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细胞生物学实验教学实践思考

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发布日期:2019-03-11 11:37

[摘要]细胞生物学是生物学至关重要的一门基础学科,也是一门实验性学科。为了进一步提高细胞生物学实验的教学效果,达到培养创新型人才的目的,结合自己多年来的教学实践和探索,从课程内容的优化、教学方式方法的开放性、考核考评方法的改进等方面谈谈我们的一些做法和体会,以期对细胞生物学实验教学有一定的借鉴和指导作用。

[关键词]细胞生物学实验;教学方法;教学内容;教学改革

细胞生物学是生物学至关重要的一门基础学科,发展也是日新月异,同时也是一门实验性学科。理论教学可使学生掌握课程的基础知识、学科框架以及学科前沿,而实验课程的开设能使学生巩固所学理论知识,掌握该学科基本实验技能和研究方法,培养学生科学研究的思维和意识,提高学生的综合科研素质。细胞生物学实验不仅是理论课程的补充,也是整个生物学实验教学体系重要的一门课程。[1][2]随着细胞生物学实验技术方法的快速发展、教学条件的改善以及学生培养目标的调整,目前细胞生物学实验教学过程中逐渐出现了一些不足与缺陷。例如,课程内容较陈旧,不能与时俱进;教学方法单一,课堂气氛沉闷;学生缺乏积极主动性,教学效果欠佳等。如何丰富和更新细胞生物学实验内容,提高教学效果,达到培养创新型人才的目的,已成为摆在教师面前亟待解决的问题。

一、优化实验教学内容

细胞生物学实验内容广泛,基本实验包括细胞器结构观察、细胞及亚细胞组分离心分离技术、细胞常规制片技术、细胞染色体标本的制备及观察等,有些较综合性的实验涉及的实验技能较多,时间较长,如动物细胞培养实验等。基本实验所需时间较短,在课程设置时可将一些同类的实验项目合并,合理安排时间,提高实验效率。细胞器的观察可归为一个实验,细胞核的分离与叶绿体的分离合并起来,有丝分裂和减数分裂染色体形态观察和分析合并等。通过这些措施,可以在有限的时间里做更多的实验,提高了效率,节约了时间。这些基本实验教学的目的是强化细胞生物学实验基本技能,掌握基本实验方法和技术。[2]为了强化学生的基本操作能力,启迪创新意识,培养综合运用实验技术分析和解决问题的科研能力,应合理开设综合性实验,将单一验证性的实验项目整合为系统化的综合性实验。比如动物细胞的原代培养及保存与复苏这个实验,包含了原代培养、细胞计数及观察、细胞的保存与复苏等小的实验项目。

二、现代化手段辅助教学

多媒体教学直观生动,有利于学生对知识的理解和掌握,激发学生的兴趣,提高教学效果。在实验课中,可播放一些自己录制或购买的实验教学录像,让学生更直观、更清楚地看到整个实验过程。例如在动物细胞培养实验时,先播放动物细胞培养的视频录像,让学生了解前期准备的细节,了解动物细胞培养的过程和注意点,这样可有效地提高学生的实验技能和实验的成功率,弥补传统教学的不足。另外,随着细胞生物学实验技术的快速发展,一些重要而当前不能实际操作的实验,在课堂上可以让学生观看教学录像或网络视频资料,使学生了解其结构和用途。如流式细胞仪的使用。通过带有显微成像系统的显微镜,将好的实验结果拍摄下来,可以对图像进行进一步的分析和长期保存,展示给学生,使学生有一个清晰、直观的认识,老师讲课的时候也更加具有针对性,内容更具体、生动。例如在植物细胞有丝分裂和减数分裂染色体形态分析实验中,学生常对典型分裂时期的图像把握不好,那么就可以拍摄该种生物各个分裂时期的图像,有针对性的讲解,学生更容易理解,也有了判断依据和标准,提高了效率。

三、逐步实施开放性实验教学,提高学生主动性

目前细胞生物学实验教学大多是验证性,学生对这种被动的、按部就班的教学方法积极性不高,难以激发其学习兴趣,效果也不理想。很多专家教授提出要打破细胞生物学实验这种传统教学模式,实施开放性教学,培养学生科研思维能力。开放性实验教学的效果毋庸置疑,但在我们的实践中以及调研其他院校后发现,开放性实验普遍存在教学时间有限、实验老师工作量巨大及需要较多实验经费等现实问题。另外,学生知识水平有限,难以把握实验难度,实验设计不够合理,往往难以获得理想的结果,有时会打击学生的学习积极性。开放性实验室的安全性和实验室日常管理等问题也是不易解决的问题。我们在实践中采用多层次、灵活的办法,适当增加一些经费和人力投入开放式教学,引导学生自己准备实验,对实验所用材料进行选择,对同一实验采用不同实验方法等不同程度的、有限的开放,达到学生积极参与的效果。

(一)实验材料自主选择。实验课中经常是一个实验内容都采用同一种实验材料,常出现个别同学实验积极性不高,参考别人实验结果的惰性行为。有些实验内容,老师可以很方便的准备多种实验材料,学生可根据兴趣选取不同材料。这样学生会相互间进行比较,思考由于材料不同引起的实验方法和结果有哪些不同,有利于提高学习兴趣,培养科学思维能力,丰富基础知识。例如,在植物细胞有丝分裂染色体形态分析试验中准备洋葱根尖和蚕豆根尖,学生选取其中一种材料进行染色体形态观察和分析,又如在石蜡切片制作过程中,可选用植物或动物材料。[3]这样学生就会比较两种材料有什么不同,分析实验结果的差异在哪里,为什么有这样的结果。这样带着问题做实验,在实验中寻找答案,就会调动学习积极性,提高教学效果。

(二)灵活采用实验方法。在实验方法上同样可实行开放式教学,如细胞活性测定的实验中,染料排斥法、双色荧光检测法和N11检测法都可以检测细胞的死活,而三者的原理和所需的实验仪器试剂都是不同的。在实验教学过程中可以让学生根据自己的兴趣选择其中的任意一种或多种方法,只有当学生明确了实验原理、实验方法后,才可根据已确定的实验方法进行仪器试剂的选择。经过这样的自主选择后,学生对实验原理和实验方法都有了很好的掌握。在每一个试验中,始终贯彻科学的思维方法和实验方法,对于实验指导中给出的具体的操作可做适当的调整或改变。如在植物细胞骨架的光学显微镜观察这一实验中,细胞骨架制片效果的好坏与TritonX-100的浓度和处理时间密切相关。在上课时,讲清楚在这一实验中的TritonX-100作用和原理,可以让学生分组后改变TritonX-100的浓度和作用时间,其余步骤不变,然后比较实验效果,确定最佳条件。通过这个实验,学生不仅掌握了细胞骨架的制片技术,而且能透彻理解TritonX-100的作用原理,也使学生认识到不能教条式照搬已有知识,培养其科学的思维和方法。

(三)逐步开放实验内容。依据实验内容和实验条件,从验证性实验逐渐开展不同程度的开放性实验。首先,可以让有兴趣的学生共同参与实验前期准备工作,在实验员准备实验的时间,提前通知学生,在老师指导下学生自己准备材料,如提供给学生洋葱、蚕豆,自己培育根尖,配置实验所需的溶剂等。在动物细胞培养试验中,让学生和老师一起洗培养瓶,灭菌,配置培养基等,从而提高学生的实验技能,培养学习兴趣,理解实验准备工作的繁琐,培养吃苦耐劳的品质。其次,可开放局部实验方案确定环节,培养学生的探索精神。最后,设置开放实验,可让学生自主设计实验。老师提供多个可行的实验项目,将学生分成几个小组,以小组的形式完成实验。这就要求学生主动查阅相关文献,设计实验,通过师生之间的讨论后,制订出可行的实验方案并予以实施,这非常有利于引导学生积极思考,激发学生探索欲望。

(四)课堂教学与课外科研工作相结合。二年级以上的本科生绝大多数都进入了不同老师的科研实验室,而科研实验室的开放可让部分感兴趣的同学在实验老师和科研实验室共同指导下自行设计实验,学生根据科研实验室条件和老师研究方向,查阅文献,提出实验设计方案,老师根据学生的知识结构,对选题和实验设计做出筛选,确定后在科研实验室完成这部分工作,最后做一次实验总结报告,计入平时成绩。

四、完善成绩综合评定体系

根据实验课程的特点,应对实验课全程跟踪评定,包括出勤情况,课堂纪律,规范操作,实验态度,实验结果,实验报告,劳动纪律,责任心等多方位对学生做出综合评定。[4]可分为三个方面:平时成绩,包括出勤率和课堂实验态度,操作规范情况等,培养学生良好的实验作风,激发学生学习的积极性;实验结果,实验操作能反映学生的基本实验素养与动手操作能力,主要通过考察学生的实验表现得到,对于一些操作性强的实验课可当场记录成绩并计入最后的综合考评中;实验报告,根据学生的实验报告来评定成绩,综合性实验的实验报告可以改成论文的格式,这就要求学生对实验原理、步骤、结果以及数据等做出总结,以提高总结能力。这样,才能达到使学生加深理解细胞生物学基本理论知识,锻炼学生的实际动手能力,提高实验操作技能,培养学生的科技创新意识和综合素质的目的。

[注释]

[1]陈媛媛,陈付学,华子仪,等.深化细胞生物学实验教学改革,探索开放式实验模式[J].教育教学论坛,2012(40):60-61.

[2]李小燕,刘江东,郑凌,等.深化细胞生物学实验教学改革培养创新型人才[J].实验技术与管理,2011(4):116-119,142.

[3]毛晓霞,黄敏毅,郑爱芳.提高《细胞生物学实验》教学效果的建议[J].安徽农学通报(下半月刊),2012(24):164,183.

[4]王颖,何成明,胡仁建.细胞生物学实验创新性教学改革初探[J].实验室科学,2013(6):90-92.

作者:周景明 刘红涛 祁艳华 臧新 单位:郑州大学生命科学学院

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