黃 萱， 付愛根， 趙宇瑋， 李軍林， 嚴興榮

(西北大學 生命科學學院 西部資源與現(xiàn)代生物技術省部共建教育部重點實驗室 陜西省生物技術重點實驗室， 西安 710069)

細胞生物學作為生命科學領域中最活躍最富有發(fā)展前景的學科之一，被廣泛地用于研究細胞的各種生命活動。目前許多綜合大學，以及農業(yè)、醫(yī)學、藥科大學將細胞生物學作為本科生和研究生的必修課或基礎理論課，而與其相應的細胞生物學實驗課對理解理論知識，培養(yǎng)綜合能力具有重要作用。通過教學改革的深入貫徹，我們發(fā)現(xiàn)學生不僅可以很好地理解細胞生物學的研究方法和技術手段，還可以主動思考，學生的綜合素質、專業(yè)視野和科研素養(yǎng)都得到了鍛煉和提高。

1 本校細胞生物學實驗教學存在的問題

細胞生物學是一門實踐性很強的學科，理論知識和實踐操作緊密結合[1]。創(chuàng)新改革前，我校的細胞生物學實驗教學課程遠落后于理論教學，實驗內容主要是驗證性基礎實驗,實驗之間相互聯(lián)系不大,缺乏綜合性和創(chuàng)新性,同時,實驗技術手段相對落后,細胞生物學科的新技術、新方法無法體現(xiàn)。

這種模式有以下幾方面的弊端：1) 缺乏積極性。對于實驗內容，學生處于被動接受的地位，難以調動主動學習的積極性[2]。2)沒有培訓自主實驗能力。學生按照實驗步驟進行實驗，如果實驗失敗或者出現(xiàn)和預期不一樣的結果，不知道問題出在哪里，不能對所得到的結果進行分析。3)與課堂知識脫節(jié)。細胞生物學各種新發(fā)現(xiàn)和新成果通?？梢匝杆俚胤从吃谡n堂，通過老師的擴展教學介紹給大家，但是絕大多數(shù)情況下無法在實驗課堂中體現(xiàn)，不能和新知識緊密結合，從而不能引起學生的探索欲望。4)綜合科研素養(yǎng)得不到發(fā)展。沒有綜合性創(chuàng)新性實驗的鍛煉，學生缺乏展現(xiàn)自我的舞臺,缺乏學習成就感。隨著細胞生物學科的迅猛發(fā)展，對實驗教學的要求越來越高，實驗教學中綜合性實驗的缺失使這些弊端更加突顯[3]。

2 實驗教學的改革措施

2.1 實驗教學內容的合理調整

2.1.1 基礎性實驗、綜合性實驗和創(chuàng)新性實驗的合理搭配

在實驗教學過程中，我們根據(jù)細胞生物學的內容特點，將實驗劃分為基礎性實驗、綜合性實驗和創(chuàng)新性實驗。基礎性實驗屬于觀察性實驗或技術方法實驗，與課本的知識點緊密對應，重在培養(yǎng)學生的基本實驗操作。這些實驗安排在整個學期的前半部分，與細胞生物學的課堂教學同步。通過學生在實驗操作中的動手實踐，幫助學生理解和掌握細胞生物學的理論知識。在完成基礎觀察驗證實驗之后，我們逐步引入綜合性和創(chuàng)新性實驗[4]。和基礎性實驗主要是重現(xiàn)單一知識點不同，綜合性實驗通常是某一章節(jié)或某幾個章節(jié)的綜合體現(xiàn)，培養(yǎng)學生針對實驗內容和結果進行分析和操作，使學生能夠在實踐中用所學過的理論知識和實驗技能解決實際科學問題[5]。創(chuàng)新性實驗旨在綜合開發(fā)和提高學生探索生命現(xiàn)象、研究問題的能力，利用現(xiàn)有的本科創(chuàng)新改革平臺，學生根據(jù)自身興趣來設計研究方向，在輔導老師的引導下完成科學研究。我們將實驗內容進行了合理的增減及整合, 將部分驗證性實驗進行了內容上的合并,此外,還增設了一些綜合性和研究性很強的實驗, 如新增設的細胞凋亡檢測實驗和動物組織干細胞的分離和誘導分化實驗。

2.1.2 創(chuàng)新性科學研究與實驗教學的融合

對于不滿足教學實驗而且科研能力突出的學生，我們鼓勵他們根據(jù)自身興趣和關注點來申請各種大學生科研項目，如大學生創(chuàng)新項目、本科基地能力提高項目等科研能力訓練項目,沒有申請到項目的同學可以根據(jù)對任課老師的了解而加入教師的課題進行鍛煉[6]。學生積極參與各類科學研究充分地展現(xiàn)了他們的熱情和無限可能的塑造能力，各類學生項目從選題、設計實驗方案到展示匯報，全部是在老師的指導下由學生獨立提出、實施和完成。從以往申請的項目內容來看，絕大多數(shù)項目都與細胞生物學內容相關，或者屬于細胞生物學與其他專業(yè)的交叉科研項目。這樣的項目、課題為學生們提供了強烈的代入感和自豪感，提供了展現(xiàn)自我的舞臺，體現(xiàn)了細胞生物學、生命科學的魅力，形成了很大一部分學生最初的科研素養(yǎng)和科研追求，甚至影響他們今后的職業(yè)和理想選擇。

2.2 教學方式的有效調整

2.2.1 啟發(fā)式、討論式及提問式教學的引入

我們將討論式和提問式教學方法引入到基礎驗證實驗教學中，同時采用多媒體、幻燈及傳統(tǒng)板書等多種教學方法[7]，使教學具體生動，學生可以更好地理解實驗方法和原理。通過討論、提問等互動環(huán)節(jié)，充分調動學生的求知欲和好奇心，讓他們將課堂的知識點與實驗結果有機地聯(lián)系起來，加深理解印證。在實驗之前要求學生首先了解實驗原理, 明確實驗目的, 激發(fā)他們的學習興趣與探索欲望。 在實驗過程中，教師有計劃分步驟地將實驗內容以發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的形式提出，學生以問題為出發(fā)點開始進行實驗。在解決問題的過程中，融合一系列和問題有關的知識點。當學生完成實驗后，就可以回答之前對于實驗的思考。針對實驗結果, 鼓勵學生分組討論，分析造成結果差異的原因，啟發(fā)學生查閱相關知識點，找到改善實驗結果的方法。教師對學生提出的問題進行解答，彌補學生考慮不周的地方，確保實驗教學流暢進行。

2.2.2 開放式教學的實現(xiàn)

開放式研究型教學是激發(fā)學生的求知欲、提高實驗技能、培養(yǎng)創(chuàng)新能力，以及全面提升學生綜合素質的重要教學手段[8-9]。在調研了學生的實際水平和改進了細胞生物學教學實驗室的實驗條件后，我們將綜合性實驗進行了多重開放式設計。如我院特色綜合實驗植物基因工程單元，學生可以挑選感興趣的植物品種，如玫瑰、菊苣、白背三七、秦艽等具有本院特色的植物作為材料進行組織培養(yǎng)及基因工程實驗。開始實驗前，學生需要系統(tǒng)查閱與植物組織、細胞培養(yǎng)相關的文獻資料,進行植物組織培養(yǎng)。學生自主設計各種誘導培養(yǎng)基的激素成分和配比，對外植體進行誘導及分化培養(yǎng)，獲得愈傷組織及再生植株。同時對外植體進行農桿菌轉化操作及原生質體電融合等實驗操作。我們也可以選擇不同的實驗技術來驗證知識點，如新開的細胞凋亡檢測實驗, 讓同學們自主選擇啟動細胞凋亡的處理方式以及檢測方式，包括紫外照射或者H2O2處理細胞，DNA ladder電泳檢測及不同染色方法的細胞染色觀察。通過這些開放式教學的引入，對學生進行綜合性科學實驗訓練，并且能讓他們在實驗操作中獲得樂趣，進而加深印象，對知識和實驗技術靈活運用。

整個實驗過程呈現(xiàn)高度開放狀態(tài)，這種開放式教學方式使學生得到了全面的科學能力訓練, 培養(yǎng)了學生主動思考、提升能力和良好的求實科研作風, 為后繼的持續(xù)性科研活動，如多種形式的創(chuàng)新性研究項目的申報、實施和完成奠定了良好的基礎。

2.3 高素質教學梯隊的建設

教師是進行教學改革、培養(yǎng)高素質綜合人才的組織者、實施者和管理者。因此, 實驗課教學質量的高低與教師的業(yè)務素質、敬業(yè)精神和組織能力直接相關[10],從事實驗教學的教師必須具有良好的教學和科研素質，積極參與和教學相關的科研工作,在實際教學中不斷總結經(jīng)驗, 開發(fā)教學課題,才能保證實驗教學的及時更新。為此，整個教學團隊需要高度重視實驗課教學，及時交流教學經(jīng)驗和心得，不斷提高教學和科研水平，不斷改進教學內容，盡可能地利用各種方式體現(xiàn)細胞生物學科中的新技術、新理論，努力營造良好的科學氛圍，擴展學生的知識面。

近年來, 細胞生物學課程實施了重大的教學改革,師資力量建設被放在十分重要的地位, 通過吸納具有博士學位及海外學習背景的高學歷青年人才加入細胞生物學課程組,使師資結構趨于合理。目前,我院已經(jīng)形成了一支由多位中青年骨干教師組成的教師團隊，具有較高科研能力、創(chuàng)新精神和教學水平。課程組現(xiàn)有專職教師10人, 其中6人具有1年及以上的海外頂尖大學留學或訪學背景。全體老師共同參與細胞生物學課堂教學和實驗教學,并定期開會討論課程進度及學生對課程理解的反饋，實現(xiàn)課堂知識與實驗教學的完美銜接，保證了教學質量。在課程結束后，會進行問卷調查，了解學生對各章節(jié)及實驗設計、實驗操作的個人感受，分析教學成效。同時, 學校鼓勵教師去國內知名大學進行系統(tǒng)的聽課培訓和參加教學研討班來提高教師尤其是青年教師的業(yè)務水平。提倡教師不斷改革教學手段和方法, 最大限度地發(fā)揮實驗教師的主觀能動性。

2.4 實驗教學平臺的改善

實驗教學水平的提高離不開實驗條件的支持,完善的教學平臺可以極大地提高學生基礎實驗技能，必須充分利用實驗室現(xiàn)有設備, 并不斷增加新儀器設備, 改善場所建設，完善實驗條件[11]。目前我院依托“211”學科建設、“基地能力提高項目”，以及“西北大學教學實驗室新建項目”等資金支持，細胞生物學實驗室建設發(fā)展迅速，實驗條件大為改觀，先后添置了熒光顯微鏡、倒置顯微鏡等多種顯微鏡、實時定量PCR 儀、超純水裝置、凝膠成像系統(tǒng)、超凈工作臺、各種離心機、電泳儀等儀器設備，并重新修建了動植物組織和細胞培養(yǎng)室，逐漸形成了一個實驗條件相對完善的教學場所,為本科教學改革的實施提供了舞臺。

2.5 實驗成績考核評估體系的建立

建立完善的成績評定體系是保證實驗教學質量的關鍵[12]。以往我們的考評標準主要是實驗報告完成情況，不能很好地了解學生的課堂接受度，也評估不了教學效果。為此，我們增加了考核內容，嚴格、全面地實行實驗考核評估體系。通過考查實驗考試、實驗結果、出勤率、實驗報告等方面來評定細胞生物學實驗成績；另外，我們將創(chuàng)新實驗和綜合實驗中的學生表現(xiàn)也放入考核成績內容，對于自主性強、有科研意識且取得成果的學生給予加分，最大可能地調動學生“主動學、要求學”的競爭態(tài)度。整個實驗成績占到細胞生物學課程總成績的20%～30%。

全面綜合的評價方式增強了學生對細胞生物學實驗課的重視,從“上課抄實驗報告等下課”變成了積極動手做實驗，激發(fā)了學習的積極性，收到了很好的效果。我們考評體系增設的實驗考試環(huán)節(jié)主要是對本學期已經(jīng)完成的實驗基本原理和操作方法等內容進行考核?？荚囋O計有3種基礎實驗內容及相關原理提問環(huán)節(jié)，學生抽號進入考試場地，獨立完成整個考核內容和提問回答。增加的實驗考試環(huán)節(jié)是學生對細胞生物學的基本實驗操作的掌握及相關知識點的回顧，考查學生的基本功，促使學生遵守紀律，養(yǎng)成良好的復習習慣。實驗考核不僅反映學生對實驗的掌握程度，也是對實驗教學效果的檢驗，教師可以依據(jù)每年考核結果不斷改革教學內容和教學方法，以取得理想的教學效果。

3 實驗教學改革中應當注意的問題

3.1 指導教師的引導作用

無論是基礎實驗、綜合實驗還是創(chuàng)新性實驗，教師在其中的引導作用都很重要。在整個實驗教學實施過程中，教師從實驗準備、實驗設計、實驗過程到實驗結果分析等環(huán)節(jié)全程指導學生，給予思想上的引導和具體實驗步驟的糾正，及時和學生溝通以保證實驗的順利進行[13]。

在綜合實驗及創(chuàng)新性實驗中，實驗教學老師的指導更是體現(xiàn)在方方面面。指導學生分組進行實驗設計，并且與學生討論實驗設計的可行性，對設計有缺陷的實驗要提出疑問，讓學生自行發(fā)現(xiàn)問題關鍵，及時查閱文獻進行修改。對于可以進行的實驗設計要求進一步完善實驗步驟，對有可能失敗的環(huán)節(jié)設計出補救措施。這樣既能保證教學實驗的順利開展又可以確保學生在實驗設計階段得到鍛煉。綜合性和創(chuàng)新性實驗結束后, 教師要求每位同學對實驗結果進行反饋及發(fā)散思考, 并對實驗結果進行充分的討論與分析，最后以科學論文的形式提交。學生在完成這類研究論文時也需進行全程指導，教師要對論文提供指導和修改。

3.2 加強實驗教學與課本知識點的聯(lián)系

由于學科本身的特點，細胞生物學的知識點多且散，學生需要很好地理解力才能掌握。為此，需要引導學生把實驗目的和課本所學知識、方法相聯(lián)系，融會貫通。正是通過學生在實驗之前參與實驗準備和實驗設計，將知識點與具體操作結合在一起，在實驗結束時通過分組討論和教師提問等多種方式，讓學生理解知識點和實驗結果之間的關系，將抽象的知識具體化、形象化，便于理解。并且通過綜合性實驗和創(chuàng)新性實驗使學生產生發(fā)散思維，將眾多知識點聯(lián)系起來，形成可塑的立體記憶。將相關的知識點和原理設計到實驗中，實驗加深知識點的理解和記憶，知識點解釋還原實驗結果，兩者緊密聯(lián)系、相輔相成。通過跟蹤調查，我們發(fā)現(xiàn)學生對課程知識有了更深入的認識，并且極大地加強了實際動手能力及獨立自主的科研素養(yǎng)。

4 結語

高等教育教學改革的精髓就是調動學生學習的熱情，提高學生的學習興趣和綜合素質，培養(yǎng)適合現(xiàn)代生命科學發(fā)展需要的創(chuàng)新型人才。實驗教學模式的改革正是響應這一變革的積極應對。我們教學模式的改革通過調整教學內容、改進教學方式以及精煉教學團隊等方式取得了初步成果，尤其是在西北大學生命科學學院細胞生物學新建實驗平臺上，綜合性實驗及創(chuàng)新性實驗的引入，對學生的培養(yǎng)起到了很大的推動作用，培養(yǎng)學生最初的科學素養(yǎng)和自信心。

細胞生物學科的特點決定實驗環(huán)節(jié)的重要性和內容的繁雜性, 既有基礎經(jīng)典理論,又有發(fā)展迅速的新技術新方法,要處理好基礎性實驗和創(chuàng)新性實驗的關系，針對不同層次的學生選擇適合的實驗，開展多樣的授課方式，積極調動學生的主動性，逐步訓練學生的思考能力和創(chuàng)新能力[14]。 因此，處理好經(jīng)典與前沿、基礎與先進之間的關系并及時推出與之相對應的實驗教材是我們始終需要考慮的問題。學生的積極性如何被調動？大型儀器如何合理的進入本科實驗室并得到有效利用？學科知識如何體現(xiàn)在綜合性和創(chuàng)新性的實驗中？這些問題都需要進一步深入研究和探討。

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