摘要對生物工程專業的動物細胞工程實驗進行了開放式實驗教學模式探討,通過實驗方案設計、方案討論、實驗操作、實驗論文報告、實驗總結等5個教學環節的實施,達到了較好的教學效果。同時分析了此種教學模式存在的問題與改進措施,以為切實搞好開放實驗教學活動提供參考。
關鍵詞動物細胞工程;開放實驗教學;教學模式;西南科技大學
AbstractThe opening experiment teaching mode in animal cell engineering experiment of bioengineering specialty was discussed in this paper. Five teaching links such as experiment project design,project discussion,experiment operation,experiment report andexperiment summary were actualized. The teaching effect was turned out fine. While,existing problems and improvement measures about this teaching mode were pointed out to provide reference for better opening experiment teaching.
Key wordsanimal cell engineering;opening experiment teaching;teaching mode;Southwest University of Science and Technology
西南科技大學地處四川省綿陽市,是中國西部的一所重點建設學校。西南科技大學生命科學與工程學院現共有7個專業,其中包括生物工程專業。由於生物工程專業是一門實驗性、實踐性非常強的學科,對該專業人才培養的要求是要具有較深厚的理論基礎和較寬廣的知識面,較強的實驗、實踐能力和創造能力。因此,筆者在優化理論教學的同時,也在積極思考如何加強生物工程專業的實驗教學,強化實驗與實踐能力的訓練,培養學生的動手能力,激勵學生學習興趣和創新精神,提高學生綜合素質。傳統的生物科學專業實驗專案大多屬於單一的驗證性實驗,且內容多是依附於各門課程的理論授課而開設,實驗方法刻板,學生上實驗只是被動應付、機械操作。這種“照方抓藥”的實驗形式極不利於學生智力的開發,限制了創造性思維的發展,不能充分調動學生的積極性和能動性。因此,生物工程專業的實驗體系改革勢在必行。近年來,西南科技大學加大了對本科教育的實驗建設投入,大大改善了本科生實驗條件。2010年,生命學院抓住學校迎接本科教學水平評估的契機,根據實際情況,申報了一個實驗室建設專案“生物工程實驗室建設”,得到了學校的批准並立項。在專案的實施過程中,不僅考慮了實驗室軟、硬條件的改善,同時也把實驗教學模式的改革放到了重要的位置[1-2]。
1課程簡介
《生物工程大實驗》是生物工程專業的一門必修實驗課,主要包括髮酵工藝學、植物細胞工程、動物細胞工程3部分,在課程的教學過程中,動物細胞工程的實驗週期相對稍短一些,同學們對動物細胞工程興趣會更濃一些,因此,在動物細胞工程實驗教學上應率先進行開放教學模式摸索。
2教學形式
教學共分為5部分內容,包括實驗方案設計、方案討論、實驗操作、實驗論文報告、實驗總結。
2.1實驗方案設計
筆者在進行《動物細胞工程》理論教學中,發現學生對動物細胞培養特別感興趣。利用學生的這種好奇心理,在課程結束時,安排學生做了一個實驗方案設計——小鼠××細胞系的建立,該設計既是理論課程的一個結課報告,也是本實驗的一個實驗指導。為節省材料,將學生分成幾個大組,每個大組8個人,然後每個大組再分成4個小組,每小組2個人。每個大組發放1只小白鼠,每個小組的學生根據自己的興趣,可自由選擇目的細胞,包括肌肉細胞、腎臟細胞、肝臟細胞、肺細胞、骨髓幹細胞等。這樣在一個大組內就可做不同的細胞,便於同學之間的相互交流和學習,同時也節約了材料。
該次實驗方案是一個完整的有關動物細胞系建立的具體方案,包括實驗準備工作、培養基的配製、原代細胞培養、細胞的純化與傳代、細胞生長曲線的測定、細胞的凍存與復甦。在方案中,要求學生詳細寫出實驗目的、實驗原理、實驗材料、方法與過程及注意事項,這就要求學生認真思考自己所需要的材料,因為每組學生所做的細胞不同,採用的培養及純化方法也不相同,所需要的材料也不相同,包括需要哪些藥品、試劑怎樣配製、需要多少吸管,甚至連廢液缸都要考慮到。這樣培養了學生的主動思考能力和積極參與性,而不再像以前一樣由老師準備好所有器材,自己只需要按照老師指定的步驟,將老師已準備好的試劑一一的加進去即可。
2.2方案討論
方案設計好以後,教師進行修改,主要指出一些原則上的錯誤,讓學生進行改進,然後進行交流。挑選一個比較典型的小組,向大家彙報,讓同學來指出其設計上的不足,再在老師的`指點下,比較自己的方案,這樣在討論中讓學生對自己的目的和要求更加清晰。最後,給大家播放有關動物細胞培養方面的教學錄影,詳細介紹在操作中的注意事項,特別是一些細節問題,讓同學們事先有所瞭解。
2.3實驗操作
大家的方案在討論和看完錄影后再一次進行修改,經老師修訂同意後就可進行實驗操作環節。學生按大組領用所需的器材,自己進行清洗、包裝和滅菌處理,配製所需的試劑,按照設計的實驗方案進行實驗操作。在實驗過程中,由於細胞生長的進度不同,同學們需要在不同的時間來進行處理。為解決這個矛盾,實驗室採取了全天開放、學生預約登記的形式,保證學生可以在預定的時間進行實驗。在實驗進行過程中,要求學生每天來觀察細胞生長情況。
2.4實驗論文報告
該實驗報告採用科技論文報告的形式代替傳統的實驗報告,要求學生嚴格按照科技論文格式寫出題目、前言、材料與方法、結果與分析、討論與建議。前言部分要求學生簡單介紹實驗的原理與目的,由於動物細胞原代培養與細胞純化的方法很多,多種方法大多可以使用,學生甚至可以同時使用不同的實驗方法進行,但要求必須寫出選擇此方法的依據。材料與方法部分要儘可能詳細,以鍛鍊學生自己動手準備實驗的能力。實驗結果要實事求是地記錄下來。討論為重點部分,要求結合理論知識對實驗結果進行分析、綜合、歸納和推理。若結果與預期不符,應分析原因,列出改進措施。最後,要求學生對此次實驗教學提出自己的看法和意見。
2.5實驗總結
課程結束後要對此次實驗的情況進行總結,對出現的一些典型的情況進行分析。比如染菌嚴重等。分析其可能的染菌環節,及操作上的一些不正確的地方,讓學生明白自己的不足之處。
3教學效果
此次開放實驗教學,總體來說還是取得了較為滿意的效果,與以前傳統的實驗教學方式相比,該教學主要達到了以下目的[3-4]:
3.1真正做到了理論和實踐相結合
由於《動物細胞工程》是一門理論與實踐結合非常緊密的課程,在課程講授過程中,會涉及到許多與實驗操作有關的知識,而學生以前並沒有相關知識的積累,講解起來非常空洞。比如,在講授原代細胞的製備方法中,會包括酶消化法和組織塊法2種方法,這2種方法有何優缺點,應怎樣根據實際情況進行選用等,這類知識教師通常在課堂講授時只講一些基本的理論知識,而具體情況需同學們通過自己的實踐和相互交流就得到深刻的認識。
另外,由於要求學生自己動手設計實驗方案,而方案的設計必須建立在踏實的理論知識基礎上,這就要求學生在實驗方案設計的同時,必須理清楚方案設計的理論依據,同時也培養了同學們查閱資料、閱讀文獻的能力。
3.2有效培養了學生的動手能力、思維能力,訓練了從事科研工作的基本功
由於實驗帶教老師僅指出實驗的名稱,提供與本實驗相關的實驗器材、試劑、動物等,其餘由學生通過閱讀教材、查閱資料,明確實驗目的、實驗方法與步驟、注意事項等內容,並在此基礎上按步驟進行操作。在教學過程中,學生始終處於主體位置,教師則處於主導位置。學生在實驗中必須充分應用所學的理論和已掌握的技能,完成整個實驗,包括實驗的設計、操作的步驟、儀器和材料的選擇、結果的分析等。其中每一步驟對學生來說都是全新的,充滿了挑戰性,試驗結果不是預先知道的,學生必須對實驗中出現的異常現象及時分析,並提出相應解決辦法,這就要求學生要有嚴密的實驗思路和嚴謹的科學態度,調動學生的主動性。比如器材的清洗、包裝、滅菌等工作,平時大家都不太重視,而通過實驗,就有了切身體會,有的同學在做過濾除菌製備培養基時,由於無菌工作未作好,導致培養基染菌變渾濁而只能重做。由於各小組的實驗材料和結果都不相同,也進一步拓寬了學生的知識面,充分挖掘了學生的創造才能,促進學生科學素質的提高,培養學生的綜合能力。
實驗結束後要求學生按照論文的格式和規範撰寫實驗報告。對於普通高校的大多數學生來說,撰寫論文是一件遙不可及的事情,現在他們具有了論文的素材,就可以模仿科技論文的寫作要求去完成,使學生獲得了撰寫科研論文的訓練,掌握了從事科研工作的基本功。
3.3加強了老師和學生之間的交流,增進了師生感情
由於學生頻繁出入實驗室,與老師接觸的時間增多,師生之間可廣泛的進行交流,可以加深學生對老師的理解、對教師行業的尊重。
3.4培養了責任心和科學態度,提高了興趣,增強了自信心
實驗分小組,做到任務到人,每個人對自己培養的細胞都愛護有加,這種負責任的心態是在做別的實驗時看不到的。與以往實驗不同,同學之間是用自己的勞動成果做比較,都格外努力。成功的同學根據自己的想法做設計、做實驗,獲到了很好的結果,會產生一種自豪感和自信心。而失敗的同學雖然有一些喪氣,但在認真總結教訓和向成功同學取經的基礎上,在第2次實驗中還是會得到滿意的結果。另外,由於實驗過程中需要同學之間相互合作、協調進行,增進了同學的團結、互助、協調的精神。
3.5提高了師資隊伍水平和實驗教學質量
開放式教學中一些實驗內容反映了當代科學技術的發展水平,涉及的知識面廣。教師不僅要有本學科紮實的理論基礎、較好的實驗技能,還要加強業務學習,不斷更新自己的知識,這在新實驗開設和學生科技創新活動中顯得尤其重要。可以說開放教學提高了師資隊伍業務水平。從傳統的實驗教學到開放性實驗教學的轉變不僅對教學雙方產生巨大影響,對提高實驗室的建設和管理水平也會起到不可估量的作用,這種改革無疑會使實驗室的各項工作發生質的飛躍。開放實驗維護了學生的原創精神,能使學生在寬鬆的實驗環境中實現從被動學習到主動學習的轉變。可以說開放實驗是實驗教學中實現因材施教的必由之路,是培養學生創新能力的必備條件。
4存在的問題與改進措施
4.1實驗室配套設施不完善
由於實驗人數劇增、延續時間較長,儀器裝置接待能力明顯不足。因為細胞培養嚴格要求無菌操作,所以,大部分操作都在超淨臺上進行,這樣就造成對超淨臺需求的矛盾。而且,因為同學們大多是新手,操作時非常小心、謹慎,這樣也常常導致不能按照預定的時間結束實驗,裝置流動速度慢,同學們等待時間較長。另外,由於學生人數多,人流量大,導致無菌室有名無實,也由此使一些同學的實驗材料被汙染。
4.2增加了教師的實際工作量
設計性實驗教學比單項實驗教學工作量大、持續時間長。為了充分利用裝置,緩解實驗室裝置緊張的壓力,在一個規定的時間段,採用了學生預約、全天開放的實驗模式。為了做好實驗,同學們無論中午、晚上,只要有時間就可以到實驗室做實驗,由於學生以前沒有受過這樣的訓練,教師必須隨時在場給學生提供幫助,這就要求教師做出更多的奉獻。另外,由於學生採用了各種各樣的材料,教課老師需要查閱大量的資料,自己做一些預備實驗,這樣才能更好地指導學生。
4.3加大了實驗費用開支
實驗要求學生自己準備實驗材料和試劑,這比教師統一準備要消耗更多的實驗試劑和材料,從而加大了實驗費用開支。而且由於大家所採用的實驗材料不一致,雖然老師在審閱設計方案時,取消了一些耗費較大的專案,但是仍然需要準備各種實驗相關試劑和材料,也造成了實驗開支的大大增加。
5結語
與課堂理論教學相比,實驗教學更有利於培養學生的創新能力,實驗室是讓學生學會從實踐中發現問題、解決問題和將所學知識運用到實際中去的重要場所,是培養具有創新能力的科學研究和應用人才的實踐基地。而要真正上好實驗課並非易事,綜合性、設計性實驗教學仍有待進一步完善。
6參考文獻
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