關(guān)于整合優(yōu)化實驗器材，提高生物實驗探究性的探討

楊愛芬

生物學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實驗本身就是生物學(xué)中不可或缺的組成部分。之所以在高校生物教學(xué)中進(jìn)行實驗的運用，一方面是實驗?zāi)軌驅(qū)⒁恍┏橄蟮母拍詈蛢?nèi)容用最直接的形式表現(xiàn)出來，這會加深學(xué)生對內(nèi)容的理解。另一方面是利用實驗可以獲得新奇的東西，這些東西有助于學(xué)生對生物學(xué)的興趣增加，同時激發(fā)起探究的欲望，從這個角度來看，生物實驗對于提升學(xué)科興趣幫助巨大[1]。從實驗的實際操作來看，實驗器材是必不可少的因素，其對于實驗的結(jié)果有著重要的影響，所以在整合和優(yōu)化實驗器材的過程中，實驗的結(jié)果會發(fā)生進(jìn)一步的改變，因此，實驗器材的整合對于生物探究性學(xué)習(xí)的推動效果影響較大。

1 生物實驗器材概述

近年來，隨著我國高等教育投入的總量持續(xù)增加，各高校教學(xué)及科研實驗儀器設(shè)備資源的數(shù)量規(guī)模在不斷壯大，為高校師生從事實驗教學(xué)及科學(xué)研究提供了重要的支撐條件，確保了生物實驗教學(xué)的有效進(jìn)行，促進(jìn)了生物學(xué)前沿技術(shù)實驗的順利開展。在現(xiàn)行的人才培養(yǎng)模式下，可將生物學(xué)實驗室分為兩類，一類是基礎(chǔ)型實驗室，主要為教學(xué)服務(wù)；另一類是科研型實驗室，主要為科研服務(wù)。兩類實驗室所涉及的實驗器材種類及數(shù)量較多，價值從幾百元到幾百萬元不等[2]。而在實際使用中，部分學(xué)生或研究人員因未能較好地掌握專業(yè)技能，缺乏愛護(hù)儀器設(shè)備的意識，導(dǎo)致儀器損耗較大。另外，實驗室的一些舊設(shè)備，即使還可以工作，也會被退休或報廢，造成教學(xué)設(shè)備的嚴(yán)重浪費。

生物實驗是高校教學(xué)的重要手段，是學(xué)生獲取生物學(xué)知識的重要途徑，同時也是科學(xué)研究當(dāng)中不可缺少的一環(huán)，但是從實驗器材的具體配備來看，各個高校存在著明顯的差異。一般而言，高校的器材配置會滿足教學(xué)的基本要求，但是在具體的數(shù)量規(guī)模以及器材質(zhì)量規(guī)格方面，高校間的差異還是比較明顯的。有的高校實驗室較多，配置的儀器種類較全，數(shù)量也比較可觀，而有些高校不僅實驗室少，儀器配置也少[3]。出現(xiàn)這樣的差異，主要還是高校在經(jīng)濟上存在著差異。一些生物學(xué)科相對較為突出的高校，在國家科研項目當(dāng)中的作用較大，所以項目經(jīng)費充足，器材配置也較為優(yōu)越，而一般性高校的生物學(xué)科，因經(jīng)費欠缺，設(shè)備器材相對就會落后，數(shù)量相對也少。

2 發(fā)揚傳統(tǒng)實驗器材的優(yōu)勢

從目前的生物實驗具體教學(xué)來看，因為學(xué)校本身存在著差異性，所以對實驗提供的器材也存在著較大的差異，但是一般的學(xué)校，其提供的實驗器材都能夠滿足正常的生物教學(xué)需要。在我國素質(zhì)教育不斷推進(jìn)的大環(huán)境中，教學(xué)改革的深度持續(xù)的增加，教學(xué)內(nèi)容也發(fā)生了明顯的變化，所以對于實驗器材的需求也出現(xiàn)了改變。就目前的調(diào)查來看，在研究型為主的生物教學(xué)中對于實驗設(shè)計的要求有所提高，因此相應(yīng)的實驗器材配置也要提升，所以傳統(tǒng)的器材利用便會受到影響而出現(xiàn)利用率下降的情況[4]。從具體實驗分析來看，雖然傳統(tǒng)器材的利用率有了下降，但是其作用依然顯著，是因為傳統(tǒng)器材具有顯著的優(yōu)點，而且對其進(jìn)行利用可以對生物實驗室器材的用途進(jìn)行拓寬。

在傳統(tǒng)的生物實驗教學(xué)中，教師往往是采用“注入”式教學(xué)方法，老師教什么，學(xué)生就做什么，像“機器人”一樣完成實驗操作。由于擔(dān)心儀器的損壞，部分老師在課前做了精心的準(zhǔn)備，把所有儀器都調(diào)到最佳狀態(tài)，實驗完成之后，學(xué)生雖然可以理解實驗原理、實驗操作，但對實驗中所用到的儀器并未掌握其用法，換一種條件后就不懂怎么做了。另外，高校用于采購新的教學(xué)器材經(jīng)費有限，導(dǎo)致器材數(shù)量也十分有限，而一些使用頻率比較高的器材又很容易發(fā)生損壞，所以在具體教學(xué)開展的過程中，一旦實驗儀器破損，教學(xué)進(jìn)度會受到明顯的影響。而傳統(tǒng)的實驗器材因為數(shù)量巨大，所以可以及時有效的對這一問題進(jìn)行解決。此外，因為傳統(tǒng)器材數(shù)量較多，所以利用傳統(tǒng)器材可以實現(xiàn)生物實驗的分組進(jìn)行。因此，積極的使用傳統(tǒng)的實驗器材進(jìn)行學(xué)生的操作訓(xùn)練尤為重要，簡言之，傳統(tǒng)實驗器材雖然在生物教學(xué)中被慢慢遺棄，但是在具體的實驗開展中，其依然具有特別明顯的優(yōu)勢。

3 解決措施及方案

3.1 建設(shè)陳舊實驗儀器輔助實驗室

建設(shè)陳舊實驗儀器輔助實驗室，是指把各個實驗室中部分由于更新?lián)Q代而退下來的儀器，按照類別統(tǒng)一集中在實驗室。一方面作為學(xué)生對實驗儀器的了解，對原理可以進(jìn)一步加深認(rèn)識，有利于學(xué)生的知識功能化。另一方面，可以加強學(xué)生對儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的了解，允許學(xué)生在老師的指導(dǎo)下，自己拆卸和組裝陳舊儀器，滿足學(xué)生的好奇心，激發(fā)學(xué)生的探索欲，使學(xué)生更好地掌握操作要領(lǐng)。對于一些要求更高的學(xué)生，老師可以指導(dǎo)他們進(jìn)一步研究、設(shè)計，對淘汰的儀器進(jìn)行維修和改進(jìn)，既節(jié)約了大量的人力和物力，也為學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了平臺。因此，建設(shè)陳舊實驗儀器輔助實驗室，可以促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的發(fā)展。

此外，陳舊儀器設(shè)備可以彌補實驗室建設(shè)經(jīng)費的短缺，有效緩解一些院校在儀器采購方面資金的不足，并且能夠促進(jìn)各單位對陳舊儀器進(jìn)行篩選，合理利用教學(xué)資源，養(yǎng)成良好的節(jié)約習(xí)慣。另外，在生物實驗教學(xué)過程中除了讓學(xué)生掌握實驗所用儀器外，向?qū)W生展示儀器發(fā)展過程中的代表性種類，對啟發(fā)學(xué)生、加深對儀器設(shè)備的認(rèn)識有積極的作用。

3.2 建設(shè)開放共享實驗室

3.2.1 建設(shè)基礎(chǔ)型開放實驗室 從目前的分析來看，傳統(tǒng)的以驗證性實驗為主的生物實驗課，學(xué)生在課堂上的被動性比較強，所以其缺乏主動的思考。從具體的實驗分析來看，學(xué)生和實驗儀器的配置不均衡，所以在缺少儀器的情況下，很多學(xué)生處于圍觀的狀態(tài)。除此以外，從時間分析來看，在教學(xué)的3～16周是實驗課程的集中期，無論是實驗場地還是儀器，其使用頻率都比較高，從具體統(tǒng)計來看，使用時間一般為140天。按照這個時間比例來看，每年學(xué)生的儀器使用率達(dá)不到40%，即使是將晚上和周末的時間都算在內(nèi)，仍然有大量的儀器處于閑置的狀態(tài)?；谶@種現(xiàn)狀，高校在傳統(tǒng)實驗課堂開設(shè)的同時還需要建立基礎(chǔ)開放實驗室，這樣可以激發(fā)學(xué)生的積極性、主動性和創(chuàng)造性，學(xué)生可以最大限度的進(jìn)行實驗儀器的使用，實驗室和實驗儀器的使用率會獲得明顯的提高。

實驗室可采取全天候開放的模式，充分保證學(xué)生的主體性。學(xué)生在進(jìn)駐開放實驗室之前，由實驗室管理老師對其進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，保證學(xué)生能正確規(guī)范的使用儀器設(shè)備。通過實驗室使用預(yù)約登記方式，學(xué)生就可以全天候進(jìn)入實驗室學(xué)習(xí)和實踐，在開展創(chuàng)新性實驗項目時不再受時間、場地和設(shè)備等的限制[5]。

3.2.2 建設(shè)大型儀器共享平臺 從目前的具體分析來看，大型的儀器設(shè)備不僅是科研工作的重要工具，更是教學(xué)的重要工具。從目前的大型儀器設(shè)備利用現(xiàn)狀來看，因為受到管理機制和傳統(tǒng)習(xí)慣的影響，高校實驗室的全封閉管理比較顯著，這種情況導(dǎo)致了設(shè)備的重復(fù)購買。比如激光共聚焦顯微鏡、熒光定量PCR儀、高速冷凍離心機、紫外分光光度計、冷凍切片機、熒光顯微鏡等貴重儀器。為了提升大型的儀器利用效率，高校實驗室可以采取集中管理，建立大型儀器設(shè)備開放共享平臺，在大型儀器購置、使用和管理工作中，遵循“統(tǒng)一規(guī)劃、分塊建設(shè)、集中管理、共同使用”的原則[6]。做到大型儀器的共享，設(shè)備重復(fù)購買的亂象可以得到控制。

建設(shè)大型儀器開放共享實驗室，打破了學(xué)科之間、實驗室之間、科研與教學(xué)之間的界限，還可以在財力、物力、人力方面充分共享。這不僅為我院千余名本科生和研究生從事“開放式、研究性、創(chuàng)新型”前沿技術(shù)實驗教學(xué)提供了強有力的保障，還為本科生每年幾十個院、校及國家級大學(xué)生開放創(chuàng)新實驗項目的開展提供更大的支撐。

3.3 建設(shè)教學(xué)研究型生物學(xué)實驗平臺

生物教學(xué)之所以要強調(diào)實驗教學(xué)，目的是既要訓(xùn)練學(xué)生的基本操作技能，同時對學(xué)生的創(chuàng)新思維和科學(xué)研究的能力進(jìn)行培養(yǎng)[7]。從近年來的高校實驗室發(fā)展來看，基礎(chǔ)實驗室的儀器配置相對較足，但是大型的設(shè)備數(shù)量較少。而科研型實驗室配置了許多中高檔大型儀器設(shè)備，用于開展前沿生命科學(xué)研究。高年級本科生的專業(yè)實驗課程多在科研實驗室完成；低年級本科生通過選擇科研導(dǎo)師進(jìn)入科研型實驗室，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行創(chuàng)新型、研究型實驗，還可以完成畢業(yè)論文[8]。

現(xiàn)階段的大學(xué)本科教育采取了全新的本科生導(dǎo)師制，這種制度通過從事前沿科學(xué)研究的導(dǎo)師帶動，對優(yōu)秀的本科生進(jìn)行了選拔，讓學(xué)生直接參與到一些研究項目當(dāng)中。通過科研實踐，學(xué)生的科學(xué)研究興趣得到加強，綜合實力有所提升。此外，采用多層次的本科生和研究生開放實驗教學(xué)新模式，學(xué)生利用大型的設(shè)備儀器進(jìn)行研究，創(chuàng)新的能力會不斷的加強，這對于學(xué)生的開拓能力培養(yǎng)來講效果顯著。

4 結(jié)束語

生物實驗在生物教學(xué)的過程中不可或缺，而器材的使用對于實驗的效果又有著顯著的影響，所以在分析實驗結(jié)果的時候，對器材的差異進(jìn)行討論，這是實驗探究的一項重要內(nèi)容。在現(xiàn)代化的生物實驗當(dāng)中，積極的進(jìn)行實驗器材的整合和優(yōu)化，從而使各類器材的應(yīng)用價值得到充分的提升，這是生物實驗的探索性發(fā)展。

[1] 桂芳，費嫦，林梅，等. 基于MES模式的微生物學(xué)檢驗實驗教學(xué)改革[J]. 中華醫(yī)學(xué)教育探索雜志，2015，14（10）：994-997.

[2] 文朝陽，馬惠蘋，賀旭，等. 研究型醫(yī)學(xué)生物學(xué)實驗教學(xué)平臺的系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計[J]. 實驗技術(shù)與管理，2015，32（8）：160-162.

[3] 林清強，蘇經(jīng)遷，黃明聰，等. 生物學(xué)陳舊儀器輔助實驗室建設(shè)探究[J]. 福建師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，27（3）：52-55.

[4] 李青云，覃益民，劉幽燕. 立足質(zhì)量工程為核心的微生物學(xué)多元教學(xué)策略探討[J]. 微生物學(xué)通報，2015，42（8）：1603-1609.

[5] 王婷，王慶怡，王磊，等. 生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗課程優(yōu)化效果探討[J]. 中華神經(jīng)外科疾病研究雜志，2016，15（3）：254-256.

[6] 湯海峰，劉穎，孟威，等. 生物學(xué)實驗類國家精品資源共享課的建設(shè)方法與實踐[J]. 生命的化學(xué)，2015，35（3）：446-449.

[7] 于璐，楊葉欣，劉靜，等. 虛擬儀器平臺下生物醫(yī)學(xué)信號自適應(yīng)濾波實驗教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用[J]. 中國醫(yī)療設(shè)備，2017，32（4）：33-37.

[8] 佚名. 高等級病原微生物實驗室生物安全防護(hù)技術(shù)與產(chǎn)品1項目基本情況[J]. 化工進(jìn)展，2017，36（1）：395-396.