以科学方法教育为导向的细胞生物学实验改革

胡林峰

[摘 要] 科学方法教育是高校深化教学改革的重要内容，也是培养应用型、创新型人才的有效途径。文章以细胞生物学实验课程为载体，以科学方法教育为导向，从教学内容安排、教学体系构建、教学方法选择、教学效果评价等方面进行改革探索，并就存在问题与对策进行了深入阐述。

[关键词] 科学方法教育；细胞生物学；实验改革

[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 1008-2549（2016） 12-0095-02

深化教育改革、提高教学质量是当前我国高等教育改革的一项重大任务。要完成好这项重大任务，加强科学方法教育是一项关键性的内容[1，2]。《国务院办公厅关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》的总体目标指出，到2020年建立健全课堂教学、自主学习、结合实践融为一体的高校教育体系，人才培养质量显著提升。这一目标的实现有赖于高等学校的教育理念由知识本位向能力本位的转变[3]。事实证明，科学方法作为思维方式和行为方式，蕴涵着极大的智力价值，当青年大学生一旦掌握科学方法就能大大提高智力和能力水平[4]。

细胞生物学作为一门理论性与实践性较强的学科，其方法与技术广泛用于解决人类面临的诸如环境污染、能源危机、疾病危害等一系列重大问题[5]。细胞生物学实践教学既是细胞生物学理论与实践相结合的教学过程，又是课堂理论技术的继续补充和深化。现有的细胞生物学实验教学模式普遍是由教师讲解实验目的、原理、过程，学生只是按部就班地进行操作，从而得出可预知的结论。长此以往，其弊端逐渐显现出来：（1）泯灭了学生对实验的兴趣，禁锢了学生的创新思维；（2） 习得的知识和技术高度碎片化，缺乏整合性；（3）所学知识在实际工作、生活中高度“休眠”，缺乏实用性，甚者产生“学无所用”的困惑。为了切实提高教学实效，笔者从教学内容、教学方式和效果评价等多方面以科学方法教育为导向，对细胞生物学实验教学进行改革探索。

一 以科学方法教育为导向的细胞生物学实验教学的探索与实践

1 更新实验项目，统筹课程安排

以学校修订教学计划和实验教学大纲为契机，重新修订教学计划，根据教学计划完善实验教学大纲。在开课时间上，系统教授完相应理论课程后，利用相对集中的时间进行实践教学，使理论课和实验课有效地衔接，使学生能够系统掌握细胞生物学的基本实验技能。在教学内容上，剔除简单的验证性实验，增设综合性、系统性强的实验项目；将学术研究比较成熟的研究成果改造成符合实验教学要求和特点的综合性实验。如活血化瘀药通过诱导LDL受体表达降血脂的研究，经过适当调整，改造成膜受体表达检测的综合性实验。

2 自编实验教材，重新设置内容

根据精选的教学内容，编写《细胞生物学实验手册》指导用书。在教学过程中，以自编教材为主，并参考其他辅助教材。授课教师讲解基本的实验技术、操作方法和应用范畴。实验一：细胞冻存复苏；实验二：细胞传代；实验三：细胞活性测定及结构观察；实验四：细胞成分分离纯化；实验五：外源基因转染；实验六：单克隆细胞株建立；实验七：药物筛选；实验八：细胞融合技术。学生可根据自己的实验方案参考使用。

3 构建多层次细胞生物学实验教学体系

根据实验项目的优化重组和交叉融合结果，构建细胞生物学实验教学三大模块：

（1）基础实验模块。基础模块包括细胞生物学实验常用的实验技术，如常用细胞结构观察技术、细胞内生命活动检测技术、细胞内组分分离技术等。通过理论讲解和动手实践，夯实学生基础实验技能，并且熟悉技术的应用范畴。

（2）细胞操作模块。细胞操作模块包括细胞的原代培养技术、传代培养技术、冻存和复苏技术、细胞活性及增殖能力评估技术、基因转染技术等。在这个过程中强化了细胞培养、细胞计数、细胞成活率的检测、MTT法检测培养细胞的活性等相关技能。本模块是细胞生物学实验的重点技能。通过本模块，学生充分掌握细胞操作的基本技能。由于细胞操作技术要求高，培养周期长，干扰因素繁多等特点，细胞培养室在课余时间通过预约开放的形式向全体学生免费开放，以巩固学生细胞操作技能。

（3）探索性实验模块。本模块包括两个部分。一是标书撰写技能，学生通过文献查阅，针对自己感兴趣的领域提出科学假说，撰写项目研究申请书（以浙江中医药大学学生科研基金项目申请书为模板）；二是实验设计能力，给定选题，根据已学理论知识、实验技能并查阅相关文献，结合现有教学条件，设计实验方案并分组讨论其可行性。学生以项目为核心，以团队为单位学习知识、参与实践、完成项目。通过本模块的训练，学生的科学研究思维得到了很好的锻炼。

4 全面开放实验室，以科研带动教学

实验教学内容的优化，有限的教学课时已不能满足实验的课程设计。实验室开放是实验教学方式、手段的革新，树立教学与科研相结合的思想，“以科研促教学，以教学带科研”，在教学中研究，在研究中教学。实验室的开放包含两个方面：实验设备资源的开放和实验教学内容的开放。实验设备资源的开放，学生可以根据合理的实验方案申请适合的实验场地和仪器设备，完成技能训练或实验设计；教学内容的开放，也就是教与学的开放，主要表现在学生对实验内容、实验方法等的选择，实验运行的环节，完成实验的形式的开放，尊重学生的主体地位，充分发挥学生的积极主动性。

5 建立相对合理的模块考核机制

实践教学的效果不以原有单一的考试或实验报告成绩来考核。我们的教学目标直接指向学生多方面的发展变化，因此评价的指标也应该以学生多方面的发展变化为依据。以现代的教学质量观来指导学生学习效果的评价，必须以是否有利于学生的进步与发展作为考核指标，注重学生实际操作技能和分析解决问题的能力。考核成绩由三部分组成：基础实验模块（20%）、细胞操作模块（30%）、探索性实验模块（50%，其中标书撰写占20%，实验设计及操作占30%）。

二 存在问题与对策

1 以科学方法教育为导向的实验教学需要有以科学方法教育为导向的实验教材

以科学方法教育为导向的细胞生物学实验教学要求把教学重点由教师单方面传授知识转向学生主动学习，问题在于如何发现问题、提出问题、建立假设、验证假设等知识学生是不可能生而知之的。查阅现有的细胞生物学实验教材，不难发现现有教材几乎没有关于这些方法论的介绍。教材编写方式都是独立且结论式的，由科学原理、材料、步骤甚至实验结果构成教材内容。基于这样的问题，我们专门编写了符合科学方法教育的细胞生物学实验教材，一方面对学生进行具体科学方法论的指导，另一方面详细阐述各项实验技术的性质、操作程序、适用范围，将方法融于结论性知识的陈述中。

2 以科学方法教育为导向的实验教学需要有以科学方法教育为导向的教学方法

细胞生物学实验所蕴涵的科学方法非常丰富，主要包括根据实验目的而进行的实验原理构思的方法、实验步骤的设计与实验操作的方法、实验结果的显示方法以及实验数据的处理和整理归纳实验结论的方法等。细胞生物学基础实验、细胞操作和探索性设计，这三层次内容是相互连接、不断递进的，渗透科学方法教育的侧重点应有所不同。基础实验侧重仪器使用及数据处理方法，细胞操作实验重视操作方法、实验结果的显示方法和结果的分析归纳方法，而探索性设计重视实验的设计思想及各项实验技术的综合运用。我们在进行科学方法教育时，遵循由易到难，从单一到综合的规律，以细胞生物学基本实验技能为基础，以开放性实验为依托，结合所学知识，探索感兴趣的科学问题，从而提升理论水平和实践能力；采用层层深入的教学方式，充分体现“教为不教”的教学理念，为学生构建开放的学习环境，提供多渠道获取知识、并将学到的知识加以综合应用于实践的机会，促进他们形成积极的学习态度和良好的学习策略，培养创新精神和实践能力。

总之，科学方法教育是提升细胞生物学实验教学质量的重要环节，更是培养学生实践能力和创新精神的重要途径[6]。细胞生物学实验科学方法教育是以培养学生具有永不满足、追求卓越的态度，培养学生发现问题、提出问题、解决问题的能力为基本目标；以学生从理论学习和实践活动中获得的各种课题或项目设计为基本的学习载体；以在提出问题和解决问题的全过程中学到的细胞生物学知识、实验技术、科学研究方法及获得的丰富体验为基本内容；以在教师指导下，以学生自主采用研究性学习方式开展研究为基本的教学形式。通过科学方法教育，在现有的教学条件下和有限的课时内，学生在细胞生物学理论与实验技能方面有了全面的提升，提高了教学质量，激发学生的创新思维，促进学生学习的自觉性和主动性，从而教会学生自我学习以及分析解决问题的能力。

参考文献

[1]阳国亮. 高校应加强科学方法教育[N]. 中国教育报， 2009-05-25.

[2]王尚芝， 韩静， 孟双明， 关翠林， 王海清， 郭永. 大学化学教学中应重视科学方法教育[J]. 科技信息（学术研究）， 2007（33）： 95.

[3]丁建洋. 从知识本位走向能力本位：大学本质的回归[J].中国高教研究， 2011（08）：72-76.

[4]郝京华. 论科学教育中的科学方法教育问题[J]. 教育研究与实验， 2000（06）：16-20.

[5]翟中和， 王喜忠， 丁明孝. 细胞生物学[M]. 北京： 高等教育出版社， 2011.

[6]徐鑫， 覃永华， 余光辉， 程旺元， 唐仙英. 科学素养与科研为导向的细胞生物学教学方法探索[J].中国细胞生物学学报， 2016， 38（4）：421-425.