何麗明, 蔣 群, 閆曉梅, 林志新

(上海交通大學(xué) 生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 上海 200240)

?

實驗教學(xué)對提高本科生科研素質(zhì)的探索

何麗明, 蔣 群, 閆曉梅, 林志新

(上海交通大學(xué) 生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 上海 200240)

實驗教學(xué)對于生命學(xué)科人才的培養(yǎng)具有非常重要的意義，其重要性應(yīng)當(dāng)受到足夠的重視。因此，針對實驗教學(xué)對提高本科生的科研素質(zhì)有以下看法：① 培養(yǎng)學(xué)生注重實驗細(xì)節(jié)、科學(xué)記錄實驗結(jié)果并養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣；② 應(yīng)賦予學(xué)生更多的自主性，以充分調(diào)動他們的積極性、創(chuàng)新性；③ 以科研論文的格式完成實驗報告或小論文；④ 要建立積極的考核-反饋體系。這些措施有效地激發(fā)了學(xué)生的求知欲望，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，對促進(jìn)本科生的科研素質(zhì)起到了積極作用。

實驗教學(xué)； 教學(xué)改革； 人才培養(yǎng)； 生命科學(xué)

0 引 言

國家的發(fā)展離不開高素質(zhì)、創(chuàng)新型人才[1-3]，“科教興國、人才興國”早已成為國家快速發(fā)展的方針戰(zhàn)略。作為教育工作者，其責(zé)任非常重大。21世紀(jì)國家發(fā)展的支柱性產(chǎn)業(yè)，生物產(chǎn)業(yè)需要大量高素質(zhì)的生物學(xué)科人才。生命科學(xué)是一門高度實踐化的學(xué)科，在研究生命現(xiàn)象的過程中，必須進(jìn)行大量的實驗才能獲得科學(xué)規(guī)律[4-5]。因此，實驗教學(xué)對提高本專業(yè)學(xué)生的科研素質(zhì)占有非常大的比重。然而，經(jīng)常聽前輩學(xué)者評價說“現(xiàn)在孩子確實聰明，但動手能力差”。因此，作為一名大學(xué)生物實驗老師，肩負(fù)著重要的使命，應(yīng)努力培養(yǎng)動手能力強，快速適應(yīng)科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐的高科技人才。

筆者從事實驗教學(xué)已有10余年，此間經(jīng)歷了所在的實驗教學(xué)中心從上海市級示范中心到國家級示范中心的建設(shè)過程，在培養(yǎng)學(xué)生實驗技能方面積累了些經(jīng)驗。① 應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生注重實驗細(xì)節(jié)、科學(xué)記錄實驗結(jié)果并養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣。教育的宗旨在于使學(xué)生養(yǎng)成良好的習(xí)慣，習(xí)慣是素質(zhì)的一種體現(xiàn)[6]。② 實驗中應(yīng)給學(xué)生更多的自主性，充分調(diào)動學(xué)生的積極性、創(chuàng)新性[7-8]。③ 按照科研論文的格式，要求學(xué)生撰寫實驗報告與[9]。④ 應(yīng)制訂積極的評價反饋體系[10-11]。

1 注重實驗細(xì)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生良好的實驗習(xí)慣

“細(xì)節(jié)決定成敗”，這句話聽了好多年，但是要落到實處卻并非易事。現(xiàn)在有好多學(xué)生眼高手低，與不注重細(xì)節(jié)有很大關(guān)系。針對這種情況，在實驗中，做了幾點改進(jìn)。首先，在“蛋白免疫印跡”實驗中，讓學(xué)生做兩塊聚丙烯酰胺凝膠進(jìn)行蛋白電泳染色，一塊嚴(yán)格戴手套操作，另一塊不戴手套。實驗結(jié)果顯示，不戴手套染色的膠，因為沾染手中蛋白質(zhì)而背景噪音復(fù)雜，戴手套染色的膠則背景清晰結(jié)果正確。這樣使學(xué)生充分感受到實驗細(xì)節(jié)直接關(guān)乎實驗結(jié)果的成敗。為了增加學(xué)生們對無菌概念的理解，在做“克隆與轉(zhuǎn)化”實驗時，給學(xué)生設(shè)置一組在無菌狀態(tài)與有菌狀態(tài)進(jìn)行的對比實驗。學(xué)生在觀察實驗結(jié)果時，有菌狀態(tài)做的結(jié)果能看到許多雜菌污染，而無菌狀態(tài)則沒有雜菌污染。讓學(xué)生感受到細(xì)菌等微生物幾乎無處不在，只有做好無菌防護(hù)才能獲得正確的實驗結(jié)果，加深了對無菌操作的理解。這樣的實驗設(shè)置讓學(xué)生明白，不注重實驗細(xì)節(jié)得到的實驗結(jié)果會千差萬別。

同樣，科學(xué)記錄實驗結(jié)果也非常重要，既反應(yīng)學(xué)生對待科研的嚴(yán)謹(jǐn)，又可培養(yǎng)學(xué)生的誠信精神。近年來，從網(wǎng)絡(luò)上經(jīng)常能看到某某大師學(xué)術(shù)造假被查，某某的實驗數(shù)據(jù)存在篡改等。雖然原因諸多，但學(xué)生時代的誠信培養(yǎng)肯定是主因。因此，在上課時，經(jīng)常給學(xué)生講“允許你們實驗做錯重來，但不允許你們隨意改動數(shù)據(jù)”。因此，對學(xué)生的實驗數(shù)據(jù)要求非常嚴(yán)格，若發(fā)現(xiàn)照抄、隨意修改數(shù)據(jù)將嚴(yán)格處罰。

好的實驗習(xí)慣可以使學(xué)生受用終生，而不良的實驗習(xí)慣造成的傷害卻影響深遠(yuǎn)。前些年曾報道有學(xué)生在做蒸餾實驗時，由于不正確的實驗操作，致使蒸餾瓶爆炸并造成實驗學(xué)生雙目失明。如果學(xué)生規(guī)范操作，這樣事故完全可以避免。由此可見，良好的實驗習(xí)慣養(yǎng)成非常重要。類似的事情還有很多，比如曾有學(xué)生在不小心打翻酒精燈起火時，卻驚慌失措的用書本去滅火；離心實驗時不檢查速度旋鈕是否調(diào)零、離心管是否調(diào)平；濕熱滅菌時不檢查滅菌鍋是否有水，而開蓋時卻不檢查滅菌鍋氣壓是否歸零；水浴鍋水浴時不檢查是否加水就直接開電源。而所有這些不正確操作都可能引起實驗事故，甚至后悔終身。因此，這就要求在給學(xué)生授課時一定要把安全規(guī)范的操作給學(xué)生講清講透。僅此還不夠，應(yīng)當(dāng)收集實驗中因為不當(dāng)操作造成事故的錄像片段給學(xué)生看，讓學(xué)生有視覺沖擊，形成牢固的印象。此外，任課老師及助教還應(yīng)加強監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)學(xué)生有不正確的實驗操作要及時糾正。好的實驗習(xí)慣需要及時總結(jié)，客觀分析，很快找出實驗或工作中的失誤并及時糾正[12]。所以當(dāng)學(xué)生在實驗中形成這些品格時，日后走上工作崗位就會踏實認(rèn)真、團(tuán)結(jié)務(wù)實、善于總結(jié)，從而受益一生。

2 賦予學(xué)生更多的自主性

傳統(tǒng)實驗通常提前安排好一切，讓學(xué)生機械似的完成實驗，這種“按方取藥”的實驗泯滅了學(xué)生的積極性、創(chuàng)新性。要讓學(xué)生有更多的自主性，就必須在實驗設(shè)計上下功夫。宗旨就是:學(xué)生是實驗的主體，老師給予宏觀指導(dǎo)，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，在整個實驗過程中使學(xué)生由被動的接受學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥膶W(xué)習(xí)者。

以“微生物的菌種鑒定及系統(tǒng)發(fā)育分析”為例，該實驗只有8個學(xué)時。因為考慮到時間因素，以往的授課方式中是給學(xué)生提前培養(yǎng)好未知菌種，讓學(xué)生按照規(guī)定的實驗方法提取樣品總DNA、16S rDNA-PCR擴增、測序并完成系統(tǒng)發(fā)育分析。這樣的實驗安排，雖然節(jié)省了實驗時間，卻嚴(yán)重限制了學(xué)生的實驗自主性。為此，改變實驗策略，提前讓學(xué)生根據(jù)實驗題目，通過查閱文獻(xiàn)自己來設(shè)計實驗，自己選取實驗方案，并把實驗過程及相關(guān)細(xì)節(jié)發(fā)給老師。老師針對學(xué)生實驗方案的可行性及存在問題進(jìn)行仔細(xì)審核，將發(fā)現(xiàn)的問題反饋給學(xué)生，通過多次反復(fù)獲得一個成熟的實驗方案。 例如，學(xué)生對土壤反硝化細(xì)菌非常感興趣，因為反硝化細(xì)菌可能導(dǎo)致了土壤肥力的缺失。因此，他們想通過系統(tǒng)發(fā)育分析大致了解下其菌群組成。那么，在他的實驗方案中，要與他們反復(fù)確定采樣地點、方法、樣品保存及樣品處理。在實驗正式開始前，還應(yīng)查閱文獻(xiàn)確定DNA提取方法，設(shè)計確定相關(guān)引物。實驗中，應(yīng)仔細(xì)觀察實驗現(xiàn)象，記錄好實驗數(shù)據(jù)，若有問題及時分析做出改進(jìn)策略。 經(jīng)過這樣改革，學(xué)生可以自行選取感興趣的實驗材料，選用不同的DNA提取及PCR擴增方法等，極大提高了學(xué)生的實驗興趣。實驗結(jié)束后，組織學(xué)生對實驗方案及創(chuàng)新點開展討論。通過互相交流，學(xué)生明白了為什么實驗中只有設(shè)置對照才能避免出現(xiàn)假陽性結(jié)果，為什么2個步驟顛倒會導(dǎo)致嚴(yán)重的錯誤，為什么實驗中必須嚴(yán)格控制時間及試劑加入量，為什么相關(guān)方法別人想到了而自己沒想到等等，這樣的交流加深了印象，拓寬了視野，更增強了學(xué)生解決問題的能力。

通過這樣的改革實踐，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情高漲了，積極性增加了，不僅愿意抽出原本緊張的學(xué)習(xí)時間來做實驗探索，而且變得更愿意提問題，分析問題。實驗結(jié)束后，學(xué)生也能主動總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，在實驗報告中詳細(xì)分析實驗結(jié)果和心得體會。

3 以科研論文格式訓(xùn)練學(xué)生完成實驗報告

做科研要嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致，撰寫科研論文則要邏輯清晰、數(shù)據(jù)可靠。以科研論文的格式要求學(xué)生，不僅可以訓(xùn)練學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那髮嵕?，還為學(xué)生日后發(fā)表相關(guān)科研論文打下基礎(chǔ)。在沒做相關(guān)要求前，學(xué)生的實驗報告寫得非?；靵y、錯誤百出，具體表現(xiàn)在實驗數(shù)據(jù)格式凌亂，文獻(xiàn)引用毫無章法，實驗流程雜亂無序等。

通過這些訓(xùn)練，學(xué)生可以更主動的查找相關(guān)文獻(xiàn)，加深對實驗方法和原理的理解，視野也更加開闊，而不再是機械般的照抄老師課件中的原理介紹[4]。實驗方法部分也圖文并茂，能很清楚的明白要做什么，怎么做？學(xué)生的反饋信息也很給我們鼓舞，他們都表示通過查閱文獻(xiàn)明白了實驗為什么這樣做，拓寬了知識點；通過寫報告知道科研論文要求如此嚴(yán)謹(jǐn)寫實。這些都說明，只要方法正確，學(xué)生是很樂意完成的。

4 建立積極的考核—反饋體系

高校實驗教學(xué)應(yīng)當(dāng)培養(yǎng)學(xué)生敢于批判、勇于創(chuàng)新、善于表達(dá)、及時總結(jié)等科研素質(zhì)。因此，學(xué)生最終的實驗成績不能單以實驗結(jié)果作為唯一的評判標(biāo)準(zhǔn)，而要注重學(xué)生在整個實驗課程中的綜合表現(xiàn)與科研能力[13]。學(xué)生的預(yù)習(xí)筆記、團(tuán)隊合作與討論、實驗態(tài)度、動手能力、實時記錄、實驗結(jié)果、實驗報告和期末考試等，都需要認(rèn)真考核，才能客觀、全面的展現(xiàn)學(xué)生的綜合素質(zhì)[4]。為了做好綜合評價，構(gòu)建積極的考核-反饋體系顯得尤為必要?？己?反饋體系應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)出可以引導(dǎo)學(xué)生的探究精神、可以引導(dǎo)學(xué)生規(guī)范自己的行為習(xí)慣和及時反饋并采納學(xué)生的意見。為了突出這些評價考核指標(biāo)的重要性，我們將學(xué)生是否可以提出高質(zhì)量的問題、動手能力是否強、實驗習(xí)慣是否良好等多項指標(biāo)提高到占總成績的80%，并有意降低了實驗報告及實驗結(jié)果占總成績的比重。

4.1 構(gòu)建引導(dǎo)學(xué)生深入探究的考核體系

“知其然，更要知其所以然”是一種積極的探究精神，是最可貴的科研素質(zhì)，我們的考核標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生向這方面發(fā)展。高校實驗教學(xué)中，就是要培養(yǎng)學(xué)生連續(xù)提問題的能力，并對這種行為給予鼓勵和加分。

例如，在 “樣品DNA提取”實驗中，引導(dǎo)學(xué)生首先問“Tris-飽和酚和氯仿為什么可以除去蛋白？”，接著會問“為什么Tris-飽和酚一定要先于氯仿前加入？”。這些連環(huán)發(fā)問可以讓學(xué)生主動去尋找答案， 把原來不曾想的問題想清楚，從而更好地理解實驗應(yīng)該怎么做。通過這樣的訓(xùn)練和鼓勵加分，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生在實驗中變得更積極主動，思維也更加活躍。

4.2 構(gòu)建規(guī)范學(xué)生行為習(xí)慣的評價策略

科學(xué)研究需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那髮W(xué)精神，更要有良好的實驗習(xí)慣。① 要重視實驗前的準(zhǔn)備工作，把實驗操作規(guī)范、實驗技術(shù)路線、實驗注意事項爛熟于心，這樣在做實驗時才能有的放矢，做到心中有數(shù)。② 要勤記錄、多思考，注意實驗細(xì)節(jié)。及時、客觀、詳細(xì)地做好實驗中的各項記錄，可以從中發(fā)現(xiàn)問題，以便于方法的改進(jìn)或創(chuàng)新。細(xì)節(jié)無主次，都關(guān)系實驗的成與敗。③ 要嚴(yán)肅認(rèn)真，態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)。因為科學(xué)來不得半點馬虎。④ 要團(tuán)結(jié)互助，相互協(xié)調(diào)。有些大型實驗需要學(xué)生合作完成，沒有團(tuán)結(jié)精神很容易導(dǎo)致實驗滯后甚至失敗。⑤ 要善于總結(jié)，客觀分析。只有總結(jié)分析才能發(fā)現(xiàn)錯誤所在，及時修改方案，少走彎路?？傊?，良好的實驗習(xí)慣可以使學(xué)生養(yǎng)成許多優(yōu)良品質(zhì)，對以后生活受益無窮。所以評價策略都要基于這個出發(fā)點，給學(xué)生的相關(guān)行為習(xí)慣作出打分，同時要告知學(xué)生的錯誤在那里，引導(dǎo)他們改掉錯誤的實驗習(xí)慣。

4.3 及時反饋并采納學(xué)生的寶貴意見

要知道實驗的教學(xué)效果如何，有那些方面還存在不足，必須與學(xué)生做好互動，低下頭來傾聽學(xué)生的聲音。用一句流行語來講“鞋合適不合適只有腳知道”，永遠(yuǎn)要記住“高手在民間”。有時候你的實驗教學(xué)做了很多，付出了許多心血，但效果并不明顯，有時甚至適得其反。如果仔細(xì)分析，不難發(fā)現(xiàn)你的改變忽略了學(xué)生的實際需求，需知學(xué)生才是實驗的主體。

因此，在每次實驗結(jié)束后都會以各種形式讓學(xué)生留下寶貴的意見，學(xué)生們也積極的配合了我們的要求。具體可體現(xiàn)為把意見寫在實驗報告中，或單獨發(fā)電子郵件，或投到意見箱，或?qū)懺诹粞园迳系?。針對學(xué)生的意見，我們及時進(jìn)行了跟蹤并改進(jìn)，把他們的名字和所提的意見都記錄在 “實驗改進(jìn)功臣冊”中，學(xué)生們感覺非常有成就感?？傊?，學(xué)生的意見就是我們實驗不斷改進(jìn)的另一個源泉。

5 結(jié) 語

“十年樹木，百年樹人”，學(xué)生的教育來不得半點馬虎。作為一名高校實驗教學(xué)工作者，最大的希望就是多培養(yǎng)出大師級的科研人才。而這樣的人才培養(yǎng)不是一蹴而就的，需要像“潤物細(xì)無聲”一樣不斷潛移默化的影響和錘煉。老師需要做好每一個細(xì)節(jié)，以學(xué)生為主體，設(shè)身處地的為他們著想。

大學(xué)不是培養(yǎng)“熟練的操作工”，而是培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維、善于思考，能夠科學(xué)思維并解決實際問題的高素質(zhì)人才。中國大學(xué)的教育正走在改革的十字路口，道路任重而道遠(yuǎn)。無論怎樣，最大限度激發(fā)學(xué)生的實驗興趣和潛能[14]，不斷改進(jìn)實驗教學(xué)是我們實驗工作者最基本也是最重要的責(zé)任和義務(wù)。

[1] 蔣 群, 何麗明, 王蓮蕓. 強化實驗教學(xué)育人職能 培養(yǎng)科研型高素質(zhì)人才[J]. 實驗室研究與探索, 2015, 34(9): 153-155,160.

[2] 韋 化, 曾冬梅, 秦鋼年. 實驗教學(xué)與科研相結(jié)合, 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[J]. 實驗技術(shù)與管理, 2008, 25(5): 31-34.

[3] 朱洪波. 論高等學(xué)校創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要性[J]. 貴州大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版), 2004, 22(2): 112-115.

[4] 閆曉梅, 王蓮蕓, 秦敏君, 等. 試論實驗教學(xué)中學(xué)生科研素質(zhì)的培養(yǎng)[J]. 高校生物學(xué)教學(xué)研究, 2013(3): 39-44.

[5] 宋偉興, 李新城, 廖志凌, 等. 學(xué)生為主體改革實驗教學(xué)[J]. 高校教育管理, 2010(4): 51-53.

[6] 戴錫玲, 俞偉東, 孫忠泉, 等. 從顯微鏡的規(guī)范操作到良好實驗習(xí)慣的培養(yǎng)[J]. 生物學(xué)教學(xué), 2013, 38: 34-35.

[7] 劉云鶴, 周鳴謙. 調(diào)動學(xué)生積極性, 提高生物化學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量[J].考試周刊, 2010(43)： 180-181.

[8] 陳文科. 怎樣在生物實驗教學(xué)中調(diào)動學(xué)生的積極性[J]. 實驗教學(xué)與儀器, 2007, 24: 13.

[9] 王俊斌, 王海鳳, 任 健, 等. 提高實驗報告質(zhì)量, 培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)[J]. 天津農(nóng)學(xué)院學(xué)報, 2010, 17: 57-58.

[10] 楊清玲, 章 堯, 陳昌杰, 等. 生物技術(shù)綜合實驗建設(shè)的研究[J]. 蚌埠醫(yī)學(xué)院學(xué)報, 2009, 34: 166-168.

[11] 劉曉晴, 祁曉廷, 李艷紅, 等. 生物技術(shù)綜合實驗課程體系的改革和建立[C]∥高等院校遺傳學(xué)教學(xué)改革探索論文集, 北京：中國遺傳學(xué)會，2010： 283-285.

[12] 宋鳳艷. 培養(yǎng)學(xué)生良好實驗習(xí)慣的點滴體會[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報, 2010(2): 189.

[13] 肖 靚, 謝 青, 李元斌, 等. 分子生物學(xué)實驗課程考核方法探討[J]. 實驗科學(xué)與技術(shù), 2011(9): 120-122.

[14] 朱洪波. 論高等學(xué)校創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要性[J]. 貴州大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版), 2004(22): 112-115.

Some Explorations on Improving the Undergraduate Science Research Diathesis in Experimental Teaching

HELi-ming,JIANGQun,YANXiao-mei,LINZhi-xin

(College of Life Sciences and Biotechnology, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China)

It is to cultivate talents who have creative thinking, are good at thinking, and are able to solve practical problems，is not to cultivate skilled operators in universities. At present, a large number of scientific research and management talents are required in the field of life science industrialization. Experiment teaching has played very important role to cultivate talents for life science. Therefore, we have the following views. First of all, we should promote the students to pay attention to the detail, scientific record the result of the experiment and develop good experimental habits; Secondly, we should make students more autonomy, fully mobilize their enthusiasm and innovative; Thirdly, we should require students to complete report or essay according to the scientific format; Finally, we should build a positive evaluation feedback system. These measures effectively inspire the students seeking knowledge desire, fully mobilize students’ learning potential, and play positive roles in promoting the scientific quality of undergraduate students.

experimental teaching; teaching reform; talent cultivation; life science

2015-11-20

上海交通大學(xué)教學(xué)發(fā)展中心教學(xué)發(fā)展基金項目(CTLD15B1 006)

何麗明(1978-)，男，山西長治人，博士，實驗師，研究方向：海洋微生物多樣性。

Tel.：13482051021, 021-34204531； E-mail：he9831117@sjtu.edu.cn

Q 812； G 642.0

A

1006-7167(2016)08-0197-03