通识课程植物组织培养趣味实验的探索

郑冬超, 熊 莉, 樊 佳, 汪 红, 席德慧

(四川大学 生物科学实验教学中心, 四川 成都 610065)

通识课程是一套旨在拓宽基础、强化素质、培养通识的跨学科基础教学新体系,课程力图引导学生从本科教育最基本的领域中获得广泛的知识,让学生了解不同学术领域的研究方法及主要思路,从而为能力和经验各异的大学生提供日后长远学习和发展所必需的方法和眼界。通识教育重在培养学生独立思考、研究、解决问题、探索未知领域的能力和精神[1-2]。相比狭窄的专业教育,通识教育作为培养基础宽厚、综合素质强、具有批判和创新能力复合型人才的一种教育理念和课程实施模式受到极大的关注[3]。

现代生命科学基础导论是我校面向全校理、工、医、文、经、法等各专业学术开设的文化素质通识类选修课程[4-5]。本课程于每年的春、秋季开课,每学期选课人数均在400人左右,因其形式多样、直观生动的教学方式,深受各专业学生的好评。

1 实验背景及教学目标

植物组织培养(简称组培)是生物学科的一项基本技能,亦称离体培养,是利用植物细胞的全能性,将已分化的植物细胞、组织、器官等外植体接种在人工配制的培养基上,于无菌状态下进行培养,使所接种的外植体能够脱分化、再分化,进而发育成完整植株的过程[6-7]。植物组培技术已在科学研究和生产实践中得到了广泛的应用,利用此项技术可以进行快速繁殖、品种培育、拯救濒危植物、脱除病毒、生产植物次生产物等[8-9]。

在通识类课程中开设植物组培趣味实验的目标是以形象、生动、直观的方式,让非生物专业的学生了解植物组培技术的基本理论知识与整体流程,见证生命的神奇,加深其对生命科学领域的了解及兴趣,促进科学交叉和知识迁移。

2 实验教学平台的构建

本实验课程的开设依托于我校生物基础实验教学中心(简称中心)进行。中心有配套的实验课教室、植物组培室、高压灭菌室、无菌操作间,并配备组培实验所需的一系列试剂及相关器皿。为了保证植物组培实验课的顺利开展,中心专门将无菌操作间进行了升级改造,现有的无菌操作间有约25台双人双面超净工作台。现代生命科学基础实验课程分为4个班级进行,每班人数约为100人,每4名学生使用一台超净工作台,保证了实验课的顺利进行(见图1)。同时,实验中心常规继代培育好开设本实验所需的烟草、毛白杨组培分化苗数百瓶,长势良好,直接用于外植体的接种移植(见图2)。此外,实验教学中心也专门安排了在植物组培领域具有丰富教学经验的实验指导教师。因此,植物组培实验的教学平台构建已基本完备。

图1 四川大学生物科学基础实验中心

图2 课程开设所使用的植物组织培养材料

3 实验教学内容的设置

本次实验课分为3个教学模块,共计6学时:

(1) 植物组培原理、应用及前沿进展知识介绍(2学时)。给学生讲解植物组培的相关概念、背景知识、国内外发展现状，以及其广泛的应用价值和前景,使学生对植物组培技术有了整体的认识与了解,引起学生对植物组培技术的兴趣。

(2) 基本实验操作技能培训(1学时)。以演示视频的形式向学生逐步讲解植物组织培技的操作步骤,使学生了解组培技术的大体操作流程,着重对无菌操作的一些技术规范进行细致讲解和严格要求。

(3) 学生实际操作,制作组培生态瓶(3学时)。以实验中心已培育好的烟草、毛白杨组培分化苗为材料,让学生分批分组在接种室的超净工作台中进行无菌操作,将分化幼苗转接入含有生根培养基的无菌玻璃小吊瓶中,密封处理。学生制作好的组培生态瓶可以随身佩带或保存,使学生可以随时观察生态瓶中植物各阶段的生长状态。

4 教学效果评估

根据学生课上的听课认真性、实验积极性、班级整体氛围等课堂表现,结合学生考勤及实验报告的撰写情况以及调查问卷的统计情况,对教学效果进行了分析和评估。结果表明学生普遍对植物组培趣味实验有很浓厚的兴趣。在课堂上学生听教师讲解及观看教学视频时态度认真,并积极提问,课堂氛围热烈。在实验操作过程中,学生操作认真投入,不时举手提问。不少学生在完成要求的组培小瓶制作后,会兴奋地拍照留念、发朋友圈等,有的学生还会找实验教师多要材料制作数个组培小瓶自留或赠人。课后学生交上来的实验报告也普遍较为认真地记录了所学到的实验原理、操作步骤,以及实验成果。另外,调查问卷显示,学生普遍认为本次实验具有很强的科普性和趣味性,能够从中了解并学习生物学科的基础知识与技能,希望以后的课程里能继续开设这一实验,还有些学生建议实验中心能够多提供一些种类的植物组培材料。以上结果说明本实验课程的开设达到了预期的教学效果。

但是其中也存在了一些问题和不足。尽管已事先给学生播放了演示操作视频,但由于非生物专业学生对生命科学专业知识技能掌握不足,且选修现代生命科学基础导论课程的学生人数过多,在具体实验操作时,学生还会出现各种各样的问题,需要任课教师及助教不断巡视,应对处理,秩序上很难做到不混乱。另外,据课后回访,发现有不少学生由于无菌操作不当,完成的组培苗出现了污染、死亡的现象。

5 教学方法的改进

由于通识类实验课程选修人数众多,学生对生物专业背景知识储备不足,同时植物组培实验又具有步骤繁琐、对无菌操作要求严格等特点,实验教学的开展较为困难。为提高实验教学质量,任课教师采用了多媒体教学,充分利用幻灯片、教学视频等多媒体资料来调动学生的学习兴趣。中心专门拍摄了植物组培小瓶制作实验的演示操作视频,以简单直观的方式向学生展示超净工作台使用方法、消毒处理、无菌接种等过程的具体操作步骤以及其中需要注意的要点,使学生了解实验的整体流程,并参照演示视频来规范自己的操作方法,提高实验成功率。

6 结语

国外很多著名高校,如哈佛大学、耶鲁大学、斯坦福大学等都根据本校特色,开设了形式各异的通识教育课程,已形成了成熟的配套教学体系。而国内很多高校,如北京大学、清华大学、浙江大学、北京师范大学等也较早开展了通识教育改革的尝试,通识课程体系也逐步走向成熟[1, 10-12]。

我校生物科学实验教学中心采用烟草、毛白杨组培分生幼苗为材料,开设了植物组培小瓶制作的科普及趣味性实验。目前植物组培小瓶制作实验课已在通识类实验教学实践中达到了预期的教学目标,学生反应积极,对植物组培技术兴趣浓厚,该实验的开设增强了非生物专业学生对生命科学领域的认知和探索欲,可望促进不同学科的交叉发展。

后续还将进一步开发一系列如微型月季、通泉草、多肉植物等多种类植物的组培苗,丰富实验材料的种类,并争取让学生可以在组培小瓶中观察到植物分化、伸长、生根、开花直至结果的一系列生命历程,这样可以更有效地激发非生物专业学生对生命科学的兴趣,提升教学质量和效果。

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