科研创新型生物医学实验室的实验教学实践

晏善成，王 俊，陈劲松

(南京邮电大学 地理与生物信息学院，南京 210023)

科研创新型生物医学实验室的实验教学实践

晏善成，王 俊，陈劲松

(南京邮电大学 地理与生物信息学院，南京 210023)

南京邮电大学科研创新型生物医学实验室主要开展定量生理学课程及相关课程中研究型、探索性实验。这些创新实验实施的基本程序与科学研究基本一致,学生从中可初步掌握科学研究的基本过程和基本方法。能培养学生的独立动手能力、自学能力、发现和分析问题能力、处理问题能力、信息的收集和整理能力、团结协作和创造性思维能力，为学生个性化培养提供自由发展的空间和平台, 形成以培养学生综合能力、创造性思维和创新能力为主线的实验教学体系。

实验教学；创新；定量生理学；生物医学实验室；教学体系

21世纪是知识经济的新时代, 我国高等教育面临着人才培养模式的挑战。只有加强创新教育,培养具有创新意识、创新精神、创新能力的高素质人才, 才能实现科教兴国的战略目标, 才能适应社会经济与科技发展的需要。高等教育创新的源头在实验室, 高校实验室在创新教育中起着非常重要的作用, 它是培养创新型人才的重要课堂, 是知识创新、技术创新的重要基地。只有努力创造条件使学生能有更多机会、更多时间进入实验室动手、动脑才能造就创新型人才。[1-4]目前各地高校正在建立和涌出一批创新实验室, 创新性实验教学也正在蓬勃兴起, 这将成为我国教育发展史上一个新的里程碑, 也是当今创新教育领域的一个新亮点。

定量生理学实验是定量生理学的主要实践环节，是深化理论知识，培养实践技能，提高学生动手能力，解决实际问题能力的重要教学和学习过程，使学生进一步掌握基于生物电探测的电生理测量技术的原理以及相关技术。根据生医学院校的性质和培养目标，定量生理学实验内容安排主要是以基础知识和基本实验技能培养和训练为主。近年来，南京邮电大学地理与生物信息学院针对《定量生理学实验》课程进行了教学改革和实践，将科研创新引入实验教学中，取得了良好的教学效果。

1 建设生物医学实验室

2008年南京邮电大学创办生物医学工程专业，生物医学工程是理学、工学和生命科学交叉融合的边缘学科，主要培养具备生命科学、电子技术、计算机技术及信息科学有关的基础理论知识以及医学与工程技术相结合的科学研究能力，能在生物医学工程领域、医学仪器以及其他电子技术、计算机技术、信息产业等部门从事研究、开发、教学及管理的高级技术人才。

2011年获得南京邮电大学验收通过的 “生物医学实验室”已把实验室建设成一个以生物医学为核心，涉及医学诊断以及生物信息处理，科研与教学相结合的实验基地，使学生能够系统化地学习和掌握全面的生命科学综合实验技能，以培养生物医学工程领域创新性人才；同时，为生物医学工程专业的师生提供一个高水平的细胞、分子生物学实验研究平台，以加强不同学科间的合作交流，做出一流的科研工作，更好地为实验教学服务。为此，生物医学实验室目前已经搭建了一系列科研创新实验平台，这些平台包括基因操作和蛋白质表达平台、细胞生物学操作平台、结构测试和信息处理的表征平台，这些平台的搭建为学生开展生物医学工程创新型实验提供了重要保证。

2 创新实验教学

2.1 定量生理学课程简介

定量生理学是生物医学工程专业的核心专业课程。该课程以物理学原理和数学方法学为基础，从工程技术讨论人体的生理过程，学习并掌握生物膜与生物膜电位原理和方法，进一步学习并掌握基于电生理测量技术的原理以及相关技术，使学生建立起从基础理论学习到实际生物医学工程中有关生物电信号测量以及应用之间的桥梁；并且能够运用物理学和数学的观点和方法论进行多个层次和水平上探索生命现象及其规律性，培养学生对生理系统进行定量分析的基本方法，培养跨越生命科学、计算科学、数理科学等不同领域的“大科学”素质和意识，为今后选择新兴交叉学科领域进行深造和工作奠定基础。因此，该课程的实验教学任务不仅重要而且要求极高。

2.2 实验教学方式改革

长期以来，许多高等院校对实验教学重视不够，重理论轻实验的传统观念依然存在。由于不重视实验教学的重要性，资金投入相对不足，有些陈旧或损坏的仪器设备没有及时更新，这无形中就影响了学生的实验兴趣；而且传统的实验教学过分强调教师的中心地位，学生的主动性、探索性受到一定限制。许多实验项目与当今飞速发展的前沿科学新理论、新技术严重脱节，使得实验教学存在很多问题。而且传统实验教学的最大弊病就是开设的实验往往只是一个“装配” 实验, 培养的也只是一个装配工, 不能锻炼和培养学生解决问题的能力，创新更无从谈起。实际上实验技术人员的工作是实验教学顺利完成的重要保障。实验技术人员的日常工作繁杂、琐事多、重复性强，每天除了要为即将进行的实验教学完成大量的准备工作外，还要做好实验所用仪器设备的维护保养、修理、保管等工作。这些工作看似简单，但对实验技术人员的要求也比较高，然而目前实验技术人员在职称评定、进修以及工作量待遇等方面明显处于弱势，不利于发挥实验技术人员的主观能动性。[5]这两方面因素严重影响了目前高等实验教学的质量及效果，因此现有实验教学急需改革。

为了解决上述传统实验存在的两个主要问题，我们提出将科研创新引入到实验教学中，结合科研进展不断更新完善实验教学内容，使实验教学与科研创新相结合，使其更具有前瞻性和可持续发展性。一方面，我校的科研创新生物医学实验室注重开放和创新实验的建设, 彻底改变“照方取药”的被动实验方式, 采取“引、点、拨”的实验教学方式, 让学生自己提出需要解决的问题、达到的目标, 自己设计实验方案, 引导学生独立思考、大胆动手, 充分发挥学生的主动性和创造性, 给学生充分施展个性的余地,从而达到弥补现有实验教学的不足。另一方面，以教学科研型教师为实验教学主要人员，构建教学科研互动基地，使其成为培养学生实践能力、研究能力和创新能力的新型教学实验平台，让学生在本科基础学习阶段能较早地开展带有课题研究性质的实验活动，更多地接触科研实践，提高工作能力和科学素养，培养学生的科研创新能力[6]。

2.3 将科研创新引入实验教学

随着知识经济和技术经济的飞速发展，创新已成为时代发展的要求和社会进步的动力，而科研创新是创新的一个极为重要的方面。高校尤其是大量地方本科院校作为高等教育的主阵地，在本科生教学中将科研创新引入实验教学，有利于培养本科生的创新意识和科学精神；有利于培养本科生将理论与实践相结合的意识和能力；有利于促进师生的共同发展；有利于促进地方本科院校加快学科和专业的建设；有利于为地方培养大量的创新型人才，因而具有重要的现实意义[7]。借助于生物医学高水平实验室，我们通过开展综合性实验、科研训练计划、学科竞赛、课外科技活动等方式，激发了学生学习知识的热情，引导学生参与科研创新过程，为学生科研创新能力的培养提供了一个重要平台[8]。

2.4 开放实验教学

在增加理论课综合性实验的同时，由于课程实验学时的限制，学生能够亲自动手的实验远远不能满足人才培养的要求，因此，我们开设了“开放性实验”，这样就起到了很好的补充作用。例如，“数字脑电图仪的使用与EEG采集”“蛋白质-核酸复合物氢键与范德华力作用位点分析” “脑电信号的Hurst指数研究”等多项开放实验。此外，我们一般从大二学生中选取有科研潜力的学生，开展“本科生科学研究训练计划”教学，如国家级“基于GIS的移动生理信号监测管理平台的设计与实现”“ 基于JSD的注意力脑电研究”“ 基于超临界新技术的石墨烯功能化及生物传感器应用研究”。本科生在确定课题，进入实验室后，将由指导教师对其直接负责。在指导教师指导下，会学习很多课堂上不教的东西，提高学生学习、科研的兴趣、具备一定的科学思维和分析能力、激发对所学专业的兴趣、坚定从事相关工作的信心和决心，一些本科生发表或录用了第一作者或并列第一作者SCI/EI刊源杂志论文多篇。在此基础上，鼓励学生参加各种学科竞赛、科技创新等活动。因为有了开放实验及本科生科学研究训练计划教学的推动，我们学院的科研氛围浓厚了许多。因此很多本科生有了要进实验室的要求，这样本科生的日常学习变得充实，许多学生一有时间就去实验室看文献做实验，并在实验中体会了科学研究的乐趣和魅力，培养学生动手、创新、协作能力，对学习能力的提高、团队精神的培养、心理素质的锻炼有着不可替代的作用。这些都说明依托科研创新生物医学实验室的开放实验教学对学生创新能力有较大的贡献，对新时期的大学生培养意义重大。

3 结束语

依托生物医学实验室平台，以《定量生理学》本科教学课程为载体，以学院生物医学工程相关科研项目为推动力，充分结合学校和学院开展的实验室开放项目及本科生科学研究训练计划，充分利用学院生物信息系实验中心已有的丰富的科研仪器、计算资源，进一步推动科研创新型生物医学实验室建设，以发挥学生在《定量生理学》及相关课程中学习的积极性、主动性和创造性, 激发学生科研实践的兴趣, 培养学生的科研创新能力。

[1] 刘林涛, 田慧珍. 高校实验室改革与发展研究[J]. 中国现代教育装备，2013(15): 25-31.

[2]张帆，张瑾，郑李彬，等. 国内高校实验室对本科生开放现状的研究[J]. 实验室研究与探索, 2012，31(7): 188-193.

[3]吴翠荣，吴翠玲．建设开放式实验室推进高职教育教学改革[J].中国现代教育装备, 2010(5)：124-127.

[4]聂文杰．高校开放型实验窜建设探索[J]. 技术与创新管理, 2011(4)：423-425.

[5] 仲启媛，贾佑铭，谭立龙. 应用启发式实验教学，培养军队创新人才[J].实验科学与技术，2013(11):140-142.

[6] 蒋玉荣，边长贤，黄静，等. 实验教学与科研创新相结合的探索与实践[J]. 大学物理实验,2012(25):112-115.

[7] 蔡华健, 地方院校开展本科生科研创新训练的实践与思考[J].教育探索，2012(8):76-78.

[8] 李从举. 以高水平实验室为平台，培养创新型人才[J]. 实验科学与技术, 2013，10(11):134-137.

Practice of Scientific Innovation Biomedical Laboratory

YAN Shancheng, WANG Jun, CHEN Jingsong

(School of Geography and Biological Information, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210023, China)

The scientific innovative biomedical laboratory of Nanjing University of Posts and Telecommunications is used to provide research and exploration of experiments about quantitative physiology and related courses. This basic program of the innovation experiment is consistent with scientific research, which can make students master basic process and basic method of scientific research. It also trains students independent hands-on capacity, self-study capacity, finding problem of capacity, analysis problem capacity, processing problem of capacity, information of collection and sorting out capacity, collaboration capacity, and creative thinking capacity. The scientific innovative biomedical laboratory provides free space and platform for personalized development of the students, which contributes to forming the experimental teaching system, cultivating students’ comprehensive ability, creative thinking and innovation ability as main line.

experimental teaching; innovation; quantitative physiology; biomedical laboratory; teaching system

2013-12-19；修改日期: 2014-01-14

国家自然科学基金资助项目(61205057),国家级大学生创新基金资助项目(201310293036)，南京邮电大学实验室工作研究课题资助项目(17032SG13141112)。

晏善成 (1981-) 男， 博士， 副教授， 主要从事纳米生物传感器的研究。

G642.423；G482;R318

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.06.052