生物學實驗教學中心開放實驗的運行模式探索

龍　燕, 謝志雄

(武漢大學 生命科學學院, 湖北 武漢　430072)

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生物學實驗教學中心開放實驗的運行模式探索

龍燕, 謝志雄

(武漢大學 生命科學學院, 湖北 武漢430072)

介紹了武漢大學生命科學學院生物學實驗教學中心開放實驗的運行模式和成效。該中心對于單一實驗項目、整體綜合實驗項目、專業(yè)導向的實驗項目、科學研究訓練等實驗實訓項目采用開放的、逐層漸進的運行模式,加強了項目建設,注重對學生實驗活動的項目式管理和學生的自主管理。通過開放實驗,學生學習的主動性、綜合素養(yǎng)、科研能力都得以提高,取得了較好的實驗教學效果。

生物學實驗教學中心； 開放實驗； 實驗教學管理

教育質量是高等學校的生命線,實驗教學是培養(yǎng)高質量生命科學人才的關鍵,而開放實驗則是培養(yǎng)學生能力的重要途徑。武漢大學生命科學學院通過開放實驗,旨在培養(yǎng)具有“創(chuàng)新、創(chuàng)造和創(chuàng)業(yè)”精神和能力的生命科學人才,培養(yǎng)學生基本的科學研究素質[1-2]。近年來,學校在開放實驗教學方面做了一些探索,積累了一些經驗,本文總結了生命科學學院生物學實驗教學中心開放實驗的運行模式、成效和新的思考。

1　開放實驗運行的保障

我校生命科學學院生物學實驗教學中心是2005年首批國家級生物學實驗教學示范中心之一。中心一直秉承以學生為本的教學理念,以培養(yǎng)學生自主學習能力、實踐能力、創(chuàng)新能力和綜合素質為目標,強調實踐育人,深化實驗教學改革,充分發(fā)揮實驗教學在人才培養(yǎng)中的自主性和創(chuàng)新性,培養(yǎng)具有國際競爭力的精英人才。

中心的實驗教學體系是由基礎型、綜合型和研究創(chuàng)新型3個層次的實驗教學構成,各層次實驗教學科學地相互銜接,做到重基礎、抓綜合、謀創(chuàng)新。學校、學院十分重視中心的開放實驗運行,投入專項經費予以支持,并且給予大學生業(yè)余科研項目資助。中心開設了專門的開放實驗室和科學研究訓練實驗室,建立了完善的開放實驗室、人員和教學過程管理制度。這些都為中心開放實驗的良好運行提供了強有力的保障。

2　開放實驗運行模式

中心按照不同年級、不同知識基礎的學生和不同課程特點,設置了不同形式的自主性開放實驗,以使學生盡快成長為創(chuàng)新型人才。中心的開放實驗運行模式是從單一開放實驗項目—整體綜合開放實驗項目—專業(yè)導向的開放實驗項目—科學研究訓練項目逐層遞進,做到實驗內容漸進式開放,讓學生從被動學習訓練過渡到自主學習訓練,努力探索與創(chuàng)新[3]。

2.1課程體系框架下的單一開放實驗項目

在為大一學生開設的動物生物學和植物生物學實驗中設立開放實驗項目。按每組2～4人為單位獨立選擇實驗項目；在開放實驗室進行并于當學期完成。

2.1.1植物生物學開放實驗項目

(1) 陸生植物與水生植物光合作用的對比。

(2) 植物比葉面積,含水量的研究。

(3) 沉水植物對環(huán)境的適應。

(4) 植物生長在不同光照條件下的形態(tài)比較。

(5) 探究生長高度對于植物光合作用的影響。

2.1.2動物生物學開放實驗項目

(1) 校園常見鳥類數(shù)量調查和棲息地利用。

(2) 小白鼠走迷宮。

(3) 蝦的體色調節(jié)。

(4) 金魚的催青和人工受精。

2.2整體綜合開放實驗項目

在為大二學生開設的微生物學實驗和遺傳學實驗中,設立開放實驗項目,以4人小組為單位完成細菌分離鑒定、環(huán)境水樣微生物分析、果蠅測交和微核實驗。例如環(huán)境水樣微生物分離鑒定實驗,在開學伊始安排學生從環(huán)境水樣中分離細菌。細菌的鑒定工作由各小組根據(jù)微生物學實驗教學進度,自行決定鑒定內容,學期末給出鑒定結果,進行公開報告。

2.3專業(yè)導向的開放實驗項目

該類實驗為專業(yè)基礎課學有余力、對相關學科研究有濃厚興趣的學生所開設,在生物化學實驗、細胞生物學實驗和植物生理學實驗教學內容外,開放部分復雜的綜合型或者研究型實驗內容。

2.3.1細胞生物學專業(yè)開放實驗項目

(1) 利用彗星試驗檢測化妝品對細胞DNA的損害。

(2) HeLa細胞端粒酶活性和細胞周期關系。

(3) 動物細胞多倍體誘導與中心體倍增的關系。

(4) 銀杏葉提取物和夾竹桃葉提取物對不同細胞凋亡作用的探究。

2.3.2植物生理學專業(yè)開放實驗項目

(1) 100 mg/L GA對水稻種子萌發(fā)和幼苗生長的影響。

(2) 10、50、100 mg/L皂苷(過濾)對水稻種子萌發(fā)和幼苗生長的影響。

(3) 低濃度ABA對水稻種子萌發(fā)和幼苗生長的影響。

2.4科學研究訓練

科學研究訓練是專為高年級學生開設的開放實驗課程,有72學時。中心建立有全開放管理的科學研究訓練實驗室,配有智能化門禁及監(jiān)控系統(tǒng)。學校成立了課程指導小組負責審題、答辯及成績評定；項目指導教師負責學術指導；學生以小組為單位,7個月內利用業(yè)余時間完成訓練。科學研究訓練課程項目分別來源于理科基地創(chuàng)新項目、大學生創(chuàng)新性項目、武漢大學大學生業(yè)余科研重點/面上項目、科研實驗室提供的項目和實驗教學中心科學研究訓練實驗室項目。

部分科學研究訓練項目包括:

(1) 甲醛的檢測和清除過程中酶的借用；

(2) 抗藥性細菌篩選識別及抗性質粒提取鑒定分析；

(3) 中華大蟾蜍身體和年齡結構的海拔差異；

(4) 甲醛操縱子hxlAB的功能驗證(IGEM)；

(5) 融合細菌素的構建和表達(IGEM)；

(6) AHL相關集群信號質粒的構建及在E.coli中應用(IGEM)；

(7) 橫斷山區(qū)及其周邊地區(qū)黑藻譜系地理學的初步研究；

(8) sf9細胞中a基因的鑒定；

(9) 檢測花粉管再分配理論在自然界其他植物中的普適性；

(10) 神農架不同海拔土壤微生物計數(shù)和功能鑒定。

3　成效顯著

通過開放實驗,學生科研興趣提高,并在校外開展各種科普實踐活動,例如舉辦Bio-生科文化節(jié)開幕暨櫻花標本制作活動。該項活動由生命科學學院學生會組織,生物學實驗教學中心提供技術與材料支持,面向社會公眾開放,指導參與者完成植物蠟葉標本和葉脈標本制作。又例如在生物學實驗教學中心科學研究訓練實驗室舉辦了全校“微生物涂鴉大賽”。學生以攜帶綠色熒光蛋白的細菌作為“顏料”,以培養(yǎng)基為“畫布”,用手中的菌液在培養(yǎng)基上畫出自己喜歡的圖案。經過2天的培養(yǎng)之后就能看到菌落(見圖1),直觀地展示了基因工程、熒光標記等專業(yè)科學知識與技能,激發(fā)學生了解生命科學知識與科學問題的興趣。

圖1　微生物涂鴉大賽學生作品

學生通過開放實驗,提高了學習主動性,綜合素養(yǎng)、科研能力也得以提高。2014—2015年本科生在核心期刊以上刊物公開發(fā)表研究論文19篇,其中16篇SCI論文(學生徐洛浩的論文2014年12月在《Science》上發(fā)表)。我校學生在2014年第二屆全國大學生“共享杯”科技資源共享與服務創(chuàng)新實踐競賽中獲論文優(yōu)秀獎和多媒體優(yōu)秀獎。在2015年國際遺傳工程機器大賽(iGEM)中,我校參賽團隊獲得銀獎。生命科學學院2014年推選優(yōu)秀本科生參加湖北省第三屆大學生生物實驗技能競賽,參賽的6項比賽中有4項獲得一等獎,其中綜合賽3項包攬全省前三名。

4　開放實驗運行的思考

4.1開放實驗項目的建設

如果開放實驗項目選題過于簡單,就失去了創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)性,最終成為一種形式；而如果實驗項目選題過于龐大,學生在指定的時間內無法取得實驗結果,也會讓學生的積極性大大受挫[4]。因此,應該依據(jù)不同年級、層次學生的基礎、課程特點等，設置不同形式的自主性開放實驗項目[5]。

4.2明確的崗位職責

開放實驗教學不同以往的集中教學,教學環(huán)節(jié)和內容增多,需要對實驗技術人員和實驗課教師制定明確的崗位職責,確保各個環(huán)節(jié)的順利進行,使開放實驗達到預期的效果[6]。

4.3學生管理

在實驗室充分開放的同時,需要建立嚴格的管理制度,保障開放實驗有序、高效地進行[7]。學生在進入實驗室前,應先認真閱讀管理規(guī)章,進行儀器使用的培訓；進入開放實驗室后,必須嚴格遵守實驗室的各項規(guī)章制度。

實驗室實行預約使用制度,學生需要就實驗時間、實驗條件和所需儀器設備等向實驗室提前預約,并詳細填寫“開放實驗登記表”,經實驗室主任審核并簽字后方可進入實驗室進行實驗。學生在開始實驗前應閱讀與實驗內容有關的文獻資料,做好充分的預習。

本科生科研訓練不同于常規(guī)實驗課教學,教師的主導作用更加弱化,通常采用項目式管理模式,注重學生的自主、自我管理。每個項目小組設有一名學生負責人,負責項目的整體實施、分工統(tǒng)籌和進度安排等,并定期向指導教師匯報項目進展情況。學生通過自我管理,增強了自主意識和責任感,提高了工作積極性,有利于從被動學習向主動學習的轉變。項目式管理也有利于學生學會分工與合作,實現(xiàn)自主、自我管理,培養(yǎng)團隊合作精神。

指導教師要對學生的開放實驗進行必要的指導,并注重培養(yǎng)學生的實驗素質與技能、創(chuàng)造性的科學思維方法和嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度。

學生在實驗項目完成后,應向實驗室提交總結報告或論文等實驗成果。實驗室應及時總結和交流工作,如組織開放實驗答辯交流會等活動,促進學生之間的交流,激發(fā)創(chuàng)新精神,分享實驗成果和心得體會,同時也可以鍛煉學生的演講和表達能力[8]。對優(yōu)秀的開放實驗項目,鼓勵申請本科生科研項目資助。對于有創(chuàng)新進展的研究成果,可以推薦投稿公開發(fā)表。

5　結語

實踐證明,開放實驗激發(fā)了學生的學習熱情，促進了學生的個性發(fā)展，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新精神,對提高學生的綜合素質有顯著的作用[9]。今后，我們的開放實驗教學的比重將逐步增加,也將在實踐中積累經驗、不斷改進,將開放實驗教學做得更好。

References)

[1] 龔利華.實驗室開放存在的問題及解決辦法探討[J].實驗科學與技術,2009,7(5):142-144.

[2] 李英俊,孫淑琴.多種模式開放實驗室,培養(yǎng)創(chuàng)新人才的探索與實踐[J].實驗室研究與探索,2007,26(3):121-124.

[3] 鄭春龍,邵紅艷,鐘振余,等.創(chuàng)新性開放實驗項目建設的探索與實踐[J].實驗技術與管理,2009,26(10):15-17.

[4] 裘立群,殷煥順,艾壯云.建立開放實驗室培養(yǎng)學生的科研能力[J].實驗科學與技術,2010,8(3):119-120.

[5] 李秀珍,曹群,龐思平.實行開放式實驗教學的幾點體會[J].實驗技術與管理,2008,25(2):140-142.

[6] 胡仁杰.營造開放的實驗教學環(huán)境開展開放式自主實驗教學[J].實驗室研究與探索,2006,25(7):823-826.

[7] 劉志軍.實驗改革和實施開放實驗模式的創(chuàng)新實踐[J].實驗技術與管理,2006,23(1):17-19.

[8] 竇春升.由日本香川大學的實驗教學談物理開放實驗教學的改革[J].實驗室研究與探索,2008,27(12):138-140.

[9] 梁上燕.開放式實驗教學類型新探[J].蘭州交通學報:社會科學版,2007,26(5):127-129.

Exploration on operation mode of opening experiments in experimental teaching center for biology

Long Yan, Xie Zhixiong

(College of Life Sciences, Wuhan University, Wuhan 430072, China)

Opening experiments play an important role in training students’ practical ability, innovative ability to promote laboratory development. This paper instructs the operation mode and effect of opening experiments in experimental teaching center for biology, combining the deep exploration of the problems in the opening experimental teaching.

experimental teaching center for biology; opening experiments; experimental teaching management

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.06.042

2016-01-05

國家基礎科學人才培養(yǎng)基金資助項目(J1103513)；湖北省教育廳武漢大學教學改革資助項目(JG2014033)；武漢大學實驗教學中心開放實驗資助項目(610400011)

龍燕(1980—),女,湖北武漢,碩士,實驗師,主要從事生物實驗教學工作

E-mail：skyjck4@whu.edu.cn

謝志雄(1969—),男,博士,教授,副院長,生物學實驗教學示范中心副主任,主要研究方向為微生物學.

E-mail：skyjck4@whu.edu.cn

G642.4

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1002-4956(2016)6-0165-03