動(dòng)物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)中傳統(tǒng)教學(xué)與開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的比較及應(yīng)用分析

杜瑞卿 楊建偉 夏敏

摘要 ? ?本文比較分析了動(dòng)物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足及開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)上，開(kāi)展開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以彌補(bǔ)其不足。舉例剖析開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程及作用，總結(jié)了在動(dòng)物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)中開(kāi)展開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性及意義。

關(guān)鍵詞 ? ?動(dòng)物生理學(xué)實(shí)驗(yàn);傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué);開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào) ? ?G642 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ? ?A

文章編號(hào) ? 1007-5739（2019）18-0257-02 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

動(dòng)物生理學(xué)是生物科學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。動(dòng)物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖庆柟膛c驗(yàn)證理論知識(shí)，是理論課程的重要組成部分。但是現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展迅速，培養(yǎng)的人才，不僅需要掌握扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，更要有廣闊的知識(shí)視野、綜合分析解決問(wèn)題的能力、掌握前沿科研信息、富于聯(lián)想、善于創(chuàng)新。動(dòng)物生理學(xué)的傳統(tǒng)教學(xué)方法在實(shí)踐過(guò)程中存在一些不足，已很難完全滿足現(xiàn)代教育對(duì)培養(yǎng)人才的目標(biāo)要求，實(shí)驗(yàn)教學(xué)也需要進(jìn)一步完善和補(bǔ)充[1]。

1 ? ?傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的局限性

1.1 ? ?固定性

動(dòng)物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)是為了學(xué)生鞏固與驗(yàn)證理論知識(shí)，其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容已形成一套固定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。如神經(jīng)與肌肉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，主要是骨骼肌與坐骨神經(jīng)—腓腸肌標(biāo)本的制備，刺激強(qiáng)度、刺激頻率與腓腸肌收縮的關(guān)系、神經(jīng)干動(dòng)電位的引導(dǎo)、傳導(dǎo)速度測(cè)定等;循環(huán)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，主要是蛙類心臟起搏點(diǎn)分析與心博曲線觀察、蛙類心臟的期前收縮與賽場(chǎng)間歇等[2]。每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)用品、實(shí)驗(yàn)對(duì)象、實(shí)驗(yàn)步驟都已固定，學(xué)生照做即可。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也與預(yù)期的結(jié)果一致。

1.2 ? ?簡(jiǎn)單性

動(dòng)物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)的每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，都是為了驗(yàn)證理論課相關(guān)原理和現(xiàn)象。因此，實(shí)驗(yàn)條件都按照理論要求設(shè)置，觀察現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)過(guò)程和步驟以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較簡(jiǎn)單。如神經(jīng)干動(dòng)作電位的傳導(dǎo)及速度觀察，就是研究在設(shè)置的正常生理?xiàng)l件下給予神經(jīng)干一個(gè)意外刺激，觀察動(dòng)作電位的變化和傳導(dǎo)速度，沒(méi)有考慮其他條件變化對(duì)神經(jīng)干動(dòng)作電位的影響。

1.3 ? ?缺少完成的時(shí)間保證

動(dòng)物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)雖然內(nèi)容單一、簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)步驟固定，但是由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備參數(shù)的調(diào)節(jié)、實(shí)驗(yàn)標(biāo)本好壞等因素的影響，有時(shí)實(shí)驗(yàn)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果難以達(dá)到預(yù)期結(jié)果。比如做神經(jīng)干動(dòng)作電位引導(dǎo)時(shí)，由于過(guò)濾高頻、低頻波的影響，設(shè)置參數(shù)不妥，很難出現(xiàn)理想的波形，不同的標(biāo)本參數(shù)也不同，只能在不同的標(biāo)本上嘗試多次調(diào)節(jié)參數(shù);波形還受物理放大倍數(shù)的影響，需要同時(shí)調(diào)節(jié)3個(gè)參數(shù)，只有3個(gè)參數(shù)協(xié)調(diào)時(shí)，才能出現(xiàn)預(yù)期的、理論上的波形。實(shí)驗(yàn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，神經(jīng)干標(biāo)本又容易干燥失去生物活性。有時(shí)學(xué)生在制作標(biāo)本時(shí)，會(huì)不小心損壞了標(biāo)本，需要重新制作。事實(shí)上正常的生理學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是有時(shí)間限制的，一組實(shí)驗(yàn)結(jié)束，另一組就需要立即進(jìn)來(lái)做實(shí)驗(yàn)。要想把實(shí)驗(yàn)做成功，是需要時(shí)間的，然而有時(shí)個(gè)別小組缺少時(shí)間保證。

1.4 ? ?缺少統(tǒng)計(jì)分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往受多種因素的影響，包括實(shí)驗(yàn)者的操作因素、標(biāo)本個(gè)體差異性、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的精密性等，僅從單個(gè)人或單個(gè)小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果很難得出有效的、有意義的結(jié)論?？茖W(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論，往往需要進(jìn)行大量樣本的統(tǒng)計(jì)分析，才能得出可靠結(jié)論。動(dòng)物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法都是單個(gè)人或2～3人/組獨(dú)立做實(shí)驗(yàn)，獨(dú)立分析自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這樣以來(lái)，難以培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析的能力科學(xué)觀和研究方法。比如神經(jīng)干動(dòng)作電位的傳導(dǎo)速度，受神經(jīng)干粗細(xì)、表面的濕潤(rùn)程度，實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)參數(shù)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備裝置等影響，不同實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間出現(xiàn)差異，學(xué)生對(duì)自己結(jié)果的正確性持懷疑態(tài)度，但又缺少科學(xué)依據(jù)，如果將相近的神經(jīng)干由同一人、在同一實(shí)驗(yàn)設(shè)備上重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，再對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，就能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性做出科學(xué)判斷。

2 ? ?開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的優(yōu)越性

所謂開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)，就是實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)室面向?qū)W生開(kāi)放、學(xué)生自主操作的實(shí)驗(yàn)，與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)最大的不同就是實(shí)驗(yàn)主體的轉(zhuǎn)換[3]。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是在教師主導(dǎo)、指導(dǎo)下按照課本既定的方案、程序、步驟進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，而開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是由學(xué)生主導(dǎo)，教師僅起到協(xié)助作用的實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生提供了可以利用課余時(shí)間實(shí)現(xiàn)自己科研創(chuàng)新想法的平臺(tái)，不僅為學(xué)生提供了發(fā)揮創(chuàng)造性的可能，而且有效發(fā)揮了學(xué)校實(shí)驗(yàn)資源優(yōu)勢(shì)，提高了儀器設(shè)備利用率。

2.1 ? ?創(chuàng)新性、設(shè)計(jì)性

開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)，是學(xué)生根據(jù)已掌握的知識(shí)和技能，在教師的協(xié)助下查閱文獻(xiàn)，確定實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)用品、實(shí)驗(yàn)步驟，預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果，完成實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程不能與他人完全重復(fù)，具有創(chuàng)新性和設(shè)計(jì)性，鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2.2 ? ?復(fù)雜性

開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)，是在考慮多種影響因素條件下，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果的，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)過(guò)程和步驟都較傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)復(fù)雜。比如開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)：觀察葡萄糖、ATP對(duì)骨骼肌收縮性的影響，較傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)刺激強(qiáng)度對(duì)骨骼肌收縮性的影響，顯然不僅包含骨骼肌收縮的原理，不僅包含了葡萄糖、ATP對(duì)骨骼肌收縮影響的生理學(xué)原理，還要考慮兩者的交互作用等。

2.3 ? ?靈活性

學(xué)生可以根據(jù)興趣和自身優(yōu)勢(shì)自主選擇開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容難易程度、小組成員、時(shí)間安排也由學(xué)生自己確定，完全不同于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，給予學(xué)生更多的靈活性和機(jī)動(dòng)性。學(xué)生完全可以根據(jù)自己的時(shí)間來(lái)安排實(shí)驗(yàn)，包括周末、節(jié)假日，既合理有效地利用了學(xué)生的時(shí)間，也較充分高效地利用了學(xué)校的設(shè)備資源。

2.4 ? ?綜合性

開(kāi)放實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新性、復(fù)雜性也決定了它的綜合性。開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)，往往需要多方面的知識(shí)和技能，需要具備較好的查閱文獻(xiàn)能力、外文閱讀能力、對(duì)新設(shè)備新技術(shù)的掌握和操作能力、較好的寫作表達(dá)能力、有關(guān)軟件的操作、制圖、編輯能力以及組織成員之間的協(xié)調(diào)合作能力等。

2.5 ? ?科研性

開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)雖然經(jīng)費(fèi)少、規(guī)模小、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡(jiǎn)單、時(shí)間較短，但也是一次小規(guī)模的科研實(shí)驗(yàn)。它包含了科研實(shí)驗(yàn)所具有的基本要素和過(guò)程，是對(duì)大學(xué)生的一次基本的科研訓(xùn)練過(guò)程，是介于傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)與研究生科研實(shí)驗(yàn)之間的過(guò)渡橋梁，具有重要的意義。

3 ? ?開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用舉例

3.1 ? ?問(wèn)題的提出

針對(duì)動(dòng)物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)中關(guān)于“神經(jīng)干動(dòng)作電位的引導(dǎo)及傳導(dǎo)速度”的實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容僅僅是考慮正常生理?xiàng)l件的生理反應(yīng)。事實(shí)上根據(jù)神經(jīng)干動(dòng)作電位產(chǎn)生的機(jī)制及傳導(dǎo)速度的影響因素，考慮生理?xiàng)l件改變對(duì)其變化的影響，提示結(jié)合目前實(shí)驗(yàn)室具有的實(shí)驗(yàn)條件，設(shè)計(jì)一個(gè)較為復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

學(xué)生查閱文獻(xiàn)并結(jié)合已學(xué)的生理學(xué)知識(shí)，認(rèn)為靜息電位的產(chǎn)生主要決定于K+，動(dòng)作電位的產(chǎn)生主要決定于 Na+，改變細(xì)胞外液中2種離子的濃度對(duì)動(dòng)作電位的幅度和傳導(dǎo)速度會(huì)有什么影響呢？神經(jīng)纖維動(dòng)作電位的正后電位（超極化電位）階段，是Na+-K+ 泵活動(dòng)膜電位真正恢復(fù)到靜息電位水平的階段，Na+-K+ 泵是ATP酶，其活性容易受到溫度的影響，那么溫度對(duì)動(dòng)作電位幅度以及傳導(dǎo)速度的影響如何？這些都是值得學(xué)生研究探討的問(wèn)題。于是提出了“溫度、K+、Na+ 濃度對(duì)神經(jīng)干動(dòng)作電位幅度及傳導(dǎo)速度的影響”開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目[4-6]。

3.2 ? ?實(shí)驗(yàn)原理的確定

學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)有關(guān)神經(jīng)電生理學(xué)的專業(yè)知識(shí)[7]，構(gòu)思出實(shí)驗(yàn)的基本原理：神經(jīng)干受到刺激，產(chǎn)生動(dòng)作電位并沿神經(jīng)干傳導(dǎo);神經(jīng)干動(dòng)作電位的峰電位、靜息電位水平都受神經(jīng)干外Na+、K+ 濃度的影響，傳導(dǎo)速度又受到動(dòng)作電位幅度的影響;神經(jīng)纖維動(dòng)作電位的正后電位（超極化電位）階段，是Na+-K+泵活動(dòng)膜電位真正恢復(fù)到靜息電位水平的階段，Na+-K+泵是ATP酶，其活性容易受溫度的影響。

3.3 ? ?實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

（1）坐骨神經(jīng)標(biāo)本的制備：洗干凈實(shí)驗(yàn)動(dòng)物;找到枕骨大孔處將刺蛙針刺入1～2 mm，分別搗損腦組織和脊髓;剝制后肢，分離一側(cè)后肢;分離坐骨神經(jīng)，穿線備用;進(jìn)行標(biāo)本檢驗(yàn)。

（2）將標(biāo)本用不同濃度K+和Na+ 溶液浸泡，或者將標(biāo)本置于設(shè)定溫度的冰箱內(nèi)處理。

（3）連接實(shí)驗(yàn)裝置：把制備好的坐骨神經(jīng)標(biāo)本放置于神經(jīng)屏蔽盒內(nèi)，將坐骨神經(jīng)搭在肌槽金屬絲電極上。信號(hào)采集線一端連接到屏蔽盒的引導(dǎo)電極上，另一端插入至BL-420F生理記錄裝置第1通道和第2通道上;刺激電極一端接至BL-420F生理記錄裝置的刺激通道，另一端接到屏蔽盒電極上。

（4）實(shí)驗(yàn)記錄：開(kāi)機(jī)之后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)，先使用單刺激，找出閾強(qiáng)度;然后在閾強(qiáng)度上刺激，觀察動(dòng)作電位的幅度和傳導(dǎo)速度[8]。

（5）對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行T檢驗(yàn)、方差分析和相關(guān)分析。

3.4 ? ?項(xiàng)目完成

學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，獲得了理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并且對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了科學(xué)的統(tǒng)計(jì)分析，寫出了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目報(bào)告。

4 ? ?結(jié)語(yǔ)

開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，創(chuàng)新了實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、手段、內(nèi)容，提升了學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)可以有效彌補(bǔ)生理學(xué)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，對(duì)于生理學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是一個(gè)有力的補(bǔ)充，使教學(xué)與科研能有效地融合，使科研和教學(xué)相互促進(jìn)。開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)（實(shí)訓(xùn)）課程的課內(nèi)教學(xué)和課外教學(xué)的良性互動(dòng)，延伸與發(fā)展了實(shí)驗(yàn)（實(shí)訓(xùn)）教學(xué)課程內(nèi)容，促進(jìn)了學(xué)生專業(yè)實(shí)踐能力的提升。開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)可極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，是培養(yǎng)創(chuàng)新性、實(shí)踐性人才的重要途徑。開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)也有利于“雙師型”教師隊(duì)伍建設(shè)。動(dòng)物生理學(xué)是一門重要的生物科學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程，許多內(nèi)容有較強(qiáng)的抽象性、邏輯性。目前，動(dòng)物生理學(xué)教學(xué)中存在“教”與“學(xué)”互相分離、課堂教學(xué)質(zhì)量不高的現(xiàn)象[3]。因此，將開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段應(yīng)用到動(dòng)物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)以及其他實(shí)驗(yàn)課程中具有積極意義。

5 ? ?參考文獻(xiàn)

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