深化细胞生物学实验教学改革 探索开放式实验模式

陈媛媛，陈付学，华子义，沈忠明

摘要：为了更好地发挥上海大学“短学期制”优势，使教学资源最大化地服务于学生，在细胞生物学实验教学中实行开放式实验模式。通过对开放式实验内容的安排及实施，开放式实验管理存在的问题及解决方案等环节的改革与探索，为素质教育和创新教育提供了一个良好的操作平台，培养了学生的创新意识，激发了学生的科研热情。

关键词：细胞生物学实验；教学改革；开放式实验

中图分类号：G642.0 文献标志码：A？摇 文章编号：1674-9324（2012）12-0060-02

细胞生物学是生命科学的前沿学科之一，是高校生物学科本科生的必修课程。细胞生物学作为一门重点学科，实验课教学起着举足轻重的作用，它不仅有助于学生对细胞生物学知识与理论的学习和理解，同时对培养学生的细胞学研究与创新能力也至关重要[1]。在实验教学中开展综合设计型和研究型等较高层次的实验项目，实行开放式管理的创新实验是高等教育培养创新人才、实现素质教育目标的重要途径之一，也是为学科专业竞赛提供人才，为教师科研提供助手的重要途径[2-3]。上海大学成立伊始，就开始了学分制、选课制和短学期制的改革实践。短学期制的核心是加快培养节奏，强化实践环节。为了更好地发挥上海大学“短学期制”优势，激发学生的求知欲，启迪学生的创新意识，培养高素质人才，我们对《细胞生物学实验》教学进行了一系列改革。通过对开放式实验内容的安排及实施，对开放式实验管理的重点、存在的问题及解决方案等环节进行了一定的探索。

一、开放式实验教学模式的意义

“短学期制”是上海大学教学管理模式的三大特色之一。每学期的课程仅有十周，周期短，节奏快。我校开设的《细胞生物学实验》每周仅4学时，每学期选课人数却达80人左右，同一时间段有近40位学生进行实验。而实验设备和条件有限，很大程度上制约了学生的动手和思维潜力，影响了学生综合素质和科研创新能力的提高。开放式实验模式是正常课堂教学的补充和延伸，可以使有限的教学资源最大化地服务于学生，它的实施可以为学生提供更宽松的实验环境，更好地激发学生的实验热情，锻炼学生的观察、分析和动手能力。随着教学改革的深入，创新性实验越来越凸显其重要性。创新性实验在培养学生设计实验的总体思路、提高独立分析解决问题的能力等方面，具有比一般的验证性实验更加重要的作用，近年来高等学校普遍加强了对该类实验的开发和建设[4]。为了深化实验教学改革，培养学生创新性能力，我们在实验教学中也增加了创新性实验的比例。创新性实验是以学生为主体，以学生自主活动、主动探索为基础的新型实验教学过程[5]。从课题相关文献的查阅、选题立项、实验操作到结果分析、实验论文撰写都由学生自己完成，但这一过程在短短4学时的课堂教学中是根本无法完成的，开放式实验模式势在必行。创新性实验可以很好地训练学生的科研思维能力，而开放式实验模式在时间和实验项目的选择上更加自由，学生不但可以从中认识到科学研究的重要性，更可以充分利用科研资源，更好地培养学生的科研思路，并使其积极地参与到科研中去。

二、开放式实验教学模式的实施

1.教学内容的安排。以动物细胞培养实验为例，动物细胞培养不仅是细胞生物学实验的基本技术，也是细胞生物学实验教学的一个重要内容。在以往的教学中，虽然我们已经根据上海大学短学期的特点重新安排了实验内容，但由于受到每周4学时及细胞培养房等硬件设备的限制，学生只能进行简单的传代培养。同时用于传代培养的培养液及细胞等都是由教师事先准备好，这样既不利于学生全面地掌握细胞培养技术，也打击了学生的实验积极性。同样，植物组织培养技术也受到时间和超净工作台数量的限制，每次只能6个学生一组操作，很多步骤都只能看不能亲自动手，严重影响了学生动手能力的培养。据此，我们提供了一些以动物细胞培养技术和植物组织培养技术为基础的创新性实验方向，比如：药物对肝癌细胞增殖和凋亡的影响、绿色荧光蛋白在人源细胞中的表达、金属纳米材料对植物细胞生长的影响、抑菌剂在开放式组织培养中的应用等项目。学生可以根据自己的兴趣自由选择，查阅相关文献后，拟定出具体实验内容和方案。教师再针对实验方案中的不足之处提出问题，引导学生完善方案内容。在细胞生物学实验的十周教学时间内，由学生自由支配时间，在上海大学生命科学实验中心完成实验。

2.教学内容的实施。①技术理论培训。学生理论与技术上知识欠缺，要解决这个问题，必须增加与学生的交流，督促学生加强文献阅读和动手能力的训练。在学生初步确定自己的实验方向后，我们以专题讲座的方式，重点讲述文献检索基础知识，植物组织培养技术，动物细胞的原代培养、传代培养、细胞的冻存与复苏、细胞计数与活力测定等细胞培养基本技术，免疫荧光技术等，以帮助学生可以顺利地查阅文献，根据自身情况制定出具体的实验方案。同时我们充分利用多媒体教学手段，将事先拍摄好的规范的操作视频展示给学生，直观生动地阐述实验难点。这既有助于提高学生的实验积极性，又增大了课堂教学的信息量，提高了效率，为开放式实验模式的顺利开展打下基础。②实验分组。为了培养学生的独立思维能力，使其具有相互协作的团队精神，我们要求每4～5个学生为一组，教师按照学生拟定的实验计划充分提供试剂和材料，最大可能地创造实验操作机会，争取每一个实验环节都由学生亲自动手，充分锻炼学生的动手能力。③实验操作。开放式实验意味着学生做实验有着自由的时间选择性，教师不可能像课堂教学一样可以时刻在学生身边指导，所以实验操作成了开放式实验教学模式的重中之重。我们要求学生的实验操作规范正确，每种基础实验技术除了用多媒体教学手段教授外，我们还让学生在教师的指导下自己动手，反复练习，并且要求学生及时将试剂配制、实验方法与过程、实验现象与数据等做好详细记录，督促其养成良好的实验习惯与实事求是的科学态度。④考核评定。传统的细胞生物学实验课考评方法是根据学生实验预习报告、实验报告、实验操作、纪律及出勤等情况按一定比例赋予分数，但开放式实验内容丰富，很难以一篇预习报告或实验报告的形式体现，实验时间的灵活性也决定了考评无法以一般的出勤率计算，所以我们根据开放式实验的特点制定了适合的考评办法。我们将开放式实验按照平时成绩和实验论文两个方面3：7的比例来考评。平时成绩主要包括实验态度、纪律、实验基本知识、实验操作等。实验论文的撰写是对整个实验的梳理和总结，可以考核学生对整个实验从设计到具体操作的掌握程度，更可以锻炼学生对实验原始数据的记录、处理及对实验结果分析归纳的能力。我们要求学生严格按照研究性实验论文的格式书写，论文条理清楚、表达准确、结构严谨、分析透彻，着力培养学生灵活运用知识的创新意识、严谨的科学态度和独立思维的能力。

三、开放式实验管理存在的问题及解决方案

1.学生的管理问题。由于上海大学实行的是选课制，选修细胞生物学实验的学生大多是刚上大三的学生，他们有些已经完成了理论课程的学习，有些则还没有选修理论课程，接触过的实验技术有限，动手能力尚未得到充分锻炼。开放式实验涉及的实验室数量众多，比如细胞培养房、超净工作间，光照培养间等等，实验室的人员流动性也很大。如何在激发学生的积极性，充分提高动手能力的同时，保障好实验室和学生自身的安全，使实验秩序顺畅是整个开放式实验管理上的重点和难点。“安全第一”是从事各项工作的先决条件[6]，在实验开始之初就必须让学生了解进入实验室做实验的各种注意事项，让其充分认识到安全的重要性并填写《开放实验室学生安全承诺书》，要求学生按照承诺书的各项要求严格约束自己，这样既可以提高学生的安全意识，又可以激发学生在实验室的主人翁精神。同时做好实验室使用申请、预约及进出记录，提高实验室的使用效率和学生的实验效率。

2.仪器设备的管理问题。开放式实验涉及的实验仪器种类繁多，小到移液器、普通生物显微镜，大到高速冷冻离心机，倒置/正置荧光显微镜，使用不当便会造成严重的经济损失。实验室大型仪器设备数量有限而使用人员众多，管理得不好就会引起冲突，影响实验的有序进行。要解决这个问题，我们除了要求学生的操作技术过关，操作过程严谨小心外，还建立了严格的预约制度和使用登记制度。学生在实验开始前，要按照实验计划统一填写《生命科学实验中心仪器设备使用申请表》，以便教师统计后统一安排。仪器使用前必须在实验中心网站仪器预约系统中登陆信息并预约，使用完毕后在仪器使用登记本上记录使用的相关信息。

3.实验经费的问题。开放式实验内容由于涉及的知识面广、范围大，实验方案所涉及的试剂耗材规格种类相比传统的细胞生物学实验要复杂得多，这就导致了实验经费明显不足，为了确保实验的顺利展开，我们一方面向学院申请加大实验中心资金投入力度，另一方面鼓励学生完善自身实验方案，积极申请院级、校级及市级的创新性项目，为开放式实验的顺利有效进行创造条件。

4.教师的业务水平和思想素质的问题。在传统的细胞生物学实验教学中，教师的工作主要分为三部分：一部分是课前配置试剂、准备材料、调试仪器等准备工作，一部分是课上的实验讲解与指导，还有一部分则是课后的报告批改、成绩评定。在开放式实验教学中，为了锻炼学生的动手能力和团队协作精神，试剂材料的配置准备都由学生自己完成，教师的重点放在了实验的指导上，从最初引导学生完善实验方案，实验技术的培训，实验过程的监督，到指导学生进行实验结果分析，对教师的要求都要比传统的实验教学高很多。教师自身不但需要具有扎实丰富的理论知识，熟练的操作技能，还要有不懈的探索精神和创新能力。同时开放式实验的时间是按照学生自身及仪器设备预约情况来定，往往需要教师牺牲双休日或延长工作时间来配合，所以说开放式实验教学对教师的业务水平和思想素质都提出了更高的要求。为了不断充实壮大自己，给学生提供更好的指导，我们教师必须积极参与科研，经常查阅相关文献跟踪学科发展趋势，同时参加各种新仪器及新技术的培训，了解各种技术的最近动态信息，并提高自己思想觉悟，务求做好“服务”、完成“引导”。

综上所述，高校要激发学生科技创新的兴趣，就要尽量给他们一种宽松的环境，促其成长成才[7]。通过开放式实验模式的实施，学生可以充分发挥主人翁精神，根据自身兴趣爱好自主选择实验，这样既可以提高学生实验的积极性，又可以充分利用教学科研资源，扩大学生的视野，加深他们对细胞生物学知识的理解，激发他们对新知识、新技术探究的热情，最终达到提高学生综合素质，培养创新性人才的目的。经过近两年我们在细胞生物学实验课上对开放式实验模式的实施，学生反响热烈，选课积极，已有约30人分别获得了院级、校级及上海市级创新性项目共9个。开放式实验模式是深化细胞生物学实验教学改革的必然趋势，它为素质教育和创新教育提供了一个良好的操作平台，但同时它也是一项任重而道远的长期工作，需要我们通过不断努力改革创新，使之在实践中得到逐步完善和提高。

参考文献：

[1]屈长青，刘生杰，陆娟，朱茂英.细胞生物学教学中学生创新能力的培养[J].生物学杂志，2008，25（6）：72-73.

[2]雷瑞庭，宋跃，杨雷，等.教育部中南地区高等学校电子电气基础课教学研究会第二十届学术年会会议论文集（上册）[C].郑州：河南省科学技术学会，2010：387-391.

[3]曾宪军.师生科研一体化的探索与实践[J].重庆大学学报（社会科学版），2003，9（6）：145-146.

[4]梁亦龙，谢永芳，何晓红，江怀仲.微生物综合性创新实验教学研究[J].广东化工，2011，38（224）：144.

[5]任平，蔡飞，欧阳昌汉.药理学创新性实验教学改革与实践[J].山西医科大学学报，2010，12（10）：987-989.

[6]车将，廖允成.实验室安全的规范管理探索[J].实验科学与技术，2010，8（5）：156-160.

[7]季宜敬，杨瑾，王洪洲，等.建设创新实验室提高大学生创新能力[J].实验技术与管理，2009，26（12）：134-136.

作者简介：陈媛媛（1981-），女，学士，助理实验师，研究方向：细胞生物学实验教学及研究。

通讯作者：沈忠明（1961-），男，副教授，研究方向：蛋白质及酶抑制剂的研究开发。