淺談自主實驗項目在細胞生物學實驗教學過程中的作用

趙鵬 李小燕 龍燕

[摘 要]在生命科學各相關學科中，細胞生物學作為一門重要的基礎學科，同時也是發展最快的前沿學科之一。任何生命科學的相關研究最終都需要歸結于細胞水平的研究。因此，細胞生物學實驗教學工作在學生培養過程中起著非常重要的作用，它一方面有利于學生更好地吸收細胞生物學的課堂理論知識，另一方面也可以提高學生的實驗技能，為學生將來走向獨立自主的科研之路打下良好的基礎。在學生掌握基礎細胞生物學實驗技能后，開展自主實驗項目，對學生的文獻閱讀能力、實驗技能水平、實驗結果分析能力以及科研報告撰寫能力，都有非常大的提升作用。

[關鍵詞]細胞生物學;實驗課程教學;自主實驗項目

[基金項目]武漢大學生命科學學院實驗教學中心開放項目

[作者簡介]趙 鵬（1982—），男，江蘇通州人，博士，武漢大學生命科學學院副教授，主要從事植物生殖發育研究;李小燕（1968—），女，湖北咸寧人，醫學碩士，武漢大學生命科學學院高級實驗師，主要從事生物實驗教學研究;龍 燕（1980—），女，湖北武漢人，碩士，武漢大學生命科學學院實驗師，主要從事生物實驗教學研究。

[中圖分類號] G642.1[文獻標識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）32-0391-02[收稿日期] 2020-04-01

一、前言

細胞生物學是從顯微水平、亞顯微水平以及分子水平，研究細胞的結構、功能、信號轉導、基因表達與調控及細胞起源與進化等生命過程的一門學科[1]（P1）。它是生命科學中的基礎核心課程，而細胞生物學實驗則是對細胞生物學理論知識的形象認知及鞏固，同時也是對學生未來走向科研崗位的提前訓練。

2005年，教育部下發的《關于進一步加強高等學校本科教學工作的若干意見》中強調在現在的高等教育工作中必須實現重心的轉移，要把提高教學質量放在更加突出的位置[2]。創新教育以及大學生的自主科研能力的培養是高校本科教學所面臨的一個重大課題。近年來，隨著國家科技水平的日益提高，細胞生物學的研究手段也在不停地向更快、更好的方向發展。但是，原有的實驗設計體系明顯不能跟上實驗手段的更新，因此在高校開展自主科研實驗將有助于提高學生的創新能力以及國際前沿技術的掌握，進而提升國際競爭力。

二、細胞生物學自主實驗項目的基本運行條件

武漢大學生命科學學院在2007年下半年啟動了創新性的細胞生物學教學改革，從2008年開始實施，有計劃地開展了由課程組教師提出的學科建設項目[3]。近十年來，在細胞生物學課程組老師的共同努力下，武漢大學生命科學學院的細胞生物學實驗的改革取得了非常好的成效。細胞生物學實驗教學采用基礎實驗和自主實驗相結合的教學方式，對學生的綜合實驗技能的提高起到了很好的作用，培養了他們嚴謹的科學態度，為將來的研究之路打下了很好的科學基礎。

細胞生物學基礎實驗通常是由老師設計實驗方案，在課堂上講明實驗原理，給出實驗方法，學生只是按照實驗步驟進行，很少需要自己獨立思考，這些基礎實驗可以培養學生們的動手操作能力，以及面對成功或者失敗實驗結果的分析能力。經過前期基礎實驗的訓練，學生對細胞生物學的基礎操作已經熟練掌握。此時自主實驗的開展可以進一步檢驗學生對實驗原理的應用，對實驗操作的掌握，以及對實驗結果的分析等能力，非常有利于學生綜合科研素質的培養。

三、細胞生物學自主實驗項目的運行模式及特點

武漢大學生命科學學院生物實驗中心細胞生物學實驗課程組的老師們綜合考慮各方面因素，在國際班與弘毅班學生掌握基本的細胞生物學實驗的基礎上增加自主實驗板塊。綜合近幾年的學生自主實驗開展情況以及呈現的實驗報告，可以看出自主實驗對于學生綜合科研素質的培養起到了非常大的作用。在此，以我所帶的國際班為例，詳細地分析武漢大學生命科學學院細胞生物學實驗教學中自主開放實驗的幾個特點：第一，課程主講教師和學生共同設計實驗方案。課程主講教師首先向同學們講述自主實驗設計基本要點，隨后學生分組（通常是2—4人一組）查閱文獻，初步設計實驗方案。課程主講教師和實驗中心老師分別與每組同學就實驗方案初稿充分討論后確定最終實驗方案。隨后實驗中心老師指導每組學生分別購買實驗所需的個性化實驗藥品，培訓所需的各類儀器設備。第二，選題大多涉及細胞培養技術和抗癌藥物的藥效檢測，這與目前國家要求各高校大力培養生物工程和生物制藥專業的人才相切合。在13個小組的學生中有10組都選取了Hela細胞作為研究對象，另外3組選取的分別為肝癌細胞、乳腺癌細胞以及胃癌細胞。在實驗設計方面，大部分的學生選取了某種物質，通常是被認為會有抗癌作用的某一組分，如茶多酚、姜黃素、胡蘿卜素等。第三，學生自主實驗充分利用了武漢大學生命科學學院大型設備共享中心的資源，使學生能夠有機會接觸到開展細胞生物學實驗所需的各類大型儀器如激光共聚焦顯微鏡及多功能酶標儀等。在本年度開放實驗過程中，同學們的自主實驗主要涉及到顯微鏡觀察細胞形態，試劑盒聯合酶標儀檢測細胞活性，熒光染色法觀察線粒體狀態和活性氧分布以及細胞凋亡的檢測。第四，課程主講教師和實驗教學中心指導老師全程參與學生開放實驗。在整個自主實驗過程中，課程主講教師和實驗教學中心指導老師針對性的指導每組學生開展實驗，包括如何準備實驗用品與試劑、如何使用儀器及幫助解決實驗過程中遇到的技術難題等等。

綜合分析學生提交的實驗報告，可以看出所有的學生都可以自主的完成實驗設計，從研究背景的分析到提出問題，進一步提出解決問題的辦法，再設計合理的實驗，最終通過實驗結果的分析回答提出的問題。細胞生物學的自主實驗項目就是開放式教學的一種實踐，開放的教學理念、管理機制、實驗條件、實驗方式以及實驗內容都在項目的實施中得到了體現[4]。通過自主實驗項目的實施，可以看出學生們的收獲，從基礎性實驗中的按部就班到自主實驗中的大膽嘗試，從基礎性實驗中的依靠實驗步驟到自主實驗中的自主鉆研，從基礎性實驗中的追求完美結果到自主實驗中的直面失敗，進而解決問題。通過自主實驗項目的實施，學生們在各方面都有了很大的進步。

四、細胞生物學自主實驗項目的主要成效

第一，提高了文獻閱讀能力。在實驗題目確定之前，學生需要查閱文獻了解目前的研究進展，進而在前人研究的基礎上提出自己的問題。在提出解決問題的方法時，也不能只局限在實驗課中學到的基礎性實驗，而需要查閱文獻尋找是否有更加方便的以解決問題的方法。同時，通過閱讀文獻可以進一步地增強學生的邏輯思維能力，更好地設計、實施、總結自己的研究項目。

第二，提高了學生的主觀能動性。與基礎性實驗階段相比可以看出學生們有了很明顯的積極性，能夠主動思考，也敢于挑戰一些未知的猜測，同時在實驗中遇到困難時也會積極向老師求助，充分利用生命科學學院的已有資源，不再局限于本科生實驗室的條件，真正做到了開放的實驗條件，實現了學生的自主創新。

第三，提高了學生的綜合科研能力。在生命科學領域的研究生階段，學生的學習方法將發生很大的改變，需要非常好的綜合科研能力才能從容地應對實驗論文的開題、設計、實施以及總結。而現階段的自主科研項目就是未來的一個小縮影，學生基本體驗了一個完整的流程，雖然這些相比未來的課題研究都非常微小，但是對綜合科研能力的提升不容忽視。同時，在開放實驗的過程中，學生有機會接觸到一些大型的、先進的、高端的現代細胞生物學研究設備如激光共聚焦顯微鏡，為研究生階段能快速進入科研狀態打下了堅實的基礎。

第四，激發了學生的科研潛力。在自主實驗項目實施過程中，每一個問題的出現和解決，給學生們帶來了巨大的成就感，因而會進一步地激發他們對科學研究的熱情。在實驗項目結束之后，很多同學會發現在科學研究中的樂趣，進而激發出內在的潛力，因此說自主實驗項目的實施，是學生走進科研領域的領路人。

五、結束語

綜上所述，在細胞生物學實驗教學過程中采用基礎性實驗結合開放自主實驗的教學方式，能夠在很大程度上提高教學質量，能夠提高同學們文獻檢索及閱讀、實驗技能、實驗結果分析以及科研報告撰寫等方面的能力，為他們以后從事科學研究奠定基礎。

參考文獻

[1]翟中和，王喜中，丁明孝.細胞生物學[M].高等教育出版社， 2011.

[2]高思.提高高等學校本科教學質量的重大舉措[J].中國大學教學，2007（2）：5-10.

[3]李小燕，劉江東，鄭凌，彭雄波.深化細胞生物學實驗教學改革-培養創新型人才[J].實驗技術與管理，2011（4）：116-119.

[4]于威，全滟平，吳月紅，張海花.細胞生物學實驗開放式教學模式實踐研究[J].高校生物學教學研究（電子版），2018，8（02）：55-59.