《細胞生物學》實驗教學改革芻議

楊琳+張武+阿周存+蘇錫鈞

摘要：為了實現在有限的學時內讓學生系統地掌握細胞生物學基礎的實驗原理和技能，培養學生創新思維能力和動手能力，對細胞生物學實驗教學進行了改革，提高實驗教學質量，以探索“授之以魚，不如授之以漁”的優化細胞生物學教學體系，構建實驗教學新模式。

關鍵詞：細胞生物學；實驗；教學改革

基金項目：大理大學教育教學改革項目“細胞生物學實驗教學的改革”（JGV-31）；大理大學農學與生物學實驗教學示范中心項目（X-SYZX-3）

中圖分類號： Q2-4 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.16.056

細胞生物學是現代生命科學中一門重要的基礎前沿學科，是高校生命科學的專業基礎課程之一，也是現代生命科學中實驗性很強的課程[1]。該課程是在學習了生物化學、植物學、動物學等課程之后開設的課程，又是后期專業課程遺傳學、分子生物學、細胞工程、動植物生理學的基礎，從而使得該門課程成為生物科學、生物技術等專業本科生學習的重要環節，起承上啟下的作用。細胞生物學實驗教學目的是讓學生學習實驗基本原理和技能，通過實驗培養學生運用理論解決實際問題的能力，增強對細胞生命現象進行探索的興趣和思維的自覺性，提高學生的綜合素質[2，3]。如何更有效地實現細胞生物學實驗教學目的，是當前實驗教學改革的一項重要內容，針對目前細胞生物學教學中存在的問題，有必要對實驗教學進行改革和探索。

1 細胞生物學實驗教學中存在的主要問題

細胞生物是當代生物學中發展最快的學科之一，隨著細胞生物學實驗技術方法的快速發展，實驗教學條件的改善和學生培養目標的調整，傳統細胞生物學實驗教學中的問題日益凸顯。

實驗教學在傳統的教學觀念中一直被視為是理論教學的補充，多年來一直采用被動的教學模式[4]。實驗教學方法較程序化和單一化，比較側重于驗證性實驗，設計性及綜合性實驗較少或缺乏，這對培養學生的實驗基本技能有一定的作用，但是缺乏對學生綜合能力和創新思維的培養。由于受到實驗室條件及實驗課時的限制，教學內容相對陳舊，無法體現細胞生物學先進的實驗技術。實驗考核制度不完善，例如實驗考核成績主要由實驗報告完成情況來評判等。這些情況直接導致了學生忽視實驗的操作過程，學習積極性不夠，實驗報告相互抄襲現象屢禁不止，教學效果不理想?；谝陨显?，為了達到培養創新型人才的目的，進行實驗教學改革，是實驗教師目前亟需解決的問題。

2 細胞生物學實驗教學改革

2.1 合理調整實驗內容，促進教學質量的提高

細胞生物學實驗教學內容涵蓋顯微鏡技術、細胞器及細胞結構的觀察、細胞組分的分離分析法、細胞培養、綜合性及設計性實驗等五大塊。該院生物科學和生物技術專業細胞生物學實驗課課時均為24學時，實驗課時相對較少，在有限的課時中綜合考慮知識的重點和難點，對原有的實驗內容進行相應的篩選、優化和整合。

2.1.1 優化實驗內容，提高實驗教學效率 細胞生物學的知識點與細胞工程、遺傳學、微生物學、植物生理學、動物生理學、分子生物學等課程有一定的相關和交叉，在認真分析細胞生物學實驗內容，以及在與其他課程進行比較的基礎上，通過和相關課程負責人的溝通與協調，避免不必要的重復，適當刪減了部分與其他課程交叉的實驗內容，例如“死、活細胞的染色鑒別”“細胞大小的顯微測量”由《微生物學》承擔，“人體間期細胞X染色質標本的制作及觀察”“有絲分裂和減數分裂的觀察”等由《遺傳學》承擔，“細胞融合”由《細胞工程》承擔等。

在實驗項目設置上將一些同類型實驗內容進行歸并，合理調整實驗學時，提高實驗教學效率。將“幾種特殊顯微鏡的原理和使用”“幾種細胞器的觀察”“液泡系和線粒體的活體染色法和觀察”合并為一個實驗，觀察固定裝片中幾種細胞器的形態結構，同時復習鞏固普通光學顯微鏡的結構和功能、低倍鏡和高倍鏡的使用，學習并掌握油鏡的使用方法；學習線粒體和液泡系的超活染色法及臨時裝片的制作，掌握在光學顯微鏡下如何寫實規范繪制細胞結構的方法。將“葉綠體的分離和觀察”“細胞核的分離和觀察”與“熒光顯微鏡的使用和顯微攝影”合并為一個實驗，學習和掌握用差速離心法分離細胞器及細胞結構的原理和方法，在光學顯微鏡下觀察并區分所分離到的細胞核和葉綠體；利用熒光顯微鏡觀察葉綠體的自發熒光及葉綠體和細胞核的誘發熒光，并學習顯微攝影技術。這樣可以在有限的實驗學時中學習更多的細胞生物學實驗技術，完成更多的實驗內容，強化細胞生物學實驗基本技能以及操作方法，提高實驗效率。

2.1.2 增設綜合性和設計性試驗，培養學生創新能力 為提高學生實驗的基本操作技能，訓練綜合運用實驗技術分析和解決問題的能力，培養創新意識。根據課程內容及特點，結合教師的科研方向，適當增設綜合性實驗、設計性試驗和開放實驗室項目[1，5]。

細胞培養是細胞生物學實驗中的基本技術，結合該院現有的實驗條件，通過植物細胞、組織培養的綜合性實驗使學生對植物細胞培養的基本操作技術和原理能全面掌握，從培養基的配制→植物外植體的獲得及滅菌→原代培養→繼代培養（懸浮細胞培養系的建立、再分化培養）→全能性的表達（完整植株的形成），最終建立一個完整的植物細胞、組織培養體系。綜合性實驗染色體標本的制備與觀察包含了實驗材料的預處理、實驗動物的解剖、骨髓細胞的分離和收集、低滲和固定、染色技術、固定裝片的制作和觀察、顯微攝影等實驗內容。這樣的綜合性實驗具有較高的連續性，在實驗的整個過程學生都必須認真參與，對每個環節中出現的問題進行記錄、分析和解決，才能獲得最后的實驗結果，對提高學生參與實驗的積極性和綜合分析解決問題的能力有極大的幫助。

由于細胞生物學實驗對實驗儀器設備、實驗操作技術要求較高，所以細胞生物學的設計性實驗以命題的方式來進行。根據教學大綱和培養目標的要求，把實驗項目“小鼠巨噬細胞吞噬現象的觀察”和 “巨噬細胞中酸性磷酸酶的顯示方法”2個實驗安排成設計性實驗，學生4～5人分為一組，選擇其一完成。要求學生在充分理解實驗目的和基本原理的基礎上，查閱相關文獻和資料，自行設計詳細的實驗方案，由教師審核批準，實驗室提供實驗原材料、實驗設備及實驗藥品，學生獨立實施實驗方案，對實驗結果進行合理的分析和歸納總結，最后寫出完整和詳盡的實驗報告。通過設計性試驗的實施提高了學生實驗參與度和興趣，這樣對培養學生查閱文獻的能力、設計方案的寫作能力、遇到問題分析和解決的能力、團隊協作能力、學生的創新思維能力等方面具有積極的促進作用。

根據實驗室條件及教師的科研情況，鼓勵學生申報與細胞生物學相關的大學生科研課題和參與到教師的開放實驗室項目中。教師向學生提供實驗開放項目或學生自主申報研究課題，學生查閱文獻資料，寫出實驗技術路線，與指導教師協商和討論，得出切實可行的實驗方案，進行實施，最后作實驗研究小論文。在此過程中培養學習興趣，提高學生的動手能力、思考和解決問題的能力，激發學生探索欲望，為今后畢業論文的寫作打下堅實的基礎。

2.2 改革實驗教學方法，培養學生綜合素質

2.2.1 改變教學方式 以往的實驗課，教師講授實驗原理和實驗內容，并對實驗中關鍵步驟的操作進行示范，學生按照教師的講解和實驗指導的步驟，不加思考，完成實驗過程，不論實驗結果的好壞結束實驗。這使學生養成了課前不預習，實驗操作中不去思考操作的壞習慣，按部就班完成實驗步驟，當實驗結果出現問題時不探究原委，草草了事，應付性的寫出實驗報告。為了改變這種學習的不良風氣，發揮學生學習的主觀能動性，我們將講述式教學改為講述與討論式結合，要求學生課前對實驗內容進行預習，對實驗中有可能出現的問題進行思考，在課堂講述中對學生進行提問，對某些有爭議性的看法進行討論。在實驗過程中，將學生分為4人的實驗小組，分工合作，相互配合協調，注意培養學生的動手能力和團隊合作精神；認真監控學生的整個實驗過程，注重學生的主體地位，教師只起指導輔助的作用；當出現問題時，積極引導學生自己思考和解決問題。實驗結束時，必須由教師檢查及評價實驗結果，學生自己總結實驗成敗的原因。

鼓勵學生參與到實驗藥品的配制、實驗材料的預處理，儀器設備的調試和使用等實驗準備中，提高學生的實驗參與度和動手能力。

2.2.2 多媒體輔助教學 采用多媒體教學手段輔助教學。多媒體課件的應用能豐富學生的感性認識，有利于學生對知識的理解和掌握，激發學生的興趣，提高教學效果[6]。細胞生物學實驗內容大多都以多媒體和視頻的形式展開，細胞的細微結構的觀察，實驗中關鍵的實驗步驟，最后達到的實驗結果，都以圖片或視頻的形式展現給學生，教師講解更有針對性，學生也容易理解，便于學生進行對照和檢驗自己的實驗結果。

例如“各種細胞器的觀察”可以用多媒體課件展示各種細胞器在細胞中的位置、形態以及動態變化，更利于學生在顯微鏡下觀察與識別；在進行“植物細胞、組織培養”實驗時，可以先播放植物細胞培養的視頻資料，讓學生們先觀看植物細胞培養的技術要點和操作過程，可以有效提高學生無菌操作和細胞培養的成功率。隨著細胞實驗技術的快速發展，需要向學生介紹一些當前實驗條件不能實際操作的實驗，可以用多媒體課件和網絡視頻的方式進行演示實驗，例如“電子顯微鏡的原理和使用”“激光共聚焦顯微鏡的原理和使用”“流式細胞儀的原理和使用”等，豐富實驗的內容，增加學生的學習興趣。

2.3 改革實驗考核方式，完善實驗成績考核制度

為了提高學生對實驗的重視程度和體現實驗教學在細胞生物學課程教學中的重要性，在新一輪的教學大綱修訂中將實驗考核成績占課程期末成績的百分比從20%提高到了30%。

建立完善的成績評定體系是保證實驗教學質量的關鍵。實驗考核方式是否合理直接關系到學生對實驗課的重視程度和實驗效果[7]。

改革前實驗考核成績一般是以實驗報告的完成情況來進行評定的，致使部分學生只注重實驗報告的完成，而忽略實驗的操作與觀察。實驗報告是學生對實驗原理、觀察記錄、實驗結果分析等的總結，但實驗報告書寫的好壞并不能全面反映學生對實驗的掌握情況，特別是不能反映出學生的實驗操作能力。在實驗報告中經常會出現相互抄襲的現象，所以單一以實驗報告評定學生的實驗成績并不可取，實驗成績的可靠性也較低。

該院對細胞生物學實驗成績綜合評定進行了改革，其測評內容包括出勤情況、實驗操作、實驗結果、實驗報告、實驗考核等指標，在此操作上還考慮了學生的學習態度和學習精神、實驗預習、實驗室紀律、實驗臺的衛生整潔情況等。具體操作是：實驗報告成績占30%，實驗操作及實驗結果占30%，實驗課表現（出勤情況、提問、討論、打掃衛生）占10%，實驗期末考核（設計性實驗的方案設計、實施、結果、實驗報告）占30%。通過全面的實驗成績考核方式，確保了實驗成績考核的全面性和真實性，培養學生良好的實驗及操作習慣，讓學生意識到實驗過程的重要性，提高學生對實驗課的重視程度，以達到培養學生的創新意識和綜合素質的目的。

3 教學效果

細胞生物學實驗改革實施以后，在學生對理論教學和實驗教學的質量評價中，學生對實驗教學的滿意度逐漸增加，得到學生和同行評議的肯定。實驗教學作為課程教學的重要組成部分，對學生理論課程的掌握有很大的促進作用。分析學生成績發現實施實驗改革后，學生課程考核成績有了較大的提高，及格率和平均分有較大的提高，標準差為正常范圍（8～10），成績的分布也逐步趨于正態分布，具體成績見表1。說明細胞生物學實驗教學改革后，一方面提高了學生的實驗操作能力和對實驗的重視程度；另一方面也通過實驗操作加深了對理論課程中知識點的理解和掌握。此外，細胞生物學教學團隊先后有5人次被評為學校教學質量優秀教師。

4 結語

探索“授之以魚，不如授之以漁”的優化細胞生物學實驗教學體系中，構建實驗教學新模式，從而對學生知識、能力、人格的全面協調發展起到積極地推動作用。深化實驗教學改革，不是一朝一夕就能做到的，要在教學實踐中不斷總結經驗，才能將教育改革有序推進。

參考文獻

[1]張儉，劉勝貴.淺談細胞生物學實驗教學改革[J].生物學通報，2006，41（09）：41-43.

[2]孫劍華，張紅鋒.基于學生發展的細胞生物學實驗評價[J].實驗室研究與探索，2010（03）：127-129.

[3]李小燕，劉江東，鄭凌，等.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，2011，28（04）：116-119，142.

[4]王宏英，王偉，陳堅剛，等.細胞生物學實驗教學創新的探討[J].實驗技術與管理，2008，25（01）：126-128.

[5]婁慧玲，郭濱，吳燕華，等.細胞生物學實驗教學的探索與實踐[J].高校生物學教學研究（電子版），2011（01）：44-46.

[6]周景明，劉紅濤，祁艷化，等.新形勢下細胞生物學實驗教學實踐與探索[J].大學教育，2015（12）：135-154.

[7]孫路，亳澤善，穆靈敏，等.開設細胞生物學綜合實驗的改革與探索[J].實驗室科學，2006，4（02）：l4-15.

作者簡介：楊琳，講師，研究方向：細胞生物學教學和植物組織培養研究。