浅谈如何利用科研平台开展本科细胞生物学实验教学
时间：2022-11-05 22:50:01 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
祝珊珊 刘敏 毕丽伟 李海浪 陈仲巍
1.厦门医学院药学系药物检测中心，福建 厦门 361026
2.厦门医学院基础医学系，福建 厦门 361026
作为医学院校必修的主干课程，细胞生物学是生命科学学科中专业性强、前沿性强、研究性强的核心课程。该课程不仅能在客观上延伸本科生对生命现象的认知，也能在主观上促进学生对生命问题的思考。细胞生物学实验是学生对细胞生物学课本知识的探索与发现。然而传统的高校本科细胞生物学实验课程的教学手段往往较为单一，本科生基础课程量大、课程分布较广、时间跨度长等特点导致大部分学生在本科三年级才有机会学习细胞生物学课程和实验。
科研平台集中了高校的高端仪器资源，主要为教师科研项目的开展提供软硬件支持，是高校生存与发展的物质基础。然而，这些平台却很少为本科生实验教学服务。随着21世纪生命科学的迅猛发展，细胞生物学的学科体系不断壮大，与肿瘤学、分子生物学、遗传学、基因工程学、免疫学等学科的交叉更加紧密，全球医学的基础与应用创新型研究都离不开细胞生物学实验研究。在目前的本科生教育中，学生对细胞生物学实验技能的掌握程度普遍落后于理论课程，严重影响了学科教学质量。实验教学是学生融会贯通理论知识的重要手段，目的是培养学生掌握先进的实验技能，具备良好的科学研究思维。利用科研平台的专业技术人员和仪器资源，对细胞生物学实验课堂进行延伸，形成系统连贯的科学实验，对培养学生的科研思维和创新能力具有重要作用。因此，如何利用科研平台与细胞生物学实验结合形成新的授课方式将成为目前高校实验课教学的新课题。本文将从培养学生掌握细胞生物学实验技能、结合大型仪器平台开放使用等方面对此提出相关建议。
课堂实验是按照教学大纲设计，根据课时进行的学生验证性实验，目的是提高学生的动手能力。对于细胞生物学实验而言，课程设置集中在细胞复苏、培养、显微观察、有丝分裂染色等较为基础的细胞学实验，使学生先掌握细胞学基础性实验技能，再在现有实验的基础上，依托学校教改实验项目，通过科研平台细胞学仪器设计适合本科生的研究性实验，扩展学生的学习内容，从学生基本实验技能的掌握程度、研究方向和科研热点等角度展开，以解决本科生高端仪器使用不多的问题，形成科研平台仪器与学生实验教学共赢的局面。这一系列延伸教学可提高学生的科研认识，激发学生的科研兴趣。我校药学系2018 级生物制药专业学生的细胞生物学实验课程，通过延伸课堂，利用学生课余时间，将课堂上70%冰乙醇固定好的细胞样品，通过科研平台的流式细胞仪进行细胞DNA周期实验操作，加深了学生的实验体验，启蒙了学生对细胞学实验方法的认知。细胞生物学实验在科研平台的延伸课堂如表1所示。
大学生创新创业训练项目是《教育部 财政部关于“十二五”期间实施“高等学校本科教学质量与教学改革工程”的意见》中提出的指导思想。这份指导意见承载着国家和高校对新一代创新型人才培养的寄托。近年来，大学生创新项目申报数量不断攀升，作为一所本科医学院校，厦门医学院（以下简称“我校”）每年立项的项目数约70 项。这些项目是否依托于指导教师的研究课题或基于科研平台的仪器设计成为学术委员会评审时关注的焦点，原因是有前期的研究思路，并且有平台支撑的学生创新创业项目能够顺利执行和实施。因此，科研平台在推动学生创新创业项目实施中发挥了重要的作用。细胞生物学作为医学院校的基础学科，与之相关的细胞学创新实验不仅能培养学生将生命科学现象与实验方法相联系的思想，还能帮助学生掌握分析问题和解决问题的能力。例如，湖南师范大学生物学教研室对多年的细胞生物学大学生创新项目的总结表明，大学生创新实验对细胞生物学的教学具有积极的作用，能促进实验教学改革。这说明大学生创新创业和细胞生物学实验教学两者是相互促进、相辅相成的关系。
科研平台是高校科研工作的主场，其具有精良的仪器设施和优秀的师资队伍。通过结合平台教师科研项目的细胞生物学教学模式，可突破单一教师进行教学的局限性。来敏、巩红冬在实验课程中引入“科研式”教学法（项目教学法），强调利用教师的科研课题带动学生进行科研实验，取得了良好的实验效果。而我们在细胞生物学的实验课上，通过平台教师的中药皂苷抗癌项目，开展中药皂苷单体抑制细胞活性实验，从药物处理细胞前后图形对比，到细胞的吸光值变化，以及使用流式细胞仪测定细胞凋亡，让学生体验完整的实验流程。而在细胞转染实验中，转染的质粒也与教师的课题相关，教师先利用专业知识讲述质粒构建、DNA 扩增环节的知识点和原理（这种展示是利用网络平台通过flash动画演示DNA 聚合酶聚合在引物和DNA 单链上，根据碱基配对原则将不同的碱基配对后引起DNA 链的不断延伸的动态模式），让学生加深认识，再通过荧光显微镜观察细胞转染效率，以及下游的基因和蛋白表达实验。将完整的实验呈现给学生，可以提高学生对科研实验的兴趣，促进学生学习的主动性和创新性。
实验教学可以打开学生思维的大门，教会学生融会贯通理论知识，并培养学生掌握先进的实验技能，具备良好的科学研究思维。为了有效调动学生对细胞学实验的求知欲望和学习潜能，我们的实验课程也会借鉴其他学校优秀的课程改革方法。如山东农业大学的植物营养学实验课程在授课过程中，利用国家级科研平台的实验仪器，开展植物营养学实验教学，有效提高了相关专业本科生的科研实践能力,加大了对本科生综合素质的培养力度。科研平台如何在本科学生的实验课中发挥作用，需要教师和平台一起努力。例如，教师在设计实验大纲时，可增加具有连贯性的实验。由教师指导学生进行设计，由学生提出实验方案和时间安排，再由任课教师检查实验项目是否具备可行性，可行性佳的项目可与科研平台沟通确定实验时间。再如，在药理学实验课中，学生提取的植物单体需要进一步做药理实验时，可以先设计实验方案，较合理的方案就可以利用科研平台的细胞学实验室完成药理的细胞活性实验。增加更深层次的实验过程不仅可以让学生积累实验技能，还可以激发其科研兴趣，使其对感兴趣的实验进行深入研究和验证，培养其团队协作能力。
2020年，教育部科技司副司长张国辉在高校科研实验室安全现场检查启动暨培训会上指出：科研实验室是服务社会的重要平台。高校高精端仪器资源丰富，对于中小型企业来说，利用高校的仪器可以省去自身购买大型仪器的费用。并且，随着我校网络共享仪器平台的建立，科研平台的仪器在网上可以查询、注册、预约使用，让人对仪器的规模和状态一目了然，预约和使用程序简单。另外，我校预约平台增加了大型仪器的送样检测项目，校内外用户可通过预约系统申请样品检测。随着样品量的增加，通过仪器培训的学生可以参与检测样品的预处理，如在前期流式细胞周期的检测中，能熟练使用流式细胞仪的学生可以参与送检样品的DNA 周期检测的项目。这些实操经验加深了学生对细胞生物学知识的应用，加强了对学生仪器操作技能的锻炼。
学生实验水平的提高离不开教师对实验课程的设计，而好的实验仪器对教师在实验课程中的开发也起着积极的作用。利用科研平台进行细胞生物学实验教学，解决了平时实验课无法使用贵重仪器的问题，但是也有新的问题出现。例如，科研平台的使用需要调节管理人员、仪器设备和学生三者的时间。由于我校周四下午统一不安排学生课程，实验教学主要在周四下午进行，但是如果只在这一个下午时间内对全校各年级开放授课，调节难度较大。
另外，还有经费问题。利用科研平台进行学生课堂实验教学，综合成本较高，主要体现在试剂保存和仪器运行保养上。例如，在细胞凋亡实验中，需要用到Hoechst33342 染色液、Annxin-V-FITC 试剂盒或PI 染色液；
或者在细胞蛋白表达的实验中，需要用到抗体、PVDF 膜等材料，按整个专业的学生人数来算，耗费量是很大的。我们主要的降费手段是开源节流：开源即开放对外检测服务项目；
节流即试剂耗材采用国产试剂，如碧云天公司的凋亡试剂和proteintech公司的抗体。
在传统模式中，科研实验与教学实验是两个不同的实验研究，科研平台的优质资源通常无法服务于实验的教学，特别是在高职类院校，这导致大量昂贵的仪器资源被浪费。而利用科研平台对在校大学生的某一门实验课程进行开放性实验教学，国内已有多所高校进行了探索与实践，如重庆交通大学利用平台模拟实验中心建设红外视频监测系统的实验改革，太原理工大学机械工程科研平台对本科生机械专业实验的改革，湖南农业大学借助科研平台开展基因工程实验课教学改革等。高校科研平台是推动科技发展的重要基地，是办好高等学校的基本条件之一。我校作为一个新建本科高校，自2016 年升格为本科院校以来，生源质量大幅度提高，但是由于缺乏硕士学位点，科研平台的使用率还不够高。利用科研平台的软硬件设施，面向学生需求，面向课题研究，设计合理的开放性细胞生物学实验，定制个性化科研实验训练，不仅可以促进教师加强专业知识的学习和科研素养的提升，而且可以满足学生对科研操作能力的迫切需求，并带动科研平台资源利用率的提高。
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