本科生開設(shè)“動物細(xì)胞培養(yǎng)”實(shí)驗(yàn)的探索

王宏剛， 陳成彬， 王春國， 陳 力， 宋文芹， 白艷玲， 張金紅， 劉 方

(南開大學(xué)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，天津 300071)

0 引言

近年來，細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域的研究范圍已大大拓寬，來自各專業(yè)的科學(xué)家不斷地加入該領(lǐng)域進(jìn)行細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的研究，細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)變得越來越重要，利用細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)研究生命現(xiàn)象的項(xiàng)目和從事生產(chǎn)活動所獲得的成果越來越多，細(xì)胞培養(yǎng)這項(xiàng)技術(shù)不僅在過去、現(xiàn)在乃至將來都是生命科學(xué)研究領(lǐng)域所必需的一門經(jīng)典技術(shù)。

動物細(xì)胞培養(yǎng)是通過模擬細(xì)胞體內(nèi)的生長環(huán)境，在無菌、適當(dāng)溫度和一定營養(yǎng)條件下，使細(xì)胞在體外生存、生長、繁殖及維持其功能和結(jié)構(gòu)的方法。“動物細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)”是細(xì)胞生物學(xué)的重要組成部分，它應(yīng)用廣泛，已經(jīng)在病理學(xué)、微生物學(xué)、免疫學(xué)、藥理學(xué)、遺傳學(xué)和腫瘤學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域[1-3]。但在動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的教學(xué)方面，鑒于動物細(xì)胞培養(yǎng)在技術(shù)上有一定的難度，再加上實(shí)驗(yàn)室硬件條件、課程學(xué)時等條件的限制，國內(nèi)其他高校主要針對研究生開設(shè)這類課程，或通過綜合性或開放性的選修實(shí)驗(yàn)課程來向本科生開設(shè)這類課程[4-6]?？紤]到作為生命科學(xué)類專業(yè)的本科生，應(yīng)該系統(tǒng)完整地掌握細(xì)胞培養(yǎng)的基本原理和方法，我們對如何在本科生的基礎(chǔ)必修課中開設(shè)動物細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一系列的探索，并在伯苓班(生物)的“細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程中進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐。

1 教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置

培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維與實(shí)踐動手能力是我們實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要宗旨之一，通過實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)不僅要幫助學(xué)生了解和掌握實(shí)驗(yàn)技能，更重要地是加強(qiáng)學(xué)生的道德修養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真的工作態(tài)度和團(tuán)隊(duì)合作精神[7-8]。由于動物細(xì)胞培養(yǎng)具有培養(yǎng)要求高、操作難度大等特點(diǎn)，因此，動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)具有極強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)性和實(shí)踐性，實(shí)驗(yàn)技能與理論基礎(chǔ)缺一不可。目前，開設(shè)實(shí)驗(yàn)課的難點(diǎn)在于能否在有限的學(xué)時內(nèi)、有限的儀器設(shè)備條件下實(shí)現(xiàn)我們的教學(xué)宗旨，為此我們在教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)行了探索。動物細(xì)胞培養(yǎng)是作為基礎(chǔ)必修實(shí)驗(yàn)課“細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)”的一部分內(nèi)容，學(xué)時數(shù)受到一定的限制，且授課的對象為大學(xué)二年級的本科生，專業(yè)基礎(chǔ)課的知識儲備還比較薄弱，根據(jù)這種情況我們設(shè)置了四部分的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:①是了解用組織塊貼壁培養(yǎng)法和消化培養(yǎng)法進(jìn)行細(xì)胞原代培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)方法，由于學(xué)時的限制這部分內(nèi)容主要以穿插看錄像為主，使學(xué)生有一個感性的認(rèn)識;②掌握基本的動物細(xì)胞培養(yǎng)技能——動物細(xì)胞的復(fù)蘇、傳代和凍存;③ 是對培養(yǎng)細(xì)胞生長活力進(jìn)行測定，進(jìn)一步驗(yàn)證細(xì)胞培養(yǎng)的成功與否;④利用細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)對腫瘤細(xì)胞進(jìn)行不同藥物的處理進(jìn)而檢測腫瘤細(xì)胞的生長活性，使該技術(shù)如何在基礎(chǔ)研究中的應(yīng)用有所了解。

通過對這四部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以系統(tǒng)完整地掌握動物細(xì)胞傳代培養(yǎng)中從復(fù)蘇到凍存的整個過程，并學(xué)會細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)如何在研究中進(jìn)一步的應(yīng)用，使學(xué)生具備在科研實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的能力。

此外，在對細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生的多種實(shí)驗(yàn)技能都可以得到鍛煉和提高，比如:無菌操作、細(xì)胞計(jì)數(shù)、倒置顯微鏡、酶標(biāo)儀和離心機(jī)的使用等。

2 實(shí)驗(yàn)講義的編寫

近年來細(xì)胞生物學(xué)發(fā)展的速度非?？欤录夹g(shù)不斷涌現(xiàn)。相比之下我們開設(shè)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容卻顯得比較陳舊，明顯落后于細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展。在強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生注重知識能力和素質(zhì)全面發(fā)展的努力下，我們積極努力探索實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法，尤其是教材方面的改革，使學(xué)生能夠擴(kuò)展科學(xué)的視野。

我們通過實(shí)踐認(rèn)為，一本適合學(xué)生閱讀的實(shí)驗(yàn)講義，可以為學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課程的預(yù)習(xí)提供很大的幫助，對于實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到事半功倍的效果。就目前而言，關(guān)于動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)方面的教材種類繁多，不同的作者及教科書在內(nèi)容體系的編排、培養(yǎng)物的例證及闡述的側(cè)重點(diǎn)等多方面呈現(xiàn)各自的風(fēng)格和特點(diǎn)。為了與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和教學(xué)方法更好地貼合，充分體現(xiàn)教材的系統(tǒng)性、先進(jìn)性和實(shí)用性，在這個原則下，在參考了多本相關(guān)教材的基礎(chǔ)上，結(jié)合我們自身的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)技巧和研究成果編寫了實(shí)驗(yàn)講義。實(shí)驗(yàn)中的每一個教學(xué)環(huán)節(jié)都經(jīng)過了老師們的反復(fù)推敲和實(shí)踐，因此具有很好的可操作性。

在細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)講義中:①采用了較大的篇幅來講解實(shí)驗(yàn)背景與實(shí)驗(yàn)原理，希望借此可以幫助學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，更加透徹地理解實(shí)驗(yàn)中的基本原理，只有這樣，學(xué)生才會了解每一個實(shí)驗(yàn)步驟的原理是什么，要達(dá)到什么樣的效果，重點(diǎn)強(qiáng)化了要點(diǎn)提示及注意事項(xiàng)。②每個實(shí)驗(yàn)的最后都會列出3～5個思考題，來引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、實(shí)踐動手能力、鍛煉學(xué)生分析問題和解決問題的能力以及科研創(chuàng)新的能力。③以附錄的形式在實(shí)驗(yàn)講義中將動物細(xì)胞培養(yǎng)中常用的技術(shù)如無菌操作的要領(lǐng)、細(xì)胞計(jì)數(shù)的方法、測定細(xì)胞生長曲線的方法等做了詳細(xì)的介紹。④ 為了使學(xué)生更好的理解與學(xué)習(xí)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將部分實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容的錄像提供給學(xué)生，供學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的間隙進(jìn)行學(xué)習(xí)和參考，使學(xué)生對細(xì)胞培養(yǎng)有一個全面完整、系統(tǒng)地了解。

3 教學(xué)方法的研究與實(shí)踐

教學(xué)方法關(guān)系到教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)質(zhì)量，在優(yōu)化組合教學(xué)內(nèi)容的前提下科學(xué)的教學(xué)方法才是通往高教學(xué)質(zhì)量的橋梁[9]。在現(xiàn)代的教學(xué)中，培養(yǎng)創(chuàng)新人才已成為我們高等教育的核心內(nèi)容。這就要求學(xué)生必須具有全面的專業(yè)基礎(chǔ)素質(zhì)，較高的科研素質(zhì)以及卓越的創(chuàng)新能力，才可能在將來在高科技領(lǐng)域直接參與科學(xué)研究與知識創(chuàng)新活動[10-12]。因此，我們在教學(xué)中積極轉(zhuǎn)變教育觀念，將“授人以漁”的主導(dǎo)思想貫徹于始終，不僅僅是培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、創(chuàng)新性、思辯性和自學(xué)能力，起到拋磚引玉的作用，使學(xué)生開拓視野，啟迪智慧，了解新思路、新觀點(diǎn)，為后續(xù)學(xué)習(xí)及今后科研訓(xùn)練、畢業(yè)論文等奠定基礎(chǔ)。

在教學(xué)的組織上，我們采用教師課堂上講授指導(dǎo)學(xué)生課余時間練習(xí)的開放式教學(xué)方法。在課堂上，首先由教師對實(shí)驗(yàn)的原理及方法進(jìn)行講解，并對重點(diǎn)的步驟進(jìn)行示范。反復(fù)強(qiáng)調(diào)細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)不同于其他實(shí)驗(yàn)，步驟多、整體性強(qiáng)、操作要求嚴(yán)格、不能污染細(xì)胞等，而且上一實(shí)驗(yàn)的結(jié)果往往會影響下一個實(shí)驗(yàn)。要求學(xué)生要掌握要領(lǐng)，反復(fù)練習(xí)。然后，由學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行操作。在此過程中，教師根據(jù)每個學(xué)生操作的具體情況對其進(jìn)行指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)分兩次完成:第一次安排細(xì)胞的復(fù)蘇實(shí)驗(yàn)，由教師提供處于凍存狀態(tài)的細(xì)胞供學(xué)生進(jìn)行復(fù)蘇;第二次安排細(xì)胞的傳代和凍存，學(xué)生使用自己復(fù)蘇的細(xì)胞進(jìn)行傳代和凍存實(shí)驗(yàn)。

由于細(xì)胞培養(yǎng)課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多、課時少，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目必須在有限的時間內(nèi)完成，增加了實(shí)驗(yàn)課程實(shí)施的難度。例如由于參加細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)課程學(xué)習(xí)的學(xué)生人數(shù)多，無法在短時間內(nèi)安排所有學(xué)生進(jìn)入無菌間實(shí)驗(yàn)操作，我們采取分批、分組進(jìn)入培養(yǎng)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。由于課堂上操作的實(shí)踐時間較少，我們又采用開放式教學(xué)的方法，課后，學(xué)生可以利用自己的“校園一卡通”注冊實(shí)驗(yàn)室的門禁管理系統(tǒng)，注冊后學(xué)生可以利用自己的課余時間刷卡進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行練習(xí)，以達(dá)到對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的熟練掌握。在后續(xù)的“細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程中以動物細(xì)胞為實(shí)驗(yàn)材料的實(shí)驗(yàn)如:細(xì)胞骨架的觀察、熒光原位雜交、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞生長活力測定等所用的細(xì)胞均由學(xué)生自己培養(yǎng)，這不僅給學(xué)生提供了大量動手實(shí)驗(yàn)操作的機(jī)會，而且提高了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課的興趣和自己動手的能力及分析問題解決問題的能力，也培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作和責(zé)任心意識。

4 實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求

實(shí)驗(yàn)報(bào)告是教師了解學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)的狀況和進(jìn)行成績評定的重要依據(jù)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告的寫作是提高大學(xué)生寫作能力、科研能力的一個重要手段。實(shí)驗(yàn)報(bào)告是完整的記錄實(shí)驗(yàn)的全過程的一種形式，它包括了對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和總結(jié)，不但有助于學(xué)生理解和掌握實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、意義、方法和技能，還能通過觀察分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果，得出學(xué)生自己的體會和結(jié)論，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，養(yǎng)成多觀察勤思考、善總結(jié)的好習(xí)慣。這對他們今后走向工作崗位，成為具有創(chuàng)新能力的人才很有幫助，這也是當(dāng)今素質(zhì)教育所倡導(dǎo)的[13-14]。

以往的常規(guī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫要求是:題目、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、主要試劑和儀器、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)結(jié)果。為了進(jìn)一步提高學(xué)生分析問題和觀察問題的能力，我們將實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫格式進(jìn)行了改革，以論文的格式進(jìn)行書寫，雖然增加了難度，但提高了學(xué)生的書寫和分析問題的能力，為以后科學(xué)論文的撰寫奠定了基礎(chǔ)。論文式實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫要求:①題目;②前言(國內(nèi)外的進(jìn)展及實(shí)驗(yàn)?zāi)康?;③材料和方法(包括實(shí)驗(yàn)材料、試劑、儀器和方法步驟;④實(shí)驗(yàn)操作，強(qiáng)調(diào)不能照抄實(shí)驗(yàn)講義上的操作，要求用盡可能少的文字描述操作要點(diǎn));⑤實(shí)驗(yàn)結(jié)果，要求盡可能詳實(shí)地描述結(jié)果;⑥討論，是整個報(bào)告的重點(diǎn)部分，要求結(jié)合實(shí)驗(yàn)原理對結(jié)果進(jìn)行分析討論。并通過查閱文獻(xiàn)，讓學(xué)生用學(xué)到理論知識對實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果做出認(rèn)真仔細(xì)的分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果不理想的，要認(rèn)真分析實(shí)驗(yàn)失敗的原因和可能存在污染的環(huán)節(jié)，最后提交一份以科技論文格式撰寫的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

5 教學(xué)改革過程中的體會

5.1 教學(xué)內(nèi)容和體系編排的優(yōu)化

根據(jù)教學(xué)計(jì)劃，我院的細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程課時較少(32學(xué)時)，但需要講解的內(nèi)容多，在有限的時間內(nèi)還要完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)，而且細(xì)胞培養(yǎng)的周期長、影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素多，這些都增加了課程實(shí)施的難度。在實(shí)驗(yàn)過程中，我們加大了實(shí)驗(yàn)技術(shù)操作比重，強(qiáng)化了實(shí)驗(yàn)操作技能的每一環(huán)節(jié)訓(xùn)練，要求每一個學(xué)生獨(dú)立完成所有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后都會對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行點(diǎn)評，通過這些方法來使學(xué)生熟練掌握有關(guān)動物細(xì)胞培養(yǎng)的基本技術(shù)，并為其今后進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)和科學(xué)研究創(chuàng)造條件、奠定基礎(chǔ)。

5.2 充分利用現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)手段

動物細(xì)胞培養(yǎng)的對無菌操作，環(huán)境凈化程度的要求高、涉及到的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備多、用到得實(shí)驗(yàn)試劑價格昂貴等因素，都會給實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來較大的困難。為提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，在每次實(shí)驗(yàn)前，除充分的講解外，老師還會在學(xué)生進(jìn)行操作前進(jìn)行示范，在實(shí)驗(yàn)的間隙時間，學(xué)生還可以反復(fù)觀看VCD中的操作演示，獲得多次直觀的感性認(rèn)識。徹底改變以單純知識傳授為目標(biāo)的課堂教學(xué)模式，形成以能力、技能培養(yǎng)為目標(biāo)的教學(xué)模式。

5.3 采用開放式的教學(xué)方式

我們創(chuàng)新性地在基礎(chǔ)必修課的教學(xué)中采用的開放式教學(xué)方式，給了學(xué)生積極發(fā)揮自己主觀能動性的機(jī)會，也培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作和責(zé)任心意識。學(xué)生利用業(yè)余時間不斷觀察自己培養(yǎng)的細(xì)胞，根據(jù)細(xì)胞生長的狀態(tài)自己把握時間進(jìn)行傳代培養(yǎng)，有問題及時與老師溝通，老師進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)，使用自己培養(yǎng)的細(xì)胞為實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行其他的細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，提高了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課的興趣，也提高了學(xué)生自己動手的能力和分析問題解決問題的能力，收到了較好的效果。

在開設(shè)細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)課探索的過程中，通過學(xué)習(xí)以及跟學(xué)生的交流，在為本科生開設(shè)動物細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)時，有如下幾個方面要需要特別注意:

(1)必須要求學(xué)生樹立嚴(yán)格的無菌觀念。按照教學(xué)計(jì)劃的安排，本科二年級的學(xué)生還沒有學(xué)習(xí)過“微生物學(xué)”，因此需要重點(diǎn)要求學(xué)生樹立嚴(yán)格的無菌操作觀念，從細(xì)胞培養(yǎng)所需要的玻璃器皿、塑料制品、移液器、培養(yǎng)箱的滅菌，到實(shí)驗(yàn)操作過程中的每一個細(xì)節(jié)，都要時刻提醒學(xué)生注意無菌操作。

(2)深化學(xué)生對細(xì)胞培養(yǎng)條件的認(rèn)識。在課堂講授中，需要詳細(xì)講解清楚細(xì)胞在體外生長過程的營養(yǎng)需要，包括細(xì)胞培養(yǎng)的條件、細(xì)胞的營養(yǎng)、環(huán)境和影響細(xì)胞生長的因素等;此外，考慮到學(xué)時的限制以及現(xiàn)在科研實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況，教學(xué)過程中采用的培養(yǎng)基、血清等試劑均為商品化的產(chǎn)品，需要學(xué)生對每一種試劑的成分及每一種成分的作用都有所了解。

(3)注重學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。對于一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的掌握，最重要的方法就是加強(qiáng)實(shí)踐操作訓(xùn)練，在課堂上，要嚴(yán)格規(guī)范學(xué)生操作過程中的每一處細(xì)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，只有這樣，才能做到教會學(xué)生學(xué)習(xí)的方法，幫助學(xué)生在以后的學(xué)習(xí)中通過舉一反三來學(xué)到更多的知識。

6 結(jié)語

通過開設(shè)細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，更新教學(xué)觀念，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，高質(zhì)量地完成了本科生“動物細(xì)胞培養(yǎng)”的各個教學(xué)環(huán)節(jié)，達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)目的。學(xué)生不僅學(xué)習(xí)了細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)，熟悉了常用儀器及實(shí)驗(yàn)器材的使用方法，更重要的是親身體驗(yàn)了科研活動的內(nèi)涵，有所感悟，有所啟發(fā)。而且受到了一次良好的科研素質(zhì)訓(xùn)練，極大地激發(fā)了從事科研工作的熱情和興趣[15]。

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