細(xì)胞生物學(xué)綜合性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

覃永華+徐鑫+余光輝+唐仙英+程旺元

摘要：細(xì)胞生物學(xué)是生命科學(xué)類的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新思維的重要平臺(tái)。本文立足于提高細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和效果，針對(duì)現(xiàn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的弊端，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式等方面探索開放式、研究型的綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探索的動(dòng)機(jī)來調(diào)動(dòng)學(xué)生自身參與知識(shí)建構(gòu)的主動(dòng)性和創(chuàng)新性。

關(guān)鍵詞：細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)；綜合性實(shí)驗(yàn)；研究性實(shí)驗(yàn)；開放教學(xué)

細(xì)胞生物學(xué)作為生命科學(xué)中的一門重點(diǎn)學(xué)科，其實(shí)驗(yàn)教學(xué)在課程教學(xué)中起著舉足輕重的作用，不僅有助于學(xué)生對(duì)細(xì)胞生物學(xué)中重要知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)和理解，同時(shí)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)技能與創(chuàng)新思維起至關(guān)重要的作用。但現(xiàn)行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)由于諸多因素很難行之有效，主要表現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：第一，單一的實(shí)驗(yàn)教學(xué)枯燥，很難讓學(xué)生積極主動(dòng)地去學(xué)習(xí)；第二，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡(jiǎn)單過時(shí)，基本上是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏綜合性、設(shè)計(jì)性。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中開展綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)行開放式管理的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是高等教育培養(yǎng)創(chuàng)新人才、實(shí)現(xiàn)素質(zhì)教育目標(biāo)的重要途徑，也是為學(xué)科專業(yè)競(jìng)賽提供人才、為教師科研提供助手的重要途徑。為了更好地發(fā)揮綜合性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)特色，教師要以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)為主，鼓勵(lì)學(xué)生探索知識(shí)，提高學(xué)生的整體素質(zhì)。筆者針對(duì)細(xì)胞生物學(xué)綜合性實(shí)驗(yàn)的安排和實(shí)施、存在的問題和解決方案等環(huán)節(jié)進(jìn)行一定的探索，以期探索一套開放式、研究型的綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

一、開放式、研究型的綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

1研究型教學(xué)內(nèi)容的安排

細(xì)胞生物學(xué)作為生物學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開設(shè)與之相輔相成，是對(duì)理論教學(xué)的重要補(bǔ)充和鞏固。在以往的教學(xué)中，由于實(shí)驗(yàn)條件等硬件設(shè)備的限制，實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)局限于顯微觀察等較為簡(jiǎn)單的內(nèi)容。對(duì)于那些推動(dòng)細(xì)胞生物學(xué)快速發(fā)展的新技術(shù)、新方法，特別是在現(xiàn)今實(shí)驗(yàn)室廣泛采用的實(shí)驗(yàn)技術(shù)等，由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的不足而導(dǎo)致綜合性實(shí)驗(yàn)無法開設(shè)，客觀上造成了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課堂上僅能學(xué)到較為簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)操作，而對(duì)先進(jìn)技術(shù)方法的認(rèn)識(shí)和理解停留在書面上，造成實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)的脫節(jié)。

細(xì)胞生物學(xué)作為生物學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開設(shè)應(yīng)與理論教學(xué)相輔相成，并作為理論教學(xué)的有力補(bǔ)充和鞏固。我校細(xì)胞生物學(xué)的理論課往往在大二第一學(xué)期，學(xué)生剛剛接觸專業(yè)課，并且生物學(xué)相關(guān)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能缺乏，甚至連顯微鏡的基本操作都不熟練。因此，綜合實(shí)驗(yàn)的開設(shè)應(yīng)建立在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，而且不能脫離學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。

基于上述相關(guān)情況，筆者在細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)后期針對(duì)不同專業(yè)提供一系列相關(guān)的綜合性實(shí)驗(yàn)，教師可以針對(duì)學(xué)生的不同興趣來制訂實(shí)驗(yàn)方案；學(xué)生則可以自由模擬實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和方案；實(shí)驗(yàn)中的缺點(diǎn)和漏洞必須由教師指點(diǎn)后，方可開展。綜合性實(shí)驗(yàn)開設(shè)在課程后期，具體完成由學(xué)生自由支配時(shí)間，在學(xué)院實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)。比如，基于水稻原生質(zhì)體轉(zhuǎn)化的亞細(xì)胞實(shí)驗(yàn)。原生質(zhì)體轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)在各實(shí)驗(yàn)室里廣泛應(yīng)用，已成為一種非常重要的細(xì)胞生物學(xué)類實(shí)驗(yàn)技術(shù)，但由于該實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間長(zhǎng)而且實(shí)驗(yàn)教學(xué)不具備熒光共聚焦顯微鏡平臺(tái)等局限，導(dǎo)致此類實(shí)驗(yàn)很難在實(shí)驗(yàn)課上開設(shè)。但是，這些條件可以在科研實(shí)驗(yàn)室內(nèi)得到滿足，因此，綜合性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)首先從地點(diǎn)上由傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)轉(zhuǎn)移到科研實(shí)驗(yàn)室。水稻原生質(zhì)體轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)是依賴?yán)w維素酶進(jìn)行酶解水稻幼苗分離原生質(zhì)體，后續(xù)利用PEG將外源片段轉(zhuǎn)入原生質(zhì)體15～20小時(shí)，觀察熒光蛋白在原生質(zhì)體中的表達(dá)情況。該實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)是如何增加外源片段的轉(zhuǎn)化效率，其影響因素很多，包括培養(yǎng)的幼苗生長(zhǎng)狀態(tài)、選取的幼苗部位、纖維素酶酶解時(shí)間、PEG濃度以及轉(zhuǎn)化時(shí)間等。這些影響因子能夠給予學(xué)生更多的思考空間，使原本枯燥、簡(jiǎn)單、機(jī)械的實(shí)驗(yàn)操作變得更具有研究性，能夠很好地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，利于培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。另外，外源片段的選取來自于已經(jīng)報(bào)道的融合熒光蛋白的各類細(xì)胞器標(biāo)志性蛋白，如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、細(xì)胞核和質(zhì)膜等，最終通過熒光蛋白的觀察可以更形象地幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)植物細(xì)胞中各種細(xì)胞器的形態(tài)。本實(shí)驗(yàn)跟理論課中介紹的細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞轉(zhuǎn)化、熒光蛋白標(biāo)記和細(xì)胞器結(jié)構(gòu)等知識(shí)點(diǎn)有機(jī)地聯(lián)系在一起，更深刻地加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。

2教學(xué)內(nèi)容的實(shí)施

（1）課前準(zhǔn)備。綜合性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)應(yīng)基于過硬的基本技能和扎實(shí)的理論知識(shí)，不能忽視學(xué)生的接受能力，一味地追求創(chuàng)新性、研究性試驗(yàn)的開設(shè)而放棄基本技能的培養(yǎng)，因此，綜合性試驗(yàn)開設(shè)應(yīng)基于一些基本實(shí)驗(yàn)，如顯微操作和細(xì)胞培養(yǎng)等。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容的選取也應(yīng)與理論課的開設(shè)保持一致，這樣既能避免知識(shí)的重復(fù)講述浪費(fèi)時(shí)間，也有利于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的更好理解，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)質(zhì)量和課堂效果。同時(shí)，針對(duì)學(xué)生對(duì)綜合性實(shí)驗(yàn)相關(guān)理論與技術(shù)上的欠缺，一方面，教師可以加強(qiáng)學(xué)生的課前預(yù)習(xí)，針對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容督促學(xué)生加強(qiáng)文獻(xiàn)閱讀，根據(jù)自身情況制訂具體的實(shí)驗(yàn)方案，并提前準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料和試劑；另一方面，教師可以充分利用多媒體教學(xué)手段，制作規(guī)范的操作視頻，并在課前展示給學(xué)生，直觀生動(dòng)地闡述實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)。這樣既有助于提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性，還能增大課堂教學(xué)的信息量，提高課堂效率，為開放式實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降捻樌捎么蛳禄A(chǔ)。

（2）實(shí)驗(yàn)分組。為了既能培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思維能力，又使其具有相互協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神，要求每4～5個(gè)學(xué)生為一組。教師按照學(xué)生擬定的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃充分提供實(shí)驗(yàn)試劑和操作平臺(tái)，最大限度地給學(xué)生創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)操作機(jī)會(huì)，爭(zhēng)取每一個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)都由學(xué)生親自動(dòng)手，包括課前實(shí)驗(yàn)試劑的配制和實(shí)驗(yàn)材料的準(zhǔn)備，充分鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力。

（3）實(shí)驗(yàn)操作。綜合性實(shí)驗(yàn)在科研實(shí)驗(yàn)室中的開設(shè)是開放式的。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，學(xué)生自己動(dòng)手，依靠教師的機(jī)會(huì)減少；教師也不能像平時(shí)上課一樣隨時(shí)指點(diǎn)學(xué)生，因此學(xué)生自己動(dòng)手創(chuàng)新的時(shí)間增多，以此來看，實(shí)驗(yàn)式教學(xué)的效果有效。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范是否正確，直接影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。針對(duì)上述問題，除了課前多媒體教學(xué)視頻的示范，實(shí)驗(yàn)室中的研究生會(huì)為學(xué)生及時(shí)提供技術(shù)支持和實(shí)驗(yàn)安全監(jiān)督，保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。

3課后反饋

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的總結(jié)和實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)化是綜合性實(shí)驗(yàn)開設(shè)的重要環(huán)節(jié)，是研究性實(shí)驗(yàn)的重要體現(xiàn)。由于各種因素的影響，各組實(shí)驗(yàn)效果不盡一致，甚至?xí)蚰承?shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)考慮不周、操作不當(dāng)而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，比如，在溶液配置過程中，僅僅考慮了融合劑的濃度而容易忽視溶液PH值的調(diào)節(jié)，影響質(zhì)粒的轉(zhuǎn)化效率而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果均不理想；還有沒有考慮水稻幼苗的生長(zhǎng)狀態(tài)，導(dǎo)致分離的水稻原生質(zhì)體狀態(tài)不佳影響實(shí)驗(yàn)效果，等等。而通過實(shí)驗(yàn)課后的分析和總結(jié)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，不僅使學(xué)生了解到科研實(shí)驗(yàn)的基本流程，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度和思考分析問題的能力。學(xué)生對(duì)這種能使自己主動(dòng)實(shí)驗(yàn)的課程持歡迎態(tài)度，實(shí)驗(yàn)效果得到極大的提高。

二、結(jié)論

筆者利用正常教學(xué)周的周末在個(gè)別班級(jí)探索性地進(jìn)行開放性、研究型的綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的摸索，在內(nèi)容上體現(xiàn)從單一實(shí)驗(yàn)到研究性實(shí)驗(yàn)的漸進(jìn)，從教學(xué)方式上體現(xiàn)從常規(guī)教學(xué)到半開放教學(xué)的轉(zhuǎn)變，以期在教學(xué)目標(biāo)上達(dá)到訓(xùn)練基本技能與基本理論到綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、?chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)芰εc素質(zhì)的提高，取得了一致好評(píng)。多名學(xué)生因?yàn)榫C合性實(shí)驗(yàn)的吸引對(duì)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生濃厚的實(shí)驗(yàn)興趣，他們?cè)谏虾谜n的前提下利用課余時(shí)間主動(dòng)加入本課題組中參與更深入的科學(xué)研究，并獲得了國(guó)家、省和校級(jí)創(chuàng)新課題的資助，且所參與的課題部分取得了不錯(cuò)的進(jìn)展。最令人欣慰的是，學(xué)生并沒有因?yàn)榛ㄙM(fèi)大量時(shí)間在實(shí)驗(yàn)室而影響課程的學(xué)習(xí)，他們每年幾乎都能獲得國(guó)家等各級(jí)獎(jiǎng)學(xué)金，多人被保送到著名大學(xué)和科研院所，并獲得導(dǎo)師的好評(píng)。

開放性、研究型細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系相對(duì)于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，在教學(xué)模式和教學(xué)理念方面都有所改進(jìn)，但隨著細(xì)胞生物學(xué)學(xué)科的發(fā)展及實(shí)驗(yàn)條件的改善，筆者認(rèn)為還可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)一步完善這一教學(xué)體系：第一，緊跟細(xì)胞生物學(xué)學(xué)科前沿，密切聯(lián)系科研技術(shù)，逐步更新完善實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。例如：細(xì)胞轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)可以同時(shí)提供煙草表皮細(xì)胞農(nóng)桿菌注射、洋蔥表皮細(xì)胞基因槍法以及水稻原生質(zhì)體法等試驗(yàn)方法供學(xué)生選擇，比較各種方法的實(shí)驗(yàn)效果并進(jìn)行相關(guān)改進(jìn)等。第二，合理加大設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)在日常教學(xué)中的比例。遵循“通”與“?！苯Y(jié)合，充分尊重個(gè)人專業(yè)興趣，盡可能為感興趣的學(xué)生提供進(jìn)一步訓(xùn)練的實(shí)驗(yàn)條件，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性和實(shí)驗(yàn)積極性，挖掘?qū)W生潛能及創(chuàng)造力。

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