“生命科学导论实验”课的实践与改革

李 霁， 吴 敏， 曾冬云， 邵爱萍， 章 骥

(浙江大学 生命科学学院，浙江 杭州 310058)

0 引 言

生命科学的发展对自然科学和人类社会正发挥着越来越重要的作用，对非生物类专业的学生通过开设“生命科学导论”课程，培养生命科学素养已成为大学生素质教育的一重要内容[1-5]。但生命科学是一门实验性很强的学科，为了加深学生对生命科学的认识，激发学生的学习兴趣，并对现代分子生物学技术有所了解，开设“生命科学导论实验”课就成为必然[6-9]。浙江大学于1999年开设了“生命科学导论实验”课[10]，经过14年的发展，已形成了一套成熟的体系，但也出现了一些新的问题，本文阐述了导论实验课的实践过程及在此过程中进行的一些重要改革措施，并展望了未来的改革方向。

1 实验内容的实践与改革

导论实验的学生来源广泛，有理科、工科和文科，绝大部分为大一的新生，有关生物学的理论知识单薄，至于生物学方面的实验知识和技能则普遍比较平乏，特别是微观方面。因此在选择实验内容时，既要在中学生物学基础上有所发展，又不能选择难度太大的。应选择实验原理易懂，操作不太复杂，具有一定趣味性和实用性，并能反应生物学各学科最基本、最典型并具有一定先进性的实验内容。为了增加学生的实验兴趣，最好选择与学生的实际生活密切相关的实验内容。导论实验自开课以来，从最初的观察性实验、检测性实验及生化与分子生物学实验3个单元8个实验，经过不断的实践、改进和优化，形成了如表1的8个单元共18个实验的实验体系[11-12]。

表1 生命科学导论实验安排表

由表可见，实验内容几乎涵盖了生物学的各分支学科，所涉及的技术都是各分支学科中最基础、最典型的，实验对象常常就是学生本身或学生周围的事物，学生做的兴趣比较大。如环境微生物的检测，以学生周围的实验环境如门把手、工作台面，学生自身如手、头发，牙垢、喷嚏、鼻腔等为对象，采集这些部位的微生物进行培养，通过观察菌落的种类和生长情况考察这些部位的清洁程度。这样一下就拉近了学生和实验的关系，而且实验结果因与学生本身有关，学生对结果充满期待，从而可明显提高学生对实验的积极性和兴趣。

2 教师的配置和实验时间的安排

为了充分展示各分支学科的特点，每个单元都配备了两个专门从事该学科教学和科研的专职教师，而不是一个教师上完全部实验，这样的方式有利于学生博采众家之长，学习到各分支学科的精髓。由于实验教师都是长期从事相关学科教学和科研的一线教师，既具有丰富的教学经验，又具有相关学科深厚的专业背景，因此比较清楚各学科的魅力所在，也更知道应如何通过教学环节的改革来提高学生的实验兴趣。另外这种配置能充分利用实验中心的硬件条件，一个早上可以8个实验室同时开放，分别上8个单元的实验，这样的方式能明显提高教学的效率，也更有利于学生根据自己的时间段来灵活选择做实验的时间。

为避免与学生的其它上课时间冲突，导论实验均安排在周六和周日进行，上、下午各1个班，每班25～30人，每个短学期10～16个班，安排在3～4周完成全部教学内容。学生即可跟班做完8次试验，也可根据自己的实际情况在实验人数允许的情况下换到别的班做实验，学生每做完1个单元的实验即可获得该单元的成绩，8个单元的成绩总和即为实验课的总成绩。总之只要在3～4周的时间内做完全部8个单元实验，即可获得成绩。这种灵活的时间安排更符合学生的实际需要，更有利于学生利用自己的空余时间来发展自己的兴趣、提高自身的素质。

3 课程的实践与改革

导论实验课开课之初属于“生命科学导论”理论课的配套实验课，16学时,0.5学分，必须选修理论课才能选修实验课。但实践发现，不少学生虽然对理论课不感兴趣，但对能做一点生物学方面的实验却很感兴趣，因此经过十多年的发展，导论实验课已从导论理论课中独立出来，不再依附于理论课，成为32学时，1学分的单独课程。学生可根据自己的意愿单独选修实验课或同时选修理论课和实验课，这样的体系特别适合于非生物类专业的学生。因为有的学生可能觉得理论知识有难度，没有学习的兴趣，但对生物学的实验却充满了兴趣，如果理论课和实验课绑架在一起，可能会因为对理论课的畏难情绪而弃选，现实验课独立了出来，学生可根据自己的意愿做选择，从心理上更易接受。而作为课程教学组，只要能培养学生对生物学的兴趣，就达到了开课的目的，至于这种兴趣是通过理论课培养的还是通过实验课培养的并没必要计较。而且生物学是一门实验性很强的学科，通过实验来培养学生对生物学的兴趣对非生物类专业的学生来说更为直接、快捷和有效。学生在实验过程中通过亲自操作仪器、器具，仔细观察实验现象，具体分析实验结果，很容易感受到生物学的魅力，培养出对生物学的兴趣，也容易找到自己学科与生物学的交叉点，更能深刻体会技术进步对科学和社会的巨大推动作用。如PCR仪就是计算机、材料、机械和生物的有机结合，从生物特异性扩增的角度确定了PCR反应的流程，利用计算机知识将此流程编制成程序，选用特殊的材料作为加热器，使相差20～40 ℃的温度能在30 s内进行快速的切换，再从机械的角度使三者有机地结合为一台仪器，于是才产生了PCR仪，这其中缺少了任何一方的知识都不行。而正是由于PCR仪的诞生，才带来了基因工程的繁荣，基因工程对现代科学的巨大推动力已有目可见。也正是由于基因工程的发展，使属于社会学科的伦理学、法律等都面临了新的挑战。

4 教学环节的实践与改革

再好的实验内容也需要教学环节的有力配合，导论实验的老师通过在实践过程中不断摸索、改进，逐步形成独具风格的教学方法，获得学生的一致好评。

4.1 动员全班学生一起进行一次科学研究

如在酪蛋白的提取实验中，常用的教学方法是对一种牛奶品牌中的酪蛋白做提取，从而让学生了解蛋白质提取的一些思路和方法，这样的教学方法对学生的吸引力并不大。但如果对教学方法作改进，如通过挖掘实验的生活意义将酪蛋白的提取与牛奶的品质相联系，通过选用不同种类的牛奶品牌，特别是学生经常会喝的一些牛奶品牌作材料，将全班同学分成几组，每组同时做两个品牌或两组同时做一个品牌，通过对牛奶中酪蛋白的提取来考察牛奶的品质，最后再全班同学一起做总结，通过实验结果的分析比较各品牌牛奶的品质，这样相当于利用同样的时间段，动员全班同学的力量一起作了一次科学研究。实践证明这种教学方法的改进明显提高了学生的实验兴趣和积极性。而且由于这种研究与学生的生活密切相关，研究的结果可以直接指导生活，因此学生非常感兴趣，亲切地称为“生活中的科学”。还可在不同的学期考察不同的牛奶品牌，使实验充满新鲜感。也可在此基础上进一步深入，对牛奶中的三聚氰胺、抗生素或防腐剂等做检测[13-15]，以进一步提高学生的研究兴趣。

4.2 让实验延伸到课堂外

在植物组织培养与烟草试管苗的诱导实验中，传统培养是将烟草的愈伤组织接种到培养瓶中，于25 ℃光照培养12 h后观察结果，全部培养过程均在实验室完成，学生无法观察到植物的整个发育过程，因此对该实验的兴趣度较低。后经实验老师改进，专门定制了盖子上有挂绳适合于组织培养的微型培养管，学生可方便地将此培养管栓在钥匙链上或书包带上随身携带[16]。实验时将烟草的愈伤组织接种到这样的微型培养管中，封好管后让学生将此带回去进行培养，这种培养虽然烟草苗生长的速度会比在实验室慢一些，但学生却可方便地观察烟草苗的整个生长过程。看着一片片烟草小叶逐渐萌发而出，学生的激动可想而知，从而一下就提高了学生的实验兴趣和成就感。另外学生将此迷你型培养管挂在书包带上或钥匙链上，当幼苗长出后，对学生本人而言无疑是一件非常有意义的装饰品，学生带着这样的装饰品在校院内走动，无疑就是一个活广告，可明显提高导论实验课的影响力。

4.3 让实验成果成为一项艺术品

在植物微型标本和动物人工琥珀标本的制作中，常用的教学方法是利用实验室的器具如载玻片、方形纸盒来作为制作标本的模具，这样学生虽然学习到了标本的制作方法，但制作的标本却全部留在了实验室，这些标本对实验室来说并没有多少保留的价值，甚至可能做完就全部销毁了，但对学生来说却不同。如能定制一些具特殊形状的迷你型模具如水滴形、心形、五角星形、月牙形等作为制作标本的模具[17]，然后将一些颜色鲜艳的植物微型器官如小花朵、小叶片及一些微小型动物置于其中，再用树胶或人工琥珀进行包埋，成型后将模子取出，这样制作出的标本外形美观漂亮，而且由于包埋剂透明，标本中的动植物栩栩如生，直接就是一件艺术品，如果允许学生将其带走，不但可用于装饰，还是一件非常有纪念意义的成果，可明显提高学生对实验的兴趣。学生如将其向同学展示，还可对导论实验课起到免费宣传的作用，使其他学生产生向往，并进而乐于选修导论实验课。

5 改革展望

每个单元实验做完后，都要求学生书写实验感想。其好处：① 可了解学生的兴趣点和教学中做得比较好得到学生赞同的地方，为以后的教学提供依据。② 更为重要的是可了解教学中的不足之处，为以后教学改革提供依据和方向。如通过调查发现学生对生物学的兴趣点存在差异，一些学生偏重于喜欢与生化或分子生物学有关的内容，希望多做一些这方面的实验，另一些学生则偏重于微生物或组织培养等，解决的方法是进行菜单式教学。可通过两种模式进行：

(1) 完全自由选择模式。将所有可做的实验内容都提供出来，标出每个实验所需的学时数及所占的学分点，由学生根据自己的兴趣自己选择所做的实验内容，没有单元的限制，只要达到32学时1个学分点即可。这种方式最突出的优点是内容完全是学生根据自己的兴趣选择的，学生做实验的积极性很高。最突出的缺点是每个实验学生人数的不确定性及教师准备实验的复杂性，因此实施的难度较大。

(2) 模块式选择模式。将导论实验分成生化与分子生物学、微生物与组织培养、动植物与生理等几大模块，每个模块的实验内容固定，标出每个模块的学时数，由学生根据自己的兴趣任选2～3个模块来做。这种模式既具有一定的灵活性又具有相对的稳定性，因此实施的可行性更大一些。但不管执行哪种菜单模式，实验内容都需在现有的基础上扩大，因此教材的改进是执行菜单式教学的前提，目前课程组已在做这方面的工作。另外也要考虑到一些学生可能并没有明确的兴趣偏向，更希望对生物学的各分支学科都有所了解，因此现有的内容体系仍然有保留的必要，可将其定为基本型，供学生选择。

调查还发现经过导论实验后，有部分学生对生物学产生了浓厚的兴趣，甚至明确表示希望转到生命科学学院来学习，对这部分学生应支持和鼓励。另有部分学生虽然没有转到生科院的想法，但希望能再多做一些生物方面的实验，解决的方法有三条途径：进行菜单式教学，使学生能更多地选作自己感兴趣的实验。利用实验中心各开放实验室的条件，提供一些实验内容，由学生自主进行实验。建议学生以后选择生科院所开设的相关课程，以进一步提高生物学理论知识和实验技能。

6 结 语

虽然生命科学导论实验课经过多年的实践和改革已建立了一套相对完善的课程体系，获得了广大学生的一致好评，但改革的步伐并没有停止，仍然在继续迈进，在以后的课程建设中，还需要通过不断的学习和探索，引入新的实验内容、新的实验技术、新的教学方法和更好、更灵活的课程体系，以培养出更多热爱生命科学的高素质复合型人才。

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