基于科研兴趣培养的细胞生物学实验教学模式.pdf

ISSN1672-4305CN12-1352/N实 验 室 科 学LABORATORY SCIENCE第 26 卷 第 4 期 2023 年 8 月Vol.26 No.4 Aug.2023 基于科研兴趣培养的细胞生物学实验教学模式王宏刚,魏 远,陈成彬,王春国,宋文芹(南开大学 生物国家级实验教学示范中心,天津 300071)摘 要:南开大学“细胞生物学实验”课程组开展了以提高学生科研兴趣培养为宗旨的课程教学模式改革。选择细胞培养技术、间接免疫荧光技术、细胞凋亡检测技术等与科研联系紧密的实验内容建立了科学的课程内容体系;采用课堂翻转、虚拟仿真实验等多种教学方式方法,建立了引导性、开放性的教学方法体系;完善了注重实验操作考核、兼顾考试、实验预习、实验报告及实验素养考核的多元化综合成绩评定体系。教学改革利用实验教学为载体,发挥了实验教学在提高学生科研兴趣中的作用,为拔尖人才培养模式的建立进行了初步的探索。关键词:人才培养模式;科研兴趣;教学改革;细胞生物学实验中图分类号:G642 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1672-4305.2023.04.024Teaching model of cell biology experiment based on scientific interest cultivationWANG Honggang,WEI Yuan,CHEN Chengbin,WANG Chunguo,SONG Wenqin(National Experimental Teaching Demonstration Center of Biology,Nankai University,Tianjin 300071,China)Abstract:The course group of the“cell biology experiment”of Nankai University has carried out the reform of the course teaching model which aims to raise the students interest in scientific research.They chose cell culture technology,indirect immunofluorescence technology and apoptosis detection technology to establish a scientific curriculum content system,which is closely linked to scientific research and a-dopted a variety of teaching methods,such as classroom reversal and virtual simulation,to establish a guiding and open teaching method system.At the same time,we paid attention to the test of operation in experiment and gave consideration to exam,experimental preview,report of experiment and comprehen-sive quality,then established a diversified comprehensive evaluation system.The teaching reform took the experimental education as a carrier and used its important role in improving the students interest in scientific research to explore a new model for the top-notch talent innovative education.Key words:talent-cultivating pattern;research interest;teaching reform;cell biology experiment 收稿日期:2021-11-08 修改日期:2022-10-24作者简介:王宏刚,硕士,高级实验师,主要从事实验教学和实验室管理工作。E-mail:whg820604 通讯作者:陈成彬,博士,副教授,研究方向为分子细胞遗传学。E-mail:chencb 基金项目:2020 年天津市高等学校本科教学质量与教学改革研究计划项目(项目编号:B201005506)。拔尖人才培养模式的探讨一直是近年来高等学校教学改革的一个重点1。2010 年教育部发布的国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)中明确提出高等教育要“牢固确立人才培养在高校工作中的中心地位,着力培养信念执著、品德优良、知识丰富、本领过硬的高素质专门人才和拔尖创新人才”。为了贯彻人才强国战略,培养基础学科拔尖人才,教育部启动了“基础学科拔尖学生培养试验计划”。2018 年 10 月,教育部发布关于实施基础学科 拔尖学生培养计划 2.0 的意见,对拔尖人才的培养提出了更高的要求,标志着拔尖人才培养跨入了新的时代2-4。就生命科学而言,本科生科研兴趣培养是培养创新人才的基础,是拔尖创新人才培养模式中非常重要的环节5-6。在培养本科生科研兴趣的过程中,实验教学扮演着是非常关键的角色,发挥着举足轻重的作用7。实验教学的过程贴近科研实践,学王宏刚,等:基于科研兴趣培养的细胞生物学实验教学模式生通过实验课程的学习可以初步了解科研、认识科研,形成最初始的科研思维 8-9。利用实验教学来提高本科生的科研兴趣可以在拔尖创新人才的培养中起到事半功倍的效果 10-11。细胞生物学是生命科学中非常重要的一个分支学科,是现代生命科学研究中较为活跃的一个领域,2000 年以来,共有十多项来自该领域的研究成果获得诺贝尔奖12。细胞生物学也是众多生命科学类专业本科生未来从事科研时要涉及到的领域。“细胞生物学实验”是一门生命科学类专业本科生的基础必修实验。以讲授细胞生物学领域科研中常用的基础实验技术为主要内容。“如何利用细胞生物学实验的教学来培养本科生对科研工作的兴趣”的研究对构建新型拔尖创新人才培养模式有着重要的意义。1 注重实验项目创新,建立科学的课程内容体系实验项目是实验课程体系的核心部分,为了能够更好地提高学生的科研兴趣,培养创新性人才,本科生的“细胞生物学实验”在实验项目的选择上,需要着重考虑如下三点。1.1 实验技术的应用范围要广细胞生物学领域涉及的研究方向有很多,常用的实验技术也有很多,本科生在未来从事的研究领域也有一定的未知性,因此应选择在大多数领域能广泛应用的实验技术,保证能够满足大多数学生未来的需要;另一方面,应用范围较为宽广的实验技术能够吸引学生的学习兴趣,以达到激发学生主观能动性、提高学生科研兴趣的目的。以间接免疫荧光标记技术为例,该技术是一种利用荧光技术对细胞内的特定蛋白质进行定位研究,广泛应用于细胞生物学、微生物学、免疫学、病理学及免疫组织化学等学科的相关研究中。这项技术的原理较为简单,操作难度适中,在科研中应用范围广,非常适合作为本科生的实验项目开设。1.2 保持与科研实践的紧密结合随着科学的发展,研究的深入,科研中使用的技术也在日新月异地发展,新的技术不断出现并广泛应用于科学研究中。在实验教学中选择实验内容也应该与时俱进,及时将科研中出现的新技术转化为实验项目,应用到本科生的实验教学中,像细胞转染、细胞凋亡检测、干细胞培养等方面的相关技术都可以经过适当的改造,设计成为适合本科生学习的“细胞生物学实验”项目,通过这些实验内容来吸引学生的关注度,对提高他们的科研兴趣会有很大的帮助。1.3 保持实验项目之间的连贯性,使课程内容从整体上更加系统作为一门基础必修实验课,不仅要保证每一项实验内容能够满足本科生的需要,还要要求将这些实验内容串联在一起形成一个科学的整体,使整个课程的教学体系具有较好的系统性,而不是一个个完全独立的实验。例如:在“细胞生物学实验”教学内容的安排上,可以以细胞培养为起点,以细胞的结构和生理活动为主线展开教学。以细胞培养为主线,辅以细胞器的荧光观察、细胞转染、细胞凋亡检测、细胞生长曲线测定、细胞分裂检测等实验,构成一个完整的系统。可以让学生在学习的过程中充分结合理论课的知识,做到融会贯通,相信可以极大地提高学生的认可度,为培养其科研兴趣奠定良好的基础。依据以上三个原则,南开大学“细胞生物学实验”课程组在原有实验内容体系的基础上进行了改进,为生物学科的拔尖学生建立了新的“细胞生物学实验”课程内容体系,极大地激发了学生的科研兴趣,收到了良好的效果,见表 1 所示。表 1 南开大学生物学科拔尖学生细胞生物学实验内容体系序号实验项目学时主要实验技术1细胞培养6细胞传代培养、无菌操作2药物对细胞生长曲线的测影响6细胞计数、MTT 法测定细胞生长曲线3有丝分裂与减数分裂观察4临时装片制作、普通光学显微镜的使用4端粒序列的荧光原位杂交4荧光原位杂交技术、荧光显微镜的使用5细胞凋亡的检测与观察 6吖啶橙、台盼蓝及 DNA 凋亡梯状带检测细胞凋亡的方法6细胞骨架微管蛋白的荧光标记6间接免疫荧光标记技术、荧光显微镜的使用792 注重教学手段创新,建立高效的教学方法体系实验课程的教学方法是保障教学效果的重要前提。为了提高本科生的科研兴趣,必须要在教学方法上展开积极的研究,调用各种教学资源,将多种教学方法综合应用的教学中,让学生能够在有限的教学课时内高效地学习和掌握教学的内容13-14。就“细胞生物学实验”的教学而言,其教学过程中应注意如下内容。2.1 重视拓展引导式教学对于像“细胞生物学实验”这样的基础实验课,先讲实验目的和实验原理,再讲实验步骤和预期结果,最后布置思考题的传统的教学方法已经不能吸引学生的兴趣,满足学生的需要了。想要培养学生的科研兴趣,必须要将教学内容拓展到其在科研中的具体应用,告诉学生这项实验技术或者方法能够解决什么样的问题,在科研中是怎么应用的,利用该技术曾做出过哪些重大科研成果。在课前,可以先给学生布置一下跟实验内容相关的综述性文献。通过这一简单的方法在引导学生主动了解课程内容相关知识的同时,初步锻炼学生的文献阅读能力,来达到提升学生科研兴趣的目的。课后,可以引导学生主动查找相关文献来学习课程中涉及到的实验技术在科研中应用的实例,从而加深学生对教学内容的掌握程度。通过这些来引导式与拓展式的教学方法来使学生对科研产生浓厚的兴趣,从而提高教学的效果。2.2 加强开放互动式教学同理论课教学相比,实验课的课堂更加开放,为师生之间的互动提供了便利的条件。课堂翻转、虚拟仿真、微课教学等新型教学理念和方法出现和推广更是为互动式与开放式教学提供了多种具体的实施途径。在课前,学生利用可以虚拟仿真、文献查阅等形式对实验内容进行充分的预习,了解实验内容的原理、操作步骤并对实验中可能出现的问题提出疑问。在课堂上,由教师对学生在预习中发现的问题进行针对性的讲解,对实验中的关键步骤则可以结合教学视频、微课等形式向学生进行讲解和示范,让学生能够直观地看到实验步骤的操作方法,然后再动手进行操作,做到有的放矢,提高课堂的效率。实验结束以后,采取师生共同讨论的形式对实验进行总结。实验技术的学习需要一个熟能生巧的过程,学生经过多次反复地操作练习才能到达熟练掌握的程度,这就要求实验教学能够打破传统课时的限制,做到充分对学生开放。在“细胞生物学实验”的教学中最典型的就是细胞培养技术,这项技术是科研中常用一项实验技术,普通的细胞培养操作过程并不十分复杂。但对于本科生来说,他们必须要通过大量的练习,并针对练习中遇到的问题同教师进行交流才能达到熟练掌握的目的。而课上有限的时间根本无法达到这一效果。这就需要为学生提供课下进行练习的机会。通过面向本科生开放实验室,使他们有机会真正走进实验室,真正接触科研,才能更好地激发他们对科研的兴趣。3 注重考核方式创新,建立多元的成绩评价体系实验课程的成绩评定是教学过程中非常重要的一环。只有在课程成绩中能够体现出学生付出的成绩评价体系才能得到学生的认可,起到激发学生科研兴趣的作用15。实验课的一个重要特点是学生不仅需要动脑去理解实验原理,记忆操作重点,还要动手来操作仪器,得到实验结果。因此,实验课的成绩评价体系也不能单单依靠一张试卷,几次作业来构成,而应该是多元化的评价体系。南开大学细胞生物学实验的成绩评价体系由实验操作、实验考试、实验预习、实验报告及实验素养等五个方面组成。该成绩评价体系的最大特点是重视对学生课堂实验操作,尤其是对操作细节规范性的考核。此外,还将实验素养作为一个单独的考核单元,体现了对培养良好实验素养的重视。3.1 实验操作开设实验课程的主要目的是训练学生正确、科学的实验操作。因此,实验操作的规范性必须作为成绩评价体系的核心,在成绩评价体系中占 40%。实验操作规范性的考核需要贯穿实验教学的整个过程,深入到每一个细微的环节。移液器的使用、滴片的手法、离心机的操作等每项基本实验技能的考察都要做到位,只有牢固地掌握了这些最基本的实验操作技能才能为学生未来的科研工作奠定扎实的基础。3.2 实验考试实验考试是考核学生学习效果的一种重要手段。考虑到实验教学的实际特点,该项目所占比例不需要很高,为 20%,具体方式也不固定。可以选择某项较为基本的实验操作进行考试,如显微镜操作、压片法制作临时装片等;也可以对某些实验技术的原理进行理论考试,考察学生对这些实验技术掌握的深度,如:免疫荧光标记的原理、减数分裂前期I 中各时期染色体形态的特点等。将理论知识考试89 王宏刚,等:基于科研兴趣培养的细胞生物学实验教学模式和实验操作结合组成一个多元化的复合型考试方式也是比较受学生欢迎的一种方式。3.3 实验报告实验报告的撰写是实验教学的一个重要组成部分,对实验报告的评价占总评价体系的 20%。为了培养学生的科研兴趣、提高学生的科研能力,“细胞生物学实验”要求学生采用科技论文的格式书写实验报告,对实验报告的考核主要包括格式和内容两个方面。要求摘要简洁明了,关键词精准合规,实验方法详细真实,实验讨论有理有据。3.4 实验预习预习是实验教学中非常重要的一个环节,是保证教学效果的基本手段。对实验预习的考核占总成绩 10%,该部分的考核通过检查预习报告、课堂提问等多种方式进行。实验预习报告的格式和字数均不设具体要求,要求学生写明本次实验的大致步骤,提出自己的疑问。实验预习的考核还可以通过线上的方式进行,由教师在线上预习系统发布若干问题,学生需要在课前完成这些问题,根据学生答题的情况,教师可对学生的预习效果进行评判,给出实验预习成绩。3.5 实验素养实验素养成绩的设立是为了通过实验教学培养学生正确的科研态度和良好的科研习惯。实验素养的考核主要从学生对实验室规章制度的遵守情况入手,帮助学生建立良好的规则意识和安全意识,是其能够真正做到德才兼备,占总成绩 10%。针对实验素养的考核,专门制定了实验素养成绩考核体系,共包括实验室安全、良好实验习惯养成、课堂纪律 3 大类 13 项要求条款,当学生触犯其中的条款,就会被扣除相对应的分数,例如:不按规定填写仪器使用记录一次,扣 2 分。为了突出实验素养的重要性,实验素养成绩考核体系中还要求如果扣除满 10 分,实验课总成绩即为不及格。4 结语随着国家创新人才培养战略的推进,如何发挥实验教学在实现创新人才培养的作用已经成为教学改革的一个重要方向。通过“细胞生物学实验”的教学,让学生建立起对科研浓厚的兴趣,对学生未来的成长和拔尖创新人才培养有着重要的意义。本文以细胞生物学实验为抓手从教学内容、教学方法、成绩评价三个方面对如何利用基础课程的实验教学来提升本科生的科研兴趣、培养拔尖创新人才进行了探索,受到了学生的欢迎,收到了良好的效果。参考文献(References):1 张建红.“双一流”建设背景下我国高校拔尖创新人才培养研究J.江苏高教,2021(7):70-74.2 宋宏涛,李万杰,向本琼,等.生物学综合实验课程体系设计及实施以北京师范大学“基础学科拔尖学生培养试验计划”为例J.实验室研究与探索,2019,38(1):175-178,223.3 宋纯鹏,王刚,赵翔.科教协作:“双一流”建设高校拔尖创新人才培养模式的变革J.中国大学教学,2021(6):6-10.4 王昊,苏懿,孙雪青,等.生物医学科学拔尖人才创新能力培养体系的构建与实践J.中华医学教育杂志,2021,41(5):429-432.5 吴永革,孟祥玉,刘成柏,等.关于大学生科研兴趣培养的实践探索以吉林大学唐敖庆班的新生研讨课为例J.当代教育实践与教学研究,2019(15):176-177.6 刘成柏,吴永革,陈妍,等.以兴趣培养为导向,以国际高水平学术竞赛为依托的“拔尖创新人才”培养模式的研究J.高校生物学教学研究(电子版),2019,9(2):58-61.7 章军,王勤,王立红,等.以课题式实验教学提高学生科研兴趣和科研能力的探索 以“遗传学实验”为例J.高校生物学教学研究(电子版),2018,8(6):9-12.8 吴宁,吴遵秋,康颖倩,等.基础医学实验教学中心“多元立体式”人才培养体系的探索与实践J.实验室研究与探索,2021,40(5):214-217.9 石景龙,汪雨冰,于永江,等.“双一流”背景下的创新人才培养与实验课建设融合创新J.实验室科学,2020,23(4):219-221,225.10 刘红瑜,金谷,姚奇志,等.双一流背景下培养拔尖人才的分析化学实验课程的建设J.大学化学,2021,36(2):5-12.11 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