探讨植物发育生物学实验教学改革

曲晨宁，李小燕，赵　洁，张　蕾

(武汉大学　a.杂交水稻国家重点实验室;b.生命科学学院，武汉 430072)



·实 验 教 学·

探讨植物发育生物学实验教学改革

曲晨宁a，李小燕b，赵洁a，张蕾a

(武汉大学a.杂交水稻国家重点实验室;b.生命科学学院，武汉 430072)

从培养学生科学的思维方式以及独立的科研能力入手，采取教学与科研结合的方式，结合国内外的研究进展，使得学生对于植物发育生物学的研究有系统的认识。同时，综合实验报告的撰写锻炼和培养了学生系统整理实验结果并进行客观讨论分析的能力。

植物发育生物学；实验课；改革；教研结合

近年来，植物发育生物学研究领域取得了举世瞩目的进展。为满足国内外人才培养的需要，各高校生物学专业纷纷开设了植物发育生物学等相关理论课程。在理论课教学过程中，教师普遍发现学生对植物发育生物学理论知识的掌握大多建立在死记硬背上，不能融会贯通。通过与学生的交流发现，出现上述现象的原因在于该门课程的理论知识是建立在植物分子生物学、植物遗传学、植物基因工程、植物细胞生物学和细胞工程基础上，是一门综合性很强的课程。由于学生对理论课中的知识是如何通过科学实验获得的并不了解，进而造成对理论知识不能真正了解和掌握，更谈不上将理论知识应用于实践。鉴于此，武汉大学在全国高校中率先开设植物发育生物学实验课，以加强和巩固学生对植物发育生物学理论知识、提高实验技能，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，以启发创新性思维为目标，最终达到学以致用，为培养创新型、科研型人才奠定坚实基础。经过8年的教学实践，植物发育生物学实验课从最初的简单的、独立的若干个实验发展到今天以研究植物基因功能为主线的系统的、综合性的实验课，取得了良好的教学效果。在多年教学的基础上，我们出版了国内第一本植物发育生物学实验教学指南[1]。

1　明确综合性实验课的性质和教学任务

综合性实验课是本科生实验教学体系中的重要组成，其最大的特点是有机结合多种基础知识和基本实验技能，用于培养学生综合实验能力[2]。植物发育生物学实验课程是以模式植物为对象；以植物细胞生物学、植物显微技术、植物离体操作、植物细胞工程、植物分子生物学、植物基因工程等一系列实验技术为支撑；以拓展学生的植物发育生物学基础理论知识、加强学生相关基本技能的训练、培养学生综合科研的素质、提高学生独立自主的科研能力等目的为主线；从细胞、组织、器官到个体水平不同层次，从开花、传粉、受精、胚胎发育、形态建成到植株形成等不同发育时段，循序渐进地开展一系列的植物发育生物学实验，使学生受到良好的实验技能的训练和知识水平的提高。

2　不断革新实验课教学内容

综合性实验课的教学内容需要进行精心设计，才能最大限度地培养学生的创新能力[3-4]。植物发育生物学实验课开始授课于2006年，在全国范围内尚属首例。由于缺少成功的实验教学模式可以参考，同时没有合适的实验教材，因此在实验内容的设置上最初采用以植物组织培养技术、植物转基因技术和植物细胞生物学技术为主线的若干个相互独立的小实验组成的教学方式。在该年度的实验教学过程中，学生基本掌握了植物组织培养技术、植物转基因技术和植物细胞生物学技术，但同时也暴露出如下问题，即学生对实验前期的准备工作不清楚，不能独立完成从实验准备到完成实验的全过程。针对上述问题，在2007年实验课的内容上增加了培养基配制、实验试剂配制、农杆菌培养、感受态制备和质粒转化等小实验，进一步完善了实验教学体系。在随后几年的实验课教学中，我们增加了转基因植物植株鉴定和突变体筛选、突变体表型分析，RT-PCR和RNA原位杂交等实验，建成了以研究植物中某一基因功能为主线的综合性实验模块，如图1所示。

在实验课中主要以拟南芥为实验材料，让学生了解从基因克隆、构建转基因载体、农杆菌转化和转化拟南芥、转基因植株鉴定，到表型分析研究某一基因的功能。购买相关基因的突变体种子，通过分析这些突变体的表现型，探讨该基因可能的生物学功能。相关的实验内容包括，如突变体基因组水平的鉴定、突变体RNA的提取和基因表达量的分析(RT-PCR)、突变体表型的筛选等。同时利用基因启动子和GUS构建的载体转入拟南芥中分析基因在植物中的表达模式。还安排学生学习和掌握了植物mRNA原位杂交技术，在细胞水平分析目的基因在植物中的表达模式。

图1　植物发育生物学实验教学内容

3　实验课教学方法的深入改革

鉴于植物发育生物学实验课是一门综合性的、培养学生独立科研能力的实验课，该课的宗旨就是要锻炼学生独立思考问题和解决问题的能力。在实验过程中，教师注重亲临指导，学生注重实际操作；教师注重分析与解答疑难问题，学生注重实时记录实验结果、撰写实验报告、分析实验中出现的问题；教师注重随堂考核与讲评，学生注重综合实践能力的提高。因此在教学方式上与本科生教学中的基础实验课有所不同，归纳后有下面5点。

3.1科学思维方式的培养

在实验教师的指导下，由学生课前自行设计实验方案并提交给实验教师，上课时实验教师评价学生的设计方案并提出最合理的方案，带领学生逐步掌握科学的思维方式，然后由学生独立操作并完成实验的全过程。这种教学方式以激发学生的学习兴趣，调动学生的学习主动性为目的，可以更好地锻炼学生独立的科学思维能力和动手能力。

3.2独立科研能力的培养

植物发育生物学实验是一门综合性的实验课，相对于基础性实验课，实验中需要配置的试剂以及需要准备的材料更为复杂。试剂配制是生物学实验中最基本的实验技能，由于在本科基础生物学实验教学中过多强调的是各种实验方法的掌握，反倒忽略了诸如培养基配制等基本能力的培养。综合性实验课开设的目的就是要学生将基础性实验课所学的技能综合应用起来，学会用所学知识解决实际问题，为独立开展科学研究做好准备工作[5]。因此，在最近几年的教学实验中，实验中需要的试剂包括培养基、染色液等均由学生自己配置完成，使学生能真正掌握一些基础的实验技能。

3.3教学科研相结合

高校教学中的教学和科研一直是相辅相成、共同促进的。将科学研究中的新进展、新发现应用于本科教学中，更能激发学生掌握实验技能的热情。许多高校在本科教学中也紧紧依靠科研力量在几年来取得了很好的成绩[6-7]。植物发育生物学实验课是武汉大学生命科学学院在全国范围内首次开设的综合性实验课，实验课开设至今一直依赖于武汉大学杂交水稻国家重点实验室的支持。实验课所需的植物材料、特殊试剂、实验方法以及配备的助理教学人员都来自于重点实验室。同时，实验课是以研究植物发育过程中某一基因的功能为主线，这一特殊基因的选择也是依赖于杂交水稻国家重点实验室的科研成果，真正体现了教学和科研的相互结合。选修该实验课的本科生大多在重点实验室进行业余科研，学生真正将课堂上所学的实验技能应用于科学研究中，真正达到了学以致用！

3.4国内外研究进展报告

在植物发育生物学实验课教学过程中注重借助现代化教学设备和手段，除了全过程展示实验方案、实验内容、实验步骤、实验要求和注意事项等方面外，同时展示国内外相关研究结果和精美图片，以提高教学质量和教学水平，高效率的完成实验的全过程[8]。此外，在学期中间安排学生广泛阅读植物发育相关文献，提高学生阅读文献的能力，并要求每位学生根据自己阅读的文献制作PPT，在课堂间隙时间介绍自己阅读文献的研究内容。通过这样的培训，学生可以掌握阅读专业文献的方法，并能够根据文献报道的内容整理出作者的实验思路，为独立科研打下很好的基础。

3.5实验记录和实验报告的撰写

植物发育生物学实验课要求学生撰写实验报告时以研究论文的形式撰写，即按照摘要、前言(国内外相关研究进展)、实验方法和步骤、实验结果和讨论、参考文献架构完成。唯一不同的是在实验报告的后面要附注每个实验的原理和注意事项。其中“摘要”是将一学期的课程用简练的几句话概括出来，目的在于锻炼学生总结概括能力；“前言”是要求学生在课余时间查找相关文献，锻炼文献阅读能力以及综合概述的能力；“实验方法和步骤”部分要求学生将实验课中涉及的实验详细列出，在学期末的时候再次温习所学实验方法，起到增强记忆的作用；“实验结果”部分要求学生列出每次实验的实验结果，并能够用语言进行恰当的描述，如果有图片要求提供照片。

为完成这样一份综合性的实验报告，需要学生上课时做好实验记录。实验记录包括详细的实验步骤、注意事项和实验结果。通过平时的实验记录和学期末实验报告的撰写，较为系统地培养学生发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的能力。这种提交实验报告的方式与科研工作中总结实验结果并撰写研究论文的思维方式是一样的，学生及早接受这种思维方式的训练，有助于学生在今后的科研工作中及时总结实验结果以及撰写研究论文[9]。

4　结束语

通过对植物发育生物学实验课的教学改革，实验课在各个方面都得到了较大的提高，主要表现在以下几个方面:一是学生系统思维方式不断增强。由原来的一个个独立的实验逐渐发展为系统的、相互关联的、承上启下式的综合性实验，学生逐渐养成了系统的思维方式；二是学生发现问题、记录实验和解决问题的能力得到了进一步的加强，三是学生科学创新能力得到了一定的培养。在植物发育生物学实验课教学中，按照科学研究的思路设计实验，并在其中穿插学生自主设计的实验，使得学生真正得到了创新性能力的培养。总之，植物发育生物学实验的系统性学习为学生接下来的毕业论文设计以及继续从事科研工作打下很好的理论和实践基础。

[1]张蕾，赵洁.植物发育生物学实验指导[M].武汉:武汉大学出版社，2010.

[2]钱洁，房健民，陈志宏.生物技术专业综合性和设计性实验教学改革与实践[J].实验室研究与探索，2014，33(1):207-210.

[3]沈忠悦，商亮节，潘小青，等.精心设计综合性实验 培养学生的创新能力[J].实验室研究与探索，2012，31(5):92-94.

[4]邢红宏，梁承红，张纪磊.充分利用综合性实验培养学生的综合素质[J].实验室研究与探索，2013，32(2):165-167.

[5]宋崴，贾潇凌，李舟.在遗传学教学中加强学生科研素质培养[J].教育教学论坛，2014，12(9):45-46.

[6]徐吉臣.科研案例在遗传学教学中的应用[C]//高等院校遗传学教学改革探索.北京：中国遗传学会、首都师范大学、安徽师范大学，2010:6.

[7]谭羽非，姜宝成，赵金辉.科研与教学结合构建“菜单式”实践教学立体训练体系[J].继续教育研究，2010(9):162-163.

[8]周宜君，高飞，李崴，等.浅议案例教学在高校生物学教学中的应用[J].高校生物学教学研究(电子版)，2014，4(2):32-36.

[9]李江滨，何月玲，王欣.四种实验报告在实验教学中的应用及比较分析[J].科技视界，2013(3):18-19.

Exploration and Reforming in Experiment of Plant Development

QU Chenninga，LI Xiaoyanb，ZHAO Jiea，ZHANG Leia

(a.State Key Laboratory of Hybrid Rice；b.College of Life Science，Wuhan University，Wuhan 430072，China)

This paper mainly expounds the teaching content of plant developmental biology experiment and the reforms on teaching methods.During the teaching，we started mainly from the training students' scientific way of thinking，and put emphasis on exercising an independent scientific research ability，and used the method of combining teaching with scientific research，meanwhile combined with the research progress both at home and abroad，in order to made students have a systemic understanding on the plant developmental biology.At the same time，the comprehensive experiment report writing exercise also developed the student’s ability in sorting out experimental data and objective discussion.Here，we will summarize the experience and lesson for the other teachers in this field.

experiment of plant development; experiment; reform; the combination of teaching and research

2014-07-16；修改日期: 2015-04-23

国家自然科学基金(31271512)。

曲晨宁(1988-)，女，硕士生，主要从事植物发育的分子机制方面的研究。

S184；G642.423

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2016.01.036