《细胞生物学》实验教学改革刍议

2017-09-03阿周存苏锡钧

吉林农业 2017年16期

关键词：细胞生物学实验报告生物学

杨琳，张武，阿周存，苏锡钧

（大理大学农学与生物科学学院，云南大理671003）

《细胞生物学》实验教学改革刍议

杨琳，张武，阿周存，苏锡钧

（大理大学农学与生物科学学院，云南大理671003）

为了实现在有限的学时内让学生系统地掌握细胞生物学基础的实验原理和技能，培养学生创新思维能力和动手能力，对细胞生物学实验教学进行了改革，提高实验教学质量，以探索“授之以鱼，不如授之以渔”的优化细胞生物学教学体系，构建实验教学新模式。

细胞生物学；实验；教学改革

细胞生物学是现代生命科学中一门重要的基础前沿学科，是高校生命科学的专业基础课程之一，也是现代生命科学中实验性很强的课程[1]。该课程是在学习了生物化学、植物学、动物学等课程之后开设的课程，又是后期专业课程遗传学、分子生物学、细胞工程、动植物生理学的基础，从而使得该门课程成为生物科学、生物技术等专业本科生学习的重要环节，起承上启下的作用。细胞生物学实验教学目的是让学生学习实验基本原理和技能，通过实验培养学生运用理论解决实际问题的能力，增强对细胞生命现象进行探索的兴趣和思维的自觉性，提高学生的综合素质[2,3]。如何更有效地实现细胞生物学实验教学目的，是当前实验教学改革的一项重要内容，针对目前细胞生物学教学中存在的问题，有必要对实验教学进行改革和探索。

1 细胞生物学实验教学中存在的主要问题

细胞生物是当代生物学中发展最快的学科之一，随着细胞生物学实验技术方法的快速发展，实验教学条件的改善和学生培养目标的调整，传统细胞生物学实验教学中的问题日益凸显。

实验教学在传统的教学观念中一直被视为是理论教学的补充，多年来一直采用被动的教学模式[4]。实验教学方法较程序化和单一化，比较侧重于验证性实验，设计性及综合性实验较少或缺乏，这对培养学生的实验基本技能有一定的作用，但是缺乏对学生综合能力和创新思维的培养。由于受到实验室条件及实验课时的限制，教学内容相对陈旧，无法体现细胞生物学先进的实验技术。实验考核制度不完善，例如实验考核成绩主要由实验报告完成情况来评判等。这些情况直接导致了学生忽视实验的操作过程，学习积极性不够，实验报告相互抄袭现象屡禁不止，教学效果不理想。基于以上原因，为了达到培养创新型人才的目的，进行实验教学改革，是实验教师目前亟需解决的问题。

2 细胞生物学实验教学改革

2.1 合理调整实验内容，促进教学质量的提高

细胞生物学实验教学内容涵盖显微镜技术、细胞器及细胞结构的观察、细胞组分的分离分析法、细胞培养、综合性及设计性实验等五大块。该院生物科学和生物技术专业细胞生物学实验课课时均为24学时，实验课时相对较少，在有限的课时中综合考虑知识的重点和难点，对原有的实验内容进行相应的筛选、优化和整合。

2.1.1 优化实验内容，提高实验教学效率细胞生物学的知识点与细胞工程、遗传学、微生物学、植物生理学、动物生理学、分子生物学等课程有一定的相关和交叉，在认真分析细胞生物学实验内容，以及在与其他课程进行比较的基础上，通过和相关课程负责人的沟通与协调，避免不必要的重复，适当删减了部分与其他课程交叉的实验内容，例如“死、活细胞的染色鉴别”“细胞大小的显微测量”由《微生物学》承担，“人体间期细胞X染色质标本的制作及观察”“有丝分裂和减数分裂的观察”等由《遗传学》承担，“细胞融合”由《细胞工程》承担等。

在实验项目设置上将一些同类型实验内容进行归并，合理调整实验学时，提高实验教学效率。将“几种特殊显微镜的原理和使用”“几种细胞器的观察”“液泡系和线粒体的活体染色法和观察”合并为一个实验，观察固定装片中几种细胞器的形态结构，同时复习巩固普通光学显微镜的结构和功能、低倍镜和高倍镜的使用，学习并掌握油镜的使用方法；学习线粒体和液泡系的超活染色法及临时装片的制作，掌握在光学显微镜下如何写实规范绘制细胞结构的方法。将“叶绿体的分离和观察”“细胞核的分离和观察”与“荧光显微镜的使用和显微摄影”合并为一个实验，学习和掌握用差速离心法分离细胞器及细胞结构的原理和方法，在光学显微镜下观察并区分所分离到的细胞核和叶绿体；利用荧光显微镜观察叶绿体的自发荧光及叶绿体和细胞核的诱发荧光，并学习显微摄影技术。这样可以在有限的实验学时中学习更多的细胞生物学实验技术，完成更多的实验内容，强化细胞生物学实验基本技能以及操作方法，提高实验效率。

2.1.2 增设综合性和设计性试验，培养学生创新能力为提高学生实验的基本操作技能，训练综合运用实验技术分析和解决问题的能力，培养创新意识。根据课程内容及特点，结合教师的科研方向，适当增设综合性实验、设计性试验和开放实验室项目[1，5]。

细胞培养是细胞生物学实验中的基本技术，结合该院现有的实验条件，通过植物细胞、组织培养的综合性实验使学生对植物细胞培养的基本操作技术和原理能全面掌握，从培养基的配制→植物外植体的获得及灭菌→原代培养→继代培养（悬浮细胞培养系的建立、再分化培养）→全能性的表达（完整植株的形成），最终建立一个完整的植物细胞、组织培养体系。综合性实验染色体标本的制备与观察包含了实验材料的预处理、实验动物的解剖、骨髓细胞的分离和收集、低渗和固定、染色技术、固定装片的制作和观察、显微摄影等实验内容。这样的综合性实验具有较高的连续性，在实验的整个过程学生都必须认真参与，对每个环节中出现的问题进行记录、分析和解决，才能获得最后的实验结果，对提高学生参与实验的积极性和综合分析解决问题的能力有极大的帮助。

由于细胞生物学实验对实验仪器设备、实验操作技术要求较高，所以细胞生物学的设计性实验以命题的方式来进行。根据教学大纲和培养目标的要求，把实验项目“小鼠巨噬细胞吞噬现象的观察”和“巨噬细胞中酸性磷酸酶的显示方法”2个实验安排成设计性实验，学生4～5人分为一组，选择其一完成。要求学生在充分理解实验目的和基本原理的基础上，查阅相关文献和资料，自行设计详细的实验方案，由教师审核批准，实验室提供实验原材料、实验设备及实验药品，学生独立实施实验方案，对实验结果进行合理的分析和归纳总结，最后写出完整和详尽的实验报告。通过设计性试验的实施提高了学生实验参与度和兴趣，这样对培养学生查阅文献的能力、设计方案的写作能力、遇到问题分析和解决的能力、团队协作能力、学生的创新思维能力等方面具有积极的促进作用。

根据实验室条件及教师的科研情况，鼓励学生申报与细胞生物学相关的大学生科研课题和参与到教师的开放实验室项目中。教师向学生提供实验开放项目或学生自主申报研究课题，学生查阅文献资料，写出实验技术路线，与指导教师协商和讨论，得出切实可行的实验方案，进行实施，最后作实验研究小论文。在此过程中培养学习兴趣，提高学生的动手能力、思考和解决问题的能力，激发学生探索欲望，为今后毕业论文的写作打下坚实的基础。

2.2 改革实验教学方法，培养学生综合素质

2.2.1 改变教学方式以往的实验课，教师讲授实验原理和实验内容，并对实验中关键步骤的操作进行示范，学生按照教师的讲解和实验指导的步骤，不加思考，完成实验过程，不论实验结果的好坏结束实验。这使学生养成了课前不预习，实验操作中不去思考操作的坏习惯，按部就班完成实验步骤，当实验结果出现问题时不探究原委，草草了事，应付性的写出实验报告。为了改变这种学习的不良风气，发挥学生学习的主观能动性，我们将讲述式教学改为讲述与讨论式结合，要求学生课前对实验内容进行预习，对实验中有可能出现的问题进行思考，在课堂讲述中对学生进行提问，对某些有争议性的看法进行讨论。在实验过程中，将学生分为4人的实验小组，分工合作，相互配合协调，注意培养学生的动手能力和团队合作精神；认真监控学生的整个实验过程，注重学生的主体地位，教师只起指导辅助的作用；当出现问题时，积极引导学生自己思考和解决问题。实验结束时，必须由教师检查及评价实验结果，学生自己总结实验成败的原因。

鼓励学生参与到实验药品的配制、实验材料的预处理，仪器设备的调试和使用等实验准备中，提高学生的实验参与度和动手能力。

2.2.2 多媒体辅助教学采用多媒体教学手段辅助教学。多媒体课件的应用能丰富学生的感性认识，有利于学生对知识的理解和掌握，激发学生的兴趣，提高教学效果[6]。细胞生物学实验内容大多都以多媒体和视频的形式展开，细胞的细微结构的观察，实验中关键的实验步骤，最后达到的实验结果，都以图片或视频的形式展现给学生，教师讲解更有针对性，学生也容易理解，便于学生进行对照和检验自己的实验结果。

例如“各种细胞器的观察”可以用多媒体课件展示各种细胞器在细胞中的位置、形态以及动态变化，更利于学生在显微镜下观察与识别；在进行“植物细胞、组织培养”实验时，可以先播放植物细胞培养的视频资料，让学生们先观看植物细胞培养的技术要点和操作过程，可以有效提高学生无菌操作和细胞培养的成功率。随着细胞实验技术的快速发展，需要向学生介绍一些当前实验条件不能实际操作的实验，可以用多媒体课件和网络视频的方式进行演示实验，例如“电子显微镜的原理和使用”“激光共聚焦显微镜的原理和使用”“流式细胞仪的原理和使用”等，丰富实验的内容，增加学生的学习兴趣。

2.3 改革实验考核方式，完善实验成绩考核制度

为了提高学生对实验的重视程度和体现实验教学在细胞生物学课程教学中的重要性，在新一轮的教学大纲修订中将实验考核成绩占课程期末成绩的百分比从20%提高到了30%。

建立完善的成绩评定体系是保证实验教学质量的关键。实验考核方式是否合理直接关系到学生对实验课的重视程度和实验效果[7]。

改革前实验考核成绩一般是以实验报告的完成情况来进行评定的，致使部分学生只注重实验报告的完成，而忽略实验的操作与观察。实验报告是学生对实验原理、观察记录、实验结果分析等的总结，但实验报告书写的好坏并不能全面反映学生对实验的掌握情况，特别是不能反映出学生的实验操作能力。在实验报告中经常会出现相互抄袭的现象，所以单一以实验报告评定学生的实验成绩并不可取，实验成绩的可靠性也较低。

该院对细胞生物学实验成绩综合评定进行了改革，其测评内容包括出勤情况、实验操作、实验结果、实验报告、实验考核等指标，在此操作上还考虑了学生的学习态度和学习精神、实验预习、实验室纪律、实验台的卫生整洁情况等。具体操作是：实验报告成绩占30%，实验操作及实验结果占30%，实验课表现（出勤情况、提问、讨论、打扫卫生）占10%，实验期末考核（设计性实验的方案设计、实施、结果、实验报告）占30%。通过全面的实验成绩考核方式，确保了实验成绩考核的全面性和真实性，培养学生良好的实验及操作习惯，让学生意识到实验过程的重要性，提高学生对实验课的重视程度，以达到培养学生的创新意识和综合素质的目的。

3 教学效果

细胞生物学实验改革实施以后，在学生对理论教学和实验教学的质量评价中，学生对实验教学的满意度逐渐增加，得到学生和同行评议的肯定。实验教学作为课程教学的重要组成部分，对学生理论课程的掌握有很大的促进作用。分析学生成绩发现实施实验改革后，学生课程考核成绩有了较大的提高，及格率和平均分有较大的提高，标准差为正常范围（8～10），成绩的分布也逐步趋于正态分布，具体成绩见表1。说明细胞生物学实验教学改革后，一方面提高了学生的实验操作能力和对实验的重视程度；另一方面也通过实验操作加深了对理论课程中知识点的理解和掌握。此外，细胞生物学教学团队先后有5人次被评为学校教学质量优秀教师。