创新“细胞生物学与遗传学实验”精品课程建设提升生物学实验教学示范中心的示范作用

2013-12-23王金发王宏斌冯冬茹何炎明戚康标

实验技术与管理 2013年6期

王金发，王宏斌，刘兵，冯冬茹，何炎明，戚康标

（中山大学国家级生物学实验教学示范中心，广东广州 510275）

2012年底，教育部组织了对首期批准建设的501个实验教学示范中心的验收工作［1］。中山大学生物学实验教学示范中心于2012年11月16日接受了专家组的验收，受到验收专家的好评，一致认为其示范作用显著。

1 “示范”是实验教学示范中心与精品实验课程建设的契合点

教育部确定实验教学示范中心的建设目标是:为全国高等学校实验教学改革提供示范经验，带动高等学校实验室的建设和发展。精品课程则是要建设成为5个一流的示范课程。因此，具有示范作用的精品实验课程的建设应是实验教学示范中心建设的核心任务，实验教学示范中心与精品课程建设的契合点就是示范作用。但是，当前有相当数量的实验教学示范中心对实验精品课程的建设重视不够，不仅没有国家级实验教学精品课程，也没有省级实验教学精品课程，因而使其示范作用黯然失色。

实验教学示范中心与精品实验课程建设的重点都是示范作用［2－3］，如何在实验教学示范中心中建设实验精品课程，以实验精品课程建设促进实验教学示范中心建设，一直是我们的努力方向。2006年，中山大学生物学实验教学中心被评为国家级生物学实验教学示范中心（下称中心），2008年，我们的“细胞生物学与遗传学实验”课被评为广东省精品课程，2009年被评为国家精品课程［4－5］。至此，我们实现了中心与精品实验课程建设的契合，即以中心建设带动实验精品课程建设、以精品实验课程建设促进中心建设的目标。

如何将中心建设成为具有示范作用的中心？我们的做法是:以精品实验课程建设为抓手，以培养学生的“三基”能力，即“写、做、说”的能力为突破口，树立精品实验课程典范，充分发挥精品课程在实验教学中的示范与辐射作用，促进和带动中心的示范性建设。通过教育部对中心的验收，我们的做法得到了专家的认可，并建议向全国推广。

2 创建开放式、研究性实验教学理念与模式

理念是愿景，模式是实现愿景的通途。为实现研究性教学理念的愿景，我们构建了开放式、研究性实验教学模式［6－7］，并动员学生共同来实现（见图1）。该模式的核心是“研究性”，“开放式”则是实现研究性教学与学习的氛围与环境，是基础、是支撑。开放式包括内涵与外延两个层面，时间和空间两种纬度。内涵上，教学与学习都要有一种不受时间和空间约束的意识；外延上，教与学都要突破课本、教室的限制，甚至突破专业、学校和国界的限制。

“开放式、研究性实验教学”模式强调以创新教育为核心，教师要进行教育观念创新，特别是进行开放式教学的研究和探讨。无论是理论课，还是实验课的教学都要突破封闭式教学，要利用现代教学方法和手段，引导学生自主发展。同时，教师要开展研究性教学，即将教学看成是科学研究，要下大气力研究教学，包括研究课程体系、创新教学方法，同时将教学看成是向青年学生传播新思想、新文化，进行素质教育的最好课堂，引导和培养学生爱民族、爱国家，具有公德心、事业心和责任感等良好素质［8］。

图1 开放式、研究性实验教学动员报告会

“开放式”实验教学，包括以下“五开放”的内容。

第一是教学理念开放。实行创新型实验，教师必须要解放思想，革新观念，以学生为主体服务对象，善于启发学生，同时必须树立教书育人的思想品德和奉献精神。

第二是时间开放。实验教学的时间安排不再是限定在计划中的3个学时，在进行实验教学的时候，学生可以根据自己实验的需要预约进入实验室进行实验。若实验失败了，学生可以根据自己的兴趣自行安排时间进实验室重做。

第三是空间开放。实验室的开放可以是全天候24小时开放，也可以是预约开放。在学院的统一安排下，科研实验室和教学实验室可以预约使用，实行资源共享。

第四是实验内容开放。实验教学内容除基本技能训练实验每个学生必须完成外，其他内容学生可以根据自己的兴趣和能力，自主设计实验项目，经教师审定后独立完成。

第五是仪器设备开放。中心所有的仪器设备，以及全学院各种仪器设备都可以对本科生进行开放和预约使用，真正让学生自己支配实验，而不是由实验支配学生。

3 创建“三模块”教学体系

传统的实验教学，一般都习惯于由教师圈定实验内容，如一学期圈定若干个实验，然后按周在指定的时间、地点完成实验教学。

我们承担的是生命科学学院大学本科三年级的细胞生物学与遗传学2门实验课的教学，分2个学期，三年级上学期为细胞生物学实验（必修），下学期为遗传学实验（必修）。由于学生在大一、大二时已经完成了一些基础课，不仅掌握了一些基本技能，而且基础知识面较广，思考能力较强，是设置创新实验教学体系、培养学生“三基”能力的最好时期。从课程内容安排上，我们将细胞生物学和遗传学实验的总体课程内容分别设为三大模块［8］，加强科研训练，培养学生的科研能力。

3.1 第一模块：“基本技能训练”

本模块的重点是要求学生按实验目的进行严格的基本技能训练，重点在于理解实验理论原理和掌握基本操作技能，在细胞生物学和遗传学实验2门课中，一般安排6～7个实验，是每个学生必做的指定性实验。要求掌握实验理论原理与基本技术技能，包括样品制备的方法技术、样品处理观察方法技术的规范操作、显微镜（包括荧光显微镜）使用技术、细胞化学理论基本原理、细胞分裂、细胞的基本结构和功能、细胞染色体的特征与基因活动特征等基本操作技能训练，为第二模块训练打好基础［9］。

3.2 第二模块：“综合技术能力训练”

这一模块要求每个学生完成8～10个指定的综合实验，撰写8篇实验小论文，以培养学生的实验设计能力、综合思考能力、综合技术分析能力和撰写论文能力。在操作内容上着力求“变”求“新”。求“变”就是在基本实验方法不变的情况下，变实验材料、变实验的单一固定性为多因素可变性（培养学生立体化空间思维）、变原来实验的被动性操作为主动性操作。如在遗传实验中以果蝇为材料，教师通过讲解实验原理和方法之后，给出5个果蝇品系，由学生自己根据遗传学理论和实验原理，设计能够印证三大遗传规律的3组实验，最后写成实验论文。求“新”就是要求学生通过自主设计、查阅文献、撰写论文等综合训练，能够培养新思维、新意识，同时通过实验，能够获得新结果和新知识。

3.3 第三模块：“自主设计与研究能力训练”

实行自由选题立项，独立设计实验。课题小组由3～5人组成，共同完成。选题内容一般要求具有创新性，设计书参照国家基金申请书格式，论文以中山大学校报自然科学版为标准完成。具体做法:采用完全开放形式，全过程由学生自主完成，如从选择实验项目、设计论证、组织实施、数据处理、论文写作和演讲答辩，全部由学生独立组织完成，教师只是负责指导、监管和做好服务工作。这种核心能力体系的训练，从大三第一学期和第二学期连续1年时间，重复2次。有些项目和课题组的选题可以从第一学期延伸至第二学期，即在细胞生物学实验过程中还没能完成的可以在遗传学实验继续完成，这种方法，我们叫“全能系统训练法”。主要目的是培养学生的思考能力、阅读能力、文献查找能力、设计能力、协作能力、动手能力、分析问题能力、解决问题能力、写作能力和演讲能力。

4 培养学生“写、做、说”三基能力

就实验教学的真谛来说，中心任务就是培养学生的能力。大学生毕业后在社会上发展所需的能力有很多，我们认为最重要的能力就是“写、做、说”，并将之称为“三基”能力。

4.1 “写”的能力

写作能力是由语言表达能力、想象能力及思维能力等多种因素综合而成。写作能力的高低，可反映一个人的综合素质。对于科学研究而言，科研写作对于科技工作者来说是最为基本的能力。传统的实验教学通常在提交一份实验报告后结束，这种方法不需要精湛的写作能力。高校扩招后，实行大班教学，实验教师连实验报告都难以仔细批阅，更谈不上指导本科生的实验写作了。如何在新形势下的实验教学中，培养本科生的科技写作能力，是我们教学团队为提高实验教学质量给自己添加的第一个砝码。

研究性实验教学理念的核心内容是将实验教学提高到研究问题的层面上来进行，即将教学与科研结合，这就涉及很多“写”的能力，如编制研究项目、设计实验方法、写实验总结、撰写实验论文、写课程心得等。我们从2008年1月到2011年12月共承担了2004级—2009级的细胞生物学与遗传学实验。在4 年的实验教学中，本科生共设计、编制研究项目500 项（每年120余项），实验论文（按中山大学学报自然科学版要求）500篇，综合实验微型论文2 000多篇，学生撰写的课程感想800多篇。通过这些项目的写作，极大提高了本科生的写作能力。由于我们的要求是全员参与，训练也是全员的，即每位学生必须参与项目设计、论文写作，所以，“写”的能力普遍得到显著提高。

4.2 “做”的能力

邓小平的一句名言是:“发展是硬道理”，借此，我们认为在实验中强调“做是硬道理”。做就是实践力、执行力。培养学生做的能力是我们教学团队给我们自身添加的第二个砝码。

“做”是“三基”能力的核心，包括肯做、会做与巧做。能工巧匠说的是会做。会做，需要思考，如果没有思考、没有研究地做，结果像赌博，做不好是必然的，做好是偶然的。在生活当中，有些人在做之前对任务分析得头头是道，什么都对，就是做不对，这就是理论和实践的脱节。也有人可以把一件事大部分做得特别好，但虎头蛇尾，最终，效果不好。

在实验教学中，为培养学生良好的科研习惯，科学地、有思考地做实验，不要“赌博”、不要有侥幸心理。我们要引导学生科学分析实验方案与实验结果的吻合度，分析主观愿望与客观结果的差异，培养学生实事求是的科学精神。科学研究需要有责任心，敢于担当，同时要有锲而不舍的精神，不要虎头蛇尾。

我们在第一模块的教学中，主要是培养学生良好的实验习惯，包括仔细阅读仪器说明书、仔细阅读与理解实验操作规程。在第二与第三模块中，通过连续2个学期的“细胞生物学和遗传学实验”的自主实验，重点是培养学生对实验方案的执行力（严格执行方案）、实验过程的观察力（实验记录能力）、实验过程的反思能力（及时总结与调整）、实验结果的分析总结和论文写作能力，最终是提高学生的做事能力和科研能力。

4.3 “说”的能力

“说”的能力，实际就是演讲能力、口头交流能力，即口才。信息时代，电子交流不仅快捷，而且拉近了世界的距离，但无论如何，口头交流是无法取代的。

孔子认为“一言可以兴邦，一言可以丧邦”。东周重臣颜率凭一己之辩在诸侯列强中保全九鼎，“一人之辩，重于九鼎之宝，三寸之舌，强于百万之师”成为千古佳话。如今在商界流传甚广的“30 秒钟电梯理论”，或称“电梯演讲”，源自麦肯锡公司曾经得到过一次沉痛的、关于演讲的教训。

美国人早在20世纪40年代就将“口才、金钱、原子弹”看作是世界上生存的三大法宝。60年代以后又将“口才、金钱、电脑”看成是最有力量的三大法宝，而口才一直独冠三大法宝之首，足见其作用与价值。

演讲是以有声语言为主要手段，以体态语言为辅助手段，针对某个具体问题，鲜明、完整地发表自己的见解和主张，阐明事理或抒发情感，进行宣传鼓动的一种语言交际活动。演讲也是一门语言艺术，它的主要形式是“讲”，即运用有声语言并追求言辞的表现力和声音的感染力，同时还要辅之以“演”，即运用面部表情、手势动作、身体姿态乃至一切可以理解的态势语言，使讲话“艺术化”起来，从而产生一种特殊的艺术魅力。在我们承担的本科实验教学中，将学生演讲能力作为重要的基本能力进行训练与培养，要求在1年的实验教学中，基本保证每位本科生有1次演讲机会。

2009年6月26日下午中山大学本科教学理科督导组长、中山大学物理科学与工程技术学院黄迺本教授观摩了2006级生态学专业59位学生、共10个实验项目组的交流汇报会。黄教授重点考察了“生物昼夜节律对果蝇发生量的影响”和“枸杞多糖对果蝇适应能力的影响”2个实验组的汇报与交流，并给予了较高的评价。对于该教学团队的课程设计和教学方式他认为:

（1）训练了学生查阅文献资料、自主设计实验方案、撰写实验项目申报书和最终实验报告的能力；

（2）训练了学生的团队协作精神和实践探索能力；

（3）训练了学生的口头表达能力。

最近黄教授概括说:“这是一门全面训练学生综合素质与实践能力的优秀课程，堪称实验教学的典范。”

5 示范与辐射

实验教学中心与精品课程建设都是为了培养学生，示范作用首先是得到学生认可，其次能够给同行以借鉴。

5.1 学生感悟

“细胞生物学与遗传学实验”创建的“开放式、研究性”实验教学理念与模式，对于本科生能力的培养具有重要的作用，也深受学生的欢迎，并给以极高的评价，例如:

（1）2006级生物技术基地班唐静怡同学的评价:“‘开放式研究型创新性实验’给我们提供了一个初步锻炼的平台，使我们认识到什么叫真正的实验。通过自主设计实验，我深刻体会到真正的实验并不是被人牵着鼻子走的，真正的实验是要有自主创新思维的，是要有自己的思想精髓在其中的，否则将永远为别人打工，永远只能为别人的想法而努力。”

（2）2007生态专业刘斯洋同学的评价:“自主设计实验从选题、实验设计、实验试剂、器材的准备、实验的开展、数据的纪录与整理、组员的分工与合作、论文的写作以及PPT 的展示都是我们自己负责与执行的，而不是照着书本进行的重复，更不是任何其他科研者成果的重复，对于我而言，这是第一次真正的科学研究，压力、汗水、泪水、欢声、失望与反思穿插了实验的整个过程。整个过程让我们如何判断选题的意义，如何设计与落实项目的研究方案与方法，如何与外界沟通，如何进行项目组的分工与合作，如何做好实验记录，如何通过PPT 向他人展示你的实验灵魂……”

（3）2008级生物科学专业陶灿同学的评价:“光阴似箭，岁月如梭，遗传学自主设计实验转瞬即逝，其中的苦乐得失，期间的点点滴滴都让我记忆深刻。看着最后得到的实验结果，看着拍的照片，内心无比充实。我们从无到有的科研起步就算完成了。我不敢说我们的实验成果对科学的贡献有多大，但是我们一直以来的努力交错着实验的成就感充实着我们，也更加使我们明了科研的艰难过程和乐趣。”

（4）2009 级生物科学专业徐嘉雯同学的评价:“在这次自主实验中，我最大的感悟是:凡事预则立，不预则废。且不论前期的实验方案设计有多重要，单说具体做某次实验之前需要考虑、规划的事情，就已经能决定本次实验的效率和结果了。这次实验我们因为很多时候没有做好规划，对接下来要做的事情没有做到心中有数而浪费了很多时间，导致最后要延期完成实验。我再一次明白清晰而合理的计划对于科研乃至生活来说是多么的重要。”

5.2 辐射作用

为总结、交流中山大学国家级生物学实验教学示范中心建设经验，我们每年举办一期全国性“研究性教学”研讨班，每期50人左右，大约有30～40个学校的教师参会，参加研讨班的代表在现场观摩我们的开放式、研究性实验教学。

2009年12月教育部国家级生物与环境学科实验教学示范中心联席会在中山大学举办了“2009 年国家级生物学科与环境学科实验教学示范中心联席会议暨大学生创新实验经验交流会议”，全国32个国家级生物与环境学科实验教学示范中心主要负责人及师生代表出席了会议。会议的主题是加强国家级生物学科和环境学科实验教学示范中心建设经验的交流，发挥辐射示范作用，推动高等学校创新性人才的培养。中山大学中心主任王金发教授向与会代表介绍了中心建设理念，特别介绍了精品实验课程“细胞生物学与遗传学实验”的开放式、研究性实验教学的理念与模式，受到与会代表的好评。

每年有十几所到几十所数量不等的高校生物科学学院领导、实验教师来中心参观考察和交流实验教学示范中心建设经验。2012年6月25日，上海复旦大学、上海交通大学、上海大学、华东师范大学、华东理工大学、上海海洋大学等6所高校组织了一个9人代表团，专程来中山大学生物科学学院考察了我们的实验教学理念与模式，对“三基”能力的培养给予了高度的评价。

6 结束语

教育部首期质量工程建设了501个国家级实验教学示范中心，加上各省建设的省级实验教学中心，较大程度改善了实验教学环境，提升了实验教学观念，改革了实验教学模式，对中国高校实验教学质量的提高起到重要的推动作用［10－12］，但真正堪称示范的还要进一步提高。我们认为建设具有真正意义上的示范中心，不仅是硬件建设，更重要的是内涵发展。眼前影响实验教学示范中心建设的因素较多，也存在不少误区，如对实验教学重视程度不够，实验室管理人员不能享受公平的待遇，包括职称、工资待遇等。一些学校对实验教学示范中心重申报、轻建设，特别是对实验教学精品课程建设更是重视不够。须知，没有精品实验课程及能发挥示范作用的实验中心，也就失去其实验教学示范的重要内涵价值。

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［1］王兴邦.认真总结，提升理念，凝练成果，突出特色，迎接国家级实验教学示范中心验收［J］.实验技术与管理，2010，27（4）:1－5.

［2］王煌.高水平建设实验教学示范中心，全面提升人才培养质量［J］.中国高等教育，2009（6）:17－19

［3］王杰，刘晓鸿，冯璐，等.实验教学示范中心建设实践与体会［J］.实验技术与管理，2011，28（3）:313－316.

［4］王金发，王宏斌，何炎明，等.“细胞与遗传学实验”国家精品课程的建设［J］.中国大学教学，2010（5）:59－61.

［5］何炎明，王宏斌，戚康标，等.以创新能力培养为核心实施开放式研究性实验教学［J］.实验室研究与探索，2009，28（6）:201－203.

［6］王金发，张兆梁，何炎明，等.开放式实验教学的探讨［C］／／高等学校实验室工作研究会.全国高等学校实验教学改革文集，沈阳:辽宁大学出版社，1998:66－69.

［7］戚康标，王宏斌，何炎明，等.开放式研究性实验教学的设计与管理［J］.实验技术与管理，2010，27（7）:25－28.

［8］何炎明，戚康标，王宏斌，等.实验室全开放模式下安全管理的实践与探索［J］.实验技术与管理，2012，29（5）:213－216.

［9］王金发，张以顺，戚康标，等.强化共享平台建设，促进教学与科研相互转化［J］.实验室研究与探索，2009，28（4）:216－217.

［10］郑兴福，胡凯.国家级实验教学示范中心建设实践与发展探析［J］.实验技术与管理，26（4）:217－221.