納米生物學交叉學科實驗教學與實踐

甘牡丹 左靜蕊

摘要：實驗課程是理論和實踐相結合的重要教學途徑。文章結合教學實踐從納米生物學交叉學科實驗教學的課程意義、課程內容、教學方法和評價體系等方面總結了納米生物學實驗的教學探索及其課程設計，同時提出了改進納米生物學交叉學科的實驗教學方法，為納米生物學實驗的教學提供了參考。

關鍵詞：納米生物學實驗課程;教學方式;思維培養;交叉實驗

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）50-0279-02

納米技術對國家科技發展至關重要，為國家的戰略性新興產業。納米生物學實驗課程為我院納米醫學培養方向核心課程，其理論課程是納米生物學。納米生物學實驗課程是按照我院的“具有創新思維能力、具備學科交叉優勢、擁有國際化視野”的創新人才培養理念開設的一門專業必修課。作為實驗課程，能培養學生將理論知識應用到實踐當中去，增強學生實驗技能和科研素養，在創新能力培養、解決問題能力中發揮著重要的作用[1]。

一、課程重要性

納米材料尺寸為1nm—100nm，由于其粒徑小、比表面積大，具有獨特的理化性質，生物相容性佳、毒性低、易于修飾改造等特點，廣泛應用于生物學、醫學領域，并已在生物熒光標記、生物傳感器、靶向藥物和基因傳輸、抗菌抗腫瘤治療等方面取得重要進展。納米材料在生物醫學領域具有廣闊的應用前景，必將為人類健康貢獻新的策略[2，3]。

納米生物學交叉實驗課程為交叉學科，交叉學科教育的核心是知識的整合，其過程是各個學科的相互作用，其目標是培養學生解決復雜問題的能力[4]。因此，本課程的開設便于學生準確理解納米材料在進入生物體后，與生物體內各種生物功能分子相互作用后所展現的生物學效應及作用機制，掌握生物學基礎實驗理論知識和實驗技能，掌握納米科學研究的基本方法和設計原則，培養具有科學思維，解決納米科技領域復雜問題的人才[5]。

二、課程內容

納米生物學實驗課程為納米醫學培養方向核心課程，3個學分，108個課時，以人和動物體的三大基礎營養物質蛋白質、脂肪、糖類，重要的遺傳物質DNA為實驗對象，生物基礎實驗為方法設置了35個實驗，課程內容包括生物化學基礎實驗、分子生物學基礎實驗、細胞生物學基礎實驗和微生物學基礎實驗四個部分，每一個部分均先介紹基礎實驗，然后設立與之緊密聯系的納米生物交叉實驗[5]。通過一系列基礎實驗讓學生掌握必備的實驗技能，為學生打下堅實的實驗基礎。所選實驗項目均為精選經典實驗，反映的是生物功能分子最重要的特性。比如蛋白質的顏色反應實驗中，蛋白質因含有肽鍵，與硫酸銅發生雙縮脲反應，蛋白質與印三酮發生顏色反應，均是鑒定蛋白質的經典反應。

三、教學方式

1.實驗預習。在實驗進行前，學生需理解實驗原理，熟悉實驗流程，把握實驗的關鍵點，才能流暢地進行實驗，在實驗中充分觀察實驗現象，敏銳地捕捉異常現象，對實驗原理、過程進行思考與創新。大部分實驗課要求學生寫預習報告時沒有明確要求和效果檢驗，學生只是照抄課本，預習效差。因此本課程要求學生在實驗課前預習并寫預習報告，弄清楚實驗原理和實驗目的并用簡潔的語言概述，用流程圖畫出實驗步驟，并標注關鍵步驟和注意事項，預習中設置恰當的問題，引導學生進行觀察與思考[6]。

2.培養良好的實驗習慣。良好的實驗習慣是科研基本功，對保證實驗的成功至關重要。要求學生把安全第一放在首位，引導學生關注試劑化學品安全，做好防護措施，掌握事故的處理流程。傳統實驗課不注意培養學生的環保意識，本課程要求學生對實驗產生的固體液體廢棄物按照學校的要求規范處理，實驗行為對環境友好。儀器操作嚴格按照標準流程，做完實驗需收拾臺面，藥品與器材使用完要放回原位，移液槍要調回最大量程，保持實驗室干凈整潔。

3.師生互動。有別于以前的課程受限于時代發展和技術限制，本課程在教學中充分利用“互聯網+”載體進行師生互動，建立需上本課程同學的微信群，從網絡中搜索或者拍攝實驗規范操作的小視頻，在微信群里共享，鼓勵學生上傳分享實驗相關視頻文獻。課前預習時，科學設置問題在微信群里發布，鼓勵學生提出問題解答問題，用心制作上課PPT，內容充實豐富，上課時形式靈活多樣，增強學生學習興趣。每節課隨機抽人回答問題，促進學生注意力集中。學生實驗出現困難或失敗時，注意引導學生控制單一變量找出原因，而不是直接告知結果。由于教材上與課程相關的最新技術涉及很少，課后可以在微信群上傳前沿文獻，拓展學生的思維，開闊學生的視野，激發學生的學習興趣。[7，8]

4.思維能力與學科交叉。引導學生用實驗原理分析實驗現象，培養科研思維能力，對于失敗的實驗，探究失敗的原因。以氨基酸紙層析實驗為例，在點樣和顯色時，均用電吹風吹，有什么不同，原因是什么？在點樣時用電吹風吹干再點樣，防止點的直徑過大，影響層析效果。顯色時使氨基酸和茚三酮反應，需要加熱生成藍紫色物質。由于本課程是納米與生物交叉課程，在學生掌握生物學基礎實驗原理和技能后，引導學生選取前沿納米材料，設計實驗，研究其生物學特性，學會學科交叉，知識融合。例如用聚丙烯酰胺凝膠電泳技術研究氧化石墨烯與牛血清白蛋白的相互作用[9]。

5.規范的實驗報告。學術論文是科研成果的重要表達載體，實驗報告的撰寫有利于培養學生學術論文寫作能力。要求學生完整地記錄實驗原理、實驗過程，實驗數據必須忠于原始結果，記錄要準確，不抄襲，并用統計學對數據進行統計處理，用規范的學術語言對實驗現象和實驗中出現的問題進行描述和討論，實驗中出現的圖表格式要求規范，需有標示，表格采用三線格[10]，同時注重讓學生積累英文專業詞匯，為未來閱讀文獻、從事科研論文寫作打下堅實的基礎。教師批改實驗報告時認真仔細，評分客觀。

四、課程評價

合理的課程評價體系有利于提升教學效果。很多實驗課程的考核局限于實驗報告的評價，而忽略了平時實驗課程學生表現的考核，不能科學全面地反映學生的實驗水平。本課程設置為考試成績，平時成績占90%，期末考試占10%。平時成績為每節實驗課的平均分。每次實驗課成績設為滿分100，由實驗預習（10分）、課堂表現（40分）及實驗報告（50分）組成。（1）實驗預習情況通過檢查預習報告和提問題考查預習效果。課堂表現考核可分為：操作技能（25分）、師生互動（5分）、學生創新能力（5分）、實驗態度和習慣（5分）。（2）課堂表現可考查學生關鍵步驟的進行情況，如蛋白電泳中，配膠時加速劑四甲基乙二胺最后加。學生完成實驗后，教師應該確認實驗現象是否正常、實驗數據是否可靠。師生互動主要考查教師問答時學生的回答情況以及學生主動同教師交流溝通的情況。創新能力考查學生在出現問題時的解決辦法。實驗態度考查學生實驗是否認真仔細，實驗習慣考查學生做完試驗后儀器、藥品、固液廢物的處理情況及桌面整潔情況。（3）實驗報告包括實驗原理、步驟（10分）、實驗結果（10分）、現象分析與探究（10分）、思考題（10分）、報告整潔度（10分）。期末考試可安排筆試，考查實驗理論知識及實驗收獲[11，12]。

參考文獻：

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[3]郭玉明，王玲玲，張潔，等.納米材料在生物學及醫學領域的應用[J].化學通報，2011，74（2）：106-115.

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[7]趙占西，莊曙東，趙建華.互聯網時代提高課堂教學效果的探索與實踐[J].教育教學論壇，2019，（20）：131-133.

[8]張振琴，閆樂卡，姜慧君，等.淺談基于“互聯網+”的醫用化學課堂師生互動[J].教育教學論壇，2019，（21）：172-173.

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[12]任海榮，白廣梅，謝亞勃，等.無機化學實驗課考評體系的探索[J].教育教學論壇，2019，（22）：218-219.