，教师引导学生对植物学实验观察结果进行分析、综合、抽象、概括，逐步发展学生的思维能力和创新意识，提高他们的思维品质，从而开拓学生的思路。在植物学教学中，如何利用实验激发学生强烈的求知欲望，培养学生的思维品质，首要任务是如何根据相关的实验提出高质量的问题，创设解决问题的情境。

1．由实验观察结构而推论作用、类群归属等，培养思维的敏捷性

实验心理学家赤瑞特拉(Treicher)通过实验证明人类获取的信息83％来自视觉，l1％来自听觉，这两项加起来有94％^［11］。在植物学实验教学中，通过观察结构推论其功能，或标本的类群归属问题，可引起学生的兴趣；启发学生积极地思维；教学中以问题为主线，以实验来组织调控教学，可充分调动学生学习主动性，促进学生学习能力的形成和发展。

2．由实验发现问题，培养思维的深刻性

在植物学实验教学过程中，学生常遇到不少问题，教师在学生发现问题时，有的时候不要急于给学生分析解决问题，而应保留一种状态，让学生经受几次挫折，而后才引导他们运用已有知识，在不懈的努力中探索问题的真谛。这样不仅能激发学生思维，而且有助于调动学生强烈的发现欲望和自信成功的认知内驱力，为困难情境中学习的迁移做好积极的心理准备，从而把握迁移的方向。

3．完成综合设计性实验，培养思维的全面性和整体性(www.xing528.com)

一个完整的植物学实验，包含的成分和技能要素复杂。在实验操作之前，为使实验能够达到预期的目标，至少应该先做三件事：一是理解实验原理，二是实验方案设计，三是准确规范的操作；这些活动并非是简单的操作技能所能包含。可见，植物学知识、操作技能和思维发展在实验过程中是密切联系在一起的。在特定的实验场合，只是表现的形式和内容不同而已。

植物学实验必须以理解有关的知识、掌握实验的操作要领为前提，理解越深刻，掌握越熟练，实验的结果就越好。在实验情境中，有的知识得到了深化或扩展，有的知识成为实验设计的一种程序，即智力技能，有的知识转化为某种操作技能，而思维能力与基本操作技能的“加合”往往形成更复杂、更专门化的操作技能。

4．精心设计实验是培养学生思维能力的关键

精心设计植物学实验对培养学生思维能力是关键^［12］，我们认为要从以下几个方面入手：

(1)实验设疑，引导思维。“思源于疑”，因对实验现象或结果有了疑问，出于好奇心与进取心，就要寻找疑问的答案，这就有了对疑问的思考。在实验教学中有意识地创设疑问情境，更容易激发学生的好奇心与求知欲，引导思维的发展，激发了强烈的学习动机。

(2)实验激趣，激发思维。实验设疑需要造成一种“悬念”，在“悬念”之间搭“小桥”引导思维。而实验激趣则是直接激发思维的积极性和强烈兴趣。常用的激趣方式有：演示实验、直观教具、趣味科学故事等。

(3)留足时间，形成思维。实验设疑后需要给学生创设思维的情境，保留思考的时间，在这段时间内，学生可以积极地探索思考，这样才能发展学生的思维^［13］。

四、发挥植物学涉及概念广，学生未知多的优势，培养学生的探究能力

植物学教学内容和实验内容涉及概念广，有细胞、组织、器官；有个体构造与发育，也有类群与系统发育，还有众多的名词术语。学生对植物学中众多的概念与结构、发育等，未知的东西较多，自然在教学中给学生提出了很多问题；教学中我们鼓励学生多提问题，不盲从于教师，不盲从于书本，长此坚持，学生的探究性思维在潜移默化中得到了提高。与此同时我们实验设计多样化，以培养学生的科学探究能力为主线，在实验教学中让学生对一些问题进行猜想，大胆质疑，自行设计探究方案，进行探究；经过这样一番设计，大大提高了学生的探究兴趣。

对学生科学探究能力的培养还要按“循序渐进，逐渐培养”的原则^［14］。在教学的初期，教师给出实验目的、实验材料、药品，推荐实验用具，与学生一起设计实验方案，并指导学生进行实验观察、收集数据与分析结果；随着教学的逐步深入，学生对实验探究程序的逐渐掌握，教师开始实行只给出实验目的，实验器材自选实验方案自己设计，教师帮助分析实验方案中的科学性与严谨性，由此对学生的实验方案做出评价，同时尽量提供让学生表达交流的机会，直至学生能够自行提出问题，做出假设，并能自行设计探究方案，进行结果分析，并最终得出结论，进行流畅的表达与交流。我们将学生前后的探究能力做比较，后者有了质的飞跃^［15］。

利用试验探究中的非预期结果进一步培养学生深入探究的能力^［16］。试验探究结果分为与假设相符或不相符两种情况；无论出现何种情况，都必须以实验的客观结果为准，绝不能人为的改变实验的客观事实，按预定的主观愿望弄虚作假或伪造结论。实验结果若符合假设推测，则说明预期的结论是正确的；若实验结果不符合预期推测，则应进一步引导学生认真分析、查找资料，重新实验等，找出原因，不轻信已有的结论；引导学生进一步实事求是，大胆探索，尊重实验结果，以此培养学生诚信的科学精神、创新精神，激发学生学科学、用科学及进行科学探究的求知欲望。

以上是近几年我们课题组成员利用与挖掘植物学课程教学优势，并借鉴前人的一些好做法与好经验，在培养学生实验能力上所进行的一些探索。在教学的实施过程中，也存在一些现实问题。第一，学生的能力和兴趣参差不齐，导致在效果上的两极分化。第二，对教师的业务素质和思想素质提出了更高的要求。要求教师既要有扎实的基础理论知识，熟练的操作技能，又要积极跟踪学科发展趋势，不断充实自己，更新自己的知识。第三，新的教学方式教学工作量比传统的教学要大许多，工作内容也更加繁杂，这就要求指导老师具有奉献精神。

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