以科學方法教育為導向的細胞生物學實驗改革

胡林峰

[摘 要] 科學方法教育是高校深化教學改革的重要內容，也是培養應用型、創新型人才的有效途徑。文章以細胞生物學實驗課程為載體，以科學方法教育為導向，從教學內容安排、教學體系構建、教學方法選擇、教學效果評價等方面進行改革探索，并就存在問題與對策進行了深入闡述。

[關鍵詞] 科學方法教育；細胞生物學；實驗改革

[中圖分類號] G642 [文獻標志碼] A [文章編號] 1008-2549（2016） 12-0095-02

深化教育改革、提高教學質量是當前我國高等教育改革的一項重大任務。要完成好這項重大任務，加強科學方法教育是一項關鍵性的內容[1，2]。《國務院辦公廳關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》的總體目標指出，到2020年建立健全課堂教學、自主學習、結合實踐融為一體的高校教育體系，人才培養質量顯著提升。這一目標的實現有賴于高等學校的教育理念由知識本位向能力本位的轉變[3]。事實證明，科學方法作為思維方式和行為方式，蘊涵著極大的智力價值，當青年大學生一旦掌握科學方法就能大大提高智力和能力水平[4]。

細胞生物學作為一門理論性與實踐性較強的學科，其方法與技術廣泛用于解決人類面臨的諸如環境污染、能源危機、疾病危害等一系列重大問題[5]。細胞生物學實踐教學既是細胞生物學理論與實踐相結合的教學過程，又是課堂理論技術的繼續補充和深化。現有的細胞生物學實驗教學模式普遍是由教師講解實驗目的、原理、過程，學生只是按部就班地進行操作，從而得出可預知的結論。長此以往，其弊端逐漸顯現出來：（1）泯滅了學生對實驗的興趣，禁錮了學生的創新思維；（2） 習得的知識和技術高度碎片化，缺乏整合性；（3）所學知識在實際工作、生活中高度“休眠”，缺乏實用性，甚者產生“學無所用”的困惑。為了切實提高教學實效，筆者從教學內容、教學方式和效果評價等多方面以科學方法教育為導向，對細胞生物學實驗教學進行改革探索。

一 以科學方法教育為導向的細胞生物學實驗教學的探索與實踐

1 更新實驗項目，統籌課程安排

以學校修訂教學計劃和實驗教學大綱為契機，重新修訂教學計劃，根據教學計劃完善實驗教學大綱。在開課時間上，系統教授完相應理論課程后，利用相對集中的時間進行實踐教學，使理論課和實驗課有效地銜接，使學生能夠系統掌握細胞生物學的基本實驗技能。在教學內容上，剔除簡單的驗證性實驗，增設綜合性、系統性強的實驗項目；將學術研究比較成熟的研究成果改造成符合實驗教學要求和特點的綜合性實驗。如活血化瘀藥通過誘導LDL受體表達降血脂的研究，經過適當調整，改造成膜受體表達檢測的綜合性實驗。

2 自編實驗教材，重新設置內容

根據精選的教學內容，編寫《細胞生物學實驗手冊》指導用書。在教學過程中，以自編教材為主，并參考其他輔助教材。授課教師講解基本的實驗技術、操作方法和應用范疇。實驗一：細胞凍存復蘇；實驗二：細胞傳代；實驗三：細胞活性測定及結構觀察；實驗四：細胞成分分離純化；實驗五：外源基因轉染；實驗六：單克隆細胞株建立；實驗七：藥物篩選；實驗八：細胞融合技術。學生可根據自己的實驗方案參考使用。

3 構建多層次細胞生物學實驗教學體系

根據實驗項目的優化重組和交叉融合結果，構建細胞生物學實驗教學三大模塊：

（1）基礎實驗模塊。基礎模塊包括細胞生物學實驗常用的實驗技術，如常用細胞結構觀察技術、細胞內生命活動檢測技術、細胞內組分分離技術等。通過理論講解和動手實踐，夯實學生基礎實驗技能，并且熟悉技術的應用范疇。

（2）細胞操作模塊。細胞操作模塊包括細胞的原代培養技術、傳代培養技術、凍存和復蘇技術、細胞活性及增殖能力評估技術、基因轉染技術等。在這個過程中強化了細胞培養、細胞計數、細胞成活率的檢測、MTT法檢測培養細胞的活性等相關技能。本模塊是細胞生物學實驗的重點技能。通過本模塊，學生充分掌握細胞操作的基本技能。由于細胞操作技術要求高，培養周期長，干擾因素繁多等特點，細胞培養室在課余時間通過預約開放的形式向全體學生免費開放，以鞏固學生細胞操作技能。

（3）探索性實驗模塊。本模塊包括兩個部分。一是標書撰寫技能，學生通過文獻查閱，針對自己感興趣的領域提出科學假說，撰寫項目研究申請書（以浙江中醫藥大學學生科研基金項目申請書為模板）；二是實驗設計能力，給定選題，根據已學理論知識、實驗技能并查閱相關文獻，結合現有教學條件，設計實驗方案并分組討論其可行性。學生以項目為核心，以團隊為單位學習知識、參與實踐、完成項目。通過本模塊的訓練，學生的科學研究思維得到了很好的鍛煉。

4 全面開放實驗室，以科研帶動教學

實驗教學內容的優化，有限的教學課時已不能滿足實驗的課程設計。實驗室開放是實驗教學方式、手段的革新，樹立教學與科研相結合的思想，“以科研促教學，以教學帶科研”，在教學中研究，在研究中教學。實驗室的開放包含兩個方面：實驗設備資源的開放和實驗教學內容的開放。實驗設備資源的開放，學生可以根據合理的實驗方案申請適合的實驗場地和儀器設備，完成技能訓練或實驗設計；教學內容的開放，也就是教與學的開放，主要表現在學生對實驗內容、實驗方法等的選擇，實驗運行的環節，完成實驗的形式的開放，尊重學生的主體地位，充分發揮學生的積極主動性。

5 建立相對合理的模塊考核機制

實踐教學的效果不以原有單一的考試或實驗報告成績來考核。我們的教學目標直接指向學生多方面的發展變化，因此評價的指標也應該以學生多方面的發展變化為依據。以現代的教學質量觀來指導學生學習效果的評價，必須以是否有利于學生的進步與發展作為考核指標，注重學生實際操作技能和分析解決問題的能力。考核成績由三部分組成：基礎實驗模塊（20%）、細胞操作模塊（30%）、探索性實驗模塊（50%，其中標書撰寫占20%，實驗設計及操作占30%）。

二 存在問題與對策

1 以科學方法教育為導向的實驗教學需要有以科學方法教育為導向的實驗教材

以科學方法教育為導向的細胞生物學實驗教學要求把教學重點由教師單方面傳授知識轉向學生主動學習，問題在于如何發現問題、提出問題、建立假設、驗證假設等知識學生是不可能生而知之的。查閱現有的細胞生物學實驗教材，不難發現現有教材幾乎沒有關于這些方法論的介紹。教材編寫方式都是獨立且結論式的，由科學原理、材料、步驟甚至實驗結果構成教材內容。基于這樣的問題，我們專門編寫了符合科學方法教育的細胞生物學實驗教材，一方面對學生進行具體科學方法論的指導，另一方面詳細闡述各項實驗技術的性質、操作程序、適用范圍，將方法融于結論性知識的陳述中。

2 以科學方法教育為導向的實驗教學需要有以科學方法教育為導向的教學方法

細胞生物學實驗所蘊涵的科學方法非常豐富，主要包括根據實驗目的而進行的實驗原理構思的方法、實驗步驟的設計與實驗操作的方法、實驗結果的顯示方法以及實驗數據的處理和整理歸納實驗結論的方法等。細胞生物學基礎實驗、細胞操作和探索性設計，這三層次內容是相互連接、不斷遞進的，滲透科學方法教育的側重點應有所不同。基礎實驗側重儀器使用及數據處理方法，細胞操作實驗重視操作方法、實驗結果的顯示方法和結果的分析歸納方法，而探索性設計重視實驗的設計思想及各項實驗技術的綜合運用。我們在進行科學方法教育時，遵循由易到難，從單一到綜合的規律，以細胞生物學基本實驗技能為基礎，以開放性實驗為依托，結合所學知識，探索感興趣的科學問題，從而提升理論水平和實踐能力；采用層層深入的教學方式，充分體現“教為不教”的教學理念，為學生構建開放的學習環境，提供多渠道獲取知識、并將學到的知識加以綜合應用于實踐的機會，促進他們形成積極的學習態度和良好的學習策略，培養創新精神和實踐能力。

總之，科學方法教育是提升細胞生物學實驗教學質量的重要環節，更是培養學生實踐能力和創新精神的重要途徑[6]。細胞生物學實驗科學方法教育是以培養學生具有永不滿足、追求卓越的態度，培養學生發現問題、提出問題、解決問題的能力為基本目標；以學生從理論學習和實踐活動中獲得的各種課題或項目設計為基本的學習載體；以在提出問題和解決問題的全過程中學到的細胞生物學知識、實驗技術、科學研究方法及獲得的豐富體驗為基本內容；以在教師指導下，以學生自主采用研究性學習方式開展研究為基本的教學形式。通過科學方法教育，在現有的教學條件下和有限的課時內，學生在細胞生物學理論與實驗技能方面有了全面的提升，提高了教學質量，激發學生的創新思維，促進學生學習的自覺性和主動性，從而教會學生自我學習以及分析解決問題的能力。

參考文獻

[1]陽國亮. 高校應加強科學方法教育[N]. 中國教育報， 2009-05-25.

[2]王尚芝， 韓靜， 孟雙明， 關翠林， 王海清， 郭永. 大學化學教學中應重視科學方法教育[J]. 科技信息（學術研究）， 2007（33）： 95.

[3]丁建洋. 從知識本位走向能力本位：大學本質的回歸[J].中國高教研究， 2011（08）：72-76.

[4]郝京華. 論科學教育中的科學方法教育問題[J]. 教育研究與實驗， 2000（06）：16-20.

[5]翟中和， 王喜忠， 丁明孝. 細胞生物學[M]. 北京： 高等教育出版社， 2011.

[6]徐鑫， 覃永華， 余光輝， 程旺元， 唐仙英. 科學素養與科研為導向的細胞生物學教學方法探索[J].中國細胞生物學學報， 2016， 38（4）：421-425.