动物生理学实验中传统教学与开放性实验教学的比较及应用分析

杜瑞卿 杨建伟 夏敏

摘要    本文比较分析了动物生理学实验传统实验教学的不足及开放性实验教学的优点，在传统实验教学的基础上，开展开放性实验教学可以弥补其不足。举例剖析开放性实验教学的过程及作用，总结了在动物生理学实验中开展开放性实验教学的重要性及意义。

关键词    动物生理学实验;传统实验教学;开放性实验教学

中图分类号    G642         文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2019）18-0257-02                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）

动物生理学是生物科学专业的基础课程，是一门实践性很强的课程。动物生理学实验目的是巩固与验证理论知识，是理论课程的重要组成部分。但是现代科学发展迅速，培养的人才，不仅需要掌握扎实的专业基础知识和实验技能，更要有广阔的知识视野、综合分析解决问题的能力、掌握前沿科研信息、富于联想、善于创新。动物生理学的传统教学方法在实践过程中存在一些不足，已很难完全满足现代教育对培养人才的目标要求，实验教学也需要进一步完善和补充[1]。

1    传统实验教学方法的局限性

1.1    固定性

动物生理学实验是为了学生巩固与验证理论知识，其实验内容已形成一套固定的实验项目。如神经与肌肉实验内容，主要是骨骼肌与坐骨神经—腓肠肌标本的制备，刺激强度、刺激频率与腓肠肌收缩的关系、神经干动电位的引导、传导速度测定等;循环系统实验内容，主要是蛙类心脏起搏点分析与心博曲线观察、蛙类心脏的期前收缩与赛场间歇等[2]。每个实验项目的实验目的、实验原理、实验用品、实验对象、实验步骤都已固定，学生照做即可。实验结果也与预期的结果一致。

1.2    简单性

动物生理学实验的每个实验项目，都是为了验证理论课相关原理和现象。因此，实验条件都按照理论要求设置，观察现象、实验原理、实验过程和步骤以及实验结果比较简单。如神经干动作电位的传导及速度观察，就是研究在设置的正常生理条件下给予神经干一个意外刺激，观察动作电位的变化和传导速度，没有考虑其他条件变化对神经干动作电位的影响。

1.3    缺少完成的时间保证

动物生理学实验虽然内容单一、简单，实验步骤固定，但是由于实验设备参数的调节、实验标本好坏等因素的影响，有时实验时间相对较长，实验结果难以达到预期结果。比如做神经干动作电位引导时，由于过滤高频、低频波的影响，设置参数不妥，很难出现理想的波形，不同的标本参数也不同，只能在不同的标本上尝试多次调节参数;波形还受物理放大倍数的影响，需要同时调节3个参数，只有3个参数协调时，才能出现预期的、理论上的波形。实验时间过长，神经干标本又容易干燥失去生物活性。有时学生在制作标本时，会不小心损坏了标本，需要重新制作。事实上正常的生理学实验课程是有时间限制的，一组实验结束，另一组就需要立即进来做实验。要想把实验做成功，是需要时间的，然而有时个别小组缺少时间保证。

1.4    缺少统计分析

实验结果往往受多种因素的影响，包括实验者的操作因素、标本个体差异性、实验设备的精密性等，仅从单个人或单个小组的实验结果很难得出有效的、有意义的结论。科学的实验结果和结论，往往需要进行大量样本的统计分析，才能得出可靠结论。动物生理学实验传统实验教学方法都是单个人或2～3人/组独立做实验，独立分析自己的实验结果，撰写实验报告。这样以来，难以培养学生对实验结果统计分析的能力科学观和研究方法。比如神经干动作电位的传导速度，受神经干粗细、表面的湿润程度，实验调节参数、实验设备装置等影响，不同实验结果之间出现差异，学生对自己结果的正确性持怀疑态度，但又缺少科学依据，如果将相近的神经干由同一人、在同一实验设备上重复进行实验操作，再对实验结果进行统计分析，就能对实验结果的可靠性做出科学判断。

2    开放性实验的优越性

所谓開放性实验，就是实验项目、实验内容、实验室面向学生开放、学生自主操作的实验，与传统实验教学最大的不同就是实验主体的转换[3]。传统实验教学是在教师主导、指导下按照课本既定的方案、程序、步骤进行的实验，而开放性创新实验是由学生主导，教师仅起到协助作用的实验，为学生提供了可以利用课余时间实现自己科研创新想法的平台，不仅为学生提供了发挥创造性的可能，而且有效发挥了学校实验资源优势，提高了仪器设备利用率。

2.1    创新性、设计性

开放性实验，是学生根据已掌握的知识和技能，在教师的协助下查阅文献，确定实验方案、实验用品、实验步骤，预期实验结果，完成实验操作过程，对实验结果进行统计分析。整个实验过程不能与他人完全重复，具有创新性和设计性，锻炼和培养学生的创新能力。

2.2    复杂性

开放性实验，是在考虑多种影响因素条件下，觀察实验现象和结果的，实验设计、实验原理、实验内容、实验过程和步骤都较传统实验教学复杂。比如开放性实验：观察葡萄糖、ATP对骨骼肌收缩性的影响，较传统实验教学刺激强度对骨骼肌收缩性的影响，显然不仅包含骨骼肌收缩的原理，不仅包含了葡萄糖、ATP对骨骼肌收缩影响的生理学原理，还要考虑两者的交互作用等。

2.3    灵活性

学生可以根据兴趣和自身优势自主选择开放性实验以及实验项目。实验内容难易程度、小组成员、时间安排也由学生自己确定，完全不同于传统实验教学方法，给予学生更多的灵活性和机动性。学生完全可以根据自己的时间来安排实验，包括周末、节假日，既合理有效地利用了学生的时间，也较充分高效地利用了学校的设备资源。

2.4    综合性

开放实验的创新性、复杂性也决定了它的综合性。开放性实验，往往需要多方面的知识和技能，需要具备较好的查阅文献能力、外文阅读能力、对新设备新技术的掌握和操作能力、较好的写作表达能力、有关软件的操作、制图、编辑能力以及组织成员之间的协调合作能力等。

2.5    科研性

开放式实验虽然经费少、规模小、实验内容简单、时间较短，但也是一次小规模的科研实验。它包含了科研实验所具有的基本要素和过程，是对大学生的一次基本的科研训练过程，是介于传统教学实验与研究生科研实验之间的过渡桥梁，具有重要的意义。

3    开放性实验的应用举例

3.1    问题的提出

针对动物生理学实验中关于“神经干动作电位的引导及传导速度”的实验，其实验内容仅仅是考虑正常生理条件的生理反应。事实上根据神经干动作电位产生的机制及传导速度的影响因素，考虑生理条件改变对其变化的影响，提示结合目前实验室具有的实验条件，设计一个较为复杂的实验项目。

学生查阅文献并结合已学的生理学知识，认为静息电位的产生主要决定于K+，动作电位的产生主要决定于 Na+，改变细胞外液中2种离子的浓度对动作电位的幅度和传导速度会有什么影响呢？神经纤维动作电位的正后电位（超极化电位）阶段，是Na+-K+ 泵活动膜电位真正恢复到静息电位水平的阶段，Na+-K+ 泵是ATP酶，其活性容易受到温度的影响，那么温度对动作电位幅度以及传导速度的影响如何？这些都是值得学生研究探讨的问题。于是提出了“温度、K+、Na+ 浓度对神经干动作电位幅度及传导速度的影响”开放性实验项目[4-6]。

3.2    实验原理的确定

学生认真学习有关神经电生理学的专业知识[7]，构思出实验的基本原理：神经干受到刺激，产生动作电位并沿神经干传导;神经干动作电位的峰电位、静息电位水平都受神经干外Na+、K+ 浓度的影响，传导速度又受到动作电位幅度的影响;神经纤维动作电位的正后电位（超极化电位）阶段，是Na+-K+泵活动膜电位真正恢复到静息电位水平的阶段，Na+-K+泵是ATP酶，其活性容易受温度的影响。

3.3    实验方案的设计

（1）坐骨神经标本的制备：洗干净实验动物;找到枕骨大孔处将刺蛙针刺入1～2 mm，分别捣损脑组织和脊髓;剥制后肢，分离一侧后肢;分离坐骨神经，穿线备用;进行标本检验。

（2）将标本用不同浓度K+和Na+ 溶液浸泡，或者将标本置于设定温度的冰箱内处理。

（3）连接实验装置：把制备好的坐骨神经标本放置于神经屏蔽盒内，将坐骨神经搭在肌槽金属丝电极上。信号采集线一端连接到屏蔽盒的引导电极上，另一端插入至BL-420F生理记录装置第1通道和第2通道上;刺激电极一端接至BL-420F生理记录装置的刺激通道，另一端接到屏蔽盒电极上。

（4）实验记录：开机之后进入实验，先使用单刺激，找出阈强度;然后在阈强度上刺激，观察动作电位的幅度和传导速度[8]。

（5）对实验结果进行T检验、方差分析和相关分析。

3.4    项目完成

学生按照实验方案进行实验，获得了理想的实验结果，并且对实验结果进行了科学的统计分析，写出了实验项目报告。

4    结语

开放性实验教学，是实验教学的改革，创新了实验教学方法、手段、内容，提升了学生的创新精神和实践能力。开放性创新实验可以有效弥补生理学传统实验教学的不足，对于生理学实验内容是一个有力的补充，使教学与科研能有效地融合，使科研和教学相互促进。开放实验教学项目促进了实验（实训）课程的课内教学和课外教学的良性互动，延伸与发展了实验（实训）教学课程内容，促进了学生专业实践能力的提升。开放性实验教学可极大地调动学生的学习兴趣和积极性，是培养创新性、实践性人才的重要途径。开放性实验教学也有利于“双师型”教师队伍建设。动物生理学是一门重要的生物科学专业基础课程，许多内容有较强的抽象性、逻辑性。目前，动物生理学教学中存在“教”与“学”互相分离、课堂教学质量不高的现象[3]。因此，将开放性实验教学手段应用到动物生理学实验以及其他实验课程中具有积极意义。

5    参考文献

[1] 许先芳，李文忠，杨梦，等.“开放性实验”教学法在生理学实验教学中的应用[J].襄樊职业技术学院学报，2010，9（5）：123-125.

[2] 解景田，赵静.生理学实验[M].3版.北京：高等教育出版社，2002.

[3] 章北林，吕文伟，杨煜.开放性创新实验项目在生理学实验教学中的应用[J].继续医学教育，2018，32（7）：52-53.

[4] 郝凯凯，李馨，李刚，等.不同麻醉药物对牛蛙坐骨神经干动作电位传导速度的影响[J].延安大学学报（自然科学版），2015，34（1）：29-32.

[5] 何帅，蒋洁，卢胜琴，等.锌对蟾蜍坐骨神经干动作电位的影响[J].医学信息，2013，26（2）：107-108.

[6] 黄晓丽，郑惠珍，黄钿生，等.三种高渗溶液对蛙坐骨神经干动作电位的幅值及建设的影响[J].广东医学院学报，2006，24（2）：119-121.

[7] 王玢，左明雪.人体及动物生理学[M].3版.北京：高等教育出版社，2009.

[8] 马明，唐晓龙，董守良，等.动物生理学实验课程的定位与改革实践[J].实验室科学，2017，20（3）：84-87.