实验教学对提高本科生科研素质的探索

何丽明, 蒋 群, 闫晓梅, 林志新

(上海交通大学 生命科学技术学院, 上海 200240)



实验教学对提高本科生科研素质的探索

何丽明, 蒋 群, 闫晓梅, 林志新

(上海交通大学 生命科学技术学院, 上海 200240)

实验教学对于生命学科人才的培养具有非常重要的意义，其重要性应当受到足够的重视。因此，针对实验教学对提高本科生的科研素质有以下看法：① 培养学生注重实验细节、科学记录实验结果并养成良好的实验习惯；② 应赋予学生更多的自主性，以充分调动他们的积极性、创新性；③ 以科研论文的格式完成实验报告或小论文；④ 要建立积极的考核-反馈体系。这些措施有效地激发了学生的求知欲望，充分调动了学生的学习潜能，对促进本科生的科研素质起到了积极作用。

实验教学； 教学改革； 人才培养； 生命科学

0 引 言

国家的发展离不开高素质、创新型人才[1-3]，“科教兴国、人才兴国”早已成为国家快速发展的方针战略。作为教育工作者，其责任非常重大。21世纪国家发展的支柱性产业，生物产业需要大量高素质的生物学科人才。生命科学是一门高度实践化的学科，在研究生命现象的过程中，必须进行大量的实验才能获得科学规律[4-5]。因此，实验教学对提高本专业学生的科研素质占有非常大的比重。然而，经常听前辈学者评价说“现在孩子确实聪明，但动手能力差”。因此，作为一名大学生物实验老师，肩负着重要的使命，应努力培养动手能力强，快速适应科学研究和生产实践的高科技人才。

笔者从事实验教学已有10余年，此间经历了所在的实验教学中心从上海市级示范中心到国家级示范中心的建设过程，在培养学生实验技能方面积累了些经验。① 应培养学生注重实验细节、科学记录实验结果并养成良好的实验习惯。教育的宗旨在于使学生养成良好的习惯，习惯是素质的一种体现[6]。② 实验中应给学生更多的自主性，充分调动学生的积极性、创新性[7-8]。③ 按照科研论文的格式，要求学生撰写实验报告与[9]。④ 应制订积极的评价反馈体系[10-11]。

1 注重实验细节培养学生良好的实验习惯

“细节决定成败”，这句话听了好多年，但是要落到实处却并非易事。现在有好多学生眼高手低，与不注重细节有很大关系。针对这种情况，在实验中，做了几点改进。首先，在“蛋白免疫印迹”实验中，让学生做两块聚丙烯酰胺凝胶进行蛋白电泳染色，一块严格戴手套操作，另一块不戴手套。实验结果显示，不戴手套染色的胶，因为沾染手中蛋白质而背景噪音复杂，戴手套染色的胶则背景清晰结果正确。这样使学生充分感受到实验细节直接关乎实验结果的成败。为了增加学生们对无菌概念的理解，在做“克隆与转化”实验时，给学生设置一组在无菌状态与有菌状态进行的对比实验。学生在观察实验结果时，有菌状态做的结果能看到许多杂菌污染，而无菌状态则没有杂菌污染。让学生感受到细菌等微生物几乎无处不在，只有做好无菌防护才能获得正确的实验结果，加深了对无菌操作的理解。这样的实验设置让学生明白，不注重实验细节得到的实验结果会千差万别。

同样，科学记录实验结果也非常重要，既反应学生对待科研的严谨，又可培养学生的诚信精神。近年来，从网络上经常能看到某某大师学术造假被查，某某的实验数据存在篡改等。虽然原因诸多，但学生时代的诚信培养肯定是主因。因此，在上课时，经常给学生讲“允许你们实验做错重来，但不允许你们随意改动数据”。因此，对学生的实验数据要求非常严格，若发现照抄、随意修改数据将严格处罚。

好的实验习惯可以使学生受用终生，而不良的实验习惯造成的伤害却影响深远。前些年曾报道有学生在做蒸馏实验时，由于不正确的实验操作，致使蒸馏瓶爆炸并造成实验学生双目失明。如果学生规范操作，这样事故完全可以避免。由此可见，良好的实验习惯养成非常重要。类似的事情还有很多，比如曾有学生在不小心打翻酒精灯起火时，却惊慌失措的用书本去灭火；离心实验时不检查速度旋钮是否调零、离心管是否调平；湿热灭菌时不检查灭菌锅是否有水，而开盖时却不检查灭菌锅气压是否归零；水浴锅水浴时不检查是否加水就直接开电源。而所有这些不正确操作都可能引起实验事故，甚至后悔终身。因此，这就要求在给学生授课时一定要把安全规范的操作给学生讲清讲透。仅此还不够，应当收集实验中因为不当操作造成事故的录像片段给学生看，让学生有视觉冲击，形成牢固的印象。此外，任课老师及助教还应加强监督，发现学生有不正确的实验操作要及时纠正。好的实验习惯需要及时总结，客观分析，很快找出实验或工作中的失误并及时纠正[12]。所以当学生在实验中形成这些品格时，日后走上工作岗位就会踏实认真、团结务实、善于总结，从而受益一生。

2 赋予学生更多的自主性

传统实验通常提前安排好一切，让学生机械似的完成实验，这种“按方取药”的实验泯灭了学生的积极性、创新性。要让学生有更多的自主性，就必须在实验设计上下功夫。宗旨就是:学生是实验的主体，老师给予宏观指导，充分调动学生的积极性，在整个实验过程中使学生由被动的接受学习转变为主动的学习者。

以“微生物的菌种鉴定及系统发育分析”为例，该实验只有8个学时。因为考虑到时间因素，以往的授课方式中是给学生提前培养好未知菌种，让学生按照规定的实验方法提取样品总DNA、16S rDNA-PCR扩增、测序并完成系统发育分析。这样的实验安排，虽然节省了实验时间，却严重限制了学生的实验自主性。为此，改变实验策略，提前让学生根据实验题目，通过查阅文献自己来设计实验，自己选取实验方案，并把实验过程及相关细节发给老师。老师针对学生实验方案的可行性及存在问题进行仔细审核，将发现的问题反馈给学生，通过多次反复获得一个成熟的实验方案。 例如，学生对土壤反硝化细菌非常感兴趣，因为反硝化细菌可能导致了土壤肥力的缺失。因此，他们想通过系统发育分析大致了解下其菌群组成。那么，在他的实验方案中，要与他们反复确定采样地点、方法、样品保存及样品处理。在实验正式开始前，还应查阅文献确定DNA提取方法，设计确定相关引物。实验中，应仔细观察实验现象，记录好实验数据，若有问题及时分析做出改进策略。 经过这样改革，学生可以自行选取感兴趣的实验材料，选用不同的DNA提取及PCR扩增方法等，极大提高了学生的实验兴趣。实验结束后，组织学生对实验方案及创新点开展讨论。通过互相交流，学生明白了为什么实验中只有设置对照才能避免出现假阳性结果，为什么2个步骤颠倒会导致严重的错误，为什么实验中必须严格控制时间及试剂加入量，为什么相关方法别人想到了而自己没想到等等，这样的交流加深了印象，拓宽了视野，更增强了学生解决问题的能力。

通过这样的改革实践，发现学生的学习热情高涨了，积极性增加了，不仅愿意抽出原本紧张的学习时间来做实验探索，而且变得更愿意提问题，分析问题。实验结束后，学生也能主动总结经验教训，在实验报告中详细分析实验结果和心得体会。

3 以科研论文格式训练学生完成实验报告

做科研要严谨细致，撰写科研论文则要逻辑清晰、数据可靠。以科研论文的格式要求学生，不仅可以训练学生严谨的求实精神，还为学生日后发表相关科研论文打下基础。在没做相关要求前，学生的实验报告写得非常混乱、错误百出，具体表现在实验数据格式凌乱，文献引用毫无章法，实验流程杂乱无序等。

通过这些训练，学生可以更主动的查找相关文献，加深对实验方法和原理的理解，视野也更加开阔，而不再是机械般的照抄老师课件中的原理介绍[4]。实验方法部分也图文并茂，能很清楚的明白要做什么，怎么做？学生的反馈信息也很给我们鼓舞，他们都表示通过查阅文献明白了实验为什么这样做，拓宽了知识点；通过写报告知道科研论文要求如此严谨写实。这些都说明，只要方法正确，学生是很乐意完成的。

4 建立积极的考核—反馈体系

高校实验教学应当培养学生敢于批判、勇于创新、善于表达、及时总结等科研素质。因此，学生最终的实验成绩不能单以实验结果作为唯一的评判标准，而要注重学生在整个实验课程中的综合表现与科研能力[13]。学生的预习笔记、团队合作与讨论、实验态度、动手能力、实时记录、实验结果、实验报告和期末考试等，都需要认真考核，才能客观、全面的展现学生的综合素质[4]。为了做好综合评价，构建积极的考核-反馈体系显得尤为必要。考核-反馈体系应当体现出可以引导学生的探究精神、可以引导学生规范自己的行为习惯和及时反馈并采纳学生的意见。为了突出这些评价考核指标的重要性，我们将学生是否可以提出高质量的问题、动手能力是否强、实验习惯是否良好等多项指标提高到占总成绩的80%，并有意降低了实验报告及实验结果占总成绩的比重。

4.1 构建引导学生深入探究的考核体系

“知其然，更要知其所以然”是一种积极的探究精神，是最可贵的科研素质，我们的考核标准应积极引导学生向这方面发展。高校实验教学中，就是要培养学生连续提问题的能力，并对这种行为给予鼓励和加分。

例如，在 “样品DNA提取”实验中，引导学生首先问“Tris-饱和酚和氯仿为什么可以除去蛋白？”，接着会问“为什么Tris-饱和酚一定要先于氯仿前加入？”。这些连环发问可以让学生主动去寻找答案， 把原来不曾想的问题想清楚，从而更好地理解实验应该怎么做。通过这样的训练和鼓励加分，我们发现学生在实验中变得更积极主动，思维也更加活跃。

4.2 构建规范学生行为习惯的评价策略

科学研究需要严谨的求学精神，更要有良好的实验习惯。① 要重视实验前的准备工作，把实验操作规范、实验技术路线、实验注意事项烂熟于心，这样在做实验时才能有的放矢，做到心中有数。② 要勤记录、多思考，注意实验细节。及时、客观、详细地做好实验中的各项记录，可以从中发现问题，以便于方法的改进或创新。细节无主次，都关系实验的成与败。③ 要严肃认真，态度严谨。因为科学来不得半点马虎。④ 要团结互助，相互协调。有些大型实验需要学生合作完成，没有团结精神很容易导致实验滞后甚至失败。⑤ 要善于总结，客观分析。只有总结分析才能发现错误所在，及时修改方案，少走弯路。总之，良好的实验习惯可以使学生养成许多优良品质，对以后生活受益无穷。所以评价策略都要基于这个出发点，给学生的相关行为习惯作出打分，同时要告知学生的错误在那里，引导他们改掉错误的实验习惯。

4.3 及时反馈并采纳学生的宝贵意见

要知道实验的教学效果如何，有那些方面还存在不足，必须与学生做好互动，低下头来倾听学生的声音。用一句流行语来讲“鞋合适不合适只有脚知道”，永远要记住“高手在民间”。有时候你的实验教学做了很多，付出了许多心血，但效果并不明显，有时甚至适得其反。如果仔细分析，不难发现你的改变忽略了学生的实际需求，需知学生才是实验的主体。

因此，在每次实验结束后都会以各种形式让学生留下宝贵的意见，学生们也积极的配合了我们的要求。具体可体现为把意见写在实验报告中，或单独发电子邮件，或投到意见箱，或写在留言板上等。针对学生的意见，我们及时进行了跟踪并改进，把他们的名字和所提的意见都记录在 “实验改进功臣册”中，学生们感觉非常有成就感。总之，学生的意见就是我们实验不断改进的另一个源泉。

5 结 语

“十年树木，百年树人”，学生的教育来不得半点马虎。作为一名高校实验教学工作者，最大的希望就是多培养出大师级的科研人才。而这样的人才培养不是一蹴而就的，需要像“润物细无声”一样不断潜移默化的影响和锤炼。老师需要做好每一个细节，以学生为主体，设身处地的为他们着想。

大学不是培养“熟练的操作工”，而是培养具有创新思维、善于思考，能够科学思维并解决实际问题的高素质人才。中国大学的教育正走在改革的十字路口，道路任重而道远。无论怎样，最大限度激发学生的实验兴趣和潜能[14]，不断改进实验教学是我们实验工作者最基本也是最重要的责任和义务。

[1] 蒋 群, 何丽明, 王莲芸. 强化实验教学育人职能 培养科研型高素质人才[J]. 实验室研究与探索, 2015, 34(9): 153-155,160.

[2] 韦 化, 曾冬梅, 秦钢年. 实验教学与科研相结合, 培养学生的创新能力[J]. 实验技术与管理, 2008, 25(5): 31-34.

[3] 朱洪波. 论高等学校创新人才培养的重要性[J]. 贵州大学学报(社会科学版), 2004, 22(2): 112-115.

[4] 闫晓梅, 王莲芸, 秦敏君, 等. 试论实验教学中学生科研素质的培养[J]. 高校生物学教学研究, 2013(3): 39-44.

[5] 宋伟兴, 李新城, 廖志凌, 等. 学生为主体改革实验教学[J]. 高校教育管理, 2010(4): 51-53.

[6] 戴锡玲, 俞伟东, 孙忠泉, 等. 从显微镜的规范操作到良好实验习惯的培养[J]. 生物学教学, 2013, 38: 34-35.

[7] 刘云鹤, 周鸣谦. 调动学生积极性, 提高生物化学实验教学质量[J].考试周刊, 2010(43)： 180-181.

[8] 陈文科. 怎样在生物实验教学中调动学生的积极性[J]. 实验教学与仪器, 2007, 24: 13.

[9] 王俊斌, 王海凤, 任 健, 等. 提高实验报告质量, 培养学生综合素质[J]. 天津农学院学报, 2010, 17: 57-58.

[10] 杨清玲, 章 尧, 陈昌杰, 等. 生物技术综合实验建设的研究[J]. 蚌埠医学院学报, 2009, 34: 166-168.

[11] 刘晓晴, 祁晓廷, 李艳红, 等. 生物技术综合实验课程体系的改革和建立[C]∥高等院校遗传学教学改革探索论文集, 北京：中国遗传学会，2010： 283-285.

[12] 宋凤艳. 培养学生良好实验习惯的点滴体会[J]. 科技创新导报, 2010(2): 189.

[13] 肖 靓, 谢 青, 李元斌, 等. 分子生物学实验课程考核方法探讨[J]. 实验科学与技术, 2011(9): 120-122.

[14] 朱洪波. 论高等学校创新人才培养的重要性[J]. 贵州大学学报(社会科学版), 2004(22): 112-115.

Some Explorations on Improving the Undergraduate Science Research Diathesis in Experimental Teaching

HELi-ming,JIANGQun,YANXiao-mei,LINZhi-xin

(College of Life Sciences and Biotechnology, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China)

It is to cultivate talents who have creative thinking, are good at thinking, and are able to solve practical problems，is not to cultivate skilled operators in universities. At present, a large number of scientific research and management talents are required in the field of life science industrialization. Experiment teaching has played very important role to cultivate talents for life science. Therefore, we have the following views. First of all, we should promote the students to pay attention to the detail, scientific record the result of the experiment and develop good experimental habits; Secondly, we should make students more autonomy, fully mobilize their enthusiasm and innovative; Thirdly, we should require students to complete report or essay according to the scientific format; Finally, we should build a positive evaluation feedback system. These measures effectively inspire the students seeking knowledge desire, fully mobilize students’ learning potential, and play positive roles in promoting the scientific quality of undergraduate students.

experimental teaching; teaching reform; talent cultivation; life science

2015-11-20

上海交通大学教学发展中心教学发展基金项目(CTLD15B1 006)

何丽明(1978-)，男，山西长治人，博士，实验师，研究方向：海洋微生物多样性。

Tel.：13482051021, 021-34204531； E-mail：he9831117@sjtu.edu.cn

Q 812； G 642.0

A

1006-7167(2016)08-0197-03