生物学实验教学中心开放实验的运行模式探索

龙　燕, 谢志雄

(武汉大学 生命科学学院, 湖北 武汉　430072)



生物学实验教学中心开放实验的运行模式探索

龙燕, 谢志雄

(武汉大学 生命科学学院, 湖北 武汉430072)

介绍了武汉大学生命科学学院生物学实验教学中心开放实验的运行模式和成效。该中心对于单一实验项目、整体综合实验项目、专业导向的实验项目、科学研究训练等实验实训项目采用开放的、逐层渐进的运行模式,加强了项目建设,注重对学生实验活动的项目式管理和学生的自主管理。通过开放实验,学生学习的主动性、综合素养、科研能力都得以提高,取得了较好的实验教学效果。

生物学实验教学中心； 开放实验； 实验教学管理

教育质量是高等学校的生命线,实验教学是培养高质量生命科学人才的关键,而开放实验则是培养学生能力的重要途径。武汉大学生命科学学院通过开放实验,旨在培养具有“创新、创造和创业”精神和能力的生命科学人才,培养学生基本的科学研究素质[1-2]。近年来,学校在开放实验教学方面做了一些探索,积累了一些经验,本文总结了生命科学学院生物学实验教学中心开放实验的运行模式、成效和新的思考。

1　开放实验运行的保障

我校生命科学学院生物学实验教学中心是2005年首批国家级生物学实验教学示范中心之一。中心一直秉承以学生为本的教学理念,以培养学生自主学习能力、实践能力、创新能力和综合素质为目标,强调实践育人,深化实验教学改革,充分发挥实验教学在人才培养中的自主性和创新性,培养具有国际竞争力的精英人才。

中心的实验教学体系是由基础型、综合型和研究创新型3个层次的实验教学构成,各层次实验教学科学地相互衔接,做到重基础、抓综合、谋创新。学校、学院十分重视中心的开放实验运行,投入专项经费予以支持,并且给予大学生业余科研项目资助。中心开设了专门的开放实验室和科学研究训练实验室,建立了完善的开放实验室、人员和教学过程管理制度。这些都为中心开放实验的良好运行提供了强有力的保障。

2　开放实验运行模式

中心按照不同年级、不同知识基础的学生和不同课程特点,设置了不同形式的自主性开放实验,以使学生尽快成长为创新型人才。中心的开放实验运行模式是从单一开放实验项目—整体综合开放实验项目—专业导向的开放实验项目—科学研究训练项目逐层递进,做到实验内容渐进式开放,让学生从被动学习训练过渡到自主学习训练,努力探索与创新[3]。

2.1课程体系框架下的单一开放实验项目

在为大一学生开设的动物生物学和植物生物学实验中设立开放实验项目。按每组2～4人为单位独立选择实验项目；在开放实验室进行并于当学期完成。

2.1.1植物生物学开放实验项目

(1) 陆生植物与水生植物光合作用的对比。

(2) 植物比叶面积,含水量的研究。

(3) 沉水植物对环境的适应。

(4) 植物生长在不同光照条件下的形态比较。

(5) 探究生长高度对于植物光合作用的影响。

2.1.2动物生物学开放实验项目

(1) 校园常见鸟类数量调查和栖息地利用。

(2) 小白鼠走迷宫。

(3) 虾的体色调节。

(4) 金鱼的催青和人工受精。

2.2整体综合开放实验项目

在为大二学生开设的微生物学实验和遗传学实验中,设立开放实验项目,以4人小组为单位完成细菌分离鉴定、环境水样微生物分析、果蝇测交和微核实验。例如环境水样微生物分离鉴定实验,在开学伊始安排学生从环境水样中分离细菌。细菌的鉴定工作由各小组根据微生物学实验教学进度,自行决定鉴定内容,学期末给出鉴定结果,进行公开报告。

2.3专业导向的开放实验项目

该类实验为专业基础课学有余力、对相关学科研究有浓厚兴趣的学生所开设,在生物化学实验、细胞生物学实验和植物生理学实验教学内容外,开放部分复杂的综合型或者研究型实验内容。

2.3.1细胞生物学专业开放实验项目

(1) 利用彗星试验检测化妆品对细胞DNA的损害。

(2) HeLa细胞端粒酶活性和细胞周期关系。

(3) 动物细胞多倍体诱导与中心体倍增的关系。

(4) 银杏叶提取物和夹竹桃叶提取物对不同细胞凋亡作用的探究。

2.3.2植物生理学专业开放实验项目

(1) 100 mg/L GA对水稻种子萌发和幼苗生长的影响。

(2) 10、50、100 mg/L皂苷(过滤)对水稻种子萌发和幼苗生长的影响。

(3) 低浓度ABA对水稻种子萌发和幼苗生长的影响。

2.4科学研究训练

科学研究训练是专为高年级学生开设的开放实验课程,有72学时。中心建立有全开放管理的科学研究训练实验室,配有智能化门禁及监控系统。学校成立了课程指导小组负责审题、答辩及成绩评定；项目指导教师负责学术指导；学生以小组为单位,7个月内利用业余时间完成训练。科学研究训练课程项目分别来源于理科基地创新项目、大学生创新性项目、武汉大学大学生业余科研重点/面上项目、科研实验室提供的项目和实验教学中心科学研究训练实验室项目。

部分科学研究训练项目包括:

(1) 甲醛的检测和清除过程中酶的借用；

(2) 抗药性细菌筛选识别及抗性质粒提取鉴定分析；

(3) 中华大蟾蜍身体和年龄结构的海拔差异；

(4) 甲醛操纵子hxlAB的功能验证(IGEM)；

(5) 融合细菌素的构建和表达(IGEM)；

(6) AHL相关集群信号质粒的构建及在E.coli中应用(IGEM)；

(7) 横断山区及其周边地区黑藻谱系地理学的初步研究；

(8) sf9细胞中a基因的鉴定；

(9) 检测花粉管再分配理论在自然界其他植物中的普适性；

(10) 神农架不同海拔土壤微生物计数和功能鉴定。

3　成效显著

通过开放实验,学生科研兴趣提高,并在校外开展各种科普实践活动,例如举办Bio-生科文化节开幕暨樱花标本制作活动。该项活动由生命科学学院学生会组织,生物学实验教学中心提供技术与材料支持,面向社会公众开放,指导参与者完成植物蜡叶标本和叶脉标本制作。又例如在生物学实验教学中心科学研究训练实验室举办了全校“微生物涂鸦大赛”。学生以携带绿色荧光蛋白的细菌作为“颜料”,以培养基为“画布”,用手中的菌液在培养基上画出自己喜欢的图案。经过2天的培养之后就能看到菌落(见图1),直观地展示了基因工程、荧光标记等专业科学知识与技能,激发学生了解生命科学知识与科学问题的兴趣。

图1　微生物涂鸦大赛学生作品

学生通过开放实验,提高了学习主动性,综合素养、科研能力也得以提高。2014—2015年本科生在核心期刊以上刊物公开发表研究论文19篇,其中16篇SCI论文(学生徐洛浩的论文2014年12月在《Science》上发表)。我校学生在2014年第二届全国大学生“共享杯”科技资源共享与服务创新实践竞赛中获论文优秀奖和多媒体优秀奖。在2015年国际遗传工程机器大赛(iGEM)中,我校参赛团队获得银奖。生命科学学院2014年推选优秀本科生参加湖北省第三届大学生生物实验技能竞赛,参赛的6项比赛中有4项获得一等奖,其中综合赛3项包揽全省前三名。

4　开放实验运行的思考

4.1开放实验项目的建设

如果开放实验项目选题过于简单,就失去了创新性和挑战性,最终成为一种形式；而如果实验项目选题过于庞大,学生在指定的时间内无法取得实验结果,也会让学生的积极性大大受挫[4]。因此,应该依据不同年级、层次学生的基础、课程特点等，设置不同形式的自主性开放实验项目[5]。

4.2明确的岗位职责

开放实验教学不同以往的集中教学,教学环节和内容增多,需要对实验技术人员和实验课教师制定明确的岗位职责,确保各个环节的顺利进行,使开放实验达到预期的效果[6]。

4.3学生管理

在实验室充分开放的同时,需要建立严格的管理制度,保障开放实验有序、高效地进行[7]。学生在进入实验室前,应先认真阅读管理规章,进行仪器使用的培训；进入开放实验室后,必须严格遵守实验室的各项规章制度。

实验室实行预约使用制度,学生需要就实验时间、实验条件和所需仪器设备等向实验室提前预约,并详细填写“开放实验登记表”,经实验室主任审核并签字后方可进入实验室进行实验。学生在开始实验前应阅读与实验内容有关的文献资料,做好充分的预习。

本科生科研训练不同于常规实验课教学,教师的主导作用更加弱化,通常采用项目式管理模式,注重学生的自主、自我管理。每个项目小组设有一名学生负责人,负责项目的整体实施、分工统筹和进度安排等,并定期向指导教师汇报项目进展情况。学生通过自我管理,增强了自主意识和责任感,提高了工作积极性,有利于从被动学习向主动学习的转变。项目式管理也有利于学生学会分工与合作,实现自主、自我管理,培养团队合作精神。

指导教师要对学生的开放实验进行必要的指导,并注重培养学生的实验素质与技能、创造性的科学思维方法和严谨的治学态度。

学生在实验项目完成后,应向实验室提交总结报告或论文等实验成果。实验室应及时总结和交流工作,如组织开放实验答辩交流会等活动,促进学生之间的交流,激发创新精神,分享实验成果和心得体会,同时也可以锻炼学生的演讲和表达能力[8]。对优秀的开放实验项目,鼓励申请本科生科研项目资助。对于有创新进展的研究成果,可以推荐投稿公开发表。

5　结语

实践证明,开放实验激发了学生的学习热情，促进了学生的个性发展，培养了学生的创新精神,对提高学生的综合素质有显著的作用[9]。今后，我们的开放实验教学的比重将逐步增加,也将在实践中积累经验、不断改进,将开放实验教学做得更好。

References)

[1] 龚利华.实验室开放存在的问题及解决办法探讨[J].实验科学与技术,2009,7(5):142-144.

[2] 李英俊,孙淑琴.多种模式开放实验室,培养创新人才的探索与实践[J].实验室研究与探索,2007,26(3):121-124.

[3] 郑春龙,邵红艳,钟振余,等.创新性开放实验项目建设的探索与实践[J].实验技术与管理,2009,26(10):15-17.

[4] 裘立群,殷焕顺,艾壮云.建立开放实验室培养学生的科研能力[J].实验科学与技术,2010,8(3):119-120.

[5] 李秀珍,曹群,庞思平.实行开放式实验教学的几点体会[J].实验技术与管理,2008,25(2):140-142.

[6] 胡仁杰.营造开放的实验教学环境开展开放式自主实验教学[J].实验室研究与探索,2006,25(7):823-826.

[7] 刘志军.实验改革和实施开放实验模式的创新实践[J].实验技术与管理,2006,23(1):17-19.

[8] 窦春升.由日本香川大学的实验教学谈物理开放实验教学的改革[J].实验室研究与探索,2008,27(12):138-140.

[9] 梁上燕.开放式实验教学类型新探[J].兰州交通学报:社会科学版,2007,26(5):127-129.

Exploration on operation mode of opening experiments in experimental teaching center for biology

Long Yan, Xie Zhixiong

(College of Life Sciences, Wuhan University, Wuhan 430072, China)

Opening experiments play an important role in training students’ practical ability, innovative ability to promote laboratory development. This paper instructs the operation mode and effect of opening experiments in experimental teaching center for biology, combining the deep exploration of the problems in the opening experimental teaching.

experimental teaching center for biology; opening experiments; experimental teaching management

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.06.042

2016-01-05

国家基础科学人才培养基金资助项目(J1103513)；湖北省教育厅武汉大学教学改革资助项目(JG2014033)；武汉大学实验教学中心开放实验资助项目(610400011)

龙燕(1980—),女,湖北武汉,硕士,实验师,主要从事生物实验教学工作

E-mail：skyjck4@whu.edu.cn

谢志雄(1969—),男,博士,教授,副院长,生物学实验教学示范中心副主任,主要研究方向为微生物学.

E-mail：skyjck4@whu.edu.cn

G642.4

A

1002-4956(2016)6-0165-03