研究生現(xiàn)代細胞生物學(xué)方法實驗課教學(xué)的探索

林文芳 鄭祥梓 繆 穎

（福建農(nóng)林大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350002）

2017年1月，教育部國務(wù)院學(xué)位委員會關(guān)于印發(fā)《學(xué)位與研究生教育發(fā)展“十三五”規(guī)劃》的通知中指明，研究生教育作為國民教育體系的頂端，是培養(yǎng)高層次人才和釋放人才紅利的主要途徑，是國家人才競爭和科技競爭的重要支柱，是實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略和建設(shè)創(chuàng)新型國家的核心要素。因此，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的創(chuàng)新型人才是中國現(xiàn)行高等教育研究生培養(yǎng)的一個重要目標(biāo)，也是各高校目前首要任務(wù)。［1-3］《學(xué)位與研究生教育發(fā)展“十三五”規(guī)劃》要求改革研究生培養(yǎng)模式，提升創(chuàng)新和實踐能力，要加強研究生教材和課程建設(shè)，強化教材的前沿性和針對性，要加強對課程建設(shè)的長遠和系統(tǒng)規(guī)劃，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力融入課程體系。針對這一要求，目前研究生教育仍然存在不少問題，尤其是研究生實驗課程仍然是比較薄弱的環(huán)節(jié)。

一、生物學(xué)科研究生實驗技能培養(yǎng)現(xiàn)狀

21世紀(jì)是生命科學(xué)的時代，迅猛發(fā)展的生物科學(xué)要求研究人員具備嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯繎B(tài)度、扎實的實驗技能、不斷探索的創(chuàng)新精神，這必然迫切要求培養(yǎng)高質(zhì)量研究生。但現(xiàn)實與需求存在極大不平衡，由于地理位置及學(xué)校水平等因素影響，一般院校難錄取到優(yōu)秀生源，生源素質(zhì)成為制約相關(guān)教育水平的重要因素。一方面許多普通本科院校的畢業(yè)生在儀器和經(jīng)費雙限下實驗動手能力比較欠缺，“高分低能”現(xiàn)象突出；另一方面重理論輕實驗的教學(xué)培養(yǎng)體系，使研究生無法從課程中獲得實驗技能的提升，其實驗技能主要源于實驗室代代相傳或自行摸索，實驗技能的全面性、操作的規(guī)范和準(zhǔn)確性有待加強。這種“先天不足，后天未補”造成研究生整體科研技能不足，獨立完成實驗設(shè)計有難度，動手操作能力弱，分析問題和解決問題能力差的現(xiàn)狀。

針對基礎(chǔ)技能不足，教育工作者從教學(xué)模式，增設(shè)實驗課，革新授課模式等方面來改善。［4-6］但仍然存在實驗多以驗證性為主、前沿性不足與應(yīng)用脫節(jié)、實驗技能無法融入課題研究等方面的問題，對研究生分析和解決問題及設(shè)計實驗意義不大。

二、以科研平臺為依托革新現(xiàn)代細胞生物學(xué)方法實驗課，提升研究生科研創(chuàng)新能力

高?？蒲袑嶒炂脚_擁有相對高精尖及完備的科研儀器，是高?？蒲挟a(chǎn)出的主要依托平臺。但運行上多是來樣測試，對于研究生而言，測試過程猶如“黑匣子”，遇到問題難以分析及解決，同時缺乏利用大型儀器探索未知科研領(lǐng)域的直觀認(rèn)識，不利于創(chuàng)新技能的培養(yǎng)。針對這一現(xiàn)狀也有高校提出科研平臺、共享實驗室參與研究生培養(yǎng)，在一定程度上取得成效，但由于科研平臺人員水平有限，只能承擔(dān)簡單的階段性應(yīng)用培訓(xùn)，無法在整體實驗設(shè)計及實際操作應(yīng)用上提升研究生水平。［7-8］筆者以福建農(nóng)林大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院為例，詳解以“福建省植物功能生物學(xué)與綠色農(nóng)業(yè)重點實驗室”省級實驗平臺為依托開設(shè)研究生現(xiàn)代細胞生物學(xué)方法實驗課，探索科研工作與研究生實驗教學(xué)有機結(jié)合的研究生培養(yǎng)模式。

（一）設(shè)計

細胞生物學(xué)是以細胞為研究對象，從細胞的整體水平、亞顯微水平、分子水平等三個層次，以動態(tài)的觀點，研究細胞和細胞器的結(jié)構(gòu)和功能、細胞的生活史和各種生命活動規(guī)律的學(xué)科。細胞生物學(xué)研究對實驗技能和儀器的要求比較高。受困于儀器配置和性能，對植物細胞開展相關(guān)研究往往要依托公司或者校外科研機構(gòu)實現(xiàn)，“福建省植物功能生物學(xué)與綠色農(nóng)業(yè)重點實驗室”省級實驗平臺購置了共聚焦顯微鏡、基因槍、熒光顯微鏡等儀器，實現(xiàn)在本校平臺上完成相關(guān)實驗的可能性，繆穎教授課題組構(gòu)建優(yōu)化了原生質(zhì)體細胞定位實驗系統(tǒng)，以此為基礎(chǔ)，開設(shè)現(xiàn)代細胞生物學(xué)方法實驗課。該實驗課圍繞原生質(zhì)體觀察亞細胞蛋白定位這一課題，以擬南芥和煙草為材料，通過瞬時基因表達系統(tǒng)轉(zhuǎn)入目的基因，提取原生質(zhì)體，在熒光顯微鏡及共聚焦顯微鏡下觀察轉(zhuǎn)入基因表達后的蛋白定位，提取蛋白，通過蛋白免疫印跡實驗驗證基因轉(zhuǎn)入結(jié)果；此外通過RNA提取、基因半定量和定量PCR等實驗檢測基因表達。通過完整的實驗設(shè)計將細胞生物學(xué)需要掌握的主要實驗技能貫穿整個課程。將實驗設(shè)計、儀器操作、實驗技能培訓(xùn)融合于一體，提高研究生整體技能，促使其能快速轉(zhuǎn)變角色，開展課題研究。

（二）實施

1.師資隊伍。以往實驗課主要由教輔承擔(dān)，與一線科研聯(lián)系不夠緊密。本實驗課由專職一線科研的教師承擔(dān)，配以2名平臺人員，完成儀器使用的培訓(xùn)，同時招聘往屆修學(xué)過該課程的學(xué)生作為助手輔助配置和準(zhǔn)備實驗材料。這樣的師資有助于導(dǎo)入實驗設(shè)計觀念、保證儀器操作規(guī)范及解決現(xiàn)實研究出現(xiàn)的問題。

2.課程設(shè)置。分為理論授課、分組開展實驗和課程匯報三部分。涉及基因瞬時表達系統(tǒng)、原生質(zhì)體提取、細胞定位觀察、蛋白相關(guān)實驗及基因檢測相關(guān)實驗，實驗安排如表1。摒棄以往的階段性、分節(jié)的實驗技能培訓(xùn)方式，完整的課題式實驗設(shè)計有助于研究生直觀認(rèn)知課題設(shè)計及如何通過實驗開展課題，避免學(xué)與用的脫節(jié)。

表1 課程安排表

3.經(jīng)費保障。由于實驗涉及基因槍注射洋蔥瞬時表達、原生質(zhì)體提取、共聚焦顯微鏡觀察、蛋白免疫印跡等實驗，基礎(chǔ)費用比較高，經(jīng)費主要由研究生課程經(jīng)費支出，對于經(jīng)費不足部分由平臺維護費支出。

4.課程開展。本門課程安排在第一學(xué)期期末集中開展，為期2周，48學(xué)時。實驗以小組開展，每個小組3-4人，共7-8個小組。實驗操作借助平臺儀器完成。前期理論講解相關(guān)知識點。中期以小組為單位開展實驗，摒棄以往的手把手式教學(xué)，平臺科輔教師對相關(guān)實驗技能及儀器操作進行示范培訓(xùn)，實驗主體由學(xué)生開展，遇到問題學(xué)生內(nèi)部先討論，將解決方案與指導(dǎo)教師探討后繼續(xù)完成實驗。后期每個小組總結(jié)匯報，分析問題成因及解決方案。經(jīng)過授課教師同意允許修課學(xué)生自帶實驗材料。

三、研究生現(xiàn)代細胞生物學(xué)方法實驗課教學(xué)成效及體會

（一）成效

1.從研究生培養(yǎng)角度看，提升研究生科研技能并增強就業(yè)競爭力。一方面，通過對研究生的系統(tǒng)培訓(xùn)，在實驗技能上，基礎(chǔ)差的學(xué)生不再懼怕實驗，動手能力切實得到提高，基礎(chǔ)好的學(xué)生進一步規(guī)范操作；在實驗設(shè)計上，研究生對課題設(shè)計有了較清晰的認(rèn)識；在課題開展上，懂得用什么技術(shù)解決什么問題，快速進入角色開展課題研究。另一方面，長期操作大型儀器如共聚焦顯微鏡，不僅在儀器操作上有優(yōu)勢，同時增強了相關(guān)實驗問題解決能力，大大提高研究生的就業(yè)競爭力。

2.從課程滿意度看，本課程受到學(xué)生高度認(rèn)可。通過這一課程學(xué)生對懂得如何設(shè)計實驗，這是其他實驗課程及實驗室培訓(xùn)不會涉及的；實驗技能提升和大型儀器使用經(jīng)歷增強學(xué)生開展科學(xué)研究的信心；研討式學(xué)習(xí)開啟學(xué)生自我解決問題的意識?；谝陨显?，學(xué)生的選課熱情很高。

3.從平臺運行角度看，減輕了平臺工作人員的壓力?？蒲衅脚_實驗人員要對儀器進行操作和維護，還要負責(zé)儀器操作培訓(xùn)，以便部分人員可以獨立操作，要解決操作過程中遇到的問題，工作壓力比較大。本實驗課的開展，平臺人員對細胞生物學(xué)專業(yè)學(xué)生中進行統(tǒng)一培訓(xùn)，一方面獲得教學(xué)工作量，另一方面培訓(xùn)后，動手操作過的研究生后期開展課題經(jīng)過簡單復(fù)訓(xùn)即可獨立使用儀器，能基本解決儀器使用中的問題，減輕了平臺工作人員的工作壓力。

（二）不足及改進措施

1.資源有限與修學(xué)需求不平衡。由于場地、經(jīng)費和儀器損耗等問題，主要面向細胞生物學(xué)學(xué)生，針對這個問題計劃通過2項措施來解決：（1）通過虛擬仿真與視頻教學(xué)相結(jié)合讓更多的學(xué)生可以修學(xué)該課程。（2）對于研究生課題涉及到這部分實驗的非細胞生物學(xué)專業(yè)的學(xué)生，可以申請選修，針對這部分學(xué)生，可以自帶實驗材料，將修課與預(yù)實驗結(jié)合起來，課程向該導(dǎo)師團隊收取一定費用。

2.探索部分學(xué)生持證上崗。對于修學(xué)本實驗課程，且后期應(yīng)用較多，能自行操作和解決操作中的問題的學(xué)生，平臺給予操作資格認(rèn)定，并在學(xué)生提出申請的情況下聘用持證學(xué)生，這樣有助于平臺更好的運轉(zhuǎn)。嫻熟的操作及聘用經(jīng)歷有助于提高畢業(yè)研究生的就業(yè)競爭力。

研究生是高?？蒲械闹黧w實施者，也是未來科研領(lǐng)域的生力軍，培養(yǎng)具備良好科研技能的研究生對高校對國家的科技競爭力具有重要影響力，文章以現(xiàn)代細胞生物學(xué)方法實驗課為例探索研究生實驗教學(xué)體系的革新，將平臺建設(shè)融入到培養(yǎng)研究生培養(yǎng)事務(wù)中去，這種資源整合后的教育模式為研究生教育改革提供了新視野和方向。