选做实验提高生理学实验课的教学质量

周　辰，　高　珊,2，　朱明月，　郭　羽，　毕　群，　柴　真

(1.北京大学 生命科学学院 生物学国家级实验教学示范中心，北京 100871；2.山东省医学科学院 基础医学研究所，济南 250062)

0　引　言

生理学实验是一门传统的生物实验课程，通过手术操作锻炼学生的动手能力，通过机能实验训练逻辑思维能力。随着本科教学体制的不断改革和教学理念的改进，我校生命科学学院的生理学实验教学方式也发生了很大的改变。在整体实验课时减少的背景下，生理学实验次数减少为每学期8次。

由于实验课程次数较少，因此需要仔细选择实验内容。首先考虑能够验证理论知识的实验，例如使用蟾蜍坐骨神经-腓肠肌标本进行肌肉的单收缩和收缩总和实验，同时可以使用电刺激与肌肉收缩的关系分析刺激三要素中的强度和时间两个因素。其次考虑内容丰富的实验，例如蟾蜍心脏活动实验，内容包括心电图与心脏收缩，期外收缩和代偿间歇，神经体液因素对心脏搏动的调节。此外实验选择也需要考虑操作难度和成功率，避免因为实验失败影响学习效果并打击学生的学习兴趣和热情。

虽然在以上原则的指导下能够选出一系列合适的实验内容，但仍有一些内容较好的实验受制于各种因素不便于作为必做内容面向全体学生开展。并且课程比较死板，缺少灵活性，学生没有自由发挥的空间。当前90后的大学生思维活跃，知识面广泛，应该尽量发挥其主观能动性，这样可以提高教学质量和效果。类似的问题存在于很多学科的实验教学，对于问题的解决也有很多探索，包括开展选做实验。一种选做实验的方式是对部分同学授课，或者是拔尖人才班[1]，或者是实验能力较强并且有进一步探索欲望的学生[2-3]，也有通过报名选择优秀学生的方式[4]。选做实验的设置不仅能发挥学生的主观能动性，培养实验设计能力和分析解决问题的能力，也能够部分缓解设备等实验条件不足的困难。不仅是生物学实验，也有其他学科的实验教学采用了这样的方式[5-6]。

我校的生理学实验课设置了6次指定的实验，其余2次为选做实验。并且选做实验的方式更加灵活，包括了从教材[7]上指定的经典实验范围中进行选择，在指定测定内容条件下自行确定科学问题及设计实验方案，以及完全自行设计实验三大类方式。这样可以让学生根据自身的情况和兴趣选择内容，从而提高学习兴趣。同时主观能动性较强的同学可以通过自设计实验解决一个感兴趣的问题，体验设计及实施实验方案的过程。

1　选做实验的课程安排

1.1　上课时间

2次选做实验分别放在学期中及学期末。第1次课程在学期中，学生在之前的课程中已使用蟾蜍进行了3～4次实验，锻炼了手术操作能力，并且通过对实验内容设置的讲解，能够初步了解如何围绕实验目的确定方案解决问题。第2次课程在学期最后一次，经过第1次选做实验的锻炼，学生已了解课程的形式，并且完成了家兔的实验内容，可有更多的实验选择。

1.2　实验内容

选做实验内容的决定方式，通过几年来的摸索，最终确定为给定范围内自主选择与自行设计实验相结合，学生可以根据自身实际情况决定。有精力有意愿的学生可以自己设计实验，包括目的、方法、过程等，从而得到更完整的训练。其他学生则可以从给定的范围内选择实验，在一定程度上提高学习兴趣。

2016年秋季学期,生理学实验选做内容的指定部分包括9个实验，其中6个实验使用蟾蜍，2个使用家兔，1个使用大鼠。由于在第1次选做实验前没有安排以家兔为材料的课程，故2个家兔实验在第2次提供选择。每个实验都可通过教材或讲义进行预习。

自设计实验包括:①提供特定设备，相应地限定了实验范围，目前包括血糖浓度和酒精含量两项。实验室提供简易的家用血糖仪及呼吸式酒精检测仪，用于测定受试者的血糖浓度或血液中酒精含量。在此基础上，学生自己确定处理条件，设计希望检测的项目，例如体内酒精浓度与人反应速度的关系等，制定实验方案。②自设计实验没有检测项目的限制，学生可以根据课程组能够提供的条件进行完全自主设计。

2　选做实验的教学情况

从2013年开始增加选做实验内容，截至2016年底，共有7个学期。其中2015年的2个学期尝试了1次选做实验的设置，上课时间放在学期中间。其他5个学期均为2次选做实验，2015年春季学期开始增加指定实验范围自设计的内容。

截至2016年底，共记录了10次选做实验课程中301次内容选择。根据这些记录可以发现，学生首先希望保证实验成功。因此在之前实验中已经用过的材料标本进行的实验被选择的次数最多，占比达到44.5%。其次，学生们希望接触与科研相关的实验内容，因此选择大鼠脑片制备与观察实验的占比达到18.6%，在单次实验中排在第2位。由于设备数量有限，脑片制备实验有人数限制，每次均能达到人数上限，这反应了学生对于科研方法极大的求知欲。

在自设计实验方面，2015年春季学期开展限定内容自设计实验之后共记录207次选择，其中学生明显对酒精相关的实验更感兴趣，选择次数占11.6%。同样由于各种原因，酒精实验也有人数限制，通常也会达到上限。选择血糖相关实验的次数仅为2次。无限定内容的自设计实验共进行8次，占比为2.7%，这个数量还有待提高。

3　选做实验的问题及改进

选做实验的开展对教学质量产生很多有益的影响，但也存在一些问题。对于存在的不足，随时发现随时改进，以更好的服务于教学目的。

3.1　课程准备和对教师的要求

开展选做实验首先提高了对任课教师的要求，不仅需要掌握更多的经典实验，也需要及时了解科学研究中正在使用的实验手段，丰富生理学实验内容，给学生提供更多的选择。这样可以最大程度上增加学习兴趣，从而提高教学质量。另外，对于任课教师的课前准备及课上组织也有较高的要求。由于学生进行不同的实验，因此需要准备不同的实验器具、材料和动物。开展选做实验以来，最少的一次是22名学生同时进行3种实验，最多一次同时进行10种实验，平均每次同时开展6～8种。相比于统一完成的实验，选做实验对材料和仪器设备的准备有了更高的要求。更大的考验在于实验指导，超过一半的学生选择的实验需要制备没有学习过的标本，因此课上进行有效的实验指导是很有必要的。这类困难对于开展选做实验的课程普遍存在，造成了这种教学方式难以推广[1]。对此我们在教学中进行了尝试，首先尽量有至少2名教师参与课程指导。选做实验中研究生助教的作用较小，因为临时训练助教熟悉全部实验并不现实，所以需要具备丰富经验的教师。其次，在2016年秋季学期，首次使用了手术视频辅助教学，通过专业机构录制的手术视频，进行剪辑后提供学生观看，可以有效的解决课上指导的问题。

3.2　实验内容的改进

最初开展选做实验时，并没有给出可选实验列表，而是学生自行在教材中挑选实验，因此出现一些问题。主要是对实验难度不了解，有的实验过于简单，无法达到课程的最低要求。有的实验则难度较高，屡次尝试最终仍不能成功，无法得到有效的结果，影响教学效果，并打击学生的积极性。因此选择难度适当的实验非常重要。针对该问题，课程组制定了可选列表，同时对实验难度进行简单介绍并提供预习材料，学生可以根据自身情况选择。

3.3　评分标准

选做实验由于内容不同，因此无法采取统一的评分标准。有的实验手术操作过程比较复杂，例如蟾蜍离体心脏灌流实验，手术难度大于制备坐骨神经-腓肠肌标本，并且上课时是初次进行，难度更高。这样的实验在操作分数的设置上需要有所区分。有的实验不涉及手术操作，例如人体血液酒精含量测定及其影响，没有手术操作，但是需要完善的设计实验方案。因此在评分过程中，使用实验设计分数代替手术操作分数。总之，操作困难或者结果丰富的实验，应有更高的总分，通过学生对分数的重视，引导他们更多的选择训练更充分、收获更大的内容。对于成功率较低的或者探索性的内容，特别是自设计实验，应该有分数上的鼓励，避免学生由于担心失败损失分数而选择简单的内容，从而失去设置选做实验的意义。

3.4　实验内容的扩展

通过选做实验内容的统计可以看出，虽然提供了多种选择，但实际上选择仍然集中在使用蟾蜍的实验上。一方面的原因是第1次选做实验进行时,尚未完成家兔的实验，无法使用家兔进行实验。另一方面是家兔实验难度较大，而且学生熟练度较低。因为本校生理学实验课基于动物伦理学的原则，为减少实验动物的使用量，将家兔血压调节和呼吸调节的2次实验合并为一次进行，以减少动物使用量。但对于选做实验来说，只完成过1次的家兔实验和完成过5～6次的蟾蜍实验，选择后者是比较简单的。并且合并进行的家兔血压呼吸调节实验，花费时间长，耗费精力大，也造成了学生选择家兔实验的障碍。目前这种状况还没有什么好的解决方法，只能通过增加分数进行鼓励。

选做实验中最受欢迎的内容是大鼠脑片制备及观察，由于仪器数量的限制，每次课只有6个名额，报名人数通常都会超过，需要抽签决定。说明学生对于实际使用的科研方法有很大的兴趣，这对任课教师提出了更高的目标，即寻找更多适合在本科教学开展的科研方法教学，使学生能够得到更贴近实际工作的训练。

此外，指定内容自设计实验中的酒精相关内容也很受欢迎，主要原因是与实际生活密切相关。而血糖相关的内容虽然也同样与身体健康关系紧密，但对于20岁左右的大学生来说，糖尿病之类的问题十分遥远，而且血糖测定需要少量采血，因此选择人数很少。而指定内容的自设计实验选择人数是完全自设计实验的6倍，这说明很多学生并非不想自己设计实验，而是缺乏明确的方向和科学问题。有了这些，自行设计实验方案也是一种很好的训练。虽然酒精相关实验由于实际原因，不可能大面积进行，但提供了思路，可以通过给出更多与实际生活相关的科学问题，引导学生自己设计方案进行研究，从而大大提高教学效果。

4　结　语

设置选做实验是我校生理学课程提高教学质量的改革之一，通过4年来的实践，已经有了比较完善的方案，并且达到了较好的效果。首先在课时缩减的条件下，扩大了内容范围，确保教学的全面性不因实验次数减少而下降。其次在设备有限的情况下，开展了与科研方法密切相关的实验内容，增强了实验教学与科学研究的联系，避免了教学内容无法在科研中找到应用的尴尬。最后，选做实验的方式增加了学生的兴趣和积极性。因此，我们会继续尝试完善选做实验体系，建立高质量的实验教学。

参考文献(References)：

[1]张霞，曹阳，郑有丽，等. 拔尖人才培养模式在生物实验课程中的推广实践[J]. 实验室研究与探索，2016(10)：213-221.

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[3]范芳. 生物类专业开放式实验教学模式研究 [J]. 实验技术与管理，2016(4)：198-200.

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[5]王向东，金燕，曾抗美，等. 环境工程专业实验教学改革与实践 [J]. 实验技术与管理，2005(8)：103-104.

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[7]孙久荣，黄玉芝. 生理学实验 [M]. 北京：北京大学出版社，2005.