“生命科學(xué)導(dǎo)論實驗”課的實踐與改革

李 霽， 吳 敏， 曾冬云， 邵愛萍， 章 驥

(浙江大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310058)

0 引 言

生命科學(xué)的發(fā)展對自然科學(xué)和人類社會正發(fā)揮著越來越重要的作用，對非生物類專業(yè)的學(xué)生通過開設(shè)“生命科學(xué)導(dǎo)論”課程，培養(yǎng)生命科學(xué)素養(yǎng)已成為大學(xué)生素質(zhì)教育的一重要內(nèi)容[1-5]。但生命科學(xué)是一門實驗性很強的學(xué)科，為了加深學(xué)生對生命科學(xué)的認識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并對現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)有所了解，開設(shè)“生命科學(xué)導(dǎo)論實驗”課就成為必然[6-9]。浙江大學(xué)于1999年開設(shè)了“生命科學(xué)導(dǎo)論實驗”課[10]，經(jīng)過14年的發(fā)展，已形成了一套成熟的體系，但也出現(xiàn)了一些新的問題，本文闡述了導(dǎo)論實驗課的實踐過程及在此過程中進行的一些重要改革措施，并展望了未來的改革方向。

1 實驗內(nèi)容的實踐與改革

導(dǎo)論實驗的學(xué)生來源廣泛，有理科、工科和文科，絕大部分為大一的新生，有關(guān)生物學(xué)的理論知識單薄，至于生物學(xué)方面的實驗知識和技能則普遍比較平乏，特別是微觀方面。因此在選擇實驗內(nèi)容時，既要在中學(xué)生物學(xué)基礎(chǔ)上有所發(fā)展，又不能選擇難度太大的。應(yīng)選擇實驗原理易懂，操作不太復(fù)雜，具有一定趣味性和實用性，并能反應(yīng)生物學(xué)各學(xué)科最基本、最典型并具有一定先進性的實驗內(nèi)容。為了增加學(xué)生的實驗興趣，最好選擇與學(xué)生的實際生活密切相關(guān)的實驗內(nèi)容。導(dǎo)論實驗自開課以來，從最初的觀察性實驗、檢測性實驗及生化與分子生物學(xué)實驗3個單元8個實驗，經(jīng)過不斷的實踐、改進和優(yōu)化，形成了如表1的8個單元共18個實驗的實驗體系[11-12]。

表1 生命科學(xué)導(dǎo)論實驗安排表

由表可見，實驗內(nèi)容幾乎涵蓋了生物學(xué)的各分支學(xué)科，所涉及的技術(shù)都是各分支學(xué)科中最基礎(chǔ)、最典型的，實驗對象常常就是學(xué)生本身或?qū)W生周圍的事物，學(xué)生做的興趣比較大。如環(huán)境微生物的檢測，以學(xué)生周圍的實驗環(huán)境如門把手、工作臺面，學(xué)生自身如手、頭發(fā)，牙垢、噴嚏、鼻腔等為對象，采集這些部位的微生物進行培養(yǎng)，通過觀察菌落的種類和生長情況考察這些部位的清潔程度。這樣一下就拉近了學(xué)生和實驗的關(guān)系，而且實驗結(jié)果因與學(xué)生本身有關(guān)，學(xué)生對結(jié)果充滿期待，從而可明顯提高學(xué)生對實驗的積極性和興趣。

2 教師的配置和實驗時間的安排

為了充分展示各分支學(xué)科的特點，每個單元都配備了兩個專門從事該學(xué)科教學(xué)和科研的專職教師，而不是一個教師上完全部實驗，這樣的方式有利于學(xué)生博采眾家之長，學(xué)習(xí)到各分支學(xué)科的精髓。由于實驗教師都是長期從事相關(guān)學(xué)科教學(xué)和科研的一線教師，既具有豐富的教學(xué)經(jīng)驗，又具有相關(guān)學(xué)科深厚的專業(yè)背景，因此比較清楚各學(xué)科的魅力所在，也更知道應(yīng)如何通過教學(xué)環(huán)節(jié)的改革來提高學(xué)生的實驗興趣。另外這種配置能充分利用實驗中心的硬件條件，一個早上可以8個實驗室同時開放，分別上8個單元的實驗，這樣的方式能明顯提高教學(xué)的效率，也更有利于學(xué)生根據(jù)自己的時間段來靈活選擇做實驗的時間。

為避免與學(xué)生的其它上課時間沖突，導(dǎo)論實驗均安排在周六和周日進行，上、下午各1個班，每班25～30人，每個短學(xué)期10～16個班，安排在3～4周完成全部教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生即可跟班做完8次試驗，也可根據(jù)自己的實際情況在實驗人數(shù)允許的情況下?lián)Q到別的班做實驗，學(xué)生每做完1個單元的實驗即可獲得該單元的成績，8個單元的成績總和即為實驗課的總成績。總之只要在3～4周的時間內(nèi)做完全部8個單元實驗，即可獲得成績。這種靈活的時間安排更符合學(xué)生的實際需要，更有利于學(xué)生利用自己的空余時間來發(fā)展自己的興趣、提高自身的素質(zhì)。

3 課程的實踐與改革

導(dǎo)論實驗課開課之初屬于“生命科學(xué)導(dǎo)論”理論課的配套實驗課，16學(xué)時,0.5學(xué)分，必須選修理論課才能選修實驗課。但實踐發(fā)現(xiàn)，不少學(xué)生雖然對理論課不感興趣，但對能做一點生物學(xué)方面的實驗卻很感興趣，因此經(jīng)過十多年的發(fā)展，導(dǎo)論實驗課已從導(dǎo)論理論課中獨立出來，不再依附于理論課，成為32學(xué)時，1學(xué)分的單獨課程。學(xué)生可根據(jù)自己的意愿單獨選修實驗課或同時選修理論課和實驗課，這樣的體系特別適合于非生物類專業(yè)的學(xué)生。因為有的學(xué)生可能覺得理論知識有難度，沒有學(xué)習(xí)的興趣，但對生物學(xué)的實驗卻充滿了興趣，如果理論課和實驗課綁架在一起，可能會因為對理論課的畏難情緒而棄選，現(xiàn)實驗課獨立了出來，學(xué)生可根據(jù)自己的意愿做選擇，從心理上更易接受。而作為課程教學(xué)組，只要能培養(yǎng)學(xué)生對生物學(xué)的興趣，就達到了開課的目的，至于這種興趣是通過理論課培養(yǎng)的還是通過實驗課培養(yǎng)的并沒必要計較。而且生物學(xué)是一門實驗性很強的學(xué)科，通過實驗來培養(yǎng)學(xué)生對生物學(xué)的興趣對非生物類專業(yè)的學(xué)生來說更為直接、快捷和有效。學(xué)生在實驗過程中通過親自操作儀器、器具，仔細觀察實驗現(xiàn)象，具體分析實驗結(jié)果，很容易感受到生物學(xué)的魅力，培養(yǎng)出對生物學(xué)的興趣，也容易找到自己學(xué)科與生物學(xué)的交叉點，更能深刻體會技術(shù)進步對科學(xué)和社會的巨大推動作用。如PCR儀就是計算機、材料、機械和生物的有機結(jié)合，從生物特異性擴增的角度確定了PCR反應(yīng)的流程，利用計算機知識將此流程編制成程序，選用特殊的材料作為加熱器，使相差20～40 ℃的溫度能在30 s內(nèi)進行快速的切換，再從機械的角度使三者有機地結(jié)合為一臺儀器，于是才產(chǎn)生了PCR儀，這其中缺少了任何一方的知識都不行。而正是由于PCR儀的誕生，才帶來了基因工程的繁榮，基因工程對現(xiàn)代科學(xué)的巨大推動力已有目可見。也正是由于基因工程的發(fā)展，使屬于社會學(xué)科的倫理學(xué)、法律等都面臨了新的挑戰(zhàn)。

4 教學(xué)環(huán)節(jié)的實踐與改革

再好的實驗內(nèi)容也需要教學(xué)環(huán)節(jié)的有力配合，導(dǎo)論實驗的老師通過在實踐過程中不斷摸索、改進，逐步形成獨具風(fēng)格的教學(xué)方法，獲得學(xué)生的一致好評。

4.1 動員全班學(xué)生一起進行一次科學(xué)研究

如在酪蛋白的提取實驗中，常用的教學(xué)方法是對一種牛奶品牌中的酪蛋白做提取，從而讓學(xué)生了解蛋白質(zhì)提取的一些思路和方法，這樣的教學(xué)方法對學(xué)生的吸引力并不大。但如果對教學(xué)方法作改進，如通過挖掘?qū)嶒灥纳钜饬x將酪蛋白的提取與牛奶的品質(zhì)相聯(lián)系，通過選用不同種類的牛奶品牌，特別是學(xué)生經(jīng)常會喝的一些牛奶品牌作材料，將全班同學(xué)分成幾組，每組同時做兩個品牌或兩組同時做一個品牌，通過對牛奶中酪蛋白的提取來考察牛奶的品質(zhì)，最后再全班同學(xué)一起做總結(jié)，通過實驗結(jié)果的分析比較各品牌牛奶的品質(zhì)，這樣相當(dāng)于利用同樣的時間段，動員全班同學(xué)的力量一起作了一次科學(xué)研究。實踐證明這種教學(xué)方法的改進明顯提高了學(xué)生的實驗興趣和積極性。而且由于這種研究與學(xué)生的生活密切相關(guān)，研究的結(jié)果可以直接指導(dǎo)生活，因此學(xué)生非常感興趣，親切地稱為“生活中的科學(xué)”。還可在不同的學(xué)期考察不同的牛奶品牌，使實驗充滿新鮮感。也可在此基礎(chǔ)上進一步深入，對牛奶中的三聚氰胺、抗生素或防腐劑等做檢測[13-15]，以進一步提高學(xué)生的研究興趣。

4.2 讓實驗延伸到課堂外

在植物組織培養(yǎng)與煙草試管苗的誘導(dǎo)實驗中，傳統(tǒng)培養(yǎng)是將煙草的愈傷組織接種到培養(yǎng)瓶中，于25 ℃光照培養(yǎng)12 h后觀察結(jié)果，全部培養(yǎng)過程均在實驗室完成，學(xué)生無法觀察到植物的整個發(fā)育過程，因此對該實驗的興趣度較低。后經(jīng)實驗老師改進，專門定制了蓋子上有掛繩適合于組織培養(yǎng)的微型培養(yǎng)管，學(xué)生可方便地將此培養(yǎng)管栓在鑰匙鏈上或書包帶上隨身攜帶[16]。實驗時將煙草的愈傷組織接種到這樣的微型培養(yǎng)管中，封好管后讓學(xué)生將此帶回去進行培養(yǎng)，這種培養(yǎng)雖然煙草苗生長的速度會比在實驗室慢一些，但學(xué)生卻可方便地觀察煙草苗的整個生長過程。看著一片片煙草小葉逐漸萌發(fā)而出，學(xué)生的激動可想而知，從而一下就提高了學(xué)生的實驗興趣和成就感。另外學(xué)生將此迷你型培養(yǎng)管掛在書包帶上或鑰匙鏈上，當(dāng)幼苗長出后，對學(xué)生本人而言無疑是一件非常有意義的裝飾品，學(xué)生帶著這樣的裝飾品在校院內(nèi)走動，無疑就是一個活廣告，可明顯提高導(dǎo)論實驗課的影響力。

4.3 讓實驗成果成為一項藝術(shù)品

在植物微型標(biāo)本和動物人工琥珀標(biāo)本的制作中，常用的教學(xué)方法是利用實驗室的器具如載玻片、方形紙盒來作為制作標(biāo)本的模具，這樣學(xué)生雖然學(xué)習(xí)到了標(biāo)本的制作方法，但制作的標(biāo)本卻全部留在了實驗室，這些標(biāo)本對實驗室來說并沒有多少保留的價值，甚至可能做完就全部銷毀了，但對學(xué)生來說卻不同。如能定制一些具特殊形狀的迷你型模具如水滴形、心形、五角星形、月牙形等作為制作標(biāo)本的模具[17]，然后將一些顏色鮮艷的植物微型器官如小花朵、小葉片及一些微小型動物置于其中，再用樹膠或人工琥珀進行包埋，成型后將模子取出，這樣制作出的標(biāo)本外形美觀漂亮，而且由于包埋劑透明，標(biāo)本中的動植物栩栩如生，直接就是一件藝術(shù)品，如果允許學(xué)生將其帶走，不但可用于裝飾，還是一件非常有紀念意義的成果，可明顯提高學(xué)生對實驗的興趣。學(xué)生如將其向同學(xué)展示，還可對導(dǎo)論實驗課起到免費宣傳的作用，使其他學(xué)生產(chǎn)生向往，并進而樂于選修導(dǎo)論實驗課。

5 改革展望

每個單元實驗做完后，都要求學(xué)生書寫實驗感想。其好處：① 可了解學(xué)生的興趣點和教學(xué)中做得比較好得到學(xué)生贊同的地方，為以后的教學(xué)提供依據(jù)。② 更為重要的是可了解教學(xué)中的不足之處，為以后教學(xué)改革提供依據(jù)和方向。如通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)學(xué)生對生物學(xué)的興趣點存在差異，一些學(xué)生偏重于喜歡與生化或分子生物學(xué)有關(guān)的內(nèi)容，希望多做一些這方面的實驗，另一些學(xué)生則偏重于微生物或組織培養(yǎng)等，解決的方法是進行菜單式教學(xué)。可通過兩種模式進行：

(1) 完全自由選擇模式。將所有可做的實驗內(nèi)容都提供出來，標(biāo)出每個實驗所需的學(xué)時數(shù)及所占的學(xué)分點，由學(xué)生根據(jù)自己的興趣自己選擇所做的實驗內(nèi)容，沒有單元的限制，只要達到32學(xué)時1個學(xué)分點即可。這種方式最突出的優(yōu)點是內(nèi)容完全是學(xué)生根據(jù)自己的興趣選擇的，學(xué)生做實驗的積極性很高。最突出的缺點是每個實驗學(xué)生人數(shù)的不確定性及教師準(zhǔn)備實驗的復(fù)雜性，因此實施的難度較大。

(2) 模塊式選擇模式。將導(dǎo)論實驗分成生化與分子生物學(xué)、微生物與組織培養(yǎng)、動植物與生理等幾大模塊，每個模塊的實驗內(nèi)容固定，標(biāo)出每個模塊的學(xué)時數(shù)，由學(xué)生根據(jù)自己的興趣任選2～3個模塊來做。這種模式既具有一定的靈活性又具有相對的穩(wěn)定性，因此實施的可行性更大一些。但不管執(zhí)行哪種菜單模式，實驗內(nèi)容都需在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上擴大，因此教材的改進是執(zhí)行菜單式教學(xué)的前提，目前課程組已在做這方面的工作。另外也要考慮到一些學(xué)生可能并沒有明確的興趣偏向，更希望對生物學(xué)的各分支學(xué)科都有所了解，因此現(xiàn)有的內(nèi)容體系仍然有保留的必要，可將其定為基本型，供學(xué)生選擇。

調(diào)查還發(fā)現(xiàn)經(jīng)過導(dǎo)論實驗后，有部分學(xué)生對生物學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣，甚至明確表示希望轉(zhuǎn)到生命科學(xué)學(xué)院來學(xué)習(xí)，對這部分學(xué)生應(yīng)支持和鼓勵。另有部分學(xué)生雖然沒有轉(zhuǎn)到生科院的想法，但希望能再多做一些生物方面的實驗，解決的方法有三條途徑：進行菜單式教學(xué)，使學(xué)生能更多地選作自己感興趣的實驗。利用實驗中心各開放實驗室的條件，提供一些實驗內(nèi)容，由學(xué)生自主進行實驗。建議學(xué)生以后選擇生科院所開設(shè)的相關(guān)課程，以進一步提高生物學(xué)理論知識和實驗技能。

6 結(jié) 語

雖然生命科學(xué)導(dǎo)論實驗課經(jīng)過多年的實踐和改革已建立了一套相對完善的課程體系，獲得了廣大學(xué)生的一致好評，但改革的步伐并沒有停止，仍然在繼續(xù)邁進，在以后的課程建設(shè)中，還需要通過不斷的學(xué)習(xí)和探索，引入新的實驗內(nèi)容、新的實驗技術(shù)、新的教學(xué)方法和更好、更靈活的課程體系，以培養(yǎng)出更多熱愛生命科學(xué)的高素質(zhì)復(fù)合型人才。

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