研究生現代細胞生物學方法實驗課教學的探索

林文芳 鄭祥梓 繆 穎

（福建農林大學生命科學學院，福建 福州 350002）

2017年1月，教育部國務院學位委員會關于印發《學位與研究生教育發展“十三五”規劃》的通知中指明，研究生教育作為國民教育體系的頂端，是培養高層次人才和釋放人才紅利的主要途徑，是國家人才競爭和科技競爭的重要支柱，是實施創新驅動發展戰略和建設創新型國家的核心要素。因此，培養具有創新精神和創新能力的創新型人才是中國現行高等教育研究生培養的一個重要目標，也是各高校目前首要任務。［1-3］《學位與研究生教育發展“十三五”規劃》要求改革研究生培養模式，提升創新和實踐能力，要加強研究生教材和課程建設，強化教材的前沿性和針對性，要加強對課程建設的長遠和系統規劃，將創新創業能力融入課程體系。針對這一要求，目前研究生教育仍然存在不少問題，尤其是研究生實驗課程仍然是比較薄弱的環節。

一、生物學科研究生實驗技能培養現狀

21世紀是生命科學的時代，迅猛發展的生物科學要求研究人員具備嚴謹的研究態度、扎實的實驗技能、不斷探索的創新精神，這必然迫切要求培養高質量研究生。但現實與需求存在極大不平衡，由于地理位置及學校水平等因素影響，一般院校難錄取到優秀生源，生源素質成為制約相關教育水平的重要因素。一方面許多普通本科院校的畢業生在儀器和經費雙限下實驗動手能力比較欠缺，“高分低能”現象突出；另一方面重理論輕實驗的教學培養體系，使研究生無法從課程中獲得實驗技能的提升，其實驗技能主要源于實驗室代代相傳或自行摸索，實驗技能的全面性、操作的規范和準確性有待加強。這種“先天不足，后天未補”造成研究生整體科研技能不足，獨立完成實驗設計有難度，動手操作能力弱，分析問題和解決問題能力差的現狀。

針對基礎技能不足，教育工作者從教學模式，增設實驗課，革新授課模式等方面來改善。［4-6］但仍然存在實驗多以驗證性為主、前沿性不足與應用脫節、實驗技能無法融入課題研究等方面的問題，對研究生分析和解決問題及設計實驗意義不大。

二、以科研平臺為依托革新現代細胞生物學方法實驗課，提升研究生科研創新能力

高校科研實驗平臺擁有相對高精尖及完備的科研儀器，是高校科研產出的主要依托平臺。但運行上多是來樣測試，對于研究生而言，測試過程猶如“黑匣子”，遇到問題難以分析及解決，同時缺乏利用大型儀器探索未知科研領域的直觀認識，不利于創新技能的培養。針對這一現狀也有高校提出科研平臺、共享實驗室參與研究生培養，在一定程度上取得成效，但由于科研平臺人員水平有限，只能承擔簡單的階段性應用培訓，無法在整體實驗設計及實際操作應用上提升研究生水平。［7-8］筆者以福建農林大學生命科學學院為例，詳解以“福建省植物功能生物學與綠色農業重點實驗室”省級實驗平臺為依托開設研究生現代細胞生物學方法實驗課，探索科研工作與研究生實驗教學有機結合的研究生培養模式。

（一）設計

細胞生物學是以細胞為研究對象，從細胞的整體水平、亞顯微水平、分子水平等三個層次，以動態的觀點，研究細胞和細胞器的結構和功能、細胞的生活史和各種生命活動規律的學科。細胞生物學研究對實驗技能和儀器的要求比較高。受困于儀器配置和性能，對植物細胞開展相關研究往往要依托公司或者校外科研機構實現，“福建省植物功能生物學與綠色農業重點實驗室”省級實驗平臺購置了共聚焦顯微鏡、基因槍、熒光顯微鏡等儀器，實現在本校平臺上完成相關實驗的可能性，繆穎教授課題組構建優化了原生質體細胞定位實驗系統，以此為基礎，開設現代細胞生物學方法實驗課。該實驗課圍繞原生質體觀察亞細胞蛋白定位這一課題，以擬南芥和煙草為材料，通過瞬時基因表達系統轉入目的基因，提取原生質體，在熒光顯微鏡及共聚焦顯微鏡下觀察轉入基因表達后的蛋白定位，提取蛋白，通過蛋白免疫印跡實驗驗證基因轉入結果；此外通過RNA提取、基因半定量和定量PCR等實驗檢測基因表達。通過完整的實驗設計將細胞生物學需要掌握的主要實驗技能貫穿整個課程。將實驗設計、儀器操作、實驗技能培訓融合于一體，提高研究生整體技能，促使其能快速轉變角色，開展課題研究。

（二）實施

1.師資隊伍。以往實驗課主要由教輔承擔，與一線科研聯系不夠緊密。本實驗課由專職一線科研的教師承擔，配以2名平臺人員，完成儀器使用的培訓，同時招聘往屆修學過該課程的學生作為助手輔助配置和準備實驗材料。這樣的師資有助于導入實驗設計觀念、保證儀器操作規范及解決現實研究出現的問題。

2.課程設置。分為理論授課、分組開展實驗和課程匯報三部分。涉及基因瞬時表達系統、原生質體提取、細胞定位觀察、蛋白相關實驗及基因檢測相關實驗，實驗安排如表1。摒棄以往的階段性、分節的實驗技能培訓方式，完整的課題式實驗設計有助于研究生直觀認知課題設計及如何通過實驗開展課題，避免學與用的脫節。

表1 課程安排表

3.經費保障。由于實驗涉及基因槍注射洋蔥瞬時表達、原生質體提取、共聚焦顯微鏡觀察、蛋白免疫印跡等實驗，基礎費用比較高，經費主要由研究生課程經費支出，對于經費不足部分由平臺維護費支出。

4.課程開展。本門課程安排在第一學期期末集中開展，為期2周，48學時。實驗以小組開展，每個小組3-4人，共7-8個小組。實驗操作借助平臺儀器完成。前期理論講解相關知識點。中期以小組為單位開展實驗，摒棄以往的手把手式教學，平臺科輔教師對相關實驗技能及儀器操作進行示范培訓，實驗主體由學生開展，遇到問題學生內部先討論，將解決方案與指導教師探討后繼續完成實驗。后期每個小組總結匯報，分析問題成因及解決方案。經過授課教師同意允許修課學生自帶實驗材料。

三、研究生現代細胞生物學方法實驗課教學成效及體會

（一）成效

1.從研究生培養角度看，提升研究生科研技能并增強就業競爭力。一方面，通過對研究生的系統培訓，在實驗技能上，基礎差的學生不再懼怕實驗，動手能力切實得到提高，基礎好的學生進一步規范操作；在實驗設計上，研究生對課題設計有了較清晰的認識；在課題開展上，懂得用什么技術解決什么問題，快速進入角色開展課題研究。另一方面，長期操作大型儀器如共聚焦顯微鏡，不僅在儀器操作上有優勢，同時增強了相關實驗問題解決能力，大大提高研究生的就業競爭力。

2.從課程滿意度看，本課程受到學生高度認可。通過這一課程學生對懂得如何設計實驗，這是其他實驗課程及實驗室培訓不會涉及的；實驗技能提升和大型儀器使用經歷增強學生開展科學研究的信心；研討式學習開啟學生自我解決問題的意識。基于以上原因，學生的選課熱情很高。

3.從平臺運行角度看，減輕了平臺工作人員的壓力。科研平臺實驗人員要對儀器進行操作和維護，還要負責儀器操作培訓，以便部分人員可以獨立操作，要解決操作過程中遇到的問題，工作壓力比較大。本實驗課的開展，平臺人員對細胞生物學專業學生中進行統一培訓，一方面獲得教學工作量，另一方面培訓后，動手操作過的研究生后期開展課題經過簡單復訓即可獨立使用儀器，能基本解決儀器使用中的問題，減輕了平臺工作人員的工作壓力。

（二）不足及改進措施

1.資源有限與修學需求不平衡。由于場地、經費和儀器損耗等問題，主要面向細胞生物學學生，針對這個問題計劃通過2項措施來解決：（1）通過虛擬仿真與視頻教學相結合讓更多的學生可以修學該課程。（2）對于研究生課題涉及到這部分實驗的非細胞生物學專業的學生，可以申請選修，針對這部分學生，可以自帶實驗材料，將修課與預實驗結合起來，課程向該導師團隊收取一定費用。

2.探索部分學生持證上崗。對于修學本實驗課程，且后期應用較多，能自行操作和解決操作中的問題的學生，平臺給予操作資格認定，并在學生提出申請的情況下聘用持證學生，這樣有助于平臺更好的運轉。嫻熟的操作及聘用經歷有助于提高畢業研究生的就業競爭力。

研究生是高校科研的主體實施者，也是未來科研領域的生力軍，培養具備良好科研技能的研究生對高校對國家的科技競爭力具有重要影響力，文章以現代細胞生物學方法實驗課為例探索研究生實驗教學體系的革新，將平臺建設融入到培養研究生培養事務中去，這種資源整合后的教育模式為研究生教育改革提供了新視野和方向。