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细胞生物学是生命科学中重要的组成部分,它能够反映生命科学的形成进程,同时也体现生命科学的最新进展。该学科是由实验研究产生和发展起来的。因此,细胞生物学研究技术和方法的作用及地位显得尤为突出,细胞生物学实验课教学是培养本科生科研素养的重要环节。是研究性学习的重要内容,也是最必要的形式和过程。
1.开设实验课,是生命世纪所需。细胞生物学的发展经历了经典细胞学、实验细胞学及细胞生理学、现代细胞生物学等阶段,推动学科理论内容的产生、发展及丰富的动力是实验研究。例如:显微镜观察方法导致了细胞学的产生,而电子显微镜及其它更精细观察显像技术的应用,可以观察细胞内部的亚显微结构、甚至单一生物分子的位置,更加准确描述细胞的结构与功能。
在大三开设细胞生物学实验课是适时的。大三本科生经过动植物学的学习初步了解动植物细胞的一般特性:通过微生物学的学习,则了解微生物在细胞形态、结构及功能等方面的特殊性;生理学与生物化学的学习,掌握了细胞生命活动的动态性,并且有了相应的实验技能。在此基础上,本科生能够适应较为复杂的细胞生物学实验课的学习和操作。
细胞生物学实验技术直接与当今生命科学的前沿技术接轨,在高年级开设这样的课程,有助于本科生迅速进入毕业论文研究的状态,有助于考研进入更深层次的研究工作。
2.选择实验课内容,注重基本能力和创新能力的培养。参考国内主要细胞生物学实验教材,自编实验教材,编写过程中,注重介绍与某一个实验项目相关的背景知识和实验原理。例如:光学显微镜的使用是最基本的细胞生物学实验,是从事生物学教学和科研必备的基本技能,在实验教材中,作详细介绍,列出不同放大倍数物镜的镜口率、工作距离、景深和视野直径等参数,使学生明确“放大倍数小的物镜工作距离大,放大倍数大的物镜工作距离小,物镜是显微镜中关键部件”等基本规律,有助于使用和选择显微镜。
设计了染色体制备和分带的内容,可以允许每个人动手操作,完成整个实验程序,得到预处理、样品制备、离心、显微镜使用等综合技术的训练。事实反映出操作认真、严谨的同学能获得较理想的实验结果。
选编了细胞培养、荧光显微镜技术等较高要求的实验内容,并附编了相应的前沿技术,如激光共聚焦显微镜原理。这些都是从事细胞生物学科研工作所需的研究技术,该类实验内容的开设,使学生初步了解细胞生物学研究的基本技术路线和实验方法,使学生对实验课的认识从完成操作、获得学分过渡到科研综合性、探索性,乃至创新性的高度。
详尽描述实验操作步骤,特别是不可忽视的、影响实验成败的关键细节,以及实验试剂、药品的配制和仪器实验注意事项等内容。注意操作过程与实验原理的结合,增加图解。例如小鼠骨髓细胞染色体标本制备和C带分析实验,操作步骤多,影响因素多,相对成功率较低,学生兴趣浓。操作程序的清晰、严格要求是完成实验的重要保障。
设计具有启发性的创新性实验及实验后思考题,以激发学生利用所学理论知识和实际动手经验,熟悉怎样设计实验、组建哪些实验技术达到实验目的、哪些步骤是控制实验的关键及其影响因素,甚至可提出修改的方案。
3.注重课前准备,确保实验质量。教师持之以恒动手从事科研实验工作,掌握或了解本学科研究技术的过去、现在及将来。坚持与实验员设计、商讨、准备实验,要有预瞻性,掌握实验中可能出现的问题,以便在课堂及时准确回答学生问题。
作为实验教学的主体,学生的临阵状态也很重要。不少学生习惯于课前不预习,课堂上一边对照实验指导,一边操作,经常导致操作混乱、时间延长甚至实验失败。目前,此类现象仍然较普遍,教师需注意检查督促,进行关键性问题提问、请个别学生上台操作示范,教师再对其中的注意事项、操作错误重点强调。另外,可将预习作为实验成绩的一部分,学生有备而来,提高实验质量。
4.细致指导,重视基本技能训练。细胞生物学实验包括形态、结构观察性实验,也包括操作复杂、技术综合的实验,要求学生牢固地掌握基本实验技能,如显微镜及特殊显微镜的熟练操作,微观世界的确认,临时与永久玻片制作,实验动物解剖,生物绘图方法,离心机的使用,细胞生物学染色体方法,细胞培养过程的无菌要求,这些基本技能都是每个学生必需的。教师必修逐个指导、示范和纠正,培养学生正确的规范的操作习惯。严谨的科学态度、创新的精神和严格的实验习惯,是科研最基本的素养,而本科细胞生物学实验是训练的最好平台。
5.诱导启发,培养创造性思维。细胞生物学实验项目广泛,材料具有多样性和普遍性,教师给学生安排的实验是挑选了典型的材料和经典的实验方法。教师应鼓励学生在完成实验指导指定实验基础上,提出衍生性的实验题目,让学生书面自行设计实验(包括实验材料、方法、目的),有条件情况下,少部分同学进行创新性实验。强调科研协作的重要性,鼓励同学之间互相学习,有利于同学们开阔视野、培养敏捷的思维,激发对科学的求知欲和对本课程的兴趣。
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三、课程网站的建设
为了让学生更好地了解《细胞生物学》课程的相关信息,目前我们将与课程有关的所有信息都公布于互联网上,包括教学大纲、教学进度、教学课件、课后复习题、考试样题及标准答案等。2008年本课程通过国内专家的评审入选教育部双语示范课程建设项目,按照课程的建设规划,我们将完成本课程所有章节的授课录像工作,将厦门大学生命科学学院《细胞生物学》课程的教学成果与其他兄弟院校共享。网站建设的最终目标是建立国内第一个互动型的《细胞生物学》教学网站,通过网络这一平台,引导学生参与课程相关知识的学习讨论,任课教师及时解答学生疑问,使之成为课程教学的第二课堂。
本科高校的办学理念直接决定了其专业的建设特点,构建应用型高校教育是当前我国高等院校发展的重要方向,也是培养应用型人才的主要场所。在新环境下,应用型本科高校必须树立应用型教学理念,制定培养“基础扎实、技能强、综合素质高”的应用型人才培养目标,通过课堂教学、实践教学、校企合作教学等多形式教学方式,全面提高学生的创新意识、实践能力,提高学生的择业就业能力[2]。在应用型本科高校教育中,教师要明确,构建应用型本科高校是满足市场发展及学生发生的客观需求,是学校发展的基础,教师必须树立良好的应用型教学理念,结合学生发展的实际情况,积极探索细胞生物学教学内容、教学手段、实践教学等的改革策略,从而全面提高细胞生物学教学水平。
2.优化细胞生物学教学内容
在应用型本科高校细胞生物学教学中,教学内容直接影响到学生的基本能力和基本知识构架,科学合理的设置教学内容,能帮助学生全面掌握基础知识,提高学生的创新意识。对于细胞生物学,其教学内容与生物化学、植物生理学、分子生物学等学科都有一定的交叉,例如细胞生物学中的“蛋白质生物合成”,在生物化学中有相关介绍;细胞生物学中的“叶绿体结构、光合作用”,在植物生理学中有相关介绍;细胞生物学中的“基因表达、调控”在分子生物学中有相关描述,因此,在教学内容设置中,要合理的取舍,从而避免教学内容的重复,各学科的教师要加强沟通交流,衔接好各课程之间关联,重点突出本专业的特有内容。对于细胞生物学,其教学内容比较繁多,加上与其他学科的交叉比较广,很容易使得学生思维混乱,难以抓住细胞生物学教学内容的重点,因此,在设置细胞生物学教学内容时,需要在第一章节全面介绍整个细胞生物学的知识结构,为学生构建一个清晰的知识整体框架,同时在每章节后面明确该章节的重点、难点。由于细胞生物学发展十分迅速,因此,市场对细胞生物学人才的要求越来越高,这就对高校细胞生物学教学提出了极高的挑战[3]。同时在细胞生物学中,越来越多的新观点、新理论涌现出来,这些新观点很有可能与以往的知识观点、理论相冲突,为满足时展的需求,必须及时更新细胞生物学的教学内容,结合当前学者的研究热点、研究成果,调整教学内容,并将这些知识引进细胞生物学教学中,如转基因技术、细胞凋亡、细胞增值调控等,使得学生更加深入了解细胞生物学的最新研究成果,提高高校细胞生物学教学质量。另外,由于增加新内容可能会增大学生的学习负担,给学生的学习带来困难,因此,要对当前的教学内容进行深入分析,有针对性、有目的选择增加的教学内容,从而在不影响学生积极性的前提下,增加学生的知识面。细胞生物学是一门综合性比较强的学科,不仅涉及到细胞的各个方面,还与其他学科相互交叉渗透,因此,在教学中要注重各个相关学科的相互比较,从而帮助学生更深入的理解细胞生物学知识。
3.灵活运用多种教学方法
3.1合理应用多媒体教学方式
多媒体教学是当前应用最广泛的一种教学辅助手段,对于细胞生物学,主要是从分子、亚显微、显微等角度对细胞的功能、结构进行分析,了解细胞增值、分化、调控、基因表达、衰老死亡等生命活动规律[4]。细胞生物学是一门极其复杂、抽象的学科,学生在学习过程中,经常会由于学习难度比较大,而丧失学习兴趣。在细胞生物学课堂教学中,合理的应用多媒体教学手段,能营造一个良好的学习氛围,帮助学生更加深入的理解教学难点。教师可以利用网络上的各种课件和视频资源,通过多媒体将细胞结构图展现出来,让学生更加形象、直观的认知理解细胞超微结构,同时教师还能通过动画演示,让学生观看理解细胞生命活动动态过程,如细胞信号传导、细胞结构组装、细胞中蛋白质的转运,这样更能提高学生的学习兴趣和对知识的掌握。
3.2注重互动教学方式
在以往的教学中,教师经常会采用“满堂灌”的教学方式,以自己为核心,学生以旁观者的身份听讲,整个课堂死气沉沉,学生不能获得良好的学习效果。因此,在应用型本科高校细胞生物学教学改革中,教师要特别注重课堂教学的互动,在教学过程中,教师可以采用提问、启发等手段来调动学生的热情,激发学生的思维,让学生积极主动的发现问题、思考问题、分析问题、解决问题,为课堂教学增添活力[5]。在正式教学前,教师可以提问学生一些之前讲过的问题,帮助学生巩固学过的知识,同时教师可以根据本节课的教学内容,设置一些启发式问题,并与学生的实际生活联系在一起,让学生主动思考。为增加师生互动,活跃课堂气氛,教师可以组织学生对细胞生物学中的一些学说、观点进行讨论,如线粒体与叶绿体起源学说、膜脂膜蛋白运动实验等。在课后,教师还可以布置一些具有思考性的问题让学生进行思考,这样学生就能在巩固学到的知识的同时,加深对知识的应用。如细胞在叶绿体、线粒体、细胞核、高尔基体等中都存在蛋白质转运的现象,但蛋白质的转运有什么不同?学生通过对这些问题的综合思考,能更加全面的掌握细胞跟部分结构及其生物学功能。
3.3采用类比、故事、讨论教学法
细胞学属于微观学,是人体肉眼无法直接观察到的,为了使学生更加深入的了解细胞生物学知识,教师可以在教学过程中,采用类比教学法,从宏观的角度看待细胞结构、功能[6]。例如教师可以将细胞核看做城市的中心,将溶酶体看做城市的垃圾处理场,将细胞之间的通讯看做是城市之间的通讯等,这样一方面能让学生更加深入的理解教学内容,另一方面还能培养学生的形象思维,让学生换个角度思考问题。在教学过程中,教师还可以为学生讲一些关于细胞生物学的名人趣事,以此来启发学生。例如教师可以为学生讲解发现细胞的故事,鼓励学生要善于发现问题、分析问题、解决问题;通过威尔金斯、克里克等人的事迹,告诉学生要用严谨的态度面对细胞生物学。在进行细胞生物学教学时,教师还可以采用讨论教学发,在课堂上,教师可以根据当前细胞生物学研究的热点内容,为学生提供主题,让学生针对该主题进行讨论[7]。如细胞信号转导的研究、细胞凋亡作用机制等,学生在讨论结束后,教师可以引导学生写相关的小论文,这样一方面可以扩展教学内容,让学生了解细胞生物学最新研究成果,另一方面还能培养学生查阅资料、论文写作等能力,这对学生的全面发展有很大的帮助。
4.开展“双语”教学
在21世纪,生命科学得到了飞速的发展,市场对基础知识扎实、精通外语的复合型人才需求量越来越大,因此,在应用型本科高校细胞生物学教学中,要注重“双语”教学,从而培养全面的复合型人才。细胞生物学是现代生命科学最重要的一门学科,通过开展“双语”教学,能极大的提高学生的综合素质,帮助学生更加牢固的掌握细胞生物学的基础理论、基础知识,并让学生了解细胞生物学的英语专业词语,这不仅扩展了学生的知识面,还极大的提高了学生的外语能力[8]。教师在细胞生物学教学中开展“双语”教学时,要结合当前的实际情况,采用合理的教学模式。对于应用型本科高校细胞生物学教学,教师可以采用相对简单的双语教学模式,在课堂讲课过程中,教师要以中文为主,涉及到细胞生物学的专业词语或者主题时,教师可以采用英语教学,如果在讲课过程中,存在特别抽象、很难理解的知识,教师可以用汉语进行讲解。在对学生进行双语教学时,教师要循序渐进,由易到难,逐步提高学生的细胞生物学英语专业能力。在教学过程中,教师要特别注重师生互动,在很多时候,学生会随着师生互动频率的增加,而提高自身的知识接受能力,因此,在进行双语教学时,教师要经常与学生互动,对于学习能力比较差的学生,教师要积极的鼓励他们,结合这部分学生的实际情况,针对性开展教学,并不断优化教学内容,从而充分调动学生的积极性。在实际教学中,教师还需要对双语教材、教学课时等问题进行深入分析,同时学校也要不断完善细胞生物学双语教学设施,科学的调整教学计划,逐步改善教学中遇到的问题,全面提高细胞生物学双语教学质量。对于细胞生物学双语教学,必须由细胞生物学专业知识扎实、英语水平高的教师进行,因此,在开展细胞生物学双语教学时,还要加强师资队伍的建设。当前在应用型本科高校细胞生物学教学中,教师的专业知识虽然都比较扎实,但在英语水平方面还有一定的欠缺,因此,学校要加强双语教师培训,制定合理的激励措施,提高教师的积极性,从而细胞生物学双语教学打下良好的基础。
5.注重实验教学
实验教学是培养学生动手实践能力、知识应用能力的重要环节,也是培养应用型人才的重要手段,因此,应用型本科高校在开展细胞生物学教学时,要特别注重实验教学的开展[9]。对于细胞生物学,其实验性非常强,所以必须加大细胞生物学应用性实验的开设,利用细胞培养实验、细胞融合、巨噬细胞吞噬现象等综合实验,全面培养学生的知识应用能力、动手操作能力。在实验教学中,要改善学生被动操作的现象,在以往的实验教学中,实验所需要的药品、器材等大多都是教师事先准备好,学生只需要按照教材要求进行操作就可以,在这种模式下进行的实验教学,很难全面培养学生的能力,同时学生还容易对教师产生依赖心里。因此,在实验教学中,教师可以让学生自行分组,每组学生根据自己的兴趣拟定实验课题,并组织设计实验,当学生遇到问题后,各组学生自主讨论解决,这样就能有效地培养学生的动手能力和思考解决问题能力。另外,高校可以尽量加大实验室开放力度,鼓励学生在课余时间自主进行实验训练,这对培养学生的实践水平有很大的帮助。
6.总结
素质教育历来是高等教育阶段的主要任务,提升学生的科学素养是素质教育中一项最基本的内容,尤其是对生物学而言,更应该注重提高和培养学生的生物科学素养,这样才能够培养出能适应当代生命科学发展需要的应用型专门人才。所谓生物科学素养是指参加社会生活、经济活动、生产实践和个人决策所需的生物科学概念和科学探究能力,包括人们所掌握的生物科学知识、技能和方法,以及在此基础上形成的生物科学能力、科学观以及科学品质等方面。①细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学,是21世纪自然科学的三大前沿学科之一,是当前生命科学领域中最活跃、最富有发展前景的学科,是生物类专业的主干课程之一。因此,在细胞生物学教学中如何提高学生的科学素养对于培养新时期的生物人才至关重要。本文主要对当代大学生生物科学素养现状、实施生物科学素养教育的重要意义以及如何在细胞生物学教学之中提高学生的科学素养进行了综述,旨在为生物教学提供一定的参考价值,以供方家借鉴。
1 当代大学生的生物科学素养现状及其存在问题
生物相关专业的学生对生物科学技术具有浓厚的兴趣,生物科学技术基础知识扎实,对生物技术发展持积极的肯定态度,具备良好的科技强国的信念。但是,他们对高新生物科学技术知识和先进实验技术了解较少,生物科学实验实践技能较差,对生物科学科研精神的理解和研究方法的掌握不足。有调查表明,当代大学生对于当前的一些生物热点问题有一定的了解,但是对于高新技术的应用和新的科学研究领域的认识不足。在理性上,有43%的学生是盲目的怀疑,或者是盲从专家和他人的观点,对事物较少有自己的看法;在探索求知精神上,“科学功利主义”对学生的影响最大,使得学生视本文由收集整理野狭窄、目光短浅;在实证精神上,有62%的学生缺乏实验实证精神,偏重抽象思维,缺乏科学实验的精神和价值眼光。②此外,许多高校只注重生物专业课的常规教学,很少举办专门的科研活动,且科学技能培养与锻炼的途径缺乏,这使得大学缺乏浓郁的科学素养氛围,学生较难形成一定的科学技能,由此科学实践能力也较差。
2 细胞生物学教学中培养科学素养的意义
细胞生物学是生物学类及农林医药类本科生一门必修的专业基础课,是现代生命科学的前沿分支学科之一,它是以细胞为研究对象,从细胞的整体水平、亚显微水平、分子水平等三个层研究细胞和细胞器的结构和功能、细胞的生活史和各种生命活动规律的学科。细胞生物学是一门承上启下的学科,和分子生物学一起同是现代生命科学的基础,并广泛渗透到遗传学、发育生物学、生殖生物学、神经生物学和免疫生物学等的研究中,和农业、医学、生物高新技术的发展有密切的关系,是生命科学的重要支柱之一,在解决人类面临的重大问题、促进经济和社会发展中发挥重要的基础作用。同时,细胞生物学又是一门实践性很强的学科,重要理论与实践密切地联系着。随着生命科学自身和生物产业的快速发展,对生命科学相关领域创新型人才的需求也在不断增加。由此可见,细胞生物学课程中科学素养的培养对于建立与其专业层次、研究方向相符合的细胞生物学知识构架体系,培养和锻炼学生的科学思维能力具有非常重要的作用。
3 细胞生物学教学中如何培养学生的科学素养
细胞生物学作为生物学类及农林医药类的一门专业基础课程,在培养学生的科学素养方面,具有举足轻的重要作用。然而,科学素养的提高不是一朝一夕之功,教师应始终将其贯穿于自己的教学之中。如何在细胞生物学教学中培养和提高学生的科学素养,以下是笔者的一些想法和体会。
3.1 加强课堂教学中的“生活化”融合
细胞生物学的知识理论性强,内容抽象深奥、难于理解,教师可以试将抽象的内容与日常生活相联系,使学生有此联想起有趣的、熟悉的生活场景或事物,这不仅使抽象的内容具体化和动态化,使其容易理解,而且激发了学生的探究欲望和学习兴趣。例如讲解“蛋白质的分选”时,引导学生由细胞社会联想到人类社会。细胞中的各种蛋白质发挥结构或功能作用的部位几乎遍布细胞的各种膜区和组分,只有当蛋白质各就各位并组装成结构和功能复合体,才能参与细胞的各种生命活动。这就好比在人类社会中,各专业的毕业生只有找到适合其自身特点的工作岗位才能发挥所长。总之,运用发散性思维,尽可能地将细胞生物学抽象的理论知识与生活实际联系起来,并配合以
多媒体辅助手段,使抽象的内容变得形象生动,易于理解掌握。
3.2 侧重教学内容的前沿性和新颖性
细胞生物学发展极为迅速,随着科学家们研究成果的不断涌现,其内容处在不断更新的动态过程中。因此,教师在教学过程中,要注重联系学科的前沿和热点,讲述较先进的科学结论,跟踪国际上最新进展。此外,教师在注重教学的同时,宜以科研并举,以科研引导和促进教学;教学与培养科学研究型人才紧密结合;教学内容与最新科研进展同步,使学生在正确掌握细胞生物学基础上学会解决与之相关的科学研究问题。如将教师的主要科研成果与基础理论教学有机结合,结合教学内容介绍自己的科研成果,这样既生动又贴切,学生又很熟悉,使学生获得学习的兴趣和动力,亦可以启发学生的创新思维能力,培养学生的科研钻研精神。
3.3 增加细胞生物学实验综合性和设计性实验的比例
综合性实验注重知识的综合运用,实验原理和方法步骤较为复杂,可以使学生更好地理解实验原理,正确使用仪器设备,锻炼学生综合分析问题的能力;设计性实验是指学生根据实验项目,自主设计实验方案,自主准备实验材料,自主配制实验所需试剂,根据自己的时间自主安排实验进程,设计性实验可以充分调动学生的实验积极性,培养学生的创新思维和勇于探索的精神。由此可见,综合性和设计性实验可以锻炼学生综合分析问题和解决问题的能力。③然而目前许多高校由于实验条件和课时安排的限制,细胞生物学实验主要以基本操作和验证性实验为主,综合性和设计性实验较少甚至没有,这在一定程度上限制了学生综合素质和创新思维的培养。④因此,教师应根据科学性、可行性和实用性原则增大综合性和设计性实验的比例。如我们精选了真核生物基因组的提取、纯化、鉴定、扩增、酶切、重组、转化、筛选的大实验,膜蛋白的分离与鉴定等综合设计型大实验,这些实验中的每个实验都构成了一个综合性整体,同时,在实验材料的选择上尽量做到由学生自主选择。通过每一次的综合设计实验,使学生进一步巩固了已学习的知识和已掌握的技术,并能够对实验结果进行合理的正确的资料采集、整理、分析和归纳,有效地培养了学生的科学素质、科学精神、创新思维及分析问题和解决问题的能力。
3.4 组织各种“科学小组”,布置学科发展前沿的讨论,与全程科研训练对接,以培养学生的科学态度和科学精神
[关键词]细胞生物学实验 教学方法 教学内容 教学改革
[中图分类号] G642.423 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2015)12-0153-02
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。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.