生物學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程體系設(shè)計(jì)及實(shí)施“基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)試驗(yàn)計(jì)劃”為例
——以北京師范大學(xué)

宋宏濤， 李萬(wàn)杰， 向本瓊， 朱壁如， 馮利民

(北京師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院 生命科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心， 北京 100875)

0 引 言

“基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)試驗(yàn)計(jì)劃”簡(jiǎn)稱“珠峰計(jì)劃”[1]，是國(guó)家為回應(yīng)“錢(qián)學(xué)森之問(wèn)”而推出的一項(xiàng)人才培養(yǎng)計(jì)劃，旨在培養(yǎng)中國(guó)自己的學(xué)術(shù)大師。該計(jì)劃由教育部聯(lián)合中組部、財(cái)政部于2009年啟動(dòng)。該計(jì)劃主要目的是為了貫徹實(shí)施人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略,同時(shí)大力推進(jìn)國(guó)家研究型大學(xué)拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式和機(jī)制的全方位創(chuàng)新,帶動(dòng)整個(gè)高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量的進(jìn)一步提高。

我校是入選 “大學(xué)生優(yōu)選計(jì)劃” 的 19 所高校之一,同時(shí)學(xué)校的 “拔尖計(jì)劃” 也被列入國(guó)家教育體制改革試點(diǎn)項(xiàng)目和北京師范大學(xué) “985 工程”[2]。 從 2010 級(jí)開(kāi)始在全校范圍內(nèi)選拔優(yōu)秀學(xué)生組建勵(lì)耘學(xué)院 “基礎(chǔ)理科拔尖學(xué)生培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)班” ( 以下簡(jiǎn)稱 “勵(lì)耘實(shí)驗(yàn)班”) ,對(duì)入選該計(jì)劃的學(xué)生實(shí)施“寬口徑、厚基礎(chǔ)、高素質(zhì)、強(qiáng)能力、個(gè)性化、開(kāi)放式”的拔尖學(xué)生培養(yǎng)模式[3]。

生命科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心(以下簡(jiǎn)稱“中心”)針對(duì)生物學(xué)勵(lì)耘實(shí)驗(yàn)班拔尖學(xué)生培養(yǎng)所應(yīng)具備的特質(zhì)，對(duì)學(xué)生的實(shí)踐能力培養(yǎng)進(jìn)行了新的嘗試，在寬口徑基礎(chǔ)理科培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，完全打破傳統(tǒng)的“先理論后實(shí)驗(yàn)”的模式，探索“先試驗(yàn)后理論，再實(shí)驗(yàn)”(Test， Theory and Practice, TTP) 的模式[4]，以期望能更好地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和科學(xué)研究思維。基于此中心團(tuán)隊(duì)以生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)與方法為主線，整合已有的實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容，重構(gòu)了一套全新的針對(duì)拔尖學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課程體系,該實(shí)驗(yàn)課程體系一共包含4個(gè)模塊，即“生物綜合實(shí)驗(yàn)I～I(xiàn)V”。在之前的論文中[4-6]，主要探討了針對(duì)高年級(jí)的拔尖學(xué)生所開(kāi)設(shè)的III和IV模塊，以及針對(duì)單個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)(比如植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和RNA干擾技術(shù)在細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用)，針對(duì)本科4年的整個(gè)實(shí)驗(yàn)課程體系進(jìn)行展示，并就整個(gè)體系運(yùn)行5年來(lái)的效果通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查的形式進(jìn)行評(píng)價(jià)。為進(jìn)一步完善這一培養(yǎng)體系，有必要在試驗(yàn)實(shí)施一階段后及時(shí)進(jìn)行階段性總結(jié)。本文將圍繞生物學(xué)勵(lì)耘實(shí)驗(yàn)班拔尖學(xué)生所應(yīng)具備的實(shí)踐能力的培養(yǎng)目標(biāo)、課程內(nèi)容、實(shí)施情況及其效果評(píng)價(jià)、不足與展望4方面對(duì)該實(shí)驗(yàn)課程體系進(jìn)行總結(jié)和探討。于內(nèi)是經(jīng)驗(yàn)梳理、問(wèn)題檢討和推陳出新，于外則希望“拋磚引玉”，聽(tīng)取國(guó)內(nèi)同仁的批評(píng)指正。

1 培養(yǎng)目標(biāo)

國(guó)家對(duì)于拔尖學(xué)生培養(yǎng)定位是培養(yǎng)一批具有國(guó)際一流水平的基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)域拔尖創(chuàng)新人才,著眼于創(chuàng)新人才的基礎(chǔ)性培養(yǎng)和超前發(fā)展,促進(jìn)國(guó)家基礎(chǔ)科學(xué)研究水平的提升,并為其他學(xué)科的發(fā)展提供源泉和動(dòng)力[7]。生命科學(xué)學(xué)院一直以來(lái)秉承內(nèi)涵發(fā)展促進(jìn)質(zhì)量提升為核心，尊重高等教育發(fā)展規(guī)律和人才成長(zhǎng)規(guī)律，為切實(shí)解決生物學(xué)人才培養(yǎng)中課程設(shè)置價(jià)值取向不明與專業(yè)技能薄弱、學(xué)生主動(dòng)求知與創(chuàng)新欲望不足、以及學(xué)生人文素養(yǎng)與國(guó)際化視野欠缺的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，從2010年開(kāi)始不斷對(duì)生物學(xué)拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)模式進(jìn)行了改革創(chuàng)新[8]。對(duì)于拔尖學(xué)生來(lái)說(shuō)，其實(shí)踐能力培養(yǎng)目標(biāo)應(yīng)為培養(yǎng)他們具備扎實(shí)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能、濃厚的科研興趣、制勝的創(chuàng)新思維和突出的解決問(wèn)題能力，為此特頂層設(shè)計(jì)了培養(yǎng)拔尖學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)與能力的生物學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程體系，這樣既能解決拔尖學(xué)生切實(shí)需要的必備的扎實(shí)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能，更重要的是還能讓學(xué)生盡早了解真實(shí)科研過(guò)程，盡快由知識(shí)、技能學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變進(jìn)入科研狀態(tài)，多層次塑造學(xué)生們的創(chuàng)新意識(shí)與潛質(zhì)，全方位提升學(xué)生們的創(chuàng)新能力，為國(guó)內(nèi)外知名大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)培養(yǎng)輸送高質(zhì)量的生命科學(xué)基礎(chǔ)研究的后備人才。

2 課程體系的設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程都是要求學(xué)生先學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識(shí)及實(shí)驗(yàn)背景，然后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室動(dòng)手操作，最終驗(yàn)證某一個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)結(jié)論[9]。而對(duì)于拔尖學(xué)生這樣一個(gè)特殊群體[10-11]來(lái)說(shuō)，首先這些學(xué)生都是從全校通過(guò)嚴(yán)格考核篩選后的精英分子，他們普遍知識(shí)面廣、思維活躍、學(xué)習(xí)能力強(qiáng)，而且能進(jìn)入生物方向的學(xué)生都具備一定的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力(具有高中參加過(guò)生物奧賽等經(jīng)歷)。既要有寬厚的基礎(chǔ)，同時(shí)必須強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的探究和解決科研問(wèn)題的終極能力(即“科研實(shí)踐能力[12]”)，這是對(duì)于拔尖學(xué)生實(shí)驗(yàn)課程提出的更高要求。基于此中心團(tuán)隊(duì)以生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)與方法為主線,整合已有的實(shí)驗(yàn)課程模塊，重構(gòu)了一套全新的針對(duì)拔尖學(xué)生的由“生物綜合實(shí)驗(yàn)I～I(xiàn)V”4個(gè)模塊組成的實(shí)驗(yàn)課程體系，具體的課程內(nèi)容詳見(jiàn)表1～4。生物綜合實(shí)驗(yàn)I側(cè)重于動(dòng)物學(xué)與植物學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，主要為剛進(jìn)入實(shí)驗(yàn)班的大一學(xué)生進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn)課程的導(dǎo)入及相關(guān)宏觀生物學(xué)知識(shí)與技能體系鋪墊，主要包含植物和動(dòng)物學(xué)相關(guān)的結(jié)構(gòu)及形態(tài)觀察，同時(shí)通過(guò)新增模式物種“雞胚發(fā)育和擬南芥培養(yǎng)”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，向?qū)W生們滲透模式物種及其個(gè)體發(fā)育的知識(shí)，以及如何操作的基本實(shí)驗(yàn)技能，激發(fā)學(xué)生對(duì)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的興趣。生物綜合實(shí)驗(yàn)II是培養(yǎng)學(xué)生必須要掌握的最基本生物學(xué)技能，以微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)基本實(shí)驗(yàn)操作和遺傳學(xué)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)為主線，① 訓(xùn)練學(xué)生最基本的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技能(比如無(wú)菌操作的概念);② 通過(guò)遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的訓(xùn)練進(jìn)一步了解生物作為一門(mén)實(shí)驗(yàn)學(xué)科是如何通過(guò)具體的操作及分析一步一步揭示真相的(比如孟德?tīng)栠z傳定律的發(fā)現(xiàn)等)。生物綜合實(shí)驗(yàn)III是綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)，全面整合生物化學(xué)與分子生物學(xué)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)方法，設(shè)計(jì)了一套完整的從分子克隆開(kāi)始到最終得到純化產(chǎn)物并制備該蛋白的多克隆抗體的綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，要求學(xué)生在該課中嚴(yán)格注意前后銜接，實(shí)施步驟和分析問(wèn)題必須全面考慮各個(gè)環(huán)節(jié)方能得到良好的實(shí)驗(yàn)效果，通過(guò)這樣的訓(xùn)練以期培養(yǎng)學(xué)生掌控生物學(xué)大型綜合實(shí)驗(yàn)的能力。生物綜合實(shí)驗(yàn)IV涉及細(xì)胞生物學(xué)、生物技術(shù)和植物生理學(xué)研究技術(shù)和方法，圍繞兩個(gè)科研問(wèn)題“抗腫瘤藥物對(duì)細(xì)胞增殖凋亡的影響”和“如何探究缺素培養(yǎng)植物的生理生化變化”來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生需要學(xué)會(huì)利用多種實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段，從不同角度、尋找不同證據(jù)來(lái)完整回答每一個(gè)科研問(wèn)題，以培養(yǎng)學(xué)生探究能力及解決問(wèn)題的能力，這部分實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可參考文獻(xiàn)[5]。

表1 生物學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程體系-模塊I

表2 生物學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程體系-模塊II

表3 生物學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程體系-模塊III

表4 生物學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程體系-模塊IV

3 課程實(shí)施及其效果評(píng)價(jià)

3.1 方案實(shí)施概況

本生物實(shí)驗(yàn)課程體系實(shí)施自2011年秋季學(xué)期開(kāi)始至2016年秋季結(jié)束，共涵蓋2010～2016級(jí)勵(lì)耘理科實(shí)驗(yàn)班共計(jì)117人，課程體系運(yùn)行合計(jì)28080人時(shí)數(shù)。所有實(shí)驗(yàn)課程采用小班化精英式授課，實(shí)驗(yàn)課班級(jí)規(guī)模10～25人。實(shí)驗(yàn)課程團(tuán)隊(duì)成員共7人，全部為優(yōu)選青年骨干教師。

3.2 問(wèn)卷調(diào)查分析

采取了問(wèn)卷調(diào)查和畢業(yè)后跟蹤訪問(wèn)的形式，關(guān)注拔尖學(xué)生在校期間及畢業(yè)后的學(xué)術(shù)方向、科研成果信息，基于此對(duì)實(shí)驗(yàn)課程實(shí)施后的效果進(jìn)行判斷。

問(wèn)卷調(diào)查采用網(wǎng)絡(luò)在線方式，調(diào)查對(duì)象涉及2010～2013級(jí)所有勵(lì)耘班生物方向的畢業(yè)生70名，回收合格問(wèn)卷42份。調(diào)查內(nèi)容主要圍繞實(shí)驗(yàn)課程方案合理性打分(滿分10分)、師資配備得分(滿分10分)、實(shí)驗(yàn)室硬件狀況得分(滿分10分)等，另外也同時(shí)統(tǒng)計(jì)了學(xué)生基本信息、畢業(yè)后學(xué)習(xí)研究方向、發(fā)表學(xué)術(shù)論文狀況、獲獎(jiǎng)信息、國(guó)內(nèi)外會(huì)議交流等信息。

調(diào)查結(jié)果截至2017年6月，實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置方面的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)圖1，超過(guò)90%的學(xué)生認(rèn)可師資配備及實(shí)驗(yàn)室硬件實(shí)施，超過(guò)75%的學(xué)生對(duì)于拔尖學(xué)生實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)方案比較認(rèn)同，但是也看出在實(shí)驗(yàn)課程方案的設(shè)計(jì)上還存在可提升的空間。拔尖學(xué)生的對(duì)外交流方面，根據(jù)調(diào)查，大部分學(xué)生都有國(guó)內(nèi)外重要學(xué)術(shù)會(huì)議交流的經(jīng)歷，包括口頭或海報(bào)形式。已畢業(yè)學(xué)生的去向方面，截止2017年6月，勵(lì)耘生物方向拔尖班一共畢業(yè)70人，其中64%畢業(yè)學(xué)生直接進(jìn)入國(guó)內(nèi)高水平大學(xué)和科研院所攻讀博士學(xué)位，30%畢業(yè)學(xué)生直接進(jìn)入世界一流大學(xué)攻讀博士學(xué)位。同時(shí)，在科研成果方面也表現(xiàn)突出，勵(lì)耘學(xué)生在本科期間自主申請(qǐng)各類科研創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目46項(xiàng)(111人次)，其中國(guó)家級(jí)項(xiàng)目11項(xiàng)和北京市級(jí)7項(xiàng)。學(xué)生本科在讀期間發(fā)表科研論文8篇(其中SCI論文4篇，國(guó)內(nèi)核心4篇)，學(xué)生畢業(yè)后已發(fā)表SCI論文6篇。這些成果進(jìn)一步驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)課程培養(yǎng)體系的成效，且與國(guó)內(nèi)兄弟院校的相關(guān)評(píng)價(jià)結(jié)果接近[13]。

3.3 案例

2013級(jí)的張舒策同學(xué)，2013年10月入選生物學(xué)勵(lì)耘理科實(shí)驗(yàn)班，是典型的厚基礎(chǔ)強(qiáng)能力學(xué)生范例，憑借個(gè)人在生物學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程中學(xué)習(xí)到的各類實(shí)驗(yàn)技能及扎實(shí)的數(shù)理課程基礎(chǔ)，在生命科學(xué)領(lǐng)域的各個(gè)分支都有涉獵。曾以優(yōu)秀成績(jī)完成了生物學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)4個(gè)模塊的學(xué)習(xí)，以此同時(shí)2014年8月起開(kāi)始在生命科學(xué)學(xué)院王友軍教授實(shí)驗(yàn)室接受科研訓(xùn)練，綜合運(yùn)用鈣成像、FRET、共聚焦顯微術(shù)、高內(nèi)涵成像、流式細(xì)胞術(shù)、定量PCR、分子對(duì)接等技術(shù)進(jìn)行鈣池操縱鈣內(nèi)流(store-operated calcium entry, SOCE)的研究，主要從事調(diào)控SOCE藥理學(xué)工具的開(kāi)發(fā)和篩選工作，建立了一系列技術(shù)體系。2016年5～8月于加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)藥學(xué)系進(jìn)行科研實(shí)習(xí)，師從助理教授Dr. Tara Klassen進(jìn)行磷酸化蛋白組學(xué)分析研究工作。除了實(shí)驗(yàn)技術(shù)之外，在實(shí)驗(yàn)室工作的經(jīng)歷也訓(xùn)練他獨(dú)立分析與解決問(wèn)題，以及如何批判地思考。由他策劃開(kāi)創(chuàng)的生物勵(lì)耘班文獻(xiàn)俱樂(lè)部(Journal Club)和勵(lì)耘班本科生學(xué)術(shù)年會(huì)目前已成為了我院勵(lì)耘學(xué)生的品牌活動(dòng)。2017年8月張舒策獲得全額獎(jiǎng)學(xué)金繼續(xù)在加拿大阿爾伯特大學(xué)化學(xué)系攻讀博士學(xué)位。

圖1 問(wèn)卷調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果

4 不足與展望

人才培養(yǎng)是高校教育工作的核心，而因材施教是高等教育工作的重要原則[14]。北京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院在設(shè)計(jì)針對(duì)拔尖學(xué)生的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程培養(yǎng)方案時(shí)緊緊遵循上述兩個(gè)基本原則，通過(guò)整合現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)課程資源，并在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上進(jìn)行改革創(chuàng)新，構(gòu)建了相對(duì)完整的一套包含經(jīng)典的宏觀生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練、生物學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)和探究及解決科研問(wèn)題能力培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)課程體系。該實(shí)驗(yàn)課程體系突出了對(duì)于拔尖學(xué)生創(chuàng)新思維和解決科研問(wèn)題能力的培養(yǎng)訴求，采用精英化小班授課模式。經(jīng)過(guò)5年的運(yùn)行狀況表明，該實(shí)驗(yàn)課程體系對(duì)于拔尖學(xué)生在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)方面效果明顯，具有一定的示范作用，同時(shí)也希望得到國(guó)內(nèi)同行給我們的反饋和建議。

但是，需要清醒地認(rèn)識(shí)到，目前該方案還存在一些問(wèn)題。其中一個(gè)問(wèn)題在于實(shí)驗(yàn)課時(shí)較多(4個(gè)模塊加起來(lái)一共240學(xué)時(shí))，在2017新的教學(xué)體系方案中無(wú)法保證全部實(shí)施。如何精選，去粗取精是下一步需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。另外，拔尖學(xué)生的成長(zhǎng)規(guī)律不同于普通班學(xué)生[11]，這對(duì)于基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式提出了巨大的挑戰(zhàn)[15]。比如在綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)KIII和IV在實(shí)施期間，基本上所有的學(xué)生已經(jīng)進(jìn)入導(dǎo)師的科研實(shí)驗(yàn)室，對(duì)于教學(xué)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展他們有更高的訴求。比如他們對(duì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)課程興趣不大，很多情況下相關(guān)內(nèi)容已經(jīng)在導(dǎo)師的實(shí)驗(yàn)室經(jīng)歷過(guò)。他們對(duì)于教學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求發(fā)生了轉(zhuǎn)變，不僅僅是學(xué)習(xí)一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)而是要從實(shí)驗(yàn)課程中得到他們?cè)诳蒲袑?shí)驗(yàn)室學(xué)不到的能力。當(dāng)前的高等教育過(guò)程中,培養(yǎng)和提升生物學(xué)類本科生的科研水平也是決定生物學(xué)類本科生的教育質(zhì)量好壞的重要依據(jù)之一[16]。上述幾點(diǎn)是在后期實(shí)驗(yàn)課設(shè)置中重點(diǎn)考慮的改革方向。

5 結(jié) 語(yǔ)

我校勵(lì)耘班生物學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程培養(yǎng)方案經(jīng)過(guò)5屆學(xué)生的實(shí)施取得良好教學(xué)效果。這種針對(duì)拔尖人才的實(shí)驗(yàn)課程體系模式是否可以適合推廣應(yīng)用于未來(lái)普通學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將是下一步值得研究探索的課題。