運(yùn)用血液指標(biāo)和殺菌能力測(cè)定推進(jìn)動(dòng)物學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)改革的實(shí)踐與體會(huì)

張?jiān)讫垼?袁小琛， 朱若林， 楊啟超， 張志強(qiáng)

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院， 合肥 230036)

課程改革創(chuàng)新行動(dòng)是新農(nóng)科建設(shè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，設(shè)計(jì)有深度、有難度和有挑戰(zhàn)性的實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容，變“水課”為“金課”，符合一流本科課程建設(shè)的改革目標(biāo)[1]。目前，很多高等農(nóng)業(yè)院校的動(dòng)物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)正處于以基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為主向增加綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的方向轉(zhuǎn)變，但通過(guò)結(jié)合新興學(xué)科的研究進(jìn)展來(lái)培養(yǎng)和提升低年級(jí)本科生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的實(shí)踐很少[2-4]。免疫生態(tài)學(xué)(Immunological ecology)是一門(mén)新興交叉學(xué)科，自20世紀(jì)90年代創(chuàng)建以來(lái)，隨免疫學(xué)測(cè)定指標(biāo)的進(jìn)步和簡(jiǎn)化而發(fā)展迅猛，主要探討生物在進(jìn)化和生態(tài)學(xué)過(guò)程中免疫功能變化的原因和結(jié)果[5-7]。發(fā)展簡(jiǎn)單實(shí)用、便于野外研究使用的免疫學(xué)指標(biāo)是免疫生態(tài)學(xué)學(xué)科發(fā)展的重要任務(wù)之一[7]。其中，無(wú)損傷采血技術(shù)可活體獲得微量血液，血液中各型白細(xì)胞的百分比及血清(或血漿)殺菌能力可從細(xì)胞介導(dǎo)的免疫和體液免疫及天然免疫等不同角度反映動(dòng)物體的健康狀態(tài)，這為利用動(dòng)物學(xué)實(shí)驗(yàn)已有實(shí)驗(yàn)材料開(kāi)設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)奠定了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)[8]。本文結(jié)合安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院動(dòng)物學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)現(xiàn)狀，闡述引用新學(xué)科研究成果開(kāi)設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的可能性和必要性，介紹具體做法，并總結(jié)由此引發(fā)的一些思考。

1 動(dòng)物學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)現(xiàn)狀

新世紀(jì)以來(lái)，在動(dòng)物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中開(kāi)設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的高校多為綜合性大學(xué)或師范類(lèi)院校，雖然高等農(nóng)業(yè)院校涉農(nóng)專業(yè)與生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)合緊密，且有受眾多、覆蓋面廣的優(yōu)勢(shì)，但在嚴(yán)格意義上開(kāi)設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的院校很少，這主要與師資力量薄弱、實(shí)驗(yàn)課基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后和投入不足等因素有關(guān)[2]。

安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院自2010年開(kāi)始在本科生動(dòng)物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中探索設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革。學(xué)生以小組為單位，采用在教師指導(dǎo)下自行設(shè)計(jì)課題的方式來(lái)完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并以不少于3 000字的小論文作為考核指標(biāo)，受益本科生已超過(guò)2 000人，取得了良好效果[2]。然而，也產(chǎn)生了諸多問(wèn)題，如本科生對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)不到位、投入設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的時(shí)間和精力有限，經(jīng)費(fèi)投入嚴(yán)重不足，創(chuàng)新性不明顯，成果產(chǎn)出較少等[2, 8]。這些不足促使我們思考，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，即通過(guò)簡(jiǎn)單的技術(shù)手段解決領(lǐng)域內(nèi)的重要問(wèn)題。這一看起來(lái)矛盾的說(shuō)法，隨著免疫生態(tài)學(xué)和保護(hù)生理學(xué)(Conservation physiology)等新興學(xué)科的興起，逐漸成為可能。在免疫生態(tài)學(xué)中，一些可從血液中獲得的價(jià)格適中、操作簡(jiǎn)便的免疫測(cè)定指標(biāo)，可在傳統(tǒng)的鯽魚(yú)、牛蛙、巴西龜、家雞和小鼠等解剖實(shí)驗(yàn)前獲得，這不但為動(dòng)物學(xué)研究提供了新的技術(shù)手段和方法[7]，也為動(dòng)物學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)置設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)指明了新的方向[8]。

2 開(kāi)設(shè)動(dòng)物學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的必要性

隨著“雙創(chuàng)”工程和“新農(nóng)科”概念的提出，提高本科生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)和能力，培養(yǎng)“一懂兩愛(ài)”的畢業(yè)生，正滲透至高等農(nóng)業(yè)院校日常教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)[9]。動(dòng)物學(xué)實(shí)驗(yàn)是動(dòng)物生產(chǎn)類(lèi)、植物生產(chǎn)類(lèi)本科生入學(xué)后首門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課的實(shí)驗(yàn)課，在專業(yè)基礎(chǔ)課的實(shí)驗(yàn)課中開(kāi)設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)具有開(kāi)拓性，也有明顯的示范引領(lǐng)作用[2]。至少?gòu)南旅?個(gè)方面，有必要在低年級(jí)本科生中增設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

2.1 講授新知識(shí),開(kāi)闊視野

免疫生態(tài)學(xué)以免疫功能的變化來(lái)活體監(jiān)測(cè)動(dòng)物體的健康狀態(tài)，強(qiáng)調(diào)用簡(jiǎn)單實(shí)用的免疫學(xué)技術(shù)手段來(lái)解決生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的難題，如野生動(dòng)物的種群動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)理、寄主和寄生蟲(chóng)的相互作用關(guān)系和生活史進(jìn)化的機(jī)制性基礎(chǔ)等[4]，可視為動(dòng)物學(xué)研究領(lǐng)域一個(gè)新的學(xué)科增長(zhǎng)點(diǎn)。以科研促教學(xué)，結(jié)合免疫生態(tài)學(xué)學(xué)科和教師的科研進(jìn)展設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，有利于低年級(jí)本科生快速接觸學(xué)科前沿?zé)狳c(diǎn)，開(kāi)闊視野，為大學(xué)生科研啟蒙奠定良好的理論基礎(chǔ)。

2.2 循環(huán)使用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，節(jié)約實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)

傳統(tǒng)的動(dòng)物學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)，如以鯽魚(yú)、牛蛙、巴西龜、家雞和小鼠為實(shí)驗(yàn)對(duì)象的實(shí)驗(yàn)，通常只涉及外形觀察、內(nèi)部解剖和骨骼系統(tǒng)觀察，均不包含血液采集技術(shù)。通過(guò)活體微量采血技術(shù)處理過(guò)的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，仍可用于后續(xù)的解剖操作，無(wú)須再次購(gòu)買(mǎi)；此外，制作草履蟲(chóng)活體或人口腔上皮細(xì)胞裝片用過(guò)的載、蓋玻片，經(jīng)清洗、晾干后也可用于制作血涂片。通過(guò)循環(huán)使用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和耗材，降低了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的預(yù)算開(kāi)支，為開(kāi)展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)奠定了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.3 傳授新技能，提升創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)

將最新的采血技術(shù)方法融入設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生通過(guò)訓(xùn)練不但能掌握采血技術(shù)操作規(guī)范和要領(lǐng)，更能舉一反三、觸類(lèi)旁通；在掌握魚(yú)類(lèi)、蛙類(lèi)、龜類(lèi)和蛇類(lèi)等動(dòng)物類(lèi)群血液標(biāo)準(zhǔn)值的基礎(chǔ)上，可與養(yǎng)殖企業(yè)合作，通過(guò)血液指標(biāo)的變化來(lái)監(jiān)測(cè)動(dòng)物體的健康狀態(tài)，并與特定生活史階段的環(huán)境背景相結(jié)合，將為學(xué)科進(jìn)展融入生產(chǎn)實(shí)踐貢獻(xiàn)力量和智慧，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研協(xié)調(diào)發(fā)展，有助于大幅度提升學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)。

3 依托血液采集技術(shù)開(kāi)設(shè)動(dòng)物學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的具體做法

依托血液采集技術(shù)設(shè)計(jì)動(dòng)物學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，對(duì)于學(xué)生來(lái)講，難在知識(shí)儲(chǔ)備的薄弱性和視野的局限性，對(duì)于教師來(lái)講，難在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性和可持續(xù)性。通過(guò)下面的兩個(gè)做法，成功解決了上述難題。

3.1 讓“故事”留有懸念，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，充分激發(fā)學(xué)生求知欲，拓展學(xué)生視野

教師在熟練演示魚(yú)類(lèi)、蛙類(lèi)、龜類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)和獸類(lèi)等各種脊椎動(dòng)物采血技術(shù)的過(guò)程中，除講授技術(shù)要領(lǐng)外，更需要強(qiáng)調(diào)采血時(shí)長(zhǎng)對(duì)動(dòng)物體應(yīng)激狀態(tài)和免疫功能的影響。學(xué)生會(huì)追問(wèn)哪些血液指標(biāo)能反映動(dòng)物體的應(yīng)激狀態(tài)和免疫功能？采完血后如何保存血液？還需要做哪些操作？這時(shí)，結(jié)合免疫生態(tài)學(xué)的研究進(jìn)展以“講故事”科普化的方式來(lái)回答學(xué)生的疑惑，循序漸進(jìn)，能有效激發(fā)學(xué)生的求知欲和探索精神，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和科研素養(yǎng)，拓展學(xué)生的眼界。

3.2 點(diǎn)面結(jié)合，統(tǒng)籌布局，依托實(shí)踐教學(xué)基地和綜合試驗(yàn)站，使設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)可持續(xù)發(fā)展

微量血液采集技術(shù)具有活體采血、費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)，可通過(guò)血涂片來(lái)分析各型白細(xì)胞的數(shù)量動(dòng)態(tài)，通過(guò)嗜中性粒細(xì)胞與淋巴細(xì)胞的比值來(lái)指示動(dòng)物體的應(yīng)激狀態(tài)，通過(guò)血清(或血漿)殺菌能力來(lái)反映動(dòng)物體天然免疫能力的變化[7]，適用于魚(yú)類(lèi)、蛙類(lèi)、龜類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)和獸類(lèi)等脊椎動(dòng)物研究。以采集牛蛙血液為例，針對(duì)動(dòng)物科學(xué)和動(dòng)物醫(yī)學(xué)專業(yè)的本科生開(kāi)設(shè)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡(jiǎn)述如下：該設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)以小組為單位，全員參與實(shí)驗(yàn)始終，記錄實(shí)驗(yàn)開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間。牛蛙通過(guò)雙毀髓法處理后，用一次性注射器從主動(dòng)脈干處獲得血液，測(cè)定上述血液和免疫指標(biāo)，分析實(shí)驗(yàn)處理時(shí)長(zhǎng)與嗜中性粒細(xì)胞和淋巴細(xì)胞的比值和免疫功能指標(biāo)的關(guān)系。之后，選取操作規(guī)范、實(shí)驗(yàn)效果好的小組，經(jīng)再次嚴(yán)格培訓(xùn)后，結(jié)合教師的科研課題，赴校企合作實(shí)踐教學(xué)基地或校屬綜合試驗(yàn)站，運(yùn)用學(xué)習(xí)到的采血技術(shù)和指標(biāo)測(cè)定方法，監(jiān)測(cè)蝌蚪或蛙類(lèi)的健康狀態(tài)，并與其特定的生活史階段相聯(lián)系，鼓勵(lì)學(xué)生為企業(yè)解決生產(chǎn)上的科學(xué)難題。近3年，以動(dòng)物學(xué)實(shí)驗(yàn)課上學(xué)習(xí)到的采血技術(shù)為基礎(chǔ)，以蝌蚪或成體為研究對(duì)象，本團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)的本科生以第一作者發(fā)表了3篇學(xué)術(shù)論文[10-12]，以并列第一作者被錄用1篇學(xué)術(shù)論文。此外，以龜類(lèi)采血技術(shù)為基礎(chǔ)，以王錦蛇、滑鼠蛇和赤鏈華游蛇等為研究對(duì)象，本團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)的本科生以第一作者發(fā)表了2篇學(xué)術(shù)論文[13-14]、被錄用論文1篇，以并列第一作者發(fā)表1篇學(xué)術(shù)論文[15]。以血液采集技術(shù)為基礎(chǔ)開(kāi)設(shè)動(dòng)物學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)后，本科生從事科研的熱情明顯高漲，2019年獲批省級(jí)大創(chuàng)項(xiàng)目6項(xiàng)，2020年提前結(jié)題省級(jí)大創(chuàng)項(xiàng)目1項(xiàng)并獲評(píng)優(yōu)秀。

4 免疫生態(tài)學(xué)研究成果融入動(dòng)物學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)引發(fā)的新思考

將新興學(xué)科研究進(jìn)展融入低年級(jí)本科生動(dòng)物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，與新農(nóng)科建設(shè)注重本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的要求相匹配，可以達(dá)到教學(xué)相長(zhǎng)的目的，機(jī)遇大于挑戰(zhàn)?？偨Y(jié)近年來(lái)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)，有如下思考：

4.1 回歸教與學(xué)本位

指導(dǎo)教師在實(shí)施設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)前中后都需要比基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)付出更多的時(shí)間和精力來(lái)處理一些意想不到的問(wèn)題，除了具備“點(diǎn)燃自己、照亮別人”的奉獻(xiàn)精神外，更需要把握學(xué)科發(fā)展前沿、高屋建瓴，甘當(dāng)學(xué)生成長(zhǎng)的人梯，引導(dǎo)學(xué)生勇攀科學(xué)高峰，善于發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)科研“好苗子”，當(dāng)好伯樂(lè)；同時(shí)，在教師發(fā)揮主導(dǎo)作用教好學(xué)生的前提下，學(xué)生更需要積極主動(dòng)配合，扮演好主體角色，發(fā)揮主觀能動(dòng)性，勤學(xué)勤問(wèn)，敢想敢做，以“三個(gè)臭皮匠賽過(guò)諸葛亮”的集體智慧優(yōu)勢(shì)，攻堅(jiān)克難，團(tuán)結(jié)協(xié)作完成項(xiàng)目?jī)?nèi)容。

4.2 以身示范，容錯(cuò)糾錯(cuò)，扶上馬再送一程

低年級(jí)本科生是實(shí)施動(dòng)物學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的主體，學(xué)生動(dòng)手能力普遍較差，一些實(shí)驗(yàn)操作需要教師多次示范，教師要有足夠的耐心矯正和容忍學(xué)生的錯(cuò)誤操作，并引導(dǎo)學(xué)生從失敗中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，鼓勵(lì)學(xué)生積極探索，讓學(xué)生克服實(shí)驗(yàn)操作失敗所導(dǎo)致的心理挫敗感，為學(xué)生成長(zhǎng)、成才創(chuàng)造條件[16]；學(xué)生信心增強(qiáng)，由此獲得的滿足感和幸福感將激發(fā)出更強(qiáng)的求知和探索欲望，這為課程結(jié)束時(shí)申請(qǐng)校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目奠定了良好的心理和技術(shù)基礎(chǔ)。在完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，把學(xué)生“扶上馬再送一程”，讓學(xué)生對(duì)科研產(chǎn)生興趣，達(dá)到了提升創(chuàng)新意識(shí)的目標(biāo)。

4.3 避免陷入反復(fù)實(shí)驗(yàn)困境，也要杜絕功利化傾向

通過(guò)活體微量采血技術(shù)，能激發(fā)本科生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)。通過(guò)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，本科生受到了較好的科研訓(xùn)練，一些表現(xiàn)優(yōu)異的同學(xué)獲得了校級(jí)、省級(jí)或國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的資助，甚至在領(lǐng)域內(nèi)的重要刊物上發(fā)表了多篇第一作者論文。然而，一些本科生只看到了別人成功的一面，并未意識(shí)到科學(xué)研究是講傳承的，不但存在風(fēng)險(xiǎn)，而且需要投入大量的時(shí)間和精力。一些本科生重復(fù)做實(shí)驗(yàn)，花了很多時(shí)間和精力，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果總是不理想；相反，也有些本科生未做很多工作，卻期望有文章發(fā)表。上述兩種情況，都應(yīng)該盡量杜絕。

在新農(nóng)科教學(xué)改革精神指引下，把新興學(xué)科免疫生態(tài)學(xué)的科研成果融入動(dòng)物學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，雖然取得了一些成績(jī)，但仍處于起步和探索階段，仍有漫長(zhǎng)的路要走。