淺談自主實驗項目在細(xì)胞生物學(xué)實驗教學(xué)過程中的作用

趙鵬 李小燕 龍燕

[摘 要]在生命科學(xué)各相關(guān)學(xué)科中，細(xì)胞生物學(xué)作為一門重要的基礎(chǔ)學(xué)科，同時也是發(fā)展最快的前沿學(xué)科之一。任何生命科學(xué)的相關(guān)研究最終都需要歸結(jié)于細(xì)胞水平的研究。因此，細(xì)胞生物學(xué)實驗教學(xué)工作在學(xué)生培養(yǎng)過程中起著非常重要的作用，它一方面有利于學(xué)生更好地吸收細(xì)胞生物學(xué)的課堂理論知識，另一方面也可以提高學(xué)生的實驗技能，為學(xué)生將來走向獨立自主的科研之路打下良好的基礎(chǔ)。在學(xué)生掌握基礎(chǔ)細(xì)胞生物學(xué)實驗技能后，開展自主實驗項目，對學(xué)生的文獻(xiàn)閱讀能力、實驗技能水平、實驗結(jié)果分析能力以及科研報告撰寫能力，都有非常大的提升作用。

[關(guān)鍵詞]細(xì)胞生物學(xué);實驗課程教學(xué);自主實驗項目

[基金項目]武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院實驗教學(xué)中心開放項目

[作者簡介]趙 鵬（1982—），男，江蘇通州人，博士，武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副教授，主要從事植物生殖發(fā)育研究;李小燕（1968—），女，湖北咸寧人，醫(yī)學(xué)碩士，武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院高級實驗師，主要從事生物實驗教學(xué)研究;龍 燕（1980—），女，湖北武漢人，碩士，武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院實驗師，主要從事生物實驗教學(xué)研究。

[中圖分類號] G642.1[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）32-0391-02[收稿日期] 2020-04-01

一、前言

細(xì)胞生物學(xué)是從顯微水平、亞顯微水平以及分子水平，研究細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、功能、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、基因表達(dá)與調(diào)控及細(xì)胞起源與進(jìn)化等生命過程的一門學(xué)科[1]（P1）。它是生命科學(xué)中的基礎(chǔ)核心課程，而細(xì)胞生物學(xué)實驗則是對細(xì)胞生物學(xué)理論知識的形象認(rèn)知及鞏固，同時也是對學(xué)生未來走向科研崗位的提前訓(xùn)練。

2005年，教育部下發(fā)的《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作的若干意見》中強(qiáng)調(diào)在現(xiàn)在的高等教育工作中必須實現(xiàn)重心的轉(zhuǎn)移，要把提高教學(xué)質(zhì)量放在更加突出的位置[2]。創(chuàng)新教育以及大學(xué)生的自主科研能力的培養(yǎng)是高校本科教學(xué)所面臨的一個重大課題。近年來，隨著國家科技水平的日益提高，細(xì)胞生物學(xué)的研究手段也在不停地向更快、更好的方向發(fā)展。但是，原有的實驗設(shè)計體系明顯不能跟上實驗手段的更新，因此在高校開展自主科研實驗將有助于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力以及國際前沿技術(shù)的掌握，進(jìn)而提升國際競爭力。

二、細(xì)胞生物學(xué)自主實驗項目的基本運行條件

武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院在2007年下半年啟動了創(chuàng)新性的細(xì)胞生物學(xué)教學(xué)改革，從2008年開始實施，有計劃地開展了由課程組教師提出的學(xué)科建設(shè)項目[3]。近十年來，在細(xì)胞生物學(xué)課程組老師的共同努力下，武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的細(xì)胞生物學(xué)實驗的改革取得了非常好的成效。細(xì)胞生物學(xué)實驗教學(xué)采用基礎(chǔ)實驗和自主實驗相結(jié)合的教學(xué)方式，對學(xué)生的綜合實驗技能的提高起到了很好的作用，培養(yǎng)了他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，為將來的研究之路打下了很好的科學(xué)基礎(chǔ)。

細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)實驗通常是由老師設(shè)計實驗方案，在課堂上講明實驗原理，給出實驗方法，學(xué)生只是按照實驗步驟進(jìn)行，很少需要自己獨立思考，這些基礎(chǔ)實驗可以培養(yǎng)學(xué)生們的動手操作能力，以及面對成功或者失敗實驗結(jié)果的分析能力。經(jīng)過前期基礎(chǔ)實驗的訓(xùn)練，學(xué)生對細(xì)胞生物學(xué)的基礎(chǔ)操作已經(jīng)熟練掌握。此時自主實驗的開展可以進(jìn)一步檢驗學(xué)生對實驗原理的應(yīng)用，對實驗操作的掌握，以及對實驗結(jié)果的分析等能力，非常有利于學(xué)生綜合科研素質(zhì)的培養(yǎng)。

三、細(xì)胞生物學(xué)自主實驗項目的運行模式及特點

武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生物實驗中心細(xì)胞生物學(xué)實驗課程組的老師們綜合考慮各方面因素，在國際班與弘毅班學(xué)生掌握基本的細(xì)胞生物學(xué)實驗的基礎(chǔ)上增加自主實驗板塊。綜合近幾年的學(xué)生自主實驗開展情況以及呈現(xiàn)的實驗報告，可以看出自主實驗對于學(xué)生綜合科研素質(zhì)的培養(yǎng)起到了非常大的作用。在此，以我所帶的國際班為例，詳細(xì)地分析武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院細(xì)胞生物學(xué)實驗教學(xué)中自主開放實驗的幾個特點：第一，課程主講教師和學(xué)生共同設(shè)計實驗方案。課程主講教師首先向同學(xué)們講述自主實驗設(shè)計基本要點，隨后學(xué)生分組（通常是2—4人一組）查閱文獻(xiàn)，初步設(shè)計實驗方案。課程主講教師和實驗中心老師分別與每組同學(xué)就實驗方案初稿充分討論后確定最終實驗方案。隨后實驗中心老師指導(dǎo)每組學(xué)生分別購買實驗所需的個性化實驗藥品，培訓(xùn)所需的各類儀器設(shè)備。第二，選題大多涉及細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)和抗癌藥物的藥效檢測，這與目前國家要求各高校大力培養(yǎng)生物工程和生物制藥專業(yè)的人才相切合。在13個小組的學(xué)生中有10組都選取了Hela細(xì)胞作為研究對象，另外3組選取的分別為肝癌細(xì)胞、乳腺癌細(xì)胞以及胃癌細(xì)胞。在實驗設(shè)計方面，大部分的學(xué)生選取了某種物質(zhì)，通常是被認(rèn)為會有抗癌作用的某一組分，如茶多酚、姜黃素、胡蘿卜素等。第三，學(xué)生自主實驗充分利用了武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院大型設(shè)備共享中心的資源，使學(xué)生能夠有機(jī)會接觸到開展細(xì)胞生物學(xué)實驗所需的各類大型儀器如激光共聚焦顯微鏡及多功能酶標(biāo)儀等。在本年度開放實驗過程中，同學(xué)們的自主實驗主要涉及到顯微鏡觀察細(xì)胞形態(tài)，試劑盒聯(lián)合酶標(biāo)儀檢測細(xì)胞活性，熒光染色法觀察線粒體狀態(tài)和活性氧分布以及細(xì)胞凋亡的檢測。第四，課程主講教師和實驗教學(xué)中心指導(dǎo)老師全程參與學(xué)生開放實驗。在整個自主實驗過程中，課程主講教師和實驗教學(xué)中心指導(dǎo)老師針對性的指導(dǎo)每組學(xué)生開展實驗，包括如何準(zhǔn)備實驗用品與試劑、如何使用儀器及幫助解決實驗過程中遇到的技術(shù)難題等等。

綜合分析學(xué)生提交的實驗報告，可以看出所有的學(xué)生都可以自主的完成實驗設(shè)計，從研究背景的分析到提出問題，進(jìn)一步提出解決問題的辦法，再設(shè)計合理的實驗，最終通過實驗結(jié)果的分析回答提出的問題。細(xì)胞生物學(xué)的自主實驗項目就是開放式教學(xué)的一種實踐，開放的教學(xué)理念、管理機(jī)制、實驗條件、實驗方式以及實驗內(nèi)容都在項目的實施中得到了體現(xiàn)[4]。通過自主實驗項目的實施，可以看出學(xué)生們的收獲，從基礎(chǔ)性實驗中的按部就班到自主實驗中的大膽嘗試，從基礎(chǔ)性實驗中的依靠實驗步驟到自主實驗中的自主鉆研，從基礎(chǔ)性實驗中的追求完美結(jié)果到自主實驗中的直面失敗，進(jìn)而解決問題。通過自主實驗項目的實施，學(xué)生們在各方面都有了很大的進(jìn)步。

四、細(xì)胞生物學(xué)自主實驗項目的主要成效

第一，提高了文獻(xiàn)閱讀能力。在實驗題目確定之前，學(xué)生需要查閱文獻(xiàn)了解目前的研究進(jìn)展，進(jìn)而在前人研究的基礎(chǔ)上提出自己的問題。在提出解決問題的方法時，也不能只局限在實驗課中學(xué)到的基礎(chǔ)性實驗，而需要查閱文獻(xiàn)尋找是否有更加方便的以解決問題的方法。同時，通過閱讀文獻(xiàn)可以進(jìn)一步地增強(qiáng)學(xué)生的邏輯思維能力，更好地設(shè)計、實施、總結(jié)自己的研究項目。

第二，提高了學(xué)生的主觀能動性。與基礎(chǔ)性實驗階段相比可以看出學(xué)生們有了很明顯的積極性，能夠主動思考，也敢于挑戰(zhàn)一些未知的猜測，同時在實驗中遇到困難時也會積極向老師求助，充分利用生命科學(xué)學(xué)院的已有資源，不再局限于本科生實驗室的條件，真正做到了開放的實驗條件，實現(xiàn)了學(xué)生的自主創(chuàng)新。

第三，提高了學(xué)生的綜合科研能力。在生命科學(xué)領(lǐng)域的研究生階段，學(xué)生的學(xué)習(xí)方法將發(fā)生很大的改變，需要非常好的綜合科研能力才能從容地應(yīng)對實驗論文的開題、設(shè)計、實施以及總結(jié)。而現(xiàn)階段的自主科研項目就是未來的一個小縮影，學(xué)生基本體驗了一個完整的流程，雖然這些相比未來的課題研究都非常微小，但是對綜合科研能力的提升不容忽視。同時，在開放實驗的過程中，學(xué)生有機(jī)會接觸到一些大型的、先進(jìn)的、高端的現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)研究設(shè)備如激光共聚焦顯微鏡，為研究生階段能快速進(jìn)入科研狀態(tài)打下了堅實的基礎(chǔ)。

第四，激發(fā)了學(xué)生的科研潛力。在自主實驗項目實施過程中，每一個問題的出現(xiàn)和解決，給學(xué)生們帶來了巨大的成就感，因而會進(jìn)一步地激發(fā)他們對科學(xué)研究的熱情。在實驗項目結(jié)束之后，很多同學(xué)會發(fā)現(xiàn)在科學(xué)研究中的樂趣，進(jìn)而激發(fā)出內(nèi)在的潛力，因此說自主實驗項目的實施，是學(xué)生走進(jìn)科研領(lǐng)域的領(lǐng)路人。

五、結(jié)束語

綜上所述，在細(xì)胞生物學(xué)實驗教學(xué)過程中采用基礎(chǔ)性實驗結(jié)合開放自主實驗的教學(xué)方式，能夠在很大程度上提高教學(xué)質(zhì)量，能夠提高同學(xué)們文獻(xiàn)檢索及閱讀、實驗技能、實驗結(jié)果分析以及科研報告撰寫等方面的能力，為他們以后從事科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]翟中和，王喜中，丁明孝.細(xì)胞生物學(xué)[M].高等教育出版社， 2011.

[2]高思.提高高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量的重大舉措[J].中國大學(xué)教學(xué)，2007（2）：5-10.

[3]李小燕，劉江東，鄭凌，彭雄波.深化細(xì)胞生物學(xué)實驗教學(xué)改革-培養(yǎng)創(chuàng)新型人才[J].實驗技術(shù)與管理，2011（4）：116-119.

[4]于威，全滟平，吳月紅，張?；?細(xì)胞生物學(xué)實驗開放式教學(xué)模式實踐研究[J].高校生物學(xué)教學(xué)研究（電子版），2018，8（02）：55-59.