“生命科學導論實驗”課的實踐與改革

李 霽， 吳 敏， 曾冬云， 邵愛萍， 章 驥

(浙江大學 生命科學學院，浙江 杭州 310058)

0 引 言

生命科學的發展對自然科學和人類社會正發揮著越來越重要的作用，對非生物類專業的學生通過開設“生命科學導論”課程，培養生命科學素養已成為大學生素質教育的一重要內容[1-5]。但生命科學是一門實驗性很強的學科，為了加深學生對生命科學的認識，激發學生的學習興趣，并對現代分子生物學技術有所了解，開設“生命科學導論實驗”課就成為必然[6-9]。浙江大學于1999年開設了“生命科學導論實驗”課[10]，經過14年的發展，已形成了一套成熟的體系，但也出現了一些新的問題，本文闡述了導論實驗課的實踐過程及在此過程中進行的一些重要改革措施，并展望了未來的改革方向。

1 實驗內容的實踐與改革

導論實驗的學生來源廣泛，有理科、工科和文科，絕大部分為大一的新生，有關生物學的理論知識單薄，至于生物學方面的實驗知識和技能則普遍比較平乏，特別是微觀方面。因此在選擇實驗內容時，既要在中學生物學基礎上有所發展，又不能選擇難度太大的。應選擇實驗原理易懂，操作不太復雜，具有一定趣味性和實用性，并能反應生物學各學科最基本、最典型并具有一定先進性的實驗內容。為了增加學生的實驗興趣，最好選擇與學生的實際生活密切相關的實驗內容。導論實驗自開課以來，從最初的觀察性實驗、檢測性實驗及生化與分子生物學實驗3個單元8個實驗，經過不斷的實踐、改進和優化，形成了如表1的8個單元共18個實驗的實驗體系[11-12]。

表1 生命科學導論實驗安排表

由表可見，實驗內容幾乎涵蓋了生物學的各分支學科，所涉及的技術都是各分支學科中最基礎、最典型的，實驗對象常常就是學生本身或學生周圍的事物，學生做的興趣比較大。如環境微生物的檢測，以學生周圍的實驗環境如門把手、工作臺面，學生自身如手、頭發，牙垢、噴嚏、鼻腔等為對象，采集這些部位的微生物進行培養，通過觀察菌落的種類和生長情況考察這些部位的清潔程度。這樣一下就拉近了學生和實驗的關系，而且實驗結果因與學生本身有關，學生對結果充滿期待，從而可明顯提高學生對實驗的積極性和興趣。

2 教師的配置和實驗時間的安排

為了充分展示各分支學科的特點，每個單元都配備了兩個專門從事該學科教學和科研的專職教師，而不是一個教師上完全部實驗，這樣的方式有利于學生博采眾家之長，學習到各分支學科的精髓。由于實驗教師都是長期從事相關學科教學和科研的一線教師，既具有豐富的教學經驗，又具有相關學科深厚的專業背景，因此比較清楚各學科的魅力所在，也更知道應如何通過教學環節的改革來提高學生的實驗興趣。另外這種配置能充分利用實驗中心的硬件條件，一個早上可以8個實驗室同時開放，分別上8個單元的實驗，這樣的方式能明顯提高教學的效率，也更有利于學生根據自己的時間段來靈活選擇做實驗的時間。

為避免與學生的其它上課時間沖突，導論實驗均安排在周六和周日進行，上、下午各1個班，每班25～30人，每個短學期10～16個班，安排在3～4周完成全部教學內容。學生即可跟班做完8次試驗，也可根據自己的實際情況在實驗人數允許的情況下換到別的班做實驗，學生每做完1個單元的實驗即可獲得該單元的成績，8個單元的成績總和即為實驗課的總成績。總之只要在3～4周的時間內做完全部8個單元實驗，即可獲得成績。這種靈活的時間安排更符合學生的實際需要，更有利于學生利用自己的空余時間來發展自己的興趣、提高自身的素質。

3 課程的實踐與改革

導論實驗課開課之初屬于“生命科學導論”理論課的配套實驗課，16學時,0.5學分，必須選修理論課才能選修實驗課。但實踐發現，不少學生雖然對理論課不感興趣，但對能做一點生物學方面的實驗卻很感興趣，因此經過十多年的發展，導論實驗課已從導論理論課中獨立出來，不再依附于理論課，成為32學時，1學分的單獨課程。學生可根據自己的意愿單獨選修實驗課或同時選修理論課和實驗課，這樣的體系特別適合于非生物類專業的學生。因為有的學生可能覺得理論知識有難度，沒有學習的興趣，但對生物學的實驗卻充滿了興趣，如果理論課和實驗課綁架在一起，可能會因為對理論課的畏難情緒而棄選，現實驗課獨立了出來，學生可根據自己的意愿做選擇，從心理上更易接受。而作為課程教學組，只要能培養學生對生物學的興趣，就達到了開課的目的，至于這種興趣是通過理論課培養的還是通過實驗課培養的并沒必要計較。而且生物學是一門實驗性很強的學科，通過實驗來培養學生對生物學的興趣對非生物類專業的學生來說更為直接、快捷和有效。學生在實驗過程中通過親自操作儀器、器具，仔細觀察實驗現象，具體分析實驗結果，很容易感受到生物學的魅力，培養出對生物學的興趣，也容易找到自己學科與生物學的交叉點，更能深刻體會技術進步對科學和社會的巨大推動作用。如PCR儀就是計算機、材料、機械和生物的有機結合，從生物特異性擴增的角度確定了PCR反應的流程，利用計算機知識將此流程編制成程序，選用特殊的材料作為加熱器，使相差20～40 ℃的溫度能在30 s內進行快速的切換，再從機械的角度使三者有機地結合為一臺儀器，于是才產生了PCR儀，這其中缺少了任何一方的知識都不行。而正是由于PCR儀的誕生，才帶來了基因工程的繁榮，基因工程對現代科學的巨大推動力已有目可見。也正是由于基因工程的發展，使屬于社會學科的倫理學、法律等都面臨了新的挑戰。

4 教學環節的實踐與改革

再好的實驗內容也需要教學環節的有力配合，導論實驗的老師通過在實踐過程中不斷摸索、改進，逐步形成獨具風格的教學方法，獲得學生的一致好評。

4.1 動員全班學生一起進行一次科學研究

如在酪蛋白的提取實驗中，常用的教學方法是對一種牛奶品牌中的酪蛋白做提取，從而讓學生了解蛋白質提取的一些思路和方法，這樣的教學方法對學生的吸引力并不大。但如果對教學方法作改進，如通過挖掘實驗的生活意義將酪蛋白的提取與牛奶的品質相聯系，通過選用不同種類的牛奶品牌，特別是學生經常會喝的一些牛奶品牌作材料，將全班同學分成幾組，每組同時做兩個品牌或兩組同時做一個品牌，通過對牛奶中酪蛋白的提取來考察牛奶的品質，最后再全班同學一起做總結，通過實驗結果的分析比較各品牌牛奶的品質，這樣相當于利用同樣的時間段，動員全班同學的力量一起作了一次科學研究。實踐證明這種教學方法的改進明顯提高了學生的實驗興趣和積極性。而且由于這種研究與學生的生活密切相關，研究的結果可以直接指導生活，因此學生非常感興趣，親切地稱為“生活中的科學”。還可在不同的學期考察不同的牛奶品牌，使實驗充滿新鮮感。也可在此基礎上進一步深入，對牛奶中的三聚氰胺、抗生素或防腐劑等做檢測[13-15]，以進一步提高學生的研究興趣。

4.2 讓實驗延伸到課堂外

在植物組織培養與煙草試管苗的誘導實驗中，傳統培養是將煙草的愈傷組織接種到培養瓶中，于25 ℃光照培養12 h后觀察結果，全部培養過程均在實驗室完成，學生無法觀察到植物的整個發育過程，因此對該實驗的興趣度較低。后經實驗老師改進，專門定制了蓋子上有掛繩適合于組織培養的微型培養管，學生可方便地將此培養管栓在鑰匙鏈上或書包帶上隨身攜帶[16]。實驗時將煙草的愈傷組織接種到這樣的微型培養管中，封好管后讓學生將此帶回去進行培養，這種培養雖然煙草苗生長的速度會比在實驗室慢一些，但學生卻可方便地觀察煙草苗的整個生長過程。看著一片片煙草小葉逐漸萌發而出，學生的激動可想而知，從而一下就提高了學生的實驗興趣和成就感。另外學生將此迷你型培養管掛在書包帶上或鑰匙鏈上，當幼苗長出后，對學生本人而言無疑是一件非常有意義的裝飾品，學生帶著這樣的裝飾品在校院內走動，無疑就是一個活廣告，可明顯提高導論實驗課的影響力。

4.3 讓實驗成果成為一項藝術品

在植物微型標本和動物人工琥珀標本的制作中，常用的教學方法是利用實驗室的器具如載玻片、方形紙盒來作為制作標本的模具，這樣學生雖然學習到了標本的制作方法，但制作的標本卻全部留在了實驗室，這些標本對實驗室來說并沒有多少保留的價值，甚至可能做完就全部銷毀了，但對學生來說卻不同。如能定制一些具特殊形狀的迷你型模具如水滴形、心形、五角星形、月牙形等作為制作標本的模具[17]，然后將一些顏色鮮艷的植物微型器官如小花朵、小葉片及一些微小型動物置于其中，再用樹膠或人工琥珀進行包埋，成型后將模子取出，這樣制作出的標本外形美觀漂亮，而且由于包埋劑透明，標本中的動植物栩栩如生，直接就是一件藝術品，如果允許學生將其帶走，不但可用于裝飾，還是一件非常有紀念意義的成果，可明顯提高學生對實驗的興趣。學生如將其向同學展示，還可對導論實驗課起到免費宣傳的作用，使其他學生產生向往，并進而樂于選修導論實驗課。

5 改革展望

每個單元實驗做完后，都要求學生書寫實驗感想。其好處：① 可了解學生的興趣點和教學中做得比較好得到學生贊同的地方，為以后的教學提供依據。② 更為重要的是可了解教學中的不足之處，為以后教學改革提供依據和方向。如通過調查發現學生對生物學的興趣點存在差異，一些學生偏重于喜歡與生化或分子生物學有關的內容，希望多做一些這方面的實驗，另一些學生則偏重于微生物或組織培養等，解決的方法是進行菜單式教學。可通過兩種模式進行：

(1) 完全自由選擇模式。將所有可做的實驗內容都提供出來，標出每個實驗所需的學時數及所占的學分點，由學生根據自己的興趣自己選擇所做的實驗內容，沒有單元的限制，只要達到32學時1個學分點即可。這種方式最突出的優點是內容完全是學生根據自己的興趣選擇的，學生做實驗的積極性很高。最突出的缺點是每個實驗學生人數的不確定性及教師準備實驗的復雜性，因此實施的難度較大。

(2) 模塊式選擇模式。將導論實驗分成生化與分子生物學、微生物與組織培養、動植物與生理等幾大模塊，每個模塊的實驗內容固定，標出每個模塊的學時數，由學生根據自己的興趣任選2～3個模塊來做。這種模式既具有一定的靈活性又具有相對的穩定性，因此實施的可行性更大一些。但不管執行哪種菜單模式，實驗內容都需在現有的基礎上擴大，因此教材的改進是執行菜單式教學的前提，目前課程組已在做這方面的工作。另外也要考慮到一些學生可能并沒有明確的興趣偏向，更希望對生物學的各分支學科都有所了解，因此現有的內容體系仍然有保留的必要，可將其定為基本型，供學生選擇。

調查還發現經過導論實驗后，有部分學生對生物學產生了濃厚的興趣，甚至明確表示希望轉到生命科學學院來學習，對這部分學生應支持和鼓勵。另有部分學生雖然沒有轉到生科院的想法，但希望能再多做一些生物方面的實驗，解決的方法有三條途徑：進行菜單式教學，使學生能更多地選作自己感興趣的實驗。利用實驗中心各開放實驗室的條件，提供一些實驗內容，由學生自主進行實驗。建議學生以后選擇生科院所開設的相關課程，以進一步提高生物學理論知識和實驗技能。

6 結 語

雖然生命科學導論實驗課經過多年的實踐和改革已建立了一套相對完善的課程體系，獲得了廣大學生的一致好評，但改革的步伐并沒有停止，仍然在繼續邁進，在以后的課程建設中，還需要通過不斷的學習和探索，引入新的實驗內容、新的實驗技術、新的教學方法和更好、更靈活的課程體系，以培養出更多熱愛生命科學的高素質復合型人才。

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