浅谈自主实验项目在细胞生物学实验教学过程中的作用

赵鹏 李小燕 龙燕

[摘 要]在生命科学各相关学科中，细胞生物学作为一门重要的基础学科，同时也是发展最快的前沿学科之一。任何生命科学的相关研究最终都需要归结于细胞水平的研究。因此，细胞生物学实验教学工作在学生培养过程中起着非常重要的作用，它一方面有利于学生更好地吸收细胞生物学的课堂理论知识，另一方面也可以提高学生的实验技能，为学生将来走向独立自主的科研之路打下良好的基础。在学生掌握基础细胞生物学实验技能后，开展自主实验项目，对学生的文献阅读能力、实验技能水平、实验结果分析能力以及科研报告撰写能力，都有非常大的提升作用。

[关键词]细胞生物学;实验课程教学;自主实验项目

[基金项目]武汉大学生命科学学院实验教学中心开放项目

[作者简介]赵 鹏（1982—），男，江苏通州人，博士，武汉大学生命科学学院副教授，主要从事植物生殖发育研究;李小燕（1968—），女，湖北咸宁人，医学硕士，武汉大学生命科学学院高级实验师，主要从事生物实验教学研究;龙 燕（1980—），女，湖北武汉人，硕士，武汉大学生命科学学院实验师，主要从事生物实验教学研究。

[中图分类号] G642.1[文献标识码] A[文章编号] 1674-9324（2020）32-0391-02[收稿日期] 2020-04-01

一、前言

细胞生物学是从显微水平、亚显微水平以及分子水平，研究细胞的结构、功能、信号转导、基因表达与调控及细胞起源与进化等生命过程的一门学科[1]（P1）。它是生命科学中的基础核心课程，而细胞生物学实验则是对细胞生物学理论知识的形象认知及巩固，同时也是对学生未来走向科研岗位的提前训练。

2005年，教育部下发的《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》中强调在现在的高等教育工作中必须实现重心的转移，要把提高教学质量放在更加突出的位置[2]。创新教育以及大学生的自主科研能力的培养是高校本科教学所面临的一个重大课题。近年来，随着国家科技水平的日益提高，细胞生物学的研究手段也在不停地向更快、更好的方向发展。但是，原有的实验设计体系明显不能跟上实验手段的更新，因此在高校开展自主科研实验将有助于提高学生的创新能力以及国际前沿技术的掌握，进而提升国际竞争力。

二、细胞生物学自主实验项目的基本运行条件

武漢大学生命科学学院在2007年下半年启动了创新性的细胞生物学教学改革，从2008年开始实施，有计划地开展了由课程组教师提出的学科建设项目[3]。近十年来，在细胞生物学课程组老师的共同努力下，武汉大学生命科学学院的细胞生物学实验的改革取得了非常好的成效。细胞生物学实验教学采用基础实验和自主实验相结合的教学方式，对学生的综合实验技能的提高起到了很好的作用，培养了他们严谨的科学态度，为将来的研究之路打下了很好的科学基础。

细胞生物学基础实验通常是由老师设计实验方案，在课堂上讲明实验原理，给出实验方法，学生只是按照实验步骤进行，很少需要自己独立思考，这些基础实验可以培养学生们的动手操作能力，以及面对成功或者失败实验结果的分析能力。经过前期基础实验的训练，学生对细胞生物学的基础操作已经熟练掌握。此时自主实验的开展可以进一步检验学生对实验原理的应用，对实验操作的掌握，以及对实验结果的分析等能力，非常有利于学生综合科研素质的培养。

三、细胞生物学自主实验项目的运行模式及特点

武汉大学生命科学学院生物实验中心细胞生物学实验课程组的老师们综合考虑各方面因素，在国际班与弘毅班学生掌握基本的细胞生物学实验的基础上增加自主实验板块。综合近几年的学生自主实验开展情况以及呈现的实验报告，可以看出自主实验对于学生综合科研素质的培养起到了非常大的作用。在此，以我所带的国际班为例，详细地分析武汉大学生命科学学院细胞生物学实验教学中自主开放实验的几个特点：第一，课程主讲教师和学生共同设计实验方案。课程主讲教师首先向同学们讲述自主实验设计基本要点，随后学生分组（通常是2—4人一组）查阅文献，初步设计实验方案。课程主讲教师和实验中心老师分别与每组同学就实验方案初稿充分讨论后确定最终实验方案。随后实验中心老师指导每组学生分别购买实验所需的个性化实验药品，培训所需的各类仪器设备。第二，选题大多涉及细胞培养技术和抗癌药物的药效检测，这与目前国家要求各高校大力培养生物工程和生物制药专业的人才相切合。在13个小组的学生中有10组都选取了Hela细胞作为研究对象，另外3组选取的分别为肝癌细胞、乳腺癌细胞以及胃癌细胞。在实验设计方面，大部分的学生选取了某种物质，通常是被认为会有抗癌作用的某一组分，如茶多酚、姜黄素、胡萝卜素等。第三，学生自主实验充分利用了武汉大学生命科学学院大型设备共享中心的资源，使学生能够有机会接触到开展细胞生物学实验所需的各类大型仪器如激光共聚焦显微镜及多功能酶标仪等。在本年度开放实验过程中，同学们的自主实验主要涉及到显微镜观察细胞形态，试剂盒联合酶标仪检测细胞活性，荧光染色法观察线粒体状态和活性氧分布以及细胞凋亡的检测。第四，课程主讲教师和实验教学中心指导老师全程参与学生开放实验。在整个自主实验过程中，课程主讲教师和实验教学中心指导老师针对性的指导每组学生开展实验，包括如何准备实验用品与试剂、如何使用仪器及帮助解决实验过程中遇到的技术难题等等。

综合分析学生提交的实验报告，可以看出所有的学生都可以自主的完成实验设计，从研究背景的分析到提出问题，进一步提出解决问题的办法，再设计合理的实验，最终通过实验结果的分析回答提出的问题。细胞生物学的自主实验项目就是开放式教学的一种实践，开放的教学理念、管理机制、实验条件、实验方式以及实验内容都在项目的实施中得到了体现[4]。通过自主实验项目的实施，可以看出学生们的收获，从基础性实验中的按部就班到自主实验中的大胆尝试，从基础性实验中的依靠实验步骤到自主实验中的自主钻研，从基础性实验中的追求完美结果到自主实验中的直面失败，进而解决问题。通过自主实验项目的实施，学生们在各方面都有了很大的进步。

四、细胞生物学自主实验项目的主要成效

第一，提高了文献阅读能力。在实验题目确定之前，学生需要查阅文献了解目前的研究进展，进而在前人研究的基础上提出自己的问题。在提出解决问题的方法时，也不能只局限在实验课中学到的基础性实验，而需要查阅文献寻找是否有更加方便的以解决问题的方法。同时，通过阅读文献可以进一步地增强学生的逻辑思维能力，更好地设计、实施、总结自己的研究项目。

第二，提高了学生的主观能动性。与基础性实验阶段相比可以看出学生们有了很明显的积极性，能够主动思考，也敢于挑战一些未知的猜测，同时在实验中遇到困难时也会积极向老师求助，充分利用生命科学学院的已有资源，不再局限于本科生实验室的条件，真正做到了开放的实验条件，实现了学生的自主创新。

第三，提高了学生的综合科研能力。在生命科学领域的研究生阶段，学生的学习方法将发生很大的改变，需要非常好的综合科研能力才能从容地应对实验论文的开题、设计、实施以及总结。而现阶段的自主科研项目就是未来的一个小缩影，学生基本体验了一个完整的流程，虽然这些相比未来的课题研究都非常微小，但是对综合科研能力的提升不容忽视。同时，在开放实验的过程中，学生有机会接触到一些大型的、先进的、高端的现代细胞生物学研究设备如激光共聚焦显微镜，为研究生阶段能快速进入科研状态打下了坚实的基础。

第四，激发了学生的科研潜力。在自主实验项目实施过程中，每一个问题的出现和解决，给学生们带来了巨大的成就感，因而会进一步地激发他们对科学研究的热情。在实验项目结束之后，很多同学会发现在科学研究中的乐趣，进而激发出内在的潜力，因此说自主实验项目的实施，是学生走进科研领域的领路人。

五、结束语

综上所述，在细胞生物学实验教学过程中采用基础性实验结合开放自主实验的教学方式，能够在很大程度上提高教学质量，能够提高同学们文献检索及阅读、实验技能、实验结果分析以及科研报告撰写等方面的能力，为他们以后从事科学研究奠定基礎。

参考文献

[1]翟中和，王喜中，丁明孝.细胞生物学[M].高等教育出版社， 2011.

[2]高思.提高高等学校本科教学质量的重大举措[J].中国大学教学，2007（2）：5-10.

[3]李小燕，刘江东，郑凌，彭雄波.深化细胞生物学实验教学改革-培养创新型人才[J].实验技术与管理，2011（4）：116-119.

[4]于威，全滟平，吴月红，张海花.细胞生物学实验开放式教学模式实践研究[J].高校生物学教学研究（电子版），2018，8（02）：55-59.