以實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心為平臺(tái)組織生物化學(xué)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)

趙立青， 張金紅， 趙玉紅， 鄧 飛， 陳容容

(南開(kāi)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，天津 300071)

在科技飛速發(fā)展、競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的時(shí)代里，一個(gè)國(guó)家的自主創(chuàng)新能力將直接決定這個(gè)國(guó)家的未來(lái)[1]。高等學(xué)校具有教育與科研相結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，肩負(fù)著培養(yǎng)富有創(chuàng)新意識(shí)和科研能力的高素質(zhì)人才的重任，是為科技創(chuàng)新提供創(chuàng)新性人才的搖籃[2]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是本科教育的重要環(huán)節(jié)，怎樣在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力中發(fā)揮其作用，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)相關(guān)部門及教師正在積極探索的熱點(diǎn)問(wèn)題[3-5]。近年來(lái)，我們以南開(kāi)大學(xué)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心為平臺(tái)，通過(guò)特殊層次的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)——開(kāi)放實(shí)驗(yàn)，對(duì)開(kāi)展本科生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了初步的探索。

1 以 “開(kāi)放實(shí)驗(yàn)專題”為契機(jī)組織學(xué)生開(kāi)展創(chuàng)新研究

近年來(lái)，本著以基本技能、綜合能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心的學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)，在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的統(tǒng)籌規(guī)劃和大力支持下，生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)已構(gòu)建起立體化的三層次教學(xué)體系：以生物化學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域研究中應(yīng)用的基本技能訓(xùn)練為主的“基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)”；以科研成果為基礎(chǔ)，緊密結(jié)合科研實(shí)際，旨在對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合能力訓(xùn)練，并將其引入現(xiàn)代生物技術(shù)前沿的“綜合性實(shí)驗(yàn)”；涵蓋開(kāi)放實(shí)驗(yàn)專題(開(kāi)放實(shí)驗(yàn))、百項(xiàng)工程等多種組織形式，旨在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和科研能力的“科研創(chuàng)新性實(shí)踐”。

其中，“開(kāi)放實(shí)驗(yàn)專題”是南開(kāi)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，在國(guó)家生命科學(xué)與技術(shù)人才培養(yǎng)基地總體培養(yǎng)目標(biāo)框架下，為本科生設(shè)置的一門1學(xué)分必修實(shí)驗(yàn)課。課程在統(tǒng)一考評(píng)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，采取松散的組織形式。學(xué)生根據(jù)自己的興趣愛(ài)好選擇研究課題及相應(yīng)的指導(dǎo)教師，在一個(gè)學(xué)期的時(shí)間內(nèi)，完成探索、研究工作。課程運(yùn)行前期，學(xué)生通常選擇一間科研實(shí)驗(yàn)室，參與老師的一項(xiàng)研究課題。通過(guò)這種途徑，學(xué)生固然有機(jī)會(huì)接觸到實(shí)際的科研工作，見(jiàn)識(shí)某一領(lǐng)域的前沿進(jìn)展。但由于課程開(kāi)設(shè)于本科第三年的上半學(xué)年，學(xué)生無(wú)論對(duì)生命科學(xué)相關(guān)知識(shí)的把握，還是對(duì)基本實(shí)驗(yàn)技能的掌握，都還處在比較稚嫩的階段。所以相當(dāng)一部分學(xué)生只能給實(shí)驗(yàn)室的研究生打打下手，很難進(jìn)行獨(dú)立的探索。2008年起，借學(xué)院調(diào)整改革“開(kāi)放實(shí)驗(yàn)專題”實(shí)施方案之機(jī)，我們以生物化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室為單位，結(jié)合專業(yè)特色和硬件條件，每年組織5～6名學(xué)生，以“高壓液相色譜法在食品衛(wèi)生、農(nóng)藥殘留、環(huán)境監(jiān)測(cè)、藥物分析中的應(yīng)用”為大方向，進(jìn)行“開(kāi)放實(shí)驗(yàn)專題”工作。要求學(xué)生在大方向框架下，各人選擇感興趣的樣本和靶分子完成檢測(cè)和分析。

色譜是生物化學(xué)相關(guān)研究領(lǐng)域中常用的生物分子分析鑒定及分離技術(shù)[6]。學(xué)生通過(guò)生物化學(xué)理論及生物化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，已經(jīng)掌握了色譜方法的基本理論、原理和經(jīng)典柱層析的操作技術(shù)。而高效液相色譜法是在經(jīng)典色譜法的基礎(chǔ)上，引入高壓流動(dòng)相、特殊小顆粒填料、高靈敏度檢測(cè)器等特殊技術(shù)發(fā)展起來(lái)的高效分析分離技術(shù)，在當(dāng)代生命科學(xué)研究工作中起著非常重要的作用。我們的主旨，就是憑借“開(kāi)放實(shí)驗(yàn)專題”的契機(jī)，以高壓液相色譜為手段，引導(dǎo)學(xué)生自行選擇感興趣的問(wèn)題進(jìn)行探究。在適宜學(xué)生知識(shí)背景的同時(shí)，給學(xué)生以創(chuàng)新思維、提高能力、張揚(yáng)個(gè)性的空間。幾年來(lái)，學(xué)生們分別以牛奶、雞蛋、面粉、啤酒、辣椒粉、口紅、碳酸飲料等為材料，利用高壓液相色譜方法，探究了其中三聚氰胺、蘇丹紅、苯甲酸、維生素C、膽固醇等多種物質(zhì)的檢測(cè)模式(表1)。

表1 2008—2011年度生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放實(shí)驗(yàn)專題項(xiàng)目一覽

2 以實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心為平臺(tái)實(shí)施“開(kāi)放實(shí)驗(yàn)專題”

實(shí)驗(yàn)性課程運(yùn)行的最基本條件之一就是實(shí)驗(yàn)室及相應(yīng)的儀器設(shè)備。作為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的“科研創(chuàng)新實(shí)踐”課程，“開(kāi)放實(shí)驗(yàn)專題”的設(shè)置形式不同于課表上明確標(biāo)示時(shí)間、地點(diǎn)的常規(guī)課程。它要求學(xué)生根據(jù)自身時(shí)間表，于不固定的時(shí)間里，總計(jì)在實(shí)驗(yàn)室工作至少三十學(xué)時(shí)，完成預(yù)定的科研探究工作。雖然參加開(kāi)放實(shí)驗(yàn)的學(xué)生們通常來(lái)自同一年級(jí)，但由于選修課程的差異，他們計(jì)劃或能夠進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室工作的時(shí)間表卻大相徑庭。怎樣解決開(kāi)放實(shí)驗(yàn)中學(xué)生作息的“隨意性”與實(shí)驗(yàn)室常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)及指導(dǎo)教師日常教學(xué)、科研工作間的“沖突”，是我們面臨的重要問(wèn)題，大概也是困擾各類本科生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐活動(dòng)的難題之一[7,8]。

實(shí)驗(yàn)中心的運(yùn)行機(jī)制為我們解決上述問(wèn)題，實(shí)施“開(kāi)放實(shí)驗(yàn)專題”提供了理想的平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心最突出的特色就是優(yōu)質(zhì)資源共享。南開(kāi)大學(xué)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心是國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，擁有雄厚的設(shè)備和人才資源，及嚴(yán)格的管理、運(yùn)行機(jī)制。

2.1 以實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心為物質(zhì)平臺(tái)進(jìn)行“開(kāi)放實(shí)驗(yàn)專題”

實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和設(shè)備是開(kāi)展實(shí)驗(yàn)性教學(xué)的物質(zhì)基礎(chǔ)[9]。南開(kāi)大學(xué)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心設(shè)有專門為非固定課表實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐課程及學(xué)生創(chuàng)新研究提供場(chǎng)所的共享實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室占地120余平米，不僅具有離心、電泳等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)施，還擁有配備6000 PVW可見(jiàn)/紫外檢測(cè)儀及Accusil C18-10u-250×4.6nm色譜柱的2臺(tái)高端高效液相色譜儀，超純水機(jī)、超聲波清洗機(jī)等色譜相關(guān)配套設(shè)備，是我們以高效液相色譜技術(shù)為切入點(diǎn)進(jìn)行“開(kāi)放實(shí)驗(yàn)專題”的理想物質(zhì)平臺(tái)。

利用實(shí)驗(yàn)中心平臺(tái)，學(xué)生們根據(jù)各自情況，溝通協(xié)商，制定出參加“開(kāi)放實(shí)驗(yàn)專題”的具體時(shí)間表。保證在不影響他人的前提下，有靈活、充裕的時(shí)間和足夠的空間進(jìn)行課題探索，體會(huì)創(chuàng)造的快樂(lè)。既開(kāi)闊了學(xué)生的眼界，又大大提高了工作效率。

2.2 以實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心人力資源實(shí)現(xiàn)“開(kāi)放實(shí)驗(yàn)專題”過(guò)程管理

學(xué)生進(jìn)行“開(kāi)放實(shí)驗(yàn)專題”時(shí)間上的靈活性，給我們帶來(lái)了新的矛盾。當(dāng)今的教師，除了教學(xué)工作外，都還承擔(dān)著繁重的教學(xué)、科研、管理等工作，從時(shí)間上很難與學(xué)生的時(shí)間表完全一致。而學(xué)生一旦進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，難免會(huì)遇到一些突發(fā)的狀況或有臨時(shí)的需求。特別是我們的工作涉及到高效液相色譜儀這種高端的儀器設(shè)備及實(shí)驗(yàn)技術(shù)，學(xué)生在進(jìn)行探索、研究過(guò)程中，可能隨時(shí)需要教師的指導(dǎo)及輔助。怎樣在“開(kāi)放實(shí)驗(yàn)專題”進(jìn)行過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的實(shí)時(shí)督促和指導(dǎo)是我們必須面對(duì)的挑戰(zhàn)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的人力資源共享解決了我們的問(wèn)題。借助國(guó)家人才發(fā)展戰(zhàn)略，近年來(lái)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心引進(jìn)了多名碩士畢業(yè)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員。他們剛剛完成自己的碩士畢業(yè)論文，積累了一定的實(shí)驗(yàn)室工作經(jīng)驗(yàn)，具備了從事科研工作的初步能力。同時(shí)，作為實(shí)驗(yàn)輔助人員，他們的工作性質(zhì)就是以教學(xué)實(shí)驗(yàn)室為工作基地，參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)各環(huán)節(jié)的工作，負(fù)責(zé)大型儀器設(shè)備的管理與維護(hù)。因而，我們吸收了兩名年輕的碩士實(shí)驗(yàn)員作為指導(dǎo)教師組成員。首先對(duì)他們進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，使其熟悉高效液相色譜技術(shù)的應(yīng)用原理、儀器性能及操作方法。繼而在明確項(xiàng)目總體規(guī)劃的前提下，由他們主要負(fù)責(zé)學(xué)生日常實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的督導(dǎo)與管理。

3 借助實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的管理機(jī)制，保證“開(kāi)放實(shí)驗(yàn)專題”實(shí)施質(zhì)量

近年來(lái)高校本科科研創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)如火如荼，形式也多種多樣，但效果卻有很大差異，也因此引起質(zhì)疑之聲[10]。我們認(rèn)為，基于創(chuàng)新的重要意義，組織本科生進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)無(wú)疑是十分必要的。關(guān)鍵在于我們?nèi)绾我?guī)范管理機(jī)制，保證實(shí)施的質(zhì)量。使學(xué)生真正融入這類課程或活動(dòng)，以增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)，提高綜合素質(zhì)及實(shí)踐能力，為今后取得更大成就打下基礎(chǔ)。

幾年的實(shí)踐使我們體會(huì)到，規(guī)范管理、組織環(huán)節(jié)是保障本科科研創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)質(zhì)量的重要機(jī)制。借鑒南開(kāi)大學(xué)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心以教學(xué)環(huán)節(jié)監(jiān)控，對(duì)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行管理的運(yùn)行模式，我們把“開(kāi)放實(shí)驗(yàn)專題”的實(shí)施規(guī)范為論證選題、實(shí)踐設(shè)想、總結(jié)匯報(bào)三個(gè)環(huán)節(jié)。

3.1 論證選題

合理選題是科學(xué)研究中最基本亦是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。“高壓液相色譜法在食品衛(wèi)生、農(nóng)藥殘留、環(huán)境監(jiān)測(cè)、藥物分析中的應(yīng)用”是我們組織“開(kāi)放實(shí)驗(yàn)”的總體大框架。在這個(gè)框架下，我們把“論證選題”環(huán)節(jié)細(xì)化為4步。第一步，提出設(shè)想：要求每一位學(xué)生充分利用網(wǎng)絡(luò)、圖書館、資料室查找擬研究課題相關(guān)的文獻(xiàn)，梳理、歸納出自己的研究目標(biāo)及大體技術(shù)路線。第二步，初次修訂：教師與學(xué)生共同討論，修改并確認(rèn)初步的實(shí)驗(yàn)方案。第三步，初步嘗試：學(xué)生最初的研究目標(biāo)及方案主要基于個(gè)人興趣，難免會(huì)有些不現(xiàn)實(shí)性或盲目性。但為了鼓勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)新積極性，在第一輪討論中，我們只指導(dǎo)學(xué)生調(diào)整那些實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心現(xiàn)行條件下不能滿足的內(nèi)容，而后允許學(xué)生放手嘗試。通過(guò)初步嘗試，學(xué)生發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題主要在兩大方面：一是發(fā)現(xiàn)參考資料的內(nèi)容并非全部可信；第二是自己原先設(shè)想的實(shí)驗(yàn)材料或檢測(cè)指標(biāo)不適于在開(kāi)放實(shí)驗(yàn)專題的模式下進(jìn)行。第四步，確立選題：學(xué)生通過(guò)文獻(xiàn)的再檢索、與指導(dǎo)教師的再次討論溝通及實(shí)驗(yàn)方案的修正最終確立選題。通過(guò)這一過(guò)程，學(xué)生掌握了多種獲取信息的途徑，增長(zhǎng)了甄別文獻(xiàn)價(jià)值、質(zhì)疑文獻(xiàn)報(bào)道、合理選擇研究目標(biāo)及溝通交流的能力。

3.2 實(shí)踐設(shè)想

帶著期盼與自信，學(xué)生們?cè)诖T士實(shí)驗(yàn)員的輔助下，正式進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。這一階段中，我們完全放手，讓學(xué)生獨(dú)立完成從樣品純化到組分檢測(cè)的全過(guò)程。學(xué)生們與高效液相色譜設(shè)備親密接觸，逐漸揭開(kāi)其神秘的面紗，把昔日只能仰望的精密儀器，變成得心應(yīng)手，實(shí)踐理想的利器。沒(méi)有時(shí)間、場(chǎng)所的限制，充分地放松心態(tài)，在與同學(xué)、實(shí)驗(yàn)員、指導(dǎo)教師的討論爭(zhēng)辯與相互激勵(lì)中，不斷完善實(shí)驗(yàn)方案，最終檢測(cè)出自己心儀樣品中特定物質(zhì)的含量。這一過(guò)程充滿挑戰(zhàn)，既有失敗的苦惱和郁悶，更有成功的歡笑與自豪。學(xué)生們?cè)谠鲩L(zhǎng)技能的同時(shí)深深體驗(yàn)到科學(xué)研究與創(chuàng)造的艱辛與快樂(lè)，亦體驗(yàn)到相互幫助扶持的團(tuán)隊(duì)合作在科研工作中的重要性。

3.3 總結(jié)

總結(jié)包括書面總結(jié)和口頭匯報(bào)兩個(gè)方面。書面總結(jié)即撰寫研究報(bào)告，研究報(bào)告既是工作成果的展示，也是研究歷程的總結(jié)和升華。因此，除了要求學(xué)生按照學(xué)術(shù)論文的模式報(bào)告研究結(jié)果外，我們特別引導(dǎo)學(xué)生對(duì)整個(gè)實(shí)踐探究過(guò)程進(jìn)行梳理和反思，總結(jié)遭遇的困難、挫折，分析破解的思路、方法，以使學(xué)生領(lǐng)會(huì)研究創(chuàng)新的思想方法。口頭匯報(bào)以答辯會(huì)的形式進(jìn)行。我們聯(lián)合同在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心進(jìn)行“開(kāi)放實(shí)驗(yàn)專題”的其他小組，組織學(xué)生舉行論文匯報(bào)答辯會(huì)。要求每位同學(xué)將自己的工作、體會(huì)凝練為5～7分鐘的PPT，在會(huì)上報(bào)告并接受老師和同學(xué)們的質(zhì)疑、提問(wèn)?？偨Y(jié)匯報(bào)是一個(gè)痛苦的過(guò)程，從最初雜亂無(wú)章的報(bào)告，到順暢規(guī)范的論文終稿，再到答辯會(huì)上流利且富有邏輯的語(yǔ)言表述，無(wú)不融合著師生的點(diǎn)點(diǎn)心血、絲絲努力和共同進(jìn)步。

通過(guò)幾年的實(shí)踐，借助實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心平臺(tái)，二十余名學(xué)生完成了“高壓液相色譜法在食品衛(wèi)生、農(nóng)藥殘留、環(huán)境監(jiān)測(cè)、藥物分析中的應(yīng)用”大方向下的“開(kāi)放實(shí)驗(yàn)”研究。學(xué)生們親身體驗(yàn)了研究探索的全過(guò)程，鍛煉了實(shí)際工作的能力、進(jìn)一步理解了創(chuàng)新的含義，綜合素質(zhì)大大提高。

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