基于细胞生物学实验培养医学生的科研创新能力

2023-02-11张妍

科教导刊 2023年32期

张妍

（首都医科大学附属北京潞河医院中心实验室北京 101149)

当今对医学生的培养不仅仅在于临床知识与技能的培养，还需要医学生有一定的科学素养。2020 年9 月，国务院办公厅印发了《关于加快医学教育创新发展的指导意见》（国办发〔2020〕34 号），对深化医学教育改革、加快医学教育创新发展作出了全面部署，指明医学教育关系教育和卫生健康事业，要摆在优先发展的地位[1]。同时这也是对医学教育工作者提出的新要求，医学教育工作面临新的挑战。展望未来，我国已确立了到2035 年跻身创新型国家前列，到2050 年建成世界科技强国的宏伟目标[2]。医学作为和人民生命健康密切相关的行业，更要注重创新型人才的培养。科学实验教学是理论联系实践的重要环节，一方面可让学生更好地掌握医学科学理论知识，理解重点、难点；另一方面通过科学实验锻炼学生的实际操作能力，从实验中发现问题，解决问题，培养学生的创新思维。细胞生物学实验是医学生必须掌握的实验技能，也是未来进行医学科学研究过程中必然会用到的实验技术。本文以细胞生物学实验教学为例，探索医学生科研创新能力培养的过程及心得体会。

1 当前细胞生物学实验的教学现状

细胞生物学是研究细胞基本生命活动的科学，是当代医学科学体系的重要组成部分，也是医学生重要的基本课程之一[3]，细胞生物学实验是细胞生物学课程的重要组成部分，属于实践教学。细胞生物学实验课程既可以培养学生的基本实验技能并增强其动手能力，又可培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，有利于医学生科研创新思维的培养，但是目前细胞生物学实验课程还有很多不足之处。

1.1 教师讲解过多，教学内容固化，知识无法融会贯通，影响学生创新思维的发展

传统的实验教学是“填鸭式”讲授方式，教师是唯一的课堂中心，忽略学生的主体地位[4]。教师按照实验目的、实验原理、实验步骤、实验注意事项的顺序讲解，然后由学生进行实验操作。实验课作为基础理论课的附属而存在，根据理论课的内容设计各个独立的实验，学生只能根据每个独立的实验内容去了解单一的实验原理和实验方法。所学的知识是分散的，学生只能按照教材的实验步骤去重复，不明白为什么要这样做，导致学生兴趣不高，更不了解实验本身就是个探索过程的真正意义。而且所学的实验往往都是验证性实验，教师提前设置好条件，学生只需要完全重复就可以，并不了解这个实验的关键步骤，更不了解这些关键实验步骤应该如何去探索才能得到理想的实验结果，不能很好地激发学生的创新思维。

1.2 考核方式单一，不能很好反映学生对实验的理解和掌握程度，学生积极性差

传统实验课的考核内容主要由实验报告和考勤成绩组成，这其中实验报告是主要组成部分。但是由于学生的实验内容相同，实验步骤一致，所以学生写的实验报告大都抄袭教材，导致内容不好区分高下，教师也无法判断学生的掌握程度。同时学生的创新思维也没有得到很好的激发。实验教学主要存在的问题就是学生对实验过程中遇到的问题缺少解决的能力，对于得出的实验结果也不能深刻地理解分析。而这些能力往往又是未来进行科学研究工作最需要的。因此教师需要改变教学方法，提高学生的兴趣和积极性，使学生由被动学习变为主动学习，再将自己的研究和教学相结合，进一步促进学生创新思维的培养。

2 通过改变实验设计来引导学生独立思考，提升创新思维

2.1 将多个独立实验设计成综合实验进行教学

传统的细胞生物学实验教学，实验都是独立的，比如细胞复苏、细胞传代、细胞转染等。学生不了解每个独立的实验在整个实验过程和科研课题中起到怎样的作用。因此，教师应把各个独立的实验串联起来，设计成综合性实验，使学生对实验过程能有整体的了解，比如脂多糖对小胶质细胞的毒性实验，这是我们根据自己的课题内容进行设计的。此实验包含细胞复苏、细胞传代、细胞计数、药物梯度浓度作用细胞和细胞死亡率检测多个实验，让学生在连续的实验课进行整个综合实验。我们在实验课前20 天将基本的实验方案通过微信群分享给学生，然后在教师的引导下，将学生分为5 个人一组去查阅相关文献，设计每个独立的实验，小组成员间讨论并确定具体的实验步骤及每一步的注意事项。教师通过微信群分享微视频，让学生提前了解细胞复苏传代的基本方法，掌握利用血球技术板对细胞进行计数的基本方法及CCK8 实验的基本原理。

开课前5 天，要引导学生去准备实验要用的具体实验耗材，并设计实验确定脂多糖作用的最佳作用时间和浓度，以及CCK8 显色剂的最佳作用时间。具体实验过程中，教师要让学生了解到每个单独实验之间的必然联系，使学生认识到如果细胞复苏不好，就无法传代，传代污染了，就无法进行后边的细胞计数。细胞计数出现偏差会导致细胞铺板不匀，进而影响后边的毒性实验，而药物的摸索又包括不同的浓度和作用时间，即便到最后的上机检测，显色剂加入1 小时和3 小时所得到的数值也是不一样的。

总之，综合实验让学生对每个独立实验在整个实验过程中的作用有更好的认识，理解实验不是独立存在的，是连续的，每一步都很重要。教师应引导学生明白即便这个综合实验也不过是一个课题中小小的一部分而已，做科研应时刻注意每一个细节和错误都有可能导致整个实验的失败。所以科研要有严谨的思维，每一步都应该深入思考后再继续进行，这也是培养创新思维必不可少的步骤。

2.2 增加自主设计实验，提高学生的能动性和积极性

在前期进行了脂多糖对小胶质细胞的毒性实验后，我们鼓励学生自主设计雨蛙素对胰腺腺泡的毒性实验，让学生根据前期实验课的基础自己查阅文献，写出实验步骤、注意事项，并根据文献找到雨蛙素的溶解方法，去设计雨蛙素的作用浓度梯度和作用时间梯度。写出实验方案，各组对关键步骤进行讨论，教师把关，学生自主进行实验，教师则负责监督，及时提醒学生关键步骤。实验结束后，教师对各组的实验步骤进行点评，最终对每组的实验结果进行分析。

学生通过脂多糖对小胶质细胞毒性的综合实验练习，自主设计雨蛙素对胰腺腺泡的毒性实验，初步掌握了细胞生物学实验中细胞毒性实验的方法，对未来进行科学研究打下良好的基础。

3 改进实验教学过程，启发式教学尊重学生的主体地位

3.1 启发式课前预习

启发式教学通过激励性学习策略、引导性方法提高学生的思维创新能力，已经较多地应用于教学中[5]。教师根据实验课设计微课，找出每个实验需要讨论的内容，包括实验原理、相关实验技术和实验最新进展和详细的实验方案。将制作的微课和相关素材发到班级微信群，要求全体学生都要对题目做预习笔记，与此同时将班级学生进行分组，让学生分组进行学习讨论，每组都要对教师提出的所有题目进行准备。小组各成员之间互相协作讨论，寻找答案，制作相关幻灯片。教师可以利用网络教学工具，对学生进行答疑，在线进行师生互动，提高实验课的成功率。同时为了解决实验中一些容易出错的细节问题，教师自导自演，精心制作视频，利用微信群上传相关视频，让学生提前了解实验中易错的细节问题。比如移液枪的使用，细胞超净台的无菌操作。我们让学生提前进行预习了解，移液枪需要吸液时压到第一档，放液时压到第二档，使用完毕后归零，这些细节问题学生通过多媒体视频提前观看会更容易理解掌握，同时也给实验教学留出更多的时间。

3.2 实验课中让学生成为课堂的主人

课前学生进行充分的预习后，教师继续进行启发式教学，教师不再像之前一样长篇大论，事无巨细地去讲解，而是挑选重点内容去精讲，把内容讲透。讲解的同时进行提问，让学生思考，提高学生的积极性和课堂参与度，同时根据分组，组长进行讲解，讲解过程中，其他组的学生进行提问，教师对于出现的问题再进行补充。总之，让学生充分理解实验的理论、内容和步骤。在实验过程中，也要充分发挥学生的主观能动性，学生通过前期准备对实验过程已经有了深入的了解，教师要放手让学生自己去做，教师在旁边仔细观摩，实验中学生出现小的问题不要提示，允许学生出错，学生出现错误，暂时无法继续下去时，鼓励学生独立思考，通过引导使学生自己找到问题所在，然后来找解决的办法。学生发现问题并解决问题，提高了学生的学习积极性，这也是培养创新思维一个必要的过程。教师巡视过程中发现有共性问题时集中讲解，比如在超净台中离心管盖应正置，不能倒扣，避免交叉污染。

实验结束后，汇总全班的实验成果进行评比，请最优者进行经验讲解，教师对不理想的实验结果进行解释说明。同时要求每个学生对自己的实验操作进行反思、总结，找到实验过程中重要的步骤及注意事项，写出改进的实验方法。

4 考核评价体系多元化，对学生进行综合评价

改变以往只看实验报告和考勤率的评价方式，教师不再单纯地以最终的实验结果作为唯一的衡量标准。关注学生在整个实验过程中的综合表现，课前预习笔记，小组成员间的协作能力，实验讲解过程中关键步骤的把控，实验进行过程中发现问题解决问题的能力，最终实验结果的总结思考和实验方案的改善。教师要客观综合评价每位学生的表现，给每一步制订分值比。我们的制订标准是课前预习15%，实验讲解15%，实验操作过程40%，实验总结15%，实验改进方案15%。这样的综合评价使学生每一步都能认真对待，也能更好地激发学生的创新思维。