基于細胞生物學實驗培養醫學生的科研創新能力

張 妍

（首都醫科大學附屬北京潞河醫院中心實驗室 北京 101149)

當今對醫學生的培養不僅僅在于臨床知識與技能的培養，還需要醫學生有一定的科學素養。2020 年9 月，國務院辦公廳印發了《關于加快醫學教育創新發展的指導意見》（國辦發〔2020〕34 號），對深化醫學教育改革、加快醫學教育創新發展作出了全面部署，指明醫學教育關系教育和衛生健康事業，要擺在優先發展的地位[1]。同時這也是對醫學教育工作者提出的新要求，醫學教育工作面臨新的挑戰。展望未來，我國已確立了到2035 年躋身創新型國家前列，到2050 年建成世界科技強國的宏偉目標[2]。醫學作為和人民生命健康密切相關的行業，更要注重創新型人才的培養。科學實驗教學是理論聯系實踐的重要環節，一方面可讓學生更好地掌握醫學科學理論知識，理解重點、難點；另一方面通過科學實驗鍛煉學生的實際操作能力，從實驗中發現問題，解決問題，培養學生的創新思維。細胞生物學實驗是醫學生必須掌握的實驗技能，也是未來進行醫學科學研究過程中必然會用到的實驗技術。本文以細胞生物學實驗教學為例，探索醫學生科研創新能力培養的過程及心得體會。

1 當前細胞生物學實驗的教學現狀

細胞生物學是研究細胞基本生命活動的科學，是當代醫學科學體系的重要組成部分，也是醫學生重要的基本課程之一[3]，細胞生物學實驗是細胞生物學課程的重要組成部分，屬于實踐教學。細胞生物學實驗課程既可以培養學生的基本實驗技能并增強其動手能力，又可培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，有利于醫學生科研創新思維的培養，但是目前細胞生物學實驗課程還有很多不足之處。

1.1 教師講解過多，教學內容固化，知識無法融會貫通，影響學生創新思維的發展

傳統的實驗教學是“填鴨式”講授方式，教師是唯一的課堂中心，忽略學生的主體地位[4]。教師按照實驗目的、實驗原理、實驗步驟、實驗注意事項的順序講解，然后由學生進行實驗操作。實驗課作為基礎理論課的附屬而存在，根據理論課的內容設計各個獨立的實驗，學生只能根據每個獨立的實驗內容去了解單一的實驗原理和實驗方法。所學的知識是分散的，學生只能按照教材的實驗步驟去重復，不明白為什么要這樣做，導致學生興趣不高，更不了解實驗本身就是個探索過程的真正意義。而且所學的實驗往往都是驗證性實驗，教師提前設置好條件，學生只需要完全重復就可以，并不了解這個實驗的關鍵步驟，更不了解這些關鍵實驗步驟應該如何去探索才能得到理想的實驗結果，不能很好地激發學生的創新思維。

1.2 考核方式單一，不能很好反映學生對實驗的理解和掌握程度，學生積極性差

傳統實驗課的考核內容主要由實驗報告和考勤成績組成，這其中實驗報告是主要組成部分。但是由于學生的實驗內容相同，實驗步驟一致，所以學生寫的實驗報告大都抄襲教材，導致內容不好區分高下，教師也無法判斷學生的掌握程度。同時學生的創新思維也沒有得到很好的激發。實驗教學主要存在的問題就是學生對實驗過程中遇到的問題缺少解決的能力，對于得出的實驗結果也不能深刻地理解分析。而這些能力往往又是未來進行科學研究工作最需要的。因此教師需要改變教學方法，提高學生的興趣和積極性，使學生由被動學習變為主動學習，再將自己的研究和教學相結合，進一步促進學生創新思維的培養。

2 通過改變實驗設計來引導學生獨立思考，提升創新思維

2.1 將多個獨立實驗設計成綜合實驗進行教學

傳統的細胞生物學實驗教學，實驗都是獨立的，比如細胞復蘇、細胞傳代、細胞轉染等。學生不了解每個獨立的實驗在整個實驗過程和科研課題中起到怎樣的作用。因此，教師應把各個獨立的實驗串聯起來，設計成綜合性實驗，使學生對實驗過程能有整體的了解，比如脂多糖對小膠質細胞的毒性實驗，這是我們根據自己的課題內容進行設計的。此實驗包含細胞復蘇、細胞傳代、細胞計數、藥物梯度濃度作用細胞和細胞死亡率檢測多個實驗，讓學生在連續的實驗課進行整個綜合實驗。我們在實驗課前20 天將基本的實驗方案通過微信群分享給學生，然后在教師的引導下，將學生分為5 個人一組去查閱相關文獻，設計每個獨立的實驗，小組成員間討論并確定具體的實驗步驟及每一步的注意事項。教師通過微信群分享微視頻，讓學生提前了解細胞復蘇傳代的基本方法，掌握利用血球技術板對細胞進行計數的基本方法及CCK8 實驗的基本原理。

開課前5 天，要引導學生去準備實驗要用的具體實驗耗材，并設計實驗確定脂多糖作用的最佳作用時間和濃度，以及CCK8 顯色劑的最佳作用時間。具體實驗過程中，教師要讓學生了解到每個單獨實驗之間的必然聯系，使學生認識到如果細胞復蘇不好，就無法傳代，傳代污染了，就無法進行后邊的細胞計數。細胞計數出現偏差會導致細胞鋪板不勻，進而影響后邊的毒性實驗，而藥物的摸索又包括不同的濃度和作用時間，即便到最后的上機檢測，顯色劑加入1 小時和3 小時所得到的數值也是不一樣的。

總之，綜合實驗讓學生對每個獨立實驗在整個實驗過程中的作用有更好的認識，理解實驗不是獨立存在的，是連續的，每一步都很重要。教師應引導學生明白即便這個綜合實驗也不過是一個課題中小小的一部分而已，做科研應時刻注意每一個細節和錯誤都有可能導致整個實驗的失敗。所以科研要有嚴謹的思維，每一步都應該深入思考后再繼續進行，這也是培養創新思維必不可少的步驟。

2.2 增加自主設計實驗，提高學生的能動性和積極性

在前期進行了脂多糖對小膠質細胞的毒性實驗后，我們鼓勵學生自主設計雨蛙素對胰腺腺泡的毒性實驗，讓學生根據前期實驗課的基礎自己查閱文獻，寫出實驗步驟、注意事項，并根據文獻找到雨蛙素的溶解方法，去設計雨蛙素的作用濃度梯度和作用時間梯度。寫出實驗方案，各組對關鍵步驟進行討論，教師把關，學生自主進行實驗，教師則負責監督，及時提醒學生關鍵步驟。實驗結束后，教師對各組的實驗步驟進行點評，最終對每組的實驗結果進行分析。

學生通過脂多糖對小膠質細胞毒性的綜合實驗練習，自主設計雨蛙素對胰腺腺泡的毒性實驗，初步掌握了細胞生物學實驗中細胞毒性實驗的方法，對未來進行科學研究打下良好的基礎。

3 改進實驗教學過程，啟發式教學尊重學生的主體地位

3.1 啟發式課前預習

啟發式教學通過激勵性學習策略、引導性方法提高學生的思維創新能力，已經較多地應用于教學中[5]。教師根據實驗課設計微課，找出每個實驗需要討論的內容，包括實驗原理、相關實驗技術和實驗最新進展和詳細的實驗方案。將制作的微課和相關素材發到班級微信群，要求全體學生都要對題目做預習筆記，與此同時將班級學生進行分組，讓學生分組進行學習討論，每組都要對教師提出的所有題目進行準備。小組各成員之間互相協作討論，尋找答案，制作相關幻燈片。教師可以利用網絡教學工具，對學生進行答疑，在線進行師生互動，提高實驗課的成功率。同時為了解決實驗中一些容易出錯的細節問題，教師自導自演，精心制作視頻，利用微信群上傳相關視頻，讓學生提前了解實驗中易錯的細節問題。比如移液槍的使用，細胞超凈臺的無菌操作。我們讓學生提前進行預習了解，移液槍需要吸液時壓到第一檔，放液時壓到第二檔，使用完畢后歸零，這些細節問題學生通過多媒體視頻提前觀看會更容易理解掌握，同時也給實驗教學留出更多的時間。

3.2 實驗課中讓學生成為課堂的主人

課前學生進行充分的預習后，教師繼續進行啟發式教學，教師不再像之前一樣長篇大論，事無巨細地去講解，而是挑選重點內容去精講，把內容講透。講解的同時進行提問，讓學生思考，提高學生的積極性和課堂參與度，同時根據分組，組長進行講解，講解過程中，其他組的學生進行提問，教師對于出現的問題再進行補充。總之，讓學生充分理解實驗的理論、內容和步驟。在實驗過程中，也要充分發揮學生的主觀能動性，學生通過前期準備對實驗過程已經有了深入的了解，教師要放手讓學生自己去做，教師在旁邊仔細觀摩，實驗中學生出現小的問題不要提示，允許學生出錯，學生出現錯誤，暫時無法繼續下去時，鼓勵學生獨立思考，通過引導使學生自己找到問題所在，然后來找解決的辦法。學生發現問題并解決問題，提高了學生的學習積極性，這也是培養創新思維一個必要的過程。教師巡視過程中發現有共性問題時集中講解，比如在超凈臺中離心管蓋應正置，不能倒扣，避免交叉污染。

實驗結束后，匯總全班的實驗成果進行評比，請最優者進行經驗講解，教師對不理想的實驗結果進行解釋說明。同時要求每個學生對自己的實驗操作進行反思、總結，找到實驗過程中重要的步驟及注意事項，寫出改進的實驗方法。

4 考核評價體系多元化，對學生進行綜合評價

改變以往只看實驗報告和考勤率的評價方式，教師不再單純地以最終的實驗結果作為唯一的衡量標準。關注學生在整個實驗過程中的綜合表現，課前預習筆記，小組成員間的協作能力，實驗講解過程中關鍵步驟的把控，實驗進行過程中發現問題解決問題的能力，最終實驗結果的總結思考和實驗方案的改善。教師要客觀綜合評價每位學生的表現，給每一步制訂分值比。我們的制訂標準是課前預習15%，實驗講解15%，實驗操作過程40%，實驗總結15%，實驗改進方案15%。這樣的綜合評價使學生每一步都能認真對待，也能更好地激發學生的創新思維。

5 結語

在細胞生物實驗教學中，通過改變實驗設計，改進實驗教學過程和進行多元化的評價，使學生真正成為課堂的主人，很大程度上提高了學生的積極性，鍛煉了學生的動手能力，使學生對科學實驗和科學研究有了更深入的認識，有助于學生創新能力的培養。