趙鵬 李小燕 龍燕
[摘 要]在生命科學(xué)各相關(guān)學(xué)科中,細(xì)胞生物學(xué)作為一門重要的基礎(chǔ)學(xué)科,同時也是發(fā)展最快的前沿學(xué)科之一。任何生命科學(xué)的相關(guān)研究最終都需要歸結(jié)于細(xì)胞水平的研究。因此,細(xì)胞生物學(xué)實驗教學(xué)工作在學(xué)生培養(yǎng)過程中起著非常重要的作用,它一方面有利于學(xué)生更好地吸收細(xì)胞生物學(xué)的課堂理論知識,另一方面也可以提高學(xué)生的實驗技能,為學(xué)生將來走向獨立自主的科研之路打下良好的基礎(chǔ)。在學(xué)生掌握基礎(chǔ)細(xì)胞生物學(xué)實驗技能后,開展自主實驗項目,對學(xué)生的文獻(xiàn)閱讀能力、實驗技能水平、實驗結(jié)果分析能力以及科研報告撰寫能力,都有非常大的提升作用。
[關(guān)鍵詞]細(xì)胞生物學(xué);實驗課程教學(xué);自主實驗項目
[基金項目]武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院實驗教學(xué)中心開放項目
[作者簡介]趙 鵬(1982—),男,江蘇通州人,博士,武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副教授,主要從事植物生殖發(fā)育研究;李小燕(1968—),女,湖北咸寧人,醫(yī)學(xué)碩士,武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院高級實驗師,主要從事生物實驗教學(xué)研究;龍 燕(1980—),女,湖北武漢人,碩士,武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院實驗師,主要從事生物實驗教學(xué)研究。
[中圖分類號] G642.1[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A[文章編號] 1674-9324(2020)32-0391-02[收稿日期] 2020-04-01
一、前言
細(xì)胞生物學(xué)是從顯微水平、亞顯微水平以及分子水平,研究細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、功能、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、基因表達(dá)與調(diào)控及細(xì)胞起源與進(jìn)化等生命過程的一門學(xué)科[1](P1)。它是生命科學(xué)中的基礎(chǔ)核心課程,而細(xì)胞生物學(xué)實驗則是對細(xì)胞生物學(xué)理論知識的形象認(rèn)知及鞏固,同時也是對學(xué)生未來走向科研崗位的提前訓(xùn)練。
2005年,教育部下發(fā)的《關(guān)于進(jìn)一步加強高等學(xué)校本科教學(xué)工作的若干意見》中強調(diào)在現(xiàn)在的高等教育工作中必須實現(xiàn)重心的轉(zhuǎn)移,要把提高教學(xué)質(zhì)量放在更加突出的位置[2]。創(chuàng)新教育以及大學(xué)生的自主科研能力的培養(yǎng)是高校本科教學(xué)所面臨的一個重大課題。近年來,隨著國家科技水平的日益提高,細(xì)胞生物學(xué)的研究手段也在不停地向更快、更好的方向發(fā)展。但是,原有的實驗設(shè)計體系明顯不能跟上實驗手段的更新,因此在高校開展自主科研實驗將有助于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力以及國際前沿技術(shù)的掌握,進(jìn)而提升國際競爭力。
二、細(xì)胞生物學(xué)自主實驗項目的基本運行條件
武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院在2007年下半年啟動了創(chuàng)新性的細(xì)胞生物學(xué)教學(xué)改革,從2008年開始實施,有計劃地開展了由課程組教師提出的學(xué)科建設(shè)項目[3]。近十年來,在細(xì)胞生物學(xué)課程組老師的共同努力下,武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的細(xì)胞生物學(xué)實驗的改革取得了非常好的成效。細(xì)胞生物學(xué)實驗教學(xué)采用基礎(chǔ)實驗和自主實驗相結(jié)合的教學(xué)方式,對學(xué)生的綜合實驗技能的提高起到了很好的作用,培養(yǎng)了他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度,為將來的研究之路打下了很好的科學(xué)基礎(chǔ)。
細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)實驗通常是由老師設(shè)計實驗方案,在課堂上講明實驗原理,給出實驗方法,學(xué)生只是按照實驗步驟進(jìn)行,很少需要自己獨立思考,這些基礎(chǔ)實驗可以培養(yǎng)學(xué)生們的動手操作能力,以及面對成功或者失敗實驗結(jié)果的分析能力。經(jīng)過前期基礎(chǔ)實驗的訓(xùn)練,學(xué)生對細(xì)胞生物學(xué)的基礎(chǔ)操作已經(jīng)熟練掌握。此時自主實驗的開展可以進(jìn)一步檢驗學(xué)生對實驗原理的應(yīng)用,對實驗操作的掌握,以及對實驗結(jié)果的分析等能力,非常有利于學(xué)生綜合科研素質(zhì)的培養(yǎng)。
三、細(xì)胞生物學(xué)自主實驗項目的運行模式及特點
武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生物實驗中心細(xì)胞生物學(xué)實驗課程組的老師們綜合考慮各方面因素,在國際班與弘毅班學(xué)生掌握基本的細(xì)胞生物學(xué)實驗的基礎(chǔ)上增加自主實驗板塊。綜合近幾年的學(xué)生自主實驗開展情況以及呈現(xiàn)的實驗報告,可以看出自主實驗對于學(xué)生綜合科研素質(zhì)的培養(yǎng)起到了非常大的作用。在此,以我所帶的國際班為例,詳細(xì)地分析武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院細(xì)胞生物學(xué)實驗教學(xué)中自主開放實驗的幾個特點:第一,課程主講教師和學(xué)生共同設(shè)計實驗方案。課程主講教師首先向同學(xué)們講述自主實驗設(shè)計基本要點,隨后學(xué)生分組(通常是2—4人一組)查閱文獻(xiàn),初步設(shè)計實驗方案。課程主講教師和實驗中心老師分別與每組同學(xué)就實驗方案初稿充分討論后確定最終實驗方案。隨后實驗中心老師指導(dǎo)每組學(xué)生分別購買實驗所需的個性化實驗藥品,培訓(xùn)所需的各類儀器設(shè)備。第二,選題大多涉及細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)和抗癌藥物的藥效檢測,這與目前國家要求各高校大力培養(yǎng)生物工程和生物制藥專業(yè)的人才相切合。在13個小組的學(xué)生中有10組都選取了Hela細(xì)胞作為研究對象,另外3組選取的分別為肝癌細(xì)胞、乳腺癌細(xì)胞以及胃癌細(xì)胞。在實驗設(shè)計方面,大部分的學(xué)生選取了某種物質(zhì),通常是被認(rèn)為會有抗癌作用的某一組分,如茶多酚、姜黃素、胡蘿卜素等。第三,學(xué)生自主實驗充分利用了武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院大型設(shè)備共享中心的資源,使學(xué)生能夠有機會接觸到開展細(xì)胞生物學(xué)實驗所需的各類大型儀器如激光共聚焦顯微鏡及多功能酶標(biāo)儀等。在本年度開放實驗過程中,同學(xué)們的自主實驗主要涉及到顯微鏡觀察細(xì)胞形態(tài),試劑盒聯(lián)合酶標(biāo)儀檢測細(xì)胞活性,熒光染色法觀察線粒體狀態(tài)和活性氧分布以及細(xì)胞凋亡的檢測。第四,課程主講教師和實驗教學(xué)中心指導(dǎo)老師全程參與學(xué)生開放實驗。在整個自主實驗過程中,課程主講教師和實驗教學(xué)中心指導(dǎo)老師針對性的指導(dǎo)每組學(xué)生開展實驗,包括如何準(zhǔn)備實驗用品與試劑、如何使用儀器及幫助解決實驗過程中遇到的技術(shù)難題等等。
綜合分析學(xué)生提交的實驗報告,可以看出所有的學(xué)生都可以自主的完成實驗設(shè)計,從研究背景的分析到提出問題,進(jìn)一步提出解決問題的辦法,再設(shè)計合理的實驗,最終通過實驗結(jié)果的分析回答提出的問題。細(xì)胞生物學(xué)的自主實驗項目就是開放式教學(xué)的一種實踐,開放的教學(xué)理念、管理機制、實驗條件、實驗方式以及實驗內(nèi)容都在項目的實施中得到了體現(xiàn)[4]。通過自主實驗項目的實施,可以看出學(xué)生們的收獲,從基礎(chǔ)性實驗中的按部就班到自主實驗中的大膽嘗試,從基礎(chǔ)性實驗中的依靠實驗步驟到自主實驗中的自主鉆研,從基礎(chǔ)性實驗中的追求完美結(jié)果到自主實驗中的直面失敗,進(jìn)而解決問題。通過自主實驗項目的實施,學(xué)生們在各方面都有了很大的進(jìn)步。
四、細(xì)胞生物學(xué)自主實驗項目的主要成效
第一,提高了文獻(xiàn)閱讀能力。在實驗題目確定之前,學(xué)生需要查閱文獻(xiàn)了解目前的研究進(jìn)展,進(jìn)而在前人研究的基礎(chǔ)上提出自己的問題。在提出解決問題的方法時,也不能只局限在實驗課中學(xué)到的基礎(chǔ)性實驗,而需要查閱文獻(xiàn)尋找是否有更加方便的以解決問題的方法。同時,通過閱讀文獻(xiàn)可以進(jìn)一步地增強學(xué)生的邏輯思維能力,更好地設(shè)計、實施、總結(jié)自己的研究項目。
第二,提高了學(xué)生的主觀能動性。與基礎(chǔ)性實驗階段相比可以看出學(xué)生們有了很明顯的積極性,能夠主動思考,也敢于挑戰(zhàn)一些未知的猜測,同時在實驗中遇到困難時也會積極向老師求助,充分利用生命科學(xué)學(xué)院的已有資源,不再局限于本科生實驗室的條件,真正做到了開放的實驗條件,實現(xiàn)了學(xué)生的自主創(chuàng)新。
第三,提高了學(xué)生的綜合科研能力。在生命科學(xué)領(lǐng)域的研究生階段,學(xué)生的學(xué)習(xí)方法將發(fā)生很大的改變,需要非常好的綜合科研能力才能從容地應(yīng)對實驗論文的開題、設(shè)計、實施以及總結(jié)。而現(xiàn)階段的自主科研項目就是未來的一個小縮影,學(xué)生基本體驗了一個完整的流程,雖然這些相比未來的課題研究都非常微小,但是對綜合科研能力的提升不容忽視。同時,在開放實驗的過程中,學(xué)生有機會接觸到一些大型的、先進(jìn)的、高端的現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)研究設(shè)備如激光共聚焦顯微鏡,為研究生階段能快速進(jìn)入科研狀態(tài)打下了堅實的基礎(chǔ)。
第四,激發(fā)了學(xué)生的科研潛力。在自主實驗項目實施過程中,每一個問題的出現(xiàn)和解決,給學(xué)生們帶來了巨大的成就感,因而會進(jìn)一步地激發(fā)他們對科學(xué)研究的熱情。在實驗項目結(jié)束之后,很多同學(xué)會發(fā)現(xiàn)在科學(xué)研究中的樂趣,進(jìn)而激發(fā)出內(nèi)在的潛力,因此說自主實驗項目的實施,是學(xué)生走進(jìn)科研領(lǐng)域的領(lǐng)路人。
五、結(jié)束語
綜上所述,在細(xì)胞生物學(xué)實驗教學(xué)過程中采用基礎(chǔ)性實驗結(jié)合開放自主實驗的教學(xué)方式,能夠在很大程度上提高教學(xué)質(zhì)量,能夠提高同學(xué)們文獻(xiàn)檢索及閱讀、實驗技能、實驗結(jié)果分析以及科研報告撰寫等方面的能力,為他們以后從事科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
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[2]高思.提高高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量的重大舉措[J].中國大學(xué)教學(xué),2007(2):5-10.
[3]李小燕,劉江東,鄭凌,彭雄波.深化細(xì)胞生物學(xué)實驗教學(xué)改革-培養(yǎng)創(chuàng)新型人才[J].實驗技術(shù)與管理,2011(4):116-119.
[4]于威,全滟平,吳月紅,張?;?細(xì)胞生物學(xué)實驗開放式教學(xué)模式實踐研究[J].高校生物學(xué)教學(xué)研究(電子版),2018,8(02):55-59.