科研創(chuàng)新型生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐

晏善成，王 俊，陳勁松

(南京郵電大學(xué) 地理與生物信息學(xué)院，南京 210023)

科研創(chuàng)新型生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐

晏善成，王 俊，陳勁松

(南京郵電大學(xué) 地理與生物信息學(xué)院，南京 210023)

南京郵電大學(xué)科研創(chuàng)新型生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室主要開(kāi)展定量生理學(xué)課程及相關(guān)課程中研究型、探索性實(shí)驗(yàn)。這些創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)實(shí)施的基本程序與科學(xué)研究基本一致,學(xué)生從中可初步掌握科學(xué)研究的基本過(guò)程和基本方法。能培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立動(dòng)手能力、自學(xué)能力、發(fā)現(xiàn)和分析問(wèn)題能力、處理問(wèn)題能力、信息的收集和整理能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作和創(chuàng)造性思維能力，為學(xué)生個(gè)性化培養(yǎng)提供自由發(fā)展的空間和平臺(tái), 形成以培養(yǎng)學(xué)生綜合能力、創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力為主線的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)；創(chuàng)新；定量生理學(xué)；生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室；教學(xué)體系

21世紀(jì)是知識(shí)經(jīng)濟(jì)的新時(shí)代, 我國(guó)高等教育面臨著人才培養(yǎng)模式的挑戰(zhàn)。只有加強(qiáng)創(chuàng)新教育,培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才, 才能實(shí)現(xiàn)科教興國(guó)的戰(zhàn)略目標(biāo), 才能適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科技發(fā)展的需要。高等教育創(chuàng)新的源頭在實(shí)驗(yàn)室, 高校實(shí)驗(yàn)室在創(chuàng)新教育中起著非常重要的作用, 它是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要課堂, 是知識(shí)創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新的重要基地。只有努力創(chuàng)造條件使學(xué)生能有更多機(jī)會(huì)、更多時(shí)間進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室動(dòng)手、動(dòng)腦才能造就創(chuàng)新型人才。[1-4]目前各地高校正在建立和涌出一批創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室, 創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)也正在蓬勃興起, 這將成為我國(guó)教育發(fā)展史上一個(gè)新的里程碑, 也是當(dāng)今創(chuàng)新教育領(lǐng)域的一個(gè)新亮點(diǎn)。

定量生理學(xué)實(shí)驗(yàn)是定量生理學(xué)的主要實(shí)踐環(huán)節(jié)，是深化理論知識(shí)，培養(yǎng)實(shí)踐技能，提高學(xué)生動(dòng)手能力，解決實(shí)際問(wèn)題能力的重要教學(xué)和學(xué)習(xí)過(guò)程，使學(xué)生進(jìn)一步掌握基于生物電探測(cè)的電生理測(cè)量技術(shù)的原理以及相關(guān)技術(shù)。根據(jù)生醫(yī)學(xué)院校的性質(zhì)和培養(yǎng)目標(biāo)，定量生理學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排主要是以基礎(chǔ)知識(shí)和基本實(shí)驗(yàn)技能培養(yǎng)和訓(xùn)練為主。近年來(lái)，南京郵電大學(xué)地理與生物信息學(xué)院針對(duì)《定量生理學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程進(jìn)行了教學(xué)改革和實(shí)踐，將科研創(chuàng)新引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，取得了良好的教學(xué)效果。

1 建設(shè)生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室

2008年南京郵電大學(xué)創(chuàng)辦生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)，生物醫(yī)學(xué)工程是理學(xué)、工學(xué)和生命科學(xué)交叉融合的邊緣學(xué)科，主要培養(yǎng)具備生命科學(xué)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及信息科學(xué)有關(guān)的基礎(chǔ)理論知識(shí)以及醫(yī)學(xué)與工程技術(shù)相結(jié)合的科學(xué)研究能力，能在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)儀器以及其他電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息產(chǎn)業(yè)等部門(mén)從事研究、開(kāi)發(fā)、教學(xué)及管理的高級(jí)技術(shù)人才。

2011年獲得南京郵電大學(xué)驗(yàn)收通過(guò)的 “生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室”已把實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成一個(gè)以生物醫(yī)學(xué)為核心，涉及醫(yī)學(xué)診斷以及生物信息處理，科研與教學(xué)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)基地，使學(xué)生能夠系統(tǒng)化地學(xué)習(xí)和掌握全面的生命科學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)技能，以培養(yǎng)生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域創(chuàng)新性人才；同時(shí)，為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的師生提供一個(gè)高水平的細(xì)胞、分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)，以加強(qiáng)不同學(xué)科間的合作交流，做出一流的科研工作，更好地為實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)。為此，生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室目前已經(jīng)搭建了一系列科研創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，這些平臺(tái)包括基因操作和蛋白質(zhì)表達(dá)平臺(tái)、細(xì)胞生物學(xué)操作平臺(tái)、結(jié)構(gòu)測(cè)試和信息處理的表征平臺(tái)，這些平臺(tái)的搭建為學(xué)生開(kāi)展生物醫(yī)學(xué)工程創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)提供了重要保證。

2 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)

2.1 定量生理學(xué)課程簡(jiǎn)介

定量生理學(xué)是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的核心專業(yè)課程。該課程以物理學(xué)原理和數(shù)學(xué)方法學(xué)為基礎(chǔ)，從工程技術(shù)討論人體的生理過(guò)程，學(xué)習(xí)并掌握生物膜與生物膜電位原理和方法，進(jìn)一步學(xué)習(xí)并掌握基于電生理測(cè)量技術(shù)的原理以及相關(guān)技術(shù)，使學(xué)生建立起從基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)到實(shí)際生物醫(yī)學(xué)工程中有關(guān)生物電信號(hào)測(cè)量以及應(yīng)用之間的橋梁；并且能夠運(yùn)用物理學(xué)和數(shù)學(xué)的觀點(diǎn)和方法論進(jìn)行多個(gè)層次和水平上探索生命現(xiàn)象及其規(guī)律性，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)生理系統(tǒng)進(jìn)行定量分析的基本方法，培養(yǎng)跨越生命科學(xué)、計(jì)算科學(xué)、數(shù)理科學(xué)等不同領(lǐng)域的“大科學(xué)”素質(zhì)和意識(shí)，為今后選擇新興交叉學(xué)科領(lǐng)域進(jìn)行深造和工作奠定基礎(chǔ)。因此，該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)不僅重要而且要求極高。

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式改革

長(zhǎng)期以來(lái)，許多高等院校對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)重視不夠，重理論輕實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)觀念依然存在。由于不重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性，資金投入相對(duì)不足，有些陳舊或損壞的儀器設(shè)備沒(méi)有及時(shí)更新，這無(wú)形中就影響了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣；而且傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)分強(qiáng)調(diào)教師的中心地位，學(xué)生的主動(dòng)性、探索性受到一定限制。許多實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與當(dāng)今飛速發(fā)展的前沿科學(xué)新理論、新技術(shù)嚴(yán)重脫節(jié)，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在很多問(wèn)題。而且傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最大弊病就是開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)往往只是一個(gè)“裝配” 實(shí)驗(yàn), 培養(yǎng)的也只是一個(gè)裝配工, 不能鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力，創(chuàng)新更無(wú)從談起。實(shí)際上實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的工作是實(shí)驗(yàn)教學(xué)順利完成的重要保障。實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的日常工作繁雜、瑣事多、重復(fù)性強(qiáng)，每天除了要為即將進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)完成大量的準(zhǔn)備工作外，還要做好實(shí)驗(yàn)所用儀器設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)、修理、保管等工作。這些工作看似簡(jiǎn)單，但對(duì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的要求也比較高，然而目前實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員在職稱評(píng)定、進(jìn)修以及工作量待遇等方面明顯處于弱勢(shì)，不利于發(fā)揮實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的主觀能動(dòng)性。[5]這兩方面因素嚴(yán)重影響了目前高等實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量及效果，因此現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)急需改革。

為了解決上述傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)存在的兩個(gè)主要問(wèn)題，我們提出將科研創(chuàng)新引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，結(jié)合科研進(jìn)展不斷更新完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研創(chuàng)新相結(jié)合，使其更具有前瞻性和可持續(xù)發(fā)展性。一方面，我校的科研創(chuàng)新生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室注重開(kāi)放和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的建設(shè), 徹底改變“照方取藥”的被動(dòng)實(shí)驗(yàn)方式, 采取“引、點(diǎn)、撥”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式, 讓學(xué)生自己提出需要解決的問(wèn)題、達(dá)到的目標(biāo), 自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案, 引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考、大膽動(dòng)手, 充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性, 給學(xué)生充分施展個(gè)性的余地,從而達(dá)到彌補(bǔ)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足。另一方面，以教學(xué)科研型教師為實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要人員，構(gòu)建教學(xué)科研互動(dòng)基地，使其成為培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、研究能力和創(chuàng)新能力的新型教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，讓學(xué)生在本科基礎(chǔ)學(xué)習(xí)階段能較早地開(kāi)展帶有課題研究性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，更多地接觸科研實(shí)踐，提高工作能力和科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力[6]。

2.3 將科研創(chuàng)新引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)

隨著知識(shí)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，創(chuàng)新已成為時(shí)代發(fā)展的要求和社會(huì)進(jìn)步的動(dòng)力，而科研創(chuàng)新是創(chuàng)新的一個(gè)極為重要的方面。高校尤其是大量地方本科院校作為高等教育的主陣地，在本科生教學(xué)中將科研創(chuàng)新引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有利于培養(yǎng)本科生的創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)精神；有利于培養(yǎng)本科生將理論與實(shí)踐相結(jié)合的意識(shí)和能力；有利于促進(jìn)師生的共同發(fā)展；有利于促進(jìn)地方本科院校加快學(xué)科和專業(yè)的建設(shè)；有利于為地方培養(yǎng)大量的創(chuàng)新型人才，因而具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[7]。借助于生物醫(yī)學(xué)高水平實(shí)驗(yàn)室，我們通過(guò)開(kāi)展綜合性實(shí)驗(yàn)、科研訓(xùn)練計(jì)劃、學(xué)科競(jìng)賽、課外科技活動(dòng)等方式，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的熱情，引導(dǎo)學(xué)生參與科研創(chuàng)新過(guò)程，為學(xué)生科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了一個(gè)重要平臺(tái)[8]。

2.4 開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)

在增加理論課綜合性實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，由于課程實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的限制，學(xué)生能夠親自動(dòng)手的實(shí)驗(yàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人才培養(yǎng)的要求，因此，我們開(kāi)設(shè)了“開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”，這樣就起到了很好的補(bǔ)充作用。例如，“數(shù)字腦電圖儀的使用與EEG采集”“蛋白質(zhì)-核酸復(fù)合物氫鍵與范德華力作用位點(diǎn)分析” “腦電信號(hào)的Hurst指數(shù)研究”等多項(xiàng)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)。此外，我們一般從大二學(xué)生中選取有科研潛力的學(xué)生，開(kāi)展“本科生科學(xué)研究訓(xùn)練計(jì)劃”教學(xué)，如國(guó)家級(jí)“基于GIS的移動(dòng)生理信號(hào)監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”“ 基于JSD的注意力腦電研究”“ 基于超臨界新技術(shù)的石墨烯功能化及生物傳感器應(yīng)用研究”。本科生在確定課題，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，將由指導(dǎo)教師對(duì)其直接負(fù)責(zé)。在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，會(huì)學(xué)習(xí)很多課堂上不教的東西，提高學(xué)生學(xué)習(xí)、科研的興趣、具備一定的科學(xué)思維和分析能力、激發(fā)對(duì)所學(xué)專業(yè)的興趣、堅(jiān)定從事相關(guān)工作的信心和決心，一些本科生發(fā)表或錄用了第一作者或并列第一作者SCI/EI刊源雜志論文多篇。在此基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)學(xué)生參加各種學(xué)科競(jìng)賽、科技創(chuàng)新等活動(dòng)。因?yàn)橛辛碎_(kāi)放實(shí)驗(yàn)及本科生科學(xué)研究訓(xùn)練計(jì)劃教學(xué)的推動(dòng)，我們學(xué)院的科研氛圍濃厚了許多。因此很多本科生有了要進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的要求，這樣本科生的日常學(xué)習(xí)變得充實(shí)，許多學(xué)生一有時(shí)間就去實(shí)驗(yàn)室看文獻(xiàn)做實(shí)驗(yàn)，并在實(shí)驗(yàn)中體會(huì)了科學(xué)研究的樂(lè)趣和魅力，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手、創(chuàng)新、協(xié)作能力，對(duì)學(xué)習(xí)能力的提高、團(tuán)隊(duì)精神的培養(yǎng)、心理素質(zhì)的鍛煉有著不可替代的作用。這些都說(shuō)明依托科研創(chuàng)新生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力有較大的貢獻(xiàn)，對(duì)新時(shí)期的大學(xué)生培養(yǎng)意義重大。

3 結(jié)束語(yǔ)

依托生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，以《定量生理學(xué)》本科教學(xué)課程為載體，以學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程相關(guān)科研項(xiàng)目為推動(dòng)力，充分結(jié)合學(xué)校和學(xué)院開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放項(xiàng)目及本科生科學(xué)研究訓(xùn)練計(jì)劃，充分利用學(xué)院生物信息系實(shí)驗(yàn)中心已有的豐富的科研儀器、計(jì)算資源，進(jìn)一步推動(dòng)科研創(chuàng)新型生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，以發(fā)揮學(xué)生在《定量生理學(xué)》及相關(guān)課程中學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性, 激發(fā)學(xué)生科研實(shí)踐的興趣, 培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力。

[1] 劉林濤, 田慧珍. 高校實(shí)驗(yàn)室改革與發(fā)展研究[J]. 中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2013(15): 25-31.

[2]張帆，張瑾，鄭李彬，等. 國(guó)內(nèi)高校實(shí)驗(yàn)室對(duì)本科生開(kāi)放現(xiàn)狀的研究[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2012，31(7): 188-193.

[3]吳翠榮，吳翠玲．建設(shè)開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室推進(jìn)高職教育教學(xué)改革[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備, 2010(5)：124-127.

[4]聶文杰．高校開(kāi)放型實(shí)驗(yàn)竄建設(shè)探索[J]. 技術(shù)與創(chuàng)新管理, 2011(4)：423-425.

[5] 仲啟媛，賈佑銘，譚立龍. 應(yīng)用啟發(fā)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)軍隊(duì)創(chuàng)新人才[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2013(11):140-142.

[6] 蔣玉榮，邊長(zhǎng)賢，黃靜，等. 實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研創(chuàng)新相結(jié)合的探索與實(shí)踐[J]. 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),2012(25):112-115.

[7] 蔡華健, 地方院校開(kāi)展本科生科研創(chuàng)新訓(xùn)練的實(shí)踐與思考[J].教育探索，2012(8):76-78.

[8] 李從舉. 以高水平實(shí)驗(yàn)室為平臺(tái)，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才[J]. 實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù), 2013，10(11):134-137.

Practice of Scientific Innovation Biomedical Laboratory

YAN Shancheng, WANG Jun, CHEN Jingsong

(School of Geography and Biological Information, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210023, China)

The scientific innovative biomedical laboratory of Nanjing University of Posts and Telecommunications is used to provide research and exploration of experiments about quantitative physiology and related courses. This basic program of the innovation experiment is consistent with scientific research, which can make students master basic process and basic method of scientific research. It also trains students independent hands-on capacity, self-study capacity, finding problem of capacity, analysis problem capacity, processing problem of capacity, information of collection and sorting out capacity, collaboration capacity, and creative thinking capacity. The scientific innovative biomedical laboratory provides free space and platform for personalized development of the students, which contributes to forming the experimental teaching system, cultivating students’ comprehensive ability, creative thinking and innovation ability as main line.

experimental teaching; innovation; quantitative physiology; biomedical laboratory; teaching system

2013-12-19；修改日期: 2014-01-14

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61205057),國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目(201310293036)，南京郵電大學(xué)實(shí)驗(yàn)室工作研究課題資助項(xiàng)目(17032SG13141112)。

晏善成 (1981-) 男， 博士， 副教授， 主要從事納米生物傳感器的研究。

G642.423；G482;R318

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.06.052