本科生開設“動物細胞培養”實驗的探索

王宏剛， 陳成彬， 王春國， 陳 力， 宋文芹， 白艷玲， 張金紅， 劉 方

(南開大學生物實驗教學中心，天津 300071)

0 引言

近年來，細胞生物學領域的研究范圍已大大拓寬，來自各專業的科學家不斷地加入該領域進行細胞結構和功能的研究，細胞培養技術變得越來越重要，利用細胞培養技術研究生命現象的項目和從事生產活動所獲得的成果越來越多，細胞培養這項技術不僅在過去、現在乃至將來都是生命科學研究領域所必需的一門經典技術。

動物細胞培養是通過模擬細胞體內的生長環境，在無菌、適當溫度和一定營養條件下，使細胞在體外生存、生長、繁殖及維持其功能和結構的方法。“動物細胞培養實驗”是細胞生物學的重要組成部分，它應用廣泛，已經在病理學、微生物學、免疫學、藥理學、遺傳學和腫瘤學等多個學科領域[1-3]。但在動物細胞培養技術的教學方面，鑒于動物細胞培養在技術上有一定的難度，再加上實驗室硬件條件、課程學時等條件的限制，國內其他高校主要針對研究生開設這類課程，或通過綜合性或開放性的選修實驗課程來向本科生開設這類課程[4-6]。考慮到作為生命科學類專業的本科生，應該系統完整地掌握細胞培養的基本原理和方法，我們對如何在本科生的基礎必修課中開設動物細胞培養實驗進行了一系列的探索，并在伯苓班(生物)的“細胞生物學實驗”課程中進行了教學實踐。

1 教學內容的設置

培養學生創新思維與實踐動手能力是我們實驗教學的主要宗旨之一，通過實驗課的教學不僅要幫助學生了解和掌握實驗技能，更重要地是加強學生的道德修養，培養學生認真的工作態度和團隊合作精神[7-8]。由于動物細胞培養具有培養要求高、操作難度大等特點，因此，動物細胞培養技術具有極強的實驗性和實踐性，實驗技能與理論基礎缺一不可。目前，開設實驗課的難點在于能否在有限的學時內、有限的儀器設備條件下實現我們的教學宗旨，為此我們在教學內容上進行了探索。動物細胞培養是作為基礎必修實驗課“細胞生物學實驗”的一部分內容，學時數受到一定的限制，且授課的對象為大學二年級的本科生，專業基礎課的知識儲備還比較薄弱，根據這種情況我們設置了四部分的實驗內容:①是了解用組織塊貼壁培養法和消化培養法進行細胞原代培養的實驗方法，由于學時的限制這部分內容主要以穿插看錄像為主，使學生有一個感性的認識;②掌握基本的動物細胞培養技能——動物細胞的復蘇、傳代和凍存;③ 是對培養細胞生長活力進行測定，進一步驗證細胞培養的成功與否;④利用細胞培養技術對腫瘤細胞進行不同藥物的處理進而檢測腫瘤細胞的生長活性，使該技術如何在基礎研究中的應用有所了解。

通過對這四部分實驗內容的學習，學生可以系統完整地掌握動物細胞傳代培養中從復蘇到凍存的整個過程，并學會細胞培養技術如何在研究中進一步的應用，使學生具備在科研實驗室獨立進行細胞培養實驗的能力。

此外，在對細胞培養技術進行學習的過程中，學生的多種實驗技能都可以得到鍛煉和提高，比如:無菌操作、細胞計數、倒置顯微鏡、酶標儀和離心機的使用等。

2 實驗講義的編寫

近年來細胞生物學發展的速度非常快，新技術不斷涌現。相比之下我們開設的實驗內容卻顯得比較陳舊，明顯落后于細胞生物學的發展。在強調培養學生注重知識能力和素質全面發展的努力下，我們積極努力探索實驗教學的方法，尤其是教材方面的改革，使學生能夠擴展科學的視野。

我們通過實踐認為，一本適合學生閱讀的實驗講義，可以為學生對實驗課程的預習提供很大的幫助，對于實驗教學起到事半功倍的效果。就目前而言，關于動物細胞培養技術方面的教材種類繁多，不同的作者及教科書在內容體系的編排、培養物的例證及闡述的側重點等多方面呈現各自的風格和特點。為了與實驗內容和教學方法更好地貼合，充分體現教材的系統性、先進性和實用性，在這個原則下，在參考了多本相關教材的基礎上，結合我們自身的教學實踐經驗、實驗技巧和研究成果編寫了實驗講義。實驗中的每一個教學環節都經過了老師們的反復推敲和實踐，因此具有很好的可操作性。

在細胞培養實驗講義中:①采用了較大的篇幅來講解實驗背景與實驗原理，希望借此可以幫助學生通過實驗預習，更加透徹地理解實驗中的基本原理，只有這樣，學生才會了解每一個實驗步驟的原理是什么，要達到什么樣的效果，重點強化了要點提示及注意事項。②每個實驗的最后都會列出3～5個思考題，來引導學生進行思考，培養學生的觀察能力、實踐動手能力、鍛煉學生分析問題和解決問題的能力以及科研創新的能力。③以附錄的形式在實驗講義中將動物細胞培養中常用的技術如無菌操作的要領、細胞計數的方法、測定細胞生長曲線的方法等做了詳細的介紹。④ 為了使學生更好的理解與學習相關的實驗內容，將部分實驗的內容的錄像提供給學生，供學生在實驗的間隙進行學習和參考，使學生對細胞培養有一個全面完整、系統地了解。

3 教學方法的研究與實踐

教學方法關系到教學質量和人才培養質量，在優化組合教學內容的前提下科學的教學方法才是通往高教學質量的橋梁[9]。在現代的教學中，培養創新人才已成為我們高等教育的核心內容。這就要求學生必須具有全面的專業基礎素質，較高的科研素質以及卓越的創新能力，才可能在將來在高科技領域直接參與科學研究與知識創新活動[10-12]。因此，我們在教學中積極轉變教育觀念，將“授人以漁”的主導思想貫徹于始終，不僅僅是培養學生的動手操作能力，更重要的是培養學生的科學思維、創新性、思辯性和自學能力，起到拋磚引玉的作用，使學生開拓視野，啟迪智慧，了解新思路、新觀點，為后續學習及今后科研訓練、畢業論文等奠定基礎。

在教學的組織上，我們采用教師課堂上講授指導學生課余時間練習的開放式教學方法。在課堂上，首先由教師對實驗的原理及方法進行講解，并對重點的步驟進行示范。反復強調細胞培養實驗不同于其他實驗，步驟多、整體性強、操作要求嚴格、不能污染細胞等，而且上一實驗的結果往往會影響下一個實驗。要求學生要掌握要領，反復練習。然后，由學生獨立進行操作。在此過程中，教師根據每個學生操作的具體情況對其進行指導。實驗分兩次完成:第一次安排細胞的復蘇實驗，由教師提供處于凍存狀態的細胞供學生進行復蘇;第二次安排細胞的傳代和凍存，學生使用自己復蘇的細胞進行傳代和凍存實驗。

由于細胞培養課程實驗內容多、課時少，實驗項目必須在有限的時間內完成，增加了實驗課程實施的難度。例如由于參加細胞培養技術課程學習的學生人數多，無法在短時間內安排所有學生進入無菌間實驗操作，我們采取分批、分組進入培養室進行實驗操作。由于課堂上操作的實踐時間較少，我們又采用開放式教學的方法，課后，學生可以利用自己的“校園一卡通”注冊實驗室的門禁管理系統，注冊后學生可以利用自己的課余時間刷卡進入實驗室進行練習，以達到對實驗內容的熟練掌握。在后續的“細胞生物學實驗”課程中以動物細胞為實驗材料的實驗如:細胞骨架的觀察、熒光原位雜交、細胞凋亡、細胞生長活力測定等所用的細胞均由學生自己培養，這不僅給學生提供了大量動手實驗操作的機會，而且提高了學生對實驗課的興趣和自己動手的能力及分析問題解決問題的能力，也培養了學生的團隊合作和責任心意識。

4 實驗報告的要求

實驗報告是教師了解學生掌握實驗的狀況和進行成績評定的重要依據。實驗報告的寫作是提高大學生寫作能力、科研能力的一個重要手段。實驗報告是完整的記錄實驗的全過程的一種形式，它包括了對實驗結果的分析和總結，不但有助于學生理解和掌握實驗目的、意義、方法和技能，還能通過觀察分析實驗現象和結果，得出學生自己的體會和結論，從而激發學生的學習興趣，養成多觀察勤思考、善總結的好習慣。這對他們今后走向工作崗位，成為具有創新能力的人才很有幫助，這也是當今素質教育所倡導的[13-14]。

以往的常規實驗報告的書寫要求是:題目、實驗目的、實驗原理、主要試劑和儀器、實驗操作、實驗結果。為了進一步提高學生分析問題和觀察問題的能力，我們將實驗報告的書寫格式進行了改革，以論文的格式進行書寫，雖然增加了難度，但提高了學生的書寫和分析問題的能力，為以后科學論文的撰寫奠定了基礎。論文式實驗報告的書寫要求:①題目;②前言(國內外的進展及實驗目的);③材料和方法(包括實驗材料、試劑、儀器和方法步驟;④實驗操作，強調不能照抄實驗講義上的操作，要求用盡可能少的文字描述操作要點);⑤實驗結果，要求盡可能詳實地描述結果;⑥討論，是整個報告的重點部分，要求結合實驗原理對結果進行分析討論。并通過查閱文獻，讓學生用學到理論知識對實驗過程和結果做出認真仔細的分析，實驗結果不理想的，要認真分析實驗失敗的原因和可能存在污染的環節，最后提交一份以科技論文格式撰寫的實驗報告。

5 教學改革過程中的體會

5.1 教學內容和體系編排的優化

根據教學計劃，我院的細胞生物學實驗課程課時較少(32學時)，但需要講解的內容多，在有限的時間內還要完成實驗教學，而且細胞培養的周期長、影響實驗結果的因素多，這些都增加了課程實施的難度。在實驗過程中，我們加大了實驗技術操作比重，強化了實驗操作技能的每一環節訓練，要求每一個學生獨立完成所有的實驗內容，每次實驗結束后都會對實驗結果進行點評，通過這些方法來使學生熟練掌握有關動物細胞培養的基本技術，并為其今后進一步深入學習和科學研究創造條件、奠定基礎。

5.2 充分利用現代教學技術手段

動物細胞培養的對無菌操作，環境凈化程度的要求高、涉及到的實驗儀器設備多、用到得實驗試劑價格昂貴等因素，都會給實驗教學帶來較大的困難。為提高實驗教學質量，在每次實驗前，除充分的講解外，老師還會在學生進行操作前進行示范，在實驗的間隙時間，學生還可以反復觀看VCD中的操作演示，獲得多次直觀的感性認識。徹底改變以單純知識傳授為目標的課堂教學模式，形成以能力、技能培養為目標的教學模式。

5.3 采用開放式的教學方式

我們創新性地在基礎必修課的教學中采用的開放式教學方式，給了學生積極發揮自己主觀能動性的機會，也培養了學生的團隊合作和責任心意識。學生利用業余時間不斷觀察自己培養的細胞，根據細胞生長的狀態自己把握時間進行傳代培養，有問題及時與老師溝通，老師進行適當的指導，使用自己培養的細胞為實驗材料進行其他的細胞生物學實驗，提高了學生對實驗課的興趣，也提高了學生自己動手的能力和分析問題解決問題的能力，收到了較好的效果。

在開設細胞培養實驗課探索的過程中，通過學習以及跟學生的交流，在為本科生開設動物細胞培養實驗時，有如下幾個方面要需要特別注意:

(1)必須要求學生樹立嚴格的無菌觀念。按照教學計劃的安排，本科二年級的學生還沒有學習過“微生物學”，因此需要重點要求學生樹立嚴格的無菌操作觀念，從細胞培養所需要的玻璃器皿、塑料制品、移液器、培養箱的滅菌，到實驗操作過程中的每一個細節，都要時刻提醒學生注意無菌操作。

(2)深化學生對細胞培養條件的認識。在課堂講授中，需要詳細講解清楚細胞在體外生長過程的營養需要，包括細胞培養的條件、細胞的營養、環境和影響細胞生長的因素等;此外，考慮到學時的限制以及現在科研實驗室的實際情況，教學過程中采用的培養基、血清等試劑均為商品化的產品，需要學生對每一種試劑的成分及每一種成分的作用都有所了解。

(3)注重學生實踐能力的培養。對于一項實驗技術的掌握，最重要的方法就是加強實踐操作訓練，在課堂上，要嚴格規范學生操作過程中的每一處細節，培養學生良好的實驗素養，只有這樣，才能做到教會學生學習的方法，幫助學生在以后的學習中通過舉一反三來學到更多的知識。

6 結語

通過開設細胞培養實驗，更新教學觀念，優化教學內容，高質量地完成了本科生“動物細胞培養”的各個教學環節，達到了預期的教學目的。學生不僅學習了細胞培養技術，熟悉了常用儀器及實驗器材的使用方法，更重要的是親身體驗了科研活動的內涵，有所感悟，有所啟發。而且受到了一次良好的科研素質訓練，極大地激發了從事科研工作的熱情和興趣[15]。

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