“生物學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)”課程建設(shè)與實(shí)踐

廖鵬飛, 蔡奇英, 余 潮, 薛喜文, 葛 剛

(南昌大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院 生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心, 江西 南昌 330031)

培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才是當(dāng)代高校人才培養(yǎng)的重要目標(biāo),本科生科研素養(yǎng)是現(xiàn)代高等教育目標(biāo)的重要組成[1-3],實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)和提高學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的重要手段[4]。生物學(xué)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科[5-6],學(xué)生對(duì)生命現(xiàn)象的深入探討與研究和對(duì)生命規(guī)律的認(rèn)知與掌握都與實(shí)驗(yàn)緊密聯(lián)系,要使學(xué)生具備嚴(yán)格、規(guī)范的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技能和較強(qiáng)的實(shí)踐動(dòng)手能力,就要規(guī)范學(xué)生的實(shí)驗(yàn)基本操作,這是生物學(xué)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的重要組成部分[7]。

隨著生物科學(xué)的快速發(fā)展、生物學(xué)教學(xué)理念不斷更新,以及教學(xué)大綱不斷改進(jìn),綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)在低年級(jí)學(xué)生課程中逐步開(kāi)設(shè)。近年來(lái),為了培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和科研素養(yǎng),各類(lèi)課外科技項(xiàng)目和競(jìng)賽活動(dòng)不斷推出,如創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目、學(xué)科競(jìng)賽、科研訓(xùn)練項(xiàng)目及“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外科技活動(dòng)等。但是在高考應(yīng)試教育背景下,由于普遍的重理論、輕實(shí)驗(yàn)觀念,以及受限于高中階段學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件等原因,使得剛升入大學(xué)的生物學(xué)科新生普遍存在實(shí)驗(yàn)安全觀念淡薄、實(shí)驗(yàn)習(xí)慣不規(guī)范、實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力差等突出問(wèn)題,嚴(yán)重影響學(xué)生的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)和課外科研訓(xùn)練活動(dòng)。

2012年,我校對(duì)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和大綱進(jìn)行改革,構(gòu)建了“生物學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)—基礎(chǔ)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)—專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)綜合和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)—研究創(chuàng)新訓(xùn)練—綜合實(shí)習(xí)”為基本框架的實(shí)踐教學(xué)體系,針對(duì)一年級(jí)新生開(kāi)設(shè)了“生物學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)”課程。一方面通過(guò)生物實(shí)驗(yàn)室安全教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)室安全防范意識(shí),另一方面通過(guò)實(shí)驗(yàn)技能和基本儀器使用培訓(xùn),規(guī)范學(xué)生實(shí)驗(yàn)基本操作,培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣和科研素養(yǎng),為今后的專(zhuān)業(yè)課實(shí)驗(yàn)和科研訓(xùn)練打下良好基礎(chǔ)。該課程實(shí)施多年來(lái),取得了良好的教學(xué)效果。在省級(jí)本科教學(xué)改革項(xiàng)目支持下,對(duì)該課程建設(shè)進(jìn)行了一些有益的嘗試。以下是我們?cè)谡n程主要教學(xué)內(nèi)容設(shè)置、網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺(tái)建設(shè)、實(shí)驗(yàn)考核評(píng)價(jià)體系構(gòu)建及實(shí)驗(yàn)講義(教材)編寫(xiě)等方面的一些做法和體會(huì)。

1 課程主要教學(xué)內(nèi)容設(shè)置

本課程的教學(xué)內(nèi)容主要包括實(shí)驗(yàn)室安全教育、實(shí)驗(yàn)操作和儀器使用規(guī)范及學(xué)生科研能力培養(yǎng)3部分。

1.1 加強(qiáng)安全教育,培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)室安全防范意識(shí)

高校實(shí)驗(yàn)室是教學(xué)活動(dòng)的重要場(chǎng)所,其安全性關(guān)系到整個(gè)高校的穩(wěn)定,是建設(shè)平安校園、構(gòu)建和諧社會(huì)的重要內(nèi)容[8]。相對(duì)于其他類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)室,生物實(shí)驗(yàn)室安全不僅涉及常規(guī)的水、電、火及化學(xué)藥品的使用安全,同時(shí)還涉及生物安全,還可能涉及野外實(shí)驗(yàn)或者實(shí)習(xí)安全等。為此,我們的安全教育內(nèi)容包括以下方面：

(1) 常規(guī)實(shí)驗(yàn)室安全操作規(guī)范：實(shí)驗(yàn)室安全準(zhǔn)則；實(shí)驗(yàn)人員穿著規(guī)范；水、電、火等操作規(guī)范；消防設(shè)備操作規(guī)范；通風(fēng)櫥使用規(guī)范等。

(2) 化學(xué)藥品實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范：化學(xué)藥品的標(biāo)志和等級(jí)；危險(xiǎn)化學(xué)藥品操作規(guī)范和安全防護(hù)措施等。

(3) 生物安全知識(shí)：生物實(shí)驗(yàn)室安全等級(jí)介紹,包括一級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室(BSL-1)、二級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室(BSL-2)、三級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室(BSL-3)等；個(gè)人防護(hù)規(guī)范等。

(4) 野外實(shí)驗(yàn)(或?qū)嵙?xí))安全操作規(guī)范：基本準(zhǔn)則；必備物品；急救措施；緊急求救信號(hào)表示方法等。

在課堂教學(xué)中,首先對(duì)生物實(shí)驗(yàn)室安全操作規(guī)范進(jìn)行講解,其間結(jié)合一些實(shí)例,然后通過(guò)動(dòng)畫(huà)或視頻演示,加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)室安全知識(shí)的認(rèn)識(shí)和了解,最后是對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室安全知識(shí)測(cè)試,鞏固學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)室安全知識(shí)的掌握。

1.2 嚴(yán)格實(shí)驗(yàn)操作和儀器使用規(guī)范,培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣和動(dòng)手能力

實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性是得到可靠、準(zhǔn)確實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重要保證,對(duì)剛進(jìn)入大學(xué)的生物科學(xué)專(zhuān)業(yè)新生的問(wèn)卷調(diào)查發(fā)現(xiàn),只有30%左右的學(xué)生在中學(xué)期間做過(guò)簡(jiǎn)單的生物學(xué)實(shí)驗(yàn),很多學(xué)生對(duì)普通的光學(xué)顯微鏡都不能進(jìn)行正確、規(guī)范使用。為了盡快提高大學(xué)新生的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技能和動(dòng)手能力,以適應(yīng)今后專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí),并隨教師進(jìn)入科研實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行科研活動(dòng),根據(jù)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)中常用的實(shí)驗(yàn)基本技能和實(shí)驗(yàn)儀器,系統(tǒng)設(shè)置了生物實(shí)驗(yàn)基本技能和儀器操作規(guī)范的教學(xué)內(nèi)容,主要包括：

(1) 常規(guī)玻璃儀器的介紹和規(guī)范使用；

(2) 常用定量工具(如容量瓶、移液管、移液器(槍)和天平等)的介紹和規(guī)范使用；

(3) 常規(guī)儀器設(shè)備(如光學(xué)顯微鏡、體視鏡、分光光度計(jì)、離心機(jī)、超凈工作臺(tái)、高壓蒸汽滅菌器、PCR儀、pH計(jì)和電泳儀等)的介紹和規(guī)范使用。

在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中,先用課件詳細(xì)講解規(guī)范的操作方法和注意事項(xiàng),然后讓學(xué)生觀看實(shí)驗(yàn)操作視頻,再讓學(xué)生自己動(dòng)手操作和練習(xí)。當(dāng)學(xué)生掌握這些實(shí)驗(yàn)操作之后,我們把這些知識(shí)整合成具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。例如,開(kāi)設(shè)的“植物愈傷組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”,就是把無(wú)菌操作、超凈工作臺(tái)使用、pH計(jì)使用、高壓蒸汽滅菌器使用及培養(yǎng)基配制和滅菌等內(nèi)容進(jìn)行整合的結(jié)果。通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,不僅能夠提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)儀器操作的熟悉程度,還能使學(xué)生懂得這些儀器和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的內(nèi)在聯(lián)系和使用范疇,達(dá)到牢固掌握這些技術(shù)和方法的目的。

1.3 注重科學(xué)研究能力訓(xùn)練,引導(dǎo)學(xué)生科研素養(yǎng)養(yǎng)成

本科生科研素養(yǎng)的培養(yǎng)問(wèn)題一直備受重視[3, 9-11]。近年來(lái),為了培養(yǎng)大學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和科研素養(yǎng),各類(lèi)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目、學(xué)科競(jìng)賽、科研訓(xùn)練項(xiàng)目等大學(xué)生課外科技活動(dòng)蓬勃開(kāi)展,各高校都非常重視。一般來(lái)講,本科生科研訓(xùn)練項(xiàng)目從一年級(jí)第二學(xué)期或二年級(jí)第一學(xué)期開(kāi)始,因此有必要在一年級(jí)新生中進(jìn)行科學(xué)研究能力引導(dǎo)和訓(xùn)練,為此我們?cè)O(shè)置了以下教學(xué)內(nèi)容：

(1) 文獻(xiàn)資料檢索和文獻(xiàn)管理,包括文獻(xiàn)資料檢索方法、常用文獻(xiàn)查詢數(shù)據(jù)庫(kù)、文獻(xiàn)管理相關(guān)軟件等；

(2) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析,包括常用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和常用數(shù)據(jù)分析方法與軟件,如單因素方差分析方法、多因素方差分析方法及SAS、SPSS等數(shù)據(jù)分析軟件；

(3) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告和科技論文寫(xiě)作。

在教學(xué)過(guò)程中,首先對(duì)以上教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行講解,然后在網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺(tái)上傳相關(guān)學(xué)習(xí)資料,學(xué)生可在網(wǎng)站上自主學(xué)習(xí),還可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)反饋學(xué)習(xí)情況,學(xué)生在規(guī)定時(shí)間完成教師布置的課程作業(yè)。比如對(duì)于文獻(xiàn)資料檢索和管理,教師給出一些關(guān)鍵詞或主題詞,要求學(xué)生根據(jù)關(guān)鍵詞在數(shù)據(jù)庫(kù)中查找近5年來(lái)的相關(guān)文獻(xiàn)資料,并將文獻(xiàn)用文獻(xiàn)管理軟件(如Endnote、NoteExpress等)進(jìn)行分類(lèi)。教師還會(huì)布置一個(gè)課后作業(yè),如請(qǐng)學(xué)生選擇感興趣的生物相關(guān)領(lǐng)域,在查找文獻(xiàn)資料基礎(chǔ)上按照科技論文寫(xiě)作格式,撰寫(xiě)一篇綜述性的小文章,引導(dǎo)和訓(xùn)練學(xué)生的科研能力,培養(yǎng)學(xué)生的歸納、分析和綜合能力。

2 實(shí)驗(yàn)講義編寫(xiě)及PPT多媒體課件建設(shè)

由于該課程目前尚未有相關(guān)的教材,我們根據(jù)多年的課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)實(shí)踐,以及生物學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生必須掌握的基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)要求,并借鑒和參考眾多生物實(shí)驗(yàn)技術(shù)教材,編寫(xiě)了“生物學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技術(shù)與規(guī)范”講義,該講義包含以下方面的內(nèi)容：

(1) 生物實(shí)驗(yàn)室的基本規(guī)范與安全；

(2) 生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)基礎(chǔ)；

(3) 生物組織和細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)；

(4) 生物標(biāo)本制作及顯微觀察技術(shù)；

(5) 生化與分子生物學(xué)常用實(shí)驗(yàn)技術(shù)；

(6) 野外調(diào)查與觀測(cè)；

(7) 科學(xué)問(wèn)題發(fā)現(xiàn)與文獻(xiàn)研究；

(8) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理；

(9) 實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告的寫(xiě)作和匯報(bào)。

“半天，我站起來(lái)，去推其他人。在這片屋頂上，至少躲著兩百個(gè)居民，全死了，只有我活著。雪花落在他們身上，積了厚厚一層，使他們看起來(lái)，都跟一個(gè)人似的?！?/p>

其中的每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都包含詳細(xì)的相關(guān)知識(shí)或?qū)嶒?yàn)技術(shù)原理,并附有規(guī)范的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目操作步驟、相關(guān)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)和思考題。我們還針對(duì)每一章節(jié)制作了圖文并茂的PPT課件,可以幫助學(xué)生快速、系統(tǒng)了解和掌握進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn)所需的基本技術(shù)和規(guī)范。

3 網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺(tái)建設(shè)

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)可以打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在時(shí)間和空間上的限制,學(xué)生可在任何時(shí)間、任何地點(diǎn),通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、交流討論、問(wèn)題答疑等,該教學(xué)手段已成為目前本科教學(xué)中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)[12]。由于本課程的課程教學(xué)學(xué)時(shí)有限,既要完成教學(xué)內(nèi)容,又要達(dá)到良好的教學(xué)效果,除了要加強(qiáng)課堂教學(xué)外,還必須充分利用學(xué)生的課余時(shí)間。我們將近年來(lái)制作和收集的該實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)PPT、實(shí)驗(yàn)視頻、電子實(shí)驗(yàn)資料等教學(xué)資源,上傳到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上。該平臺(tái)可與手機(jī)移動(dòng)終端共享,學(xué)生通過(guò)手機(jī)、電腦等工具,隨時(shí)可自主地預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)相關(guān)知識(shí),如有疑問(wèn),還可實(shí)時(shí)在線提出問(wèn)題。教師可在平臺(tái)上布置作業(yè),學(xué)生可在線答題。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)建設(shè),我們解決了該課程教學(xué)內(nèi)容多而課時(shí)不足的矛盾。

4 改革實(shí)驗(yàn)考核評(píng)價(jià)方法,提高教學(xué)效果

對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)課程的考核一般包括實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告2部分。在本課程中,為了更好地評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)技能的掌握情況,我們分別從4個(gè)方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核：

(1) 教學(xué)過(guò)程實(shí)驗(yàn)操作。教師講解實(shí)驗(yàn)操作后,學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作練習(xí),練習(xí)結(jié)束后,教師會(huì)隨堂測(cè)試每組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作情況并進(jìn)行評(píng)分,該部分成績(jī)占總成績(jī)的30%。

(2) 作業(yè)完成情況。每次實(shí)驗(yàn)課結(jié)束后,教師會(huì)在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上布置學(xué)習(xí)任務(wù)和作業(yè),并對(duì)學(xué)生作業(yè)完成情況進(jìn)行評(píng)分,該部分成績(jī)占總成績(jī)的20%。

(3) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告。教師對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)情況進(jìn)行評(píng)分,該部分成績(jī)占總成績(jī)的20%。

(4) 期末實(shí)驗(yàn)考試。課程結(jié)束后,教師會(huì)準(zhǔn)備若干套實(shí)驗(yàn)試題,其中包含實(shí)驗(yàn)理論知識(shí)和一道實(shí)驗(yàn)操作題,每個(gè)學(xué)生隨機(jī)抽取試題進(jìn)行作答和實(shí)驗(yàn)操作,教師根據(jù)每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作情況和答題情況給出成績(jī),該部分成績(jī)占總成績(jī)的30%。

5 教學(xué)效果和教學(xué)體會(huì)

5.1 教學(xué)效果

(1) 學(xué)生進(jìn)入生物實(shí)驗(yàn)室的行為規(guī)范了。學(xué)生以往帶食物和飲料進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室,以及喧嘩、穿拖鞋或不穿實(shí)驗(yàn)服的現(xiàn)象不再出現(xiàn),代之以嚴(yán)謹(jǐn)、整潔的實(shí)驗(yàn)教學(xué)氛圍。

(2) 常規(guī)實(shí)驗(yàn)操作水平和動(dòng)手能力有了顯著提升,同時(shí)提高了專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果。專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中,教師普遍反映學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器操作比較熟練,不必像以前那樣花很多時(shí)間講解實(shí)驗(yàn)中涉及到的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備操作方法,而可以將重點(diǎn)放在講解實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上,提高了專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)效果。

(3) 學(xué)生的主動(dòng)意識(shí)和科研素養(yǎng)得到加強(qiáng)。在實(shí)驗(yàn)課程中,對(duì)學(xué)生進(jìn)行有針對(duì)性的鼓勵(lì)和引導(dǎo),大大提升了學(xué)生的自信心、主動(dòng)性和思考能力。通過(guò)課程科研引導(dǎo),許多學(xué)生在大一期間就著手尋找自己的興趣點(diǎn),進(jìn)入各專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行科研活動(dòng),并參與到各個(gè)專(zhuān)業(yè)的科研訓(xùn)練、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)及“挑戰(zhàn)杯”等課外科技活動(dòng)中,學(xué)生的科研興趣和科研素養(yǎng)得到很大提高。

5.2 教學(xué)體會(huì)

(1) 目前該課程主要采取多媒體實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)方式,但隨著教學(xué)手段和方法的不斷發(fā)展,可以對(duì)該課程的部分教學(xué)內(nèi)容實(shí)施仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè),譬如對(duì)有毒或有危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)室安全教育消防演習(xí)等,能夠使學(xué)生的感受更加形象和直觀。由于這種方式使得在課堂外就可進(jìn)行操作學(xué)習(xí),更加有利于該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的提升。

(2) 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要兼顧教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生興趣,要照顧大多數(shù)學(xué)生的實(shí)際水平,注意中學(xué)與大學(xué)生物實(shí)驗(yàn)內(nèi)容廣度和深度的銜接問(wèn)題?？蛇x擇學(xué)生有興趣但中學(xué)階段又難以實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目,將多個(gè)單獨(dú)的小操作項(xiàng)目融入一個(gè)可執(zhí)行的綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之中,這樣學(xué)生很容易上手,也能在稍加努力后看到他們想看到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)生物的興趣。

(3) 大一新生對(duì)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域和未來(lái)發(fā)展還比較迷茫,該課程作為他們接觸的第一門(mén)生物實(shí)驗(yàn)課程,在課程教學(xué)過(guò)程中,可穿插講解學(xué)生當(dāng)前關(guān)心的內(nèi)容,如介紹學(xué)院內(nèi)各專(zhuān)業(yè)、研究所及導(dǎo)師情況,介紹各專(zhuān)業(yè)面對(duì)的就業(yè)需求等,有意識(shí)地鼓勵(lì)學(xué)生大膽接觸專(zhuān)業(yè)教師和高年級(jí)學(xué)生,讓他們明確將來(lái)就業(yè)和升學(xué)所必備的基本素質(zhì)要求,激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的精神。