醫學細胞生物學實驗教學的現狀與優化

李天柱 周靜 史鐵偉 李向波 白春英

摘 要：醫學細胞生物學是理論和實踐相結合的生命科學領域中迅速發展的前沿學科之一，實驗教學是培養學生科研素養和創新能力的關鍵。傳統的實驗教學理念不利于提升當代大學生綜合素質，為提高醫學細胞生物學教學效果，文章從目前實驗教學現狀及存在問題、實驗教學的優化、考核評價的優化等三大方面進行改革探討，以期構建培養醫學生科研思維和創新能力。

關鍵詞：醫學細胞生物學;實驗教學;創新能力

中圖分類號：G642.423? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2021）02-0106-04

醫學細胞生物學是一門基于實驗為基礎的發展最為迅猛的理論與實踐相結合的現代基礎醫學教育課程之一，以人類細胞作為研究對象，研究細胞的形態結構和功能，探索生命活動現象及規律的一門學科[1]。醫學細胞生物學通過實驗論證其概念、原理和規律，鞏固課堂所學到的知識，培養學生動手能力和創新能力。

現如今，響應國家創新型人才培養戰略要求，大學生應具備較強的科研創新意識、實踐動手能力及自主學習能力。但目前，在醫學細胞生物學實驗教學中出現了各種問題，致使學生缺乏獨立思考能力、創新意識和科研精神。因此，如何有效地進行醫學細胞生物學實驗教學，需要深入探討。

1 目前實驗教學現狀及存在問題

1.1 實驗教材及內容

目前使用的醫學細胞生物學實驗教材對實驗過程講解的很透徹，比如實驗目的和原理，實驗步驟，實驗結果等。學生會根據實驗教材按部就班地去操作，這樣學生容易陷入“標注答案”的泥潭，失去對實驗的趣味性和探索性。盡管教材里列舉好多前沿實驗技術，但目前好多院校實際開展的實驗課內容比較陳舊而且單一，大部分局限于驗證性實驗，實驗步驟固定，結果單一。這樣的實驗教學缺乏創新性和探究性，學生的積極性和參與度不高，教學效果不理想。

1.2 教學模式

在傳統實驗課教學中，實驗課準備工作是由實驗教師來完成，包括試劑藥品的制備和儀器設備的調試等。學生不參與實驗準備工作，不熟悉儀器設備的使用，不了解試劑藥品的配制。上實驗課之前，學生沒有一點預習實驗內容，沒有充分地思考，只能是機械般的模仿教師的操作，比葫蘆畫瓢，沒有獨立的思考，創新不足。傳統的實驗課教學模式單一化、程序化會帶來實驗結果統一化。這樣會使學生沒機會參與實驗全部過程，不能激發創新意識、不能提升發現問題、分析問題及解決問題的綜合能力。

1.3 教學方法

傳統的醫學細胞生物學教學方法主要是以講解式教學，缺乏師生之間的探討交流。這樣的教學方式不僅影響對學生發現問題和分析問題的能力的培養，而且影響學生解決問題、思考問題和科研創新能力的培養。部分教師們在實驗教學過程中生怕學生進展不順利導致實驗失敗，對整個實驗進行過程中再三強調注意事項。在這樣的環境下，學生按部就班地按照實驗步驟進行操作，沒有提問和討論，實驗室特別安靜。實驗教學很順利，學生也完成實驗，得出的實驗結果幾乎是完美的，師生都很高興，很滿意。但這種實驗就是簡單的重復性實驗，缺乏探索性和趣味性，很難達到提高學生分析和思考問題的能力。

1.3 考核評價

傳統的醫學細胞生物學實驗教學考核主要是以考勤和實驗報告完成情況進行，這直接影響學生參與實驗的積極，導致了學生忽視實驗操，只關注成績，抄襲實驗報告。同時，這種考核方法不能較好地體現學生的課堂接受度，也很難評價教學效果。

2 實驗教學的優化

2.1 優化實驗教學內容

2.1.1 實驗教材

醫學細胞生物學是實驗性特別強的一門學科，涉及到的基礎理論都來自實驗驗證，因此實驗是醫學細胞生物學最重要的教學內容之一。在培養學生的過程中，醫學細胞生物學、醫學遺傳學、生物化學、分子生物學等生物學相關課程均形成了實驗為主體的教學體系。但基本都是獨立開展實驗課，很少有綜合性和探究性實驗。在原有醫學細胞生物學、醫學遺傳學、生物化學、分子生物學等實驗教材的基礎上，整合編寫綜合性、探究性實驗教材，培養學生規范的科研意識和良好的科研創新能力。教材應包括基礎實驗、綜合性實驗和創新性實驗等內容。

2.1.2 基礎實驗和綜合性實驗

通過醫學細胞生物學基礎實驗，同學們可以了解儀器設備的操作方法，掌握基本實驗技術方法。掌握基礎實驗技術方法是科研的重要保障，也是以后進行科研的根本。為提高學生科研素質，在基礎實驗課程中適當地刪減簡單的實驗內容，保留具有代表性的實驗教學內容，比如顯微鏡的使用方法、細胞復蘇、細胞傳代、細胞凍存等。同時也應該適當增加細胞計數、細胞增殖測定等實驗技術。同時，可以刪減與其他學科里重復出現的實驗內容。醫學細胞生物學與生物化學、分子生物學、遺傳學等其他學科有重復。重復的實驗內容浪費了寶貴的時間和精力，學生會失去學習興趣。為避免這種現象，教學大綱制定的時候與其他學科教師們溝通，刪除重復實驗內容。同時，可適當合并相關內容實驗，將幾個相關實驗安排在同一個實驗課里，可以節省課時，有利于實驗連貫性，學生會更好地熟悉掌握實驗方法。比如將把顯微鏡使用方法與細胞形態及結構觀察實驗安排在一起，學生在掌握顯微鏡的基本理論知識后，在觀察細胞形態結構的同時掌握熟悉顯微鏡的操作方法。除了必要的基礎實驗以外，可以適當增加綜合性實驗。綜合性的實驗設計在醫學細胞生物學實驗教學中起著重要作用，不僅激發學生科研積極性，而且可以拓展學生學術視野，培養科研探究精神。醫學細胞生物學實驗教學，可以開展細胞傳代培養及細胞功能檢測的綜合性實驗，比如細胞傳代培養、細胞侵襲實驗和細胞移動實驗。通過綜合性實驗，能使獨立的實驗技術串聯整合，提高學生綜合科研素質和創新思維。同時也可以將虛擬仿真實驗引入到實驗課中，實現“虛實”有機結合的教學模式，有利于開展受倫理學限制以及高成本的實驗。綜合性實驗可以提高學生對科研的興趣、科研思維和團隊意識，實現教學與科研資源的共享問題。

2.1.3 創新性實驗

創新性實驗是通過先進的實驗手段進行的探索性開創性的實驗，基礎和綜合實驗基礎上建立的要求更高的實驗課教學。學生通過文獻檢索收集資料，根據研究方向和研究內容設計研究方案，再對實施方案進行充分的論證后進行操作。實驗完成后，學生根據實驗原始數據，按照科技論文格式撰寫實驗報告。通過創新實驗，學生不僅提高發現問題、分析問題和解決問題的能力，而且提升科研創新意識。目前，學生通過參與大學生創新項目開展創新性實驗。我們教研室指導學生多項大學生創新創業訓練計劃項目，比如橄欖苦苷對HepG2肝癌細胞遷移和侵襲能力的影響，ELK3對人肝癌細胞上皮細胞-間充質轉化機制的研究等。

2.2 優化教學模式

大多數高等醫學院校在醫學細胞生物學實驗教學中，結合學校實際情況實施一套可行的實驗教學模式。但我們還要不斷地探索驗證性實驗、綜合性、創新性三位一體的實驗教學模式，開設的實驗作為理論教學的基礎，開設探索性、創新性實驗。這種模式打破了單一的以驗證性實驗為主的教學模式，提升了實驗室功能，培養學生創新意識和科研能力，提高了實驗室的作用及地位。

2.3 優化教學方法

2.3.1 自主學習法

培養學生創新思維，需要學生自己思考和開動腦筋，不應該是不加思考地接受。教師在授課過程中，需要改進教學方法，有傳統的知識傳授轉變為以學生為主的教學模式，學生的學為主體，教師的教為輔助，培養學生自主學習能力。在實驗教學過程中，可以將分析、討論教學模式穿插在課堂中，實驗原理和方法利用多媒體教學平臺，讓學生通過觀看實驗操作視頻，在實驗課上進行充分的分析和討論。教師在實驗教學中有計劃的呈現實驗內容，以發現問題、提出問題、分析問題、解決問題的形式引導學生對實驗整個內容進行深度的思考。同時，為了提高實驗教學的效果，可以設計微課，方便學生在課下了解實驗設計的基本內容和思路，提升學生思考空間，可以體現現代醫學教育翻轉課堂的基本思路[2]。在實驗教學中，學生只按照實驗步驟來做實驗，學生不會細心觀察每一步得出來的實驗結果，也不可能會及時根據實驗結果調整實驗方案，更不可能分析實驗失敗原因。教師應給予學生充分的時間和自由，嘗試不同實驗條件下的實驗結果，使實驗氣氛高漲，積極討論，滿懷信心進行實驗。等實驗結束后，讓學生進行總結經驗，對成功或失敗的實驗結果進行充分的分析和解釋。

2.3.2 PBL教學法

問題導向法（problem-based learning，PBL） 是美國Barrows教授在加拿大加拿大麥克馬斯特大學創造的，以問題作為基礎，學生為主體，教師引導的小組討論及自學的教學模式。PBL教學分為提出問題、查閱文獻、小組討論和總結反思等4個主要環節獲取大量的知識。目前，PBL教學方法在國內外廣泛應用，深受歡迎。PBL教學結合臨床案例，學生為中心，教師引導學生進行小組討論學習，提出問題、查閱文獻、討論總結、反思獲得知識。PBL教學法在醫學細胞生物學實驗教學中可以簡化后應用，教師根據實驗教學內容提出已設計好的問題，然后向學生推薦相關文獻，引導學生在課后查閱文獻，歸納總結答案，培養學生主動獲得信息的自主學習能力。最好在教師的指導下，進行充分的討論，解決問題。PBL教學法能激發學生的主動性，培養學生主動學習、認真思考和解決疑難問題的能力。

2.3.3 錯誤示教法

錯誤示教法是實驗教學過程中故意示范錯誤的一種教學手段，可以加強學生對錯誤實驗操作的認識，增強對正確實驗操作的理解和記憶，從而實現正確的理解觀念，避免在真正的實驗操作中犯錯誤。錯誤示教法可以在醫學細胞生物學實驗教學中應用，比如顯微鏡的使用方法。顯微鏡是醫學細胞生物學實驗最基本和最常用的儀器設備，在醫學細胞生物學第一堂實驗課就安排顯微鏡的使用方法。目前大多數教師采用正確示教法，在學生開展實驗操作之前，由老師以播放視頻或親自演示顯微鏡的正確使用方法，同時強調注意事項。但這樣的示教法的教學效果并不理想，學生在顯微鏡的使用過程中仍然操作不規范。這是因為正確的顯微鏡操作規范涉及到的內容太多，學生在記憶過程中記憶倦怠產生遺漏，所以導致操作不規范。教師通過錯誤示教法故意地錯誤示范，比如在觀察顯微鏡時直接高倍鏡觀察不用低倍鏡，移動顯微鏡時單手拿顯微鏡，然后提問學生哪些操作是不規范有錯誤的。通過實踐分析，錯誤示教法的教學效果非常良好。發現錯誤，應及時對錯誤進行分析及反思，才有深刻印象，有利于學生深刻地理解或掌握所學到的知識。在實際實驗教學中，教師可以根據實際情況將學生分為兩組：其中一組是操作正確組，按照正確的步驟進行操作，能獲得預期滿意的實驗結果;另一組是操作錯誤組，教師根據實驗步驟設置幾個錯誤操作，讓學生分析錯誤操作得出來的實驗結果，找出哪些實驗步驟出現問題[1]。錯誤示教法有助于學生發現和解決新問題，調動學生實驗積極性和培養學生思考能力。

2.3.4 虛擬仿真實驗

虛擬仿真技術是將虛擬現實與仿真技術相結合的高層次技術，已經引入到高校實驗教學中，取得了良好的效果。在醫學細胞生物學實驗教學中應用“虛實結合”教學，學生可以在實體做實驗的同時，也可以進行虛擬實驗，方便學生自主地進行實驗演練[3]。實體實驗需要考慮安全性、試劑耗材成本等因素，而虛擬實驗不考慮這些，通過虛擬實驗來完成實體實驗做不了的實驗。醫學細胞生物學通過虛擬仿真實驗聯系醫學知識，使得學生快速理解相關技術和前沿進展情況。虛擬仿真實驗系統性地增加了實驗教學內容，提高了學生掌握實驗技術能力。虛擬實驗提供了理想的實驗操作環境，而實體實驗會有好多干擾因素，比如細胞培養時細胞增殖時間長短、細胞培養過程中的污染現象等，這些在虛擬實驗中觀察不到。所以虛擬實驗無法全面地反應實體實驗的真實性和復雜性，要充分發揮虛擬實驗不可代替的優勢。在綜合性實驗過程中，部分實驗耗時過長或不適合群體實驗，如細胞培養、熒光顯微鏡觀察、RT-PCR等。對于這樣的實驗可以應用虛擬仿真平臺，使學生熟悉掌握實驗技術及內容。在實驗教學中，可根據實驗內容做到適當虛實結合。

2.3.5 科研思維式教學

科研思維式教學是培養學生的科研思維能力為主，教師在實驗課中引導學生主動思考，以探究和探索式的態度面對問題，批判性地分析問題。教師在實驗教學中可適當引入科研思路，科研最新進展，并將科研成果導入教學，將科研課題轉變為實驗項目內容，使學生早期接觸科研，掌握先進實驗技術，拓展學生科研視野。不斷促進實驗教學改革，可以構建培養科學素養為主體的醫學細胞生物學教學體系[4]。例如ELK-3蛋白在HepG2肝癌細胞中的表達等。通過這樣的科研思維式教學，能夠提高學生科研創新意識和激發科研創新能力。在設計綜合性實驗時，要充分結合科研課題內容，運用科研常用的技術方法[5]。這樣能培養學生的實驗技能，提升科研能力，將來能應用到科研工作當中，激發及提升學生實驗積極性。

2.3.6 討論啟發式和開放發散式教學

討論啟發式教學是新穎的教學方法。教師在授課當中，讓學生積極地融入到課堂里，將重要的知識精講，非重要的知識簡略。同時，將教材里的理論知識與社會熱點結合，穿插探究性問題，使學生之間彼此啟發并互相討論，主動發現問題、分析問題和思考問題，讓學生成為課堂中的主體。在醫學細胞生物學實驗課程中，教師讓學生對實驗中出現的問題進行充分的討論。等實驗全部完成后，教師對實驗結果做出詳細的講解。通過討論啟發式教學，學生會充分地展現主導性，能夠鍛煉發現和解決問題能力。同時，可以啟發學生科研創新素養和探索精神，有利于日后科研工作。

在傳統的實驗教學中，學生缺乏實驗前預習，只按照教師講授的實驗步驟按部就班的去操作驗證實驗結果，缺乏學習主動性。開放發散式教學能有效的改善這些不足點。在開放式實驗教學中，學生并不做驗證實驗，允許通過查閱文獻對實驗步驟和方法可進行部分調整。通過開放發散式教學，可激發學生實驗積極性，提升學生思考能力和動手能力以及解決問題的能力。

3 考核評價的優化

建立科學完善的實驗成績評價體系是保障實驗教學質量的最關鍵要素。實驗考核評價是否合理，關系到學生對實驗課的關注度和實驗教學效果。常規實驗教學的成績是由考勤和實驗報告成績按一定比例得出。這樣的考核評價導致了學生的實驗積極性不高，抄襲實驗報告等現象。建立科學合理的實驗成績評價，增加對實驗原理及方法、實驗實體操作，實驗分析的考核尤為重要，要充分調動學生自主學習能力和創新思維能力。科學的實驗考核評價應由幾個方面構成：（1）出勤。教師應嚴格控制實驗課時間和課堂紀律。（2）課堂表現。老師應將課堂表現作為實驗成績考核的一部分，包括課堂中回答提問時的表現，實驗積極參與度等。（3）實驗操作。學生在實驗操作中的表現，包括實驗儀器的操作使用，對試劑的配制，對實驗步驟的掌握等。（4）實驗報告。實驗所涉及到的全部問題，包括實驗原理及目的、實驗方法及步驟、實驗結果及分析等。通過以上綜合考核，可以評價學生對醫學細胞生物學實驗的掌握情況。

綜上所述，在醫學細胞生物學實驗教學中，要充分考慮和調動學生的自主學習和創新能力，培養學生科研意識和科研思考能力。只有不斷地總結經驗，探索和優化實驗教學內容，交叉運用多種教學模式和教學方法，優化實驗成績考核體系，才能更好地激發學生的積極性和培養學生創新能力。未來我們繼續努力，爭取培養社會所需的醫學優秀人才。

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參考文獻：

〔1〕邢雪琨，張艷芬，井長勤.醫學細胞生物學實驗教學改革初探[J].教育教學論壇，2020，18（07）：149-150.

〔2〕董秀，王淳，王梅，等.細胞生物學實驗課創新能力培養的實踐與思考[J].基礎醫學教育，2018，20（11）：979-980.

〔3〕李奇志，劉亞豐，盧群偉.虛擬仿真實驗在醫學細胞生物學實驗教學中的應用[J].基礎醫學與臨床，2019，39（10）：1508-1511.

〔4〕賀玲，金磊，趙小峰，等.醫學生物學實驗教學的改革與實踐[J].基礎醫學教育，2018，20（10）：858-860.

〔5〕陳川，殷嫦嫦，張義平，等.以科研思維為導向的基礎醫學綜合性實驗設計與實踐[J].生物學雜志，2019，36（05）：127-129.