全 文 ：植物生理学通讯 第 43卷 第 5期，2007年 10月 935
植物生理学设计性实验教学的尝试
李忠光 *，杨仕忠，龚明
云南师范大学生命科学学院，昆明 650092
收稿 2007-08-16 修定　 2007-08-31
资助　 云南师范大学综合性、设计性实验项目。
* E-mail：zhongguang_li@163.com；Tel：0871-5517394
设计性实验是指教师给出实验目的和实验条
件，让学生自行设计并以实验加以证明的实验，
旨在培养学生的质疑能力、探索精神和创新的能
力。多年来，植物生理学实验教学改革大多侧重
于实验方法的改进(陈彦等2006；刘亚丽和赵喜婷
2006)、教学方法的改革(李忠光和龚明 2002)和考
核方法的尝试(李忠光和龚明 2004)等，而以培养
学生综合能力的综合性实验较少，培养学生创新
能力的设计性实验则更少。我们结合植物生理学
实验教学的实际，在完成 6个基础性实验和 1个
综合性实验(李忠光和龚明 2007)的基础上，将已
经结题的国家自然科学基金、云南省应用基础研
究重点项目资助的“植物对逆境胁迫交叉适应的
启动信号与适应机制”的部分研究成果转化为植
物生理学教学中的设计性实验内容 ——“热激诱
导的玉米幼苗耐热性形成的可能生理基础”，在
一定程度上培养了学生的创新能力。
1 实验的安排
设计性实验是在学生完成综合性实验“热激
诱导的玉米幼苗耐热性”的基础上开设的。在设
计性实验教学中，将学生分为 5个小组，分别以
过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血
酸过氧化物酶(APX)、超氧化物歧化酶(SOD)、
抗坏血酸(AsA)、热激蛋白(HSP)和脯氨酸(Pro)等
7项生理指标为研究的切入点，探讨“热激诱导
的玉米幼苗耐热性形成的可能生理生化机制”。
(1)结合综合性实验内容定出研究方向。在设
计性实验教学中，综合性实验是设计性实验得以
顺利完成的基础，学生在完成综合性实验内容
后，已经对综合性实验内容有了较深入的了解。
所以，教师可结合学生所做的综合性实验内容给
出设计性实验的研究方向，即各实验小组分别以
上述 7个生理指标之一为研究方向，分别研究各
生理指标在“热激诱导的玉米幼苗耐热性形成中
的生理作用”。如“POD在热激诱导的玉米幼苗
耐热性形成中的生理效应”等。
(2)查阅文献和设计、修改实验方案。各小
组在确定自己的研究方向后，要求每个小组成员
通过查阅大量的文献资料(至少 5篇中文、1篇英
文)，设计出自己的实验方案，然后用 5 min的时
间向组员介绍自己的设计方案，也可以说是答
辩。最后，在老师的指导下，各小组对每位组
员提出的实验方案的质量及可行性共同修改完善，
形成小组的实验方案。
(3)实验方案的完成和科技论文的撰写。此种
设计性实验除了上述两个环节在课外完成以外，
还需要 6周的时间。在这 6周的时间里，以开放
实验的形式让学生在课余时间自行完成自己的实验
方案，教师只起监督、答疑作用。实验结束后，
要求学生对自己的实验结果进行统计学分析，制
出相应的可以说明问题的具体格式视情况而定的图
或表格，并按照撰写科技论文的格式，分别将自
己的研究内容写出实验报告，如“CAT在热激诱
导的玉米幼苗耐热性形成中的调节作用”等。
2 教学的效果
设计性实验经过在我校生物科学、应用生物
教育和生物技术 3个专业中的探索和尝试，取得
了一定的成绩。
(1)学生的实验设计能力有提高。传统的验证
性实验仅要求验证某个理论知识或学会某种实验技
能，学生缺少设计实验的锻炼机会，缺乏阐明设
计方案后的成就感和自豪感，所以学生对实验的
兴趣不大，实验设计能力不强。而在设计性实验
中，虽然整个实验都在课余时间里完成，但学生
的学习热情很高，哪怕是晚上或周末，他们都在
实验室里查阅资料，设计实验方案，做实验。他
们各自的实验方案都是经过多次修改完成的，有
的学生修改次数竟达到 5次之多。每种实验方案
都能写出为什么这样做而不那样做的理由。完全
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改变了以往仅是千篇一律的验证性实验报告情况。
如，有一个以“脯氨酸在热激诱导的玉米幼苗耐
热性形成中的作用”为研究内容的小组，他们 6
个成员提出 6种不同的实验方案，有的方案提出
要确定脯氨酸处理玉米幼苗的适宜浓度，有的方
案提出要确定脯氨酸处理玉米幼苗的最佳时间，
有的方案提出研究脯氨酸合成的途径，等等。所
有这些实验方案，虽然有者深些，有者浅些，但
都抓住了实验设计的关键。
经过设计性实验锻炼后，有些学生获得我校
“大学生科研训练基金”，说明他们已经具备初
步的设计一个生物学问题研究的能力和素养。正
如一位学生在设计性实验体会中写到，“我原先
不知道什么是设计性实验，更不知道如何去做设
计性实验。通过植物生理学设计性实验的锻炼，
让我知道了如何设计、修改、完善和实现自己的
实验方案，并从设计性实验中尝到了甜头和乐
趣。”
(2)学生的质疑能力和探索问题欲望得到提高
和激发。以往的实验课，学生问的和想的都少，
老师让他做什么就做什么，不愿多走一步。对实
验中出现的一些“奇怪”现象和结果，学生既
不想，也不去探究。对于一些选做的实验内容，
更是如此。学生只会照葫芦画瓢，由老师牵着鼻
子走，表现为质疑能力和探索精神较差。在设计
性实验中，学生常常用比较法分析实验内容和方
法，找出其中的异同点，并能在实验过程中提出
许多很有研究价值的问题。例如，在用邻甲氧基
苯酚法测定 POD活性时，学生观察到加入终止酶
促反应的三氯乙酸后，POD反应产物颜色明显变
浅。为了解决这个问题，他们通过反复实验，证
实这种变浅是由于反应的产物 4-邻甲氧基苯酚在
酸性环境中不稳定所致，因而得出“不能用三氯
乙酸终止酶促反应方法测定 POD活性”的结论，
并认为如果完全按照实验指导(白宝璋和汤学军
1993)中的方法测定 POD活性，POD活性会严重
偏低。还有一个小组在用连苯三酚法测定SOD活
性时，见到反应体系中加入 SOD 后，酶促反应
速度不仅没有受抑制，反而加快，学生已经多次
重复，但都是这样的结果。后来他们证实测定系
统中 pH 值不能偏高，否则，连苯三酚的自氧化
速度会加快，因此认为pH值稳定与否是用连苯三
酚法测定 SOD活性的关键。经过这样的探索，学
生不仅从中感受到成功的喜悦，而且质疑的能力
和求索精神都得到锻炼和提高。
总之，设计性实验的开设，对学生的学习精
神和态度、实验设计的能力和研究方法都得到综
合性的训练，对提高学生的质疑能力、激发学生
的求索精神和培养学生的创新能力等都有明显的作
用。
参考文献
白宝璋, 汤学军(1993). 植物生理学测试技术. 北京: 科学技术出
版社, 148~149
陈彦, 朱奇, 周坚(2006). 钾离子影响气孔开度实验条件的优化
选择. 植物生理学通讯, 42 (1): 101~102
李忠光, 龚明(2002). 植物生理学实验教学中的启发式教学.云南
师范大学学报, 3 (1): 42~44
李忠光, 龚明(2004). 植物生理学实验的考核方法. 实验科学与
技术, 2 (3): 56~57
李忠光, 龚明(2007). 科研成果转化为综合性实验内容的尝试. 植
物生理学通讯, 43 (2): 345~347
刘亚丽, 赵喜婷(2006). 教学实验中硝酸还原酶活性测定方法的
改进. 植物生理学通讯, 42 (3): 502