海洋特色的植物生理学研究性实验设置

刘 阳，董树刚

(中国海洋大学 海洋生命科学国家级实验教学示范中心，山东 青岛 266003)

植物生理学实验是各高校特别是生物学专业学生的主干课程，同时又是一门实践性、应用性很强的学科[1-3]，在引导学生认知植物的水分生理、矿质营养、光合作用、呼吸作用、生长发育及抗逆生理等内容具有重要的作用。随着生命科学的飞速发展，植物生理学的理论知识、研究方法、技术手段不断推陈出新，日益呈现出高度综合化的发展趋势，植物生理学实验技术已成为生命科学的核心技术之一，在培养生物学专业综合创新型人才中占有越来越重要的地位[4-5]。近年来，随着国家海洋强国战略的实施，培养海洋专业创新人才是各高校特别是涉海高校面临的艰巨任务，因此各涉海院校在课程设置上应该具有鲜明的海洋特色，并在专业教育中融入海洋教育[6]。

基于对学生综合实验技能及创新能力的培养，中国海洋大学植物生理学实验教学中开设了植物生理学研究性实验，该研究性实验开设初期尚具有新颖性，然而随着开设次数的增多，存在内容老套、方法固化及创新能力不够等问题，不利于学生综合实验技能及创新能力的培养，不能起到研究性实验的真正作用，因此对该部分实验教学内容进行革新，引入海洋特色，在实验教学中培养学生的综合实验技能及海洋创新能力，凸显中国海洋大学的海洋特色是该课程改革急需解决的问题。

1 研究性实验教学存在的问题

近几年的研究性实验主要围绕植物溶液培养实验进行开设，学生主要进行的是富硒植物材料培育方面的研究。该研究性实验内容刚开设时尚具有一定的新颖性，然而随着开设次数的增多，出现实验材料单一、思路狭窄及方法固化等问题，学生选题差异性小，研究性实验内容大同小异，限制了学生创新性思维的充分发挥；且该部分实验内容以陆生植物的培养为主，不具备海洋特色，如表1所示。同时在旧的植物生理学实验考核体系中，研究性实验的考核权重等同于一个基础性实验，显然这样的评价体系不能凸显研究性实验的重要性，因此学生对研究性实验的重视程度不够。

表1 2014年中国海洋大学植物生理学实验研究性实验题目

序号研究性实验选题1富硒绿豆芽的培育研究2富硒黄豆芽的培育研究3富硒胡萝卜苗的培育研究4富硒螺旋藻的培育研究

2 研究性实验教学改革

针对中国海洋大学研究性实验教学现状，并结合中国海洋大学的海洋特色，进行研究性实验教学改革，主要包括以下4点内容。

2.1 实验材料改革——以海洋植物为主

中国海洋大学地处青岛，青岛海湾地区海洋植物生态丰富，一直以来是科学家进行海洋生态研究的热点地区。其中开设植物生理学实验的海洋生命学院及水产学院均位于该校鱼山校区，该校区距离青岛海边直线距离1 km，采集海洋植物作为实验材料具有得天独厚的优势，且青岛海边藻类种类繁多、生态丰富，包括红藻、绿藻、褐藻等多种藻类，采集方便，容易养殖保存。因此在研究性实验材料的选择上鼓励学生以海洋藻类为主进行研究。

2.2 研究性实验教学内容革新——紧密结合海洋研究

将海洋藻类应用到研究性实验中不仅是因为材料多样，更重要的原因是海洋藻类生理性质独特，海洋藻类生理生态研究一直是海洋学研究的热点[7]。海洋藻类相比陆上植物具有十分典型的生理特点，是研究植物生理性状的良好材料。海洋大型藻类特别是潮间带藻类在生长过程中易受到失水、盐度、光照等外在生长条件的胁迫，长期的生长进化使藻类具有很好的耐胁迫能力，而这些耐胁迫能力与其生理性状的响应是密切相关的。而且近年来随着海洋生态污染的加重，营养盐、重金属、有机物等外源污染物的输入，都将对藻类的生理响应产生影响。

因此，针对藻类生理性状进行研究性实验具有众多的选题点，如可以进行藻类在失水、盐度、温度等常规胁迫条件下生理响应研究。近年来外源污染物输入对海洋生态影响加大，海水中氮、磷及重金属含量的升高对海洋藻类的生长产生重要的影响。在研究性实验设置上，可以进行高氮、高磷及特定重金属元素胁迫对藻类的生长影响。故将海洋藻类生理生态研究纳入植物生理学研究性实验具有极大的可行性。

2.3 研究性实验教学体系框架改革——增加开题报告

在研究性实验的教学体系设置上，也将进行改革。在研究性实验开始前，任课教师将要求学生查阅资料，确立研究性实验内容，然后撰写开题报告，任课教师将与学生讨论开题报告的可行性，然后再开展研究性实验的研究工作。研究性实验完成后，学生将撰写研究性实验论文。改革后的研究性实验将具备开题报告—实验开展—实验分析—论文撰写这一流程。该流程将重点锻炼学生的报告撰写、数据分析及实验总结能力，培养学生的科研素养。

2.4 改革评价体系——加大研究性实验的考核权重

在教学改革中，将加大研究性实验的考核权重。在新的评价体系中，将开题报告纳入考核内容。在进行成绩评价时，开题报告的权重等同于一个基础性实验，研究性论文的权重等同于两个基础性实验。

3 教学改革效果检验

在2015年秋季学期的植物生理学实验教学中，任课教师基于以上的教学改革内容进行了教学实践。实践证实，经过改革，学生的实验兴趣得到极大的提升，对研究性实验的重视程度加强，学生选题多样，实验结果丰富，有效培养了学生的综合实验技能及海洋创新能力。具有以下3个鲜明特点。

3.1 海洋特色鲜明

通过改革，学生在实验材料的选择上有极大的自由度，学生不仅选择了常见的海洋大型藻类还选择了海洋微藻进行实验，且在实验研究内容上紧紧围绕着藻类生理生态进行，凸显了中国海洋大学在该课程设置上的海洋特色，如表2所示。

3.2 综合性实验能力培养加强

改革后的研究性实验增加了开题报告环节，该环节不仅培养了学生的资料查阅能力、实验设计能力及报告撰写能力等，而且通过该环节，学生会对自己研究性实验的可行性进行评估，不再具有盲目性，因此，研究性实验的成功率大大提高。任课教师在学生实验选题上不设门槛，只要学生的实验具有可行性即可进行实验。改革后的研究性实验课题重复率低于10%。实验过程中学生不再进行的是基础性实验的重复，很多技术手段都是学生第一次接触(如原子吸收分光光度计、原子荧光分光光度计等)，扩大了学生植物生理学知识面。实验完成后，学生将基于研究结果撰写实验论文。该研究性实验流程极大锻炼了学生的综合实验能力，培养学生的科研素养，为学生以后从事科研工作奠定基础[8-9]。

表2 2015年中国海洋大学植物生理学实验研究性实验题目

序号研究性实验选题1条斑紫菜失水胁迫下生理响应机制研究2缘管浒苔盐度胁迫下生理响应机制研究3礁膜温度胁迫下生理响应机制研究3条斑紫菜铅(Pb)胁迫下生理响应机制研究4孔石莼对N/P吸收规律研究5鼠尾藻对重金属(Cu、Pb、Zn、Cd)富集能力研究6孔石莼固氮能力研究

3.3 海洋创新研究人才培养能力加强

通过研究性实验改革，学生在进行研究性实验时，可选择面宽且方向多样，利于激发学生的研究主动性，培养学生的创新能力。涉海院校以培养具有海洋研究能力的专业人才为己任。经改革后的研究性实验，学生在实验中不仅认识到更多的海洋藻类，而且对藻类的生理特性有更直观的认识。不仅培养了学生对海洋研究的兴趣，而且为他们以后从事海洋藻类方面的研究奠定了良好的基础。改革后研究性实验，学生的自主性更强，学生可以选择自己感兴趣的方向进行研究，接触的知识面更广。同时改革后的成绩评价体系中，研究性实验所占的权重由10%上升为25%，因此学生对研究性实验的重视程度加强[10]。

4 结束语

经过研究性实验的革新，充分发挥了学生的主导作用，学生的积极性提高，激发了学生对植物生理学及海洋学研究的兴趣，启发了学生的研究思路，挖掘学生的创新潜能，促进学生创造性思维的形成，对创新型海洋研究人才的培养具有极大的促进作用[11-12]。该研究性实验教学体系同样适应于其他的涉海高校。此外，本次改革也证实，研究性实验的内容不能一成不变，需要不断进行革新，不断跟进科技进步、科研发展的大方向，如此才能真正起到培养时代发展所需人才的重要作用。

[1]谢国生，王学奎，崔克辉，等.高等农业院校植物生理学实验教学改革的实践与思考[J].江西农业学报，2013，25(8):134-136.

[2]李建华，董娜，陈玉玲.高校植物生理学实验教学改革探索[J].河北师范大学学报，2010，12(4):114-116.

[3]徐芬芬.植物生理学实验教学中创造性思维能力的培养[J].安徽农业科学，2007，35(8):2438-2440.

[4]陈颖，汪南阳，谢寅峰，等.林业院校植物生理学实验课程教学改革与实践探索[J].安徽农业科学，2012，40(6):3817-3819.

[5]王兴安，邱念伟，马宗琪.改革植物生理学实验教学、培养创新人才[J].曲阜师范大学学报，2007，33(1):121-124.

[6]刘阳，董树刚.植物生理学实验中溶液培养研究性实验的建立研究[J].生物学杂志，2015，32(1):107-109.

[7]孙晓庆，董树刚.藻类的生理生态学研究进展[J].海洋湖沼通报，2007(s1):195-206.

[8]李忠光，龚明.植物生理学综合性和设计性实验的考核方法[J].植物生理学通讯，2008，44(3):551-553.

[9]陈洪国，陈宦兵，范付华.研究型综合设计性实验在植物生理学实验教学中的应用[J].襄樊职业技术学院学报，2007，6(6):95-97.

[10]胡珂，梁益敏，秦军.面向中药类专业的植物生理学教学方法探索[J].中国现代中药，2011，13(8):11-13.

[11]蔡卫国，张文孝，张国琛，等.海洋特色的工程人才培养模式改革探讨[J].实验室科学，2014，17(3):4-7.

[12]闫国栋，权宇彤，汤海峰，等.生命科学实践教学体系的改革与实践[J].实验技术与管理，2015，32(8):6-8.