本科生开设“动物细胞培养”实验的探索

王宏刚， 陈成彬， 王春国， 陈 力， 宋文芹， 白艳玲， 张金红， 刘 方

(南开大学生物实验教学中心，天津 300071)

0 引言

近年来，细胞生物学领域的研究范围已大大拓宽，来自各专业的科学家不断地加入该领域进行细胞结构和功能的研究，细胞培养技术变得越来越重要，利用细胞培养技术研究生命现象的项目和从事生产活动所获得的成果越来越多，细胞培养这项技术不仅在过去、现在乃至将来都是生命科学研究领域所必需的一门经典技术。

动物细胞培养是通过模拟细胞体内的生长环境，在无菌、适当温度和一定营养条件下，使细胞在体外生存、生长、繁殖及维持其功能和结构的方法。“动物细胞培养实验”是细胞生物学的重要组成部分，它应用广泛，已经在病理学、微生物学、免疫学、药理学、遗传学和肿瘤学等多个学科领域[1-3]。但在动物细胞培养技术的教学方面，鉴于动物细胞培养在技术上有一定的难度，再加上实验室硬件条件、课程学时等条件的限制，国内其他高校主要针对研究生开设这类课程，或通过综合性或开放性的选修实验课程来向本科生开设这类课程[4-6]。考虑到作为生命科学类专业的本科生，应该系统完整地掌握细胞培养的基本原理和方法，我们对如何在本科生的基础必修课中开设动物细胞培养实验进行了一系列的探索，并在伯苓班(生物)的“细胞生物学实验”课程中进行了教学实践。

1 教学内容的设置

培养学生创新思维与实践动手能力是我们实验教学的主要宗旨之一，通过实验课的教学不仅要帮助学生了解和掌握实验技能，更重要地是加强学生的道德修养，培养学生认真的工作态度和团队合作精神[7-8]。由于动物细胞培养具有培养要求高、操作难度大等特点，因此，动物细胞培养技术具有极强的实验性和实践性，实验技能与理论基础缺一不可。目前，开设实验课的难点在于能否在有限的学时内、有限的仪器设备条件下实现我们的教学宗旨，为此我们在教学内容上进行了探索。动物细胞培养是作为基础必修实验课“细胞生物学实验”的一部分内容，学时数受到一定的限制，且授课的对象为大学二年级的本科生，专业基础课的知识储备还比较薄弱，根据这种情况我们设置了四部分的实验内容:①是了解用组织块贴壁培养法和消化培养法进行细胞原代培养的实验方法，由于学时的限制这部分内容主要以穿插看录像为主，使学生有一个感性的认识;②掌握基本的动物细胞培养技能——动物细胞的复苏、传代和冻存;③ 是对培养细胞生长活力进行测定，进一步验证细胞培养的成功与否;④利用细胞培养技术对肿瘤细胞进行不同药物的处理进而检测肿瘤细胞的生长活性，使该技术如何在基础研究中的应用有所了解。

通过对这四部分实验内容的学习，学生可以系统完整地掌握动物细胞传代培养中从复苏到冻存的整个过程，并学会细胞培养技术如何在研究中进一步的应用，使学生具备在科研实验室独立进行细胞培养实验的能力。

此外，在对细胞培养技术进行学习的过程中，学生的多种实验技能都可以得到锻炼和提高，比如:无菌操作、细胞计数、倒置显微镜、酶标仪和离心机的使用等。

2 实验讲义的编写

近年来细胞生物学发展的速度非常快，新技术不断涌现。相比之下我们开设的实验内容却显得比较陈旧，明显落后于细胞生物学的发展。在强调培养学生注重知识能力和素质全面发展的努力下，我们积极努力探索实验教学的方法，尤其是教材方面的改革，使学生能够扩展科学的视野。

我们通过实践认为，一本适合学生阅读的实验讲义，可以为学生对实验课程的预习提供很大的帮助，对于实验教学起到事半功倍的效果。就目前而言，关于动物细胞培养技术方面的教材种类繁多，不同的作者及教科书在内容体系的编排、培养物的例证及阐述的侧重点等多方面呈现各自的风格和特点。为了与实验内容和教学方法更好地贴合，充分体现教材的系统性、先进性和实用性，在这个原则下，在参考了多本相关教材的基础上，结合我们自身的教学实践经验、实验技巧和研究成果编写了实验讲义。实验中的每一个教学环节都经过了老师们的反复推敲和实践，因此具有很好的可操作性。

在细胞培养实验讲义中:①采用了较大的篇幅来讲解实验背景与实验原理，希望借此可以帮助学生通过实验预习，更加透彻地理解实验中的基本原理，只有这样，学生才会了解每一个实验步骤的原理是什么，要达到什么样的效果，重点强化了要点提示及注意事项。②每个实验的最后都会列出3～5个思考题，来引导学生进行思考，培养学生的观察能力、实践动手能力、锻炼学生分析问题和解决问题的能力以及科研创新的能力。③以附录的形式在实验讲义中将动物细胞培养中常用的技术如无菌操作的要领、细胞计数的方法、测定细胞生长曲线的方法等做了详细的介绍。④ 为了使学生更好的理解与学习相关的实验内容，将部分实验的内容的录像提供给学生，供学生在实验的间隙进行学习和参考，使学生对细胞培养有一个全面完整、系统地了解。

3 教学方法的研究与实践

教学方法关系到教学质量和人才培养质量，在优化组合教学内容的前提下科学的教学方法才是通往高教学质量的桥梁[9]。在现代的教学中，培养创新人才已成为我们高等教育的核心内容。这就要求学生必须具有全面的专业基础素质，较高的科研素质以及卓越的创新能力，才可能在将来在高科技领域直接参与科学研究与知识创新活动[10-12]。因此，我们在教学中积极转变教育观念，将“授人以渔”的主导思想贯彻于始终，不仅仅是培养学生的动手操作能力，更重要的是培养学生的科学思维、创新性、思辩性和自学能力，起到抛砖引玉的作用，使学生开拓视野，启迪智慧，了解新思路、新观点，为后续学习及今后科研训练、毕业论文等奠定基础。

在教学的组织上，我们采用教师课堂上讲授指导学生课余时间练习的开放式教学方法。在课堂上，首先由教师对实验的原理及方法进行讲解，并对重点的步骤进行示范。反复强调细胞培养实验不同于其他实验，步骤多、整体性强、操作要求严格、不能污染细胞等，而且上一实验的结果往往会影响下一个实验。要求学生要掌握要领，反复练习。然后，由学生独立进行操作。在此过程中，教师根据每个学生操作的具体情况对其进行指导。实验分两次完成:第一次安排细胞的复苏实验，由教师提供处于冻存状态的细胞供学生进行复苏;第二次安排细胞的传代和冻存，学生使用自己复苏的细胞进行传代和冻存实验。

由于细胞培养课程实验内容多、课时少，实验项目必须在有限的时间内完成，增加了实验课程实施的难度。例如由于参加细胞培养技术课程学习的学生人数多，无法在短时间内安排所有学生进入无菌间实验操作，我们采取分批、分组进入培养室进行实验操作。由于课堂上操作的实践时间较少，我们又采用开放式教学的方法，课后，学生可以利用自己的“校园一卡通”注册实验室的门禁管理系统，注册后学生可以利用自己的课余时间刷卡进入实验室进行练习，以达到对实验内容的熟练掌握。在后续的“细胞生物学实验”课程中以动物细胞为实验材料的实验如:细胞骨架的观察、荧光原位杂交、细胞凋亡、细胞生长活力测定等所用的细胞均由学生自己培养，这不仅给学生提供了大量动手实验操作的机会，而且提高了学生对实验课的兴趣和自己动手的能力及分析问题解决问题的能力，也培养了学生的团队合作和责任心意识。

4 实验报告的要求

实验报告是教师了解学生掌握实验的状况和进行成绩评定的重要依据。实验报告的写作是提高大学生写作能力、科研能力的一个重要手段。实验报告是完整的记录实验的全过程的一种形式，它包括了对实验结果的分析和总结，不但有助于学生理解和掌握实验目的、意义、方法和技能，还能通过观察分析实验现象和结果，得出学生自己的体会和结论，从而激发学生的学习兴趣，养成多观察勤思考、善总结的好习惯。这对他们今后走向工作岗位，成为具有创新能力的人才很有帮助，这也是当今素质教育所倡导的[13-14]。

以往的常规实验报告的书写要求是:题目、实验目的、实验原理、主要试剂和仪器、实验操作、实验结果。为了进一步提高学生分析问题和观察问题的能力，我们将实验报告的书写格式进行了改革，以论文的格式进行书写，虽然增加了难度，但提高了学生的书写和分析问题的能力，为以后科学论文的撰写奠定了基础。论文式实验报告的书写要求:①题目;②前言(国内外的进展及实验目的);③材料和方法(包括实验材料、试剂、仪器和方法步骤;④实验操作，强调不能照抄实验讲义上的操作，要求用尽可能少的文字描述操作要点);⑤实验结果，要求尽可能详实地描述结果;⑥讨论，是整个报告的重点部分，要求结合实验原理对结果进行分析讨论。并通过查阅文献，让学生用学到理论知识对实验过程和结果做出认真仔细的分析，实验结果不理想的，要认真分析实验失败的原因和可能存在污染的环节，最后提交一份以科技论文格式撰写的实验报告。

5 教学改革过程中的体会

5.1 教学内容和体系编排的优化

根据教学计划，我院的细胞生物学实验课程课时较少(32学时)，但需要讲解的内容多，在有限的时间内还要完成实验教学，而且细胞培养的周期长、影响实验结果的因素多，这些都增加了课程实施的难度。在实验过程中，我们加大了实验技术操作比重，强化了实验操作技能的每一环节训练，要求每一个学生独立完成所有的实验内容，每次实验结束后都会对实验结果进行点评，通过这些方法来使学生熟练掌握有关动物细胞培养的基本技术，并为其今后进一步深入学习和科学研究创造条件、奠定基础。

5.2 充分利用现代教学技术手段

动物细胞培养的对无菌操作，环境净化程度的要求高、涉及到的实验仪器设备多、用到得实验试剂价格昂贵等因素，都会给实验教学带来较大的困难。为提高实验教学质量，在每次实验前，除充分的讲解外，老师还会在学生进行操作前进行示范，在实验的间隙时间，学生还可以反复观看VCD中的操作演示，获得多次直观的感性认识。彻底改变以单纯知识传授为目标的课堂教学模式，形成以能力、技能培养为目标的教学模式。

5.3 采用开放式的教学方式

我们创新性地在基础必修课的教学中采用的开放式教学方式，给了学生积极发挥自己主观能动性的机会，也培养了学生的团队合作和责任心意识。学生利用业余时间不断观察自己培养的细胞，根据细胞生长的状态自己把握时间进行传代培养，有问题及时与老师沟通，老师进行适当的指导，使用自己培养的细胞为实验材料进行其他的细胞生物学实验，提高了学生对实验课的兴趣，也提高了学生自己动手的能力和分析问题解决问题的能力，收到了较好的效果。

在开设细胞培养实验课探索的过程中，通过学习以及跟学生的交流，在为本科生开设动物细胞培养实验时，有如下几个方面要需要特别注意:

(1)必须要求学生树立严格的无菌观念。按照教学计划的安排，本科二年级的学生还没有学习过“微生物学”，因此需要重点要求学生树立严格的无菌操作观念，从细胞培养所需要的玻璃器皿、塑料制品、移液器、培养箱的灭菌，到实验操作过程中的每一个细节，都要时刻提醒学生注意无菌操作。

(2)深化学生对细胞培养条件的认识。在课堂讲授中，需要详细讲解清楚细胞在体外生长过程的营养需要，包括细胞培养的条件、细胞的营养、环境和影响细胞生长的因素等;此外，考虑到学时的限制以及现在科研实验室的实际情况，教学过程中采用的培养基、血清等试剂均为商品化的产品，需要学生对每一种试剂的成分及每一种成分的作用都有所了解。

(3)注重学生实践能力的培养。对于一项实验技术的掌握，最重要的方法就是加强实践操作训练，在课堂上，要严格规范学生操作过程中的每一处细节，培养学生良好的实验素养，只有这样，才能做到教会学生学习的方法，帮助学生在以后的学习中通过举一反三来学到更多的知识。

6 结语

通过开设细胞培养实验，更新教学观念，优化教学内容，高质量地完成了本科生“动物细胞培养”的各个教学环节，达到了预期的教学目的。学生不仅学习了细胞培养技术，熟悉了常用仪器及实验器材的使用方法，更重要的是亲身体验了科研活动的内涵，有所感悟，有所启发。而且受到了一次良好的科研素质训练，极大地激发了从事科研工作的热情和兴趣[15]。

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