将科研能力培养引入组织化学实验教学

仇文颖，徐园园，邓艳春，陈咏梅，钱晓菁

(中国医学科学院基础医学研究所，北京协和医学院基础学院，北京100005)

将科研能力培养引入组织化学实验教学

仇文颖，徐园园，邓艳春，陈咏梅，钱晓菁*

(中国医学科学院基础医学研究所，北京协和医学院基础学院，北京100005)

目的尝试将科研训练引入组织化学实验教学，培养研究生的科研能力。方法在注重训练学生基本实验操作的同时，大幅增加课前文献阅读、实验方案设计和课后总结、实验报告撰写等科研训练相关内容。2014—2016级共3个年级选课研究生参与教改；通过课堂作业、问卷调查、理论考试、实验操作考查等多种形式综合评估效果。结果评估结果显示学生对课程满意度很高、学习主动性有明显提高，分析解决问题、团队协作等多方面能力得到锻炼。结论从科研实际需求出发，将科研能力培养渗透到组织化学实验的各个环节，为学生未来科研工作打下良好基础，同时也提高了组织化学课程的教学质量。

教学改革；组织化学；科研能力

组织化学是一门有近两百年历史的古老学科，它对人类深入认识组织和细胞的成分、结构和功能具有不可忽视的作用。许多组织化学技术方法如免疫组织化学、免疫荧光和原位杂交等，在发表于《科学》和《自然》等国际顶尖杂志的文章中频频出现，而Feulgen反应、过碘酸-希夫（PAS）染色等却随着新技术方法的出现而不断缩小应用范围。以往组织化学课程的问卷调查显示，部分学生认为Feulgen、PAS等方法用处不大而学习热情不高；对免疫组织化学、免疫荧光等方法的学习热情虽然很高，但真正开始科研工作时，却发现组织化学课上显得非常简单的实验，实际操作起来状况百出，又不知道该如何分析解决。

分析上述问题发现，我们以往一直将组织化学课定位为一门培养研究生基本实验技能技巧的方法课，只从验证理论课讲授内容的角度安排实验。而且，为了保证实验课的进度和质量，往往由教师事先摸索好各项反应条件，做好各项实验准备工作，学生上课时只需按照教师提供的标准流程操作一遍，基本都能得到较好的实验结果。这样虽然顺利地完成了组织化学实验课教学，但学生由于参与程度低，没有机会面对问题，也就无从锻炼分析解决问题的能力，致使学习积极性不高。此外选课学生多为一年级硕士研究生，尚未受过基本科研训练，不了解进行科学研究工作的基本方法、被动依赖思想较严重。师生双方都没有真正从思想到实践重视研究生与本科生教学的差别：本科生教学以知识理论传授为主，研究生教学则应该更注重独立探索科学问题的科研能力培养[1,2]。

组织化学实验的基本程序其实与科研过程高度一致，文献阅读、实验方案设计、结果分析总结和论文撰写等这些科研过程的重要环节也是组织化学实验的重要组成部分，但以往没有给予充分重视。为了更加符合研究生的培养目标，我们根据组织化学实验课程的特征，从实验课前、中、后三个方面着手，进行了一系列教学改革，争取在科研实践的各项活动中培养学生的科研能力，使学生尽快掌握科研活动必要的科研方法、同时也为提高组织化学课的教学质量做出探索。

材料和方法

1 参加人员

北京协和医学院2014—2016级选修组织化学的研究生，3届共69人参与了组织化学的课程改革。

每年选课学生随机分组、每小组3～4人。实验课全部以小组为单位完成，另外每个小组还负责一个实验内容从实验方案设计、课前准备、课堂实验流程讲解到课后实验总结的全过程。

2 方法

2.1 文献阅读

教师挑选1～2篇发表在Science或Nature等期刊、实验方法中涉及多种组织化学技术的文献，讲解该技术的使用目的和作用，同时以论文插图为范本介绍科研制图的基本要求与规范。 学生结合自己的专业，选择一篇近两年发表在Nature Method或同类期刊上介绍新实验技术方法的文章，就该技术的创新之处、主要解决的问题和应用范围等写成一篇小短文，在之后的文献分享课上向全班同学介绍该技术方法。各组人员针对其负责实验项目，查找相关技术文献，尤其是技术方法改良类文章，为设计实验方案做好准备。

2.2 实验部分

组织化学实验课总共8个实验内容，HE染色和Masson染色作为第一次实验课内容、由老师带领全班学生共同完成；其余6个内容分别由不同的实验小组负责，负责小组需要带领全班同学共同完成所负责实验。

课前准备环节：负责小组需要查阅所负责实验技术方法相关文献，明晰实验原理及各实验步骤的目的；然后根据实验室现有条件，设计可在课堂内完成的实验方案，并对可能影响实验结果的关键条件（如温度、pH值、时间等）提出参考测试意见。

实验方案初步设计好后与老师进行沟通，确定方案的可行性，共同制定预实验方案。完成至少一次预实验，根据实际情况进一步完善实验设计方案。全班实验课前做好实验准备工作，如准备实验仪器、试剂和耗材等。

课堂展示、实验环节：负责小组由一名成员进行课堂展示，讲解实验原理、流程、关键步骤、注意事项、预计结果等，老师和其他同学为负责小组表现评分。

各实验小组根据负责小组提供的方案和参考建议确定自己小组的实验流程，包括确定拟探索实验条件和小组每位成员的任务等。以小组为单位完成实验全过程，每个同学都要动手参与。教师在实验过程中注意观察，及时纠正错误。实验完成后，仍以小组为单位对实验结果进行观察、照相。

课后总结环节：每位同学根据本组实验结果独立完成实验报告，除常规的实验原理、步骤、结果、讨论等文字内容外，还需要提供符合发表要求的实验图片以及图例说明。

负责小组需要阅读全班同学的实验报告，在下一次实验课时对全班的实验完成情况、摸索的最佳实验条件、实验中存在的问题和改进意见等进行总结。

2.3 考核方式

教学方式方法的改变，考核方式也要做出相应的调整，这样才能更好地引导学生自觉主动地提高自身综合科研素质[3]。期末总评由以下部分组成：考勤5%，新技术方法介绍论文10%，实验报告10%，小组成绩15%，实验技能考查10%，理论课书面考试成绩50%。其中的小组成绩来自教师和同学对负责小组的实验设计、课堂展示、实验总结等多个环节的表现评分，还有负责小组内部的自评和互评。通过综合评价方式考查学生的学习成果。

学生在期末考试后无记名填写调查问卷，问卷内容包括对各项改革措施的满意度，以非常满意、满意、一般、不满意和非常不满意5个档次打分。

结果与讨论

1 问卷调查

3年共完成了3轮组织化学教改实践活动，每轮课程结束后进行问卷调查，共回收调查问卷67份，回收率为97.1%。

学生对于组织化学实验课教学的满意程度达100%，对实验基本技能技巧的培训和论文插图制作等实用性技能的培训大部分人感到满意，对实验设计能力、分析解决问题、团队协作、口头表达等能力的培养，学生的满意度也都非常高（表1）。

表1 组织化学实验课各项指标的满意度调查Tab.1 Satisfaction survey on experimental histochemistry curriculum

2 通过多种科研活动培养科研能力

文献阅读是获取学科基本理论知识和最新研究进展的必要途径，是研究生开展科研活动的第一步。教师通过对国际顶尖杂志中涉及组织化学技术的文献介绍，使学生们看到简单易做的Masson染色、油红O染色只要运用得当也能发表有影响力的文章，这使学生大大增加了学好组织化学的信心。通过阅读最新技术方法类文献和文献分享课，88.1%的学生们表示有或很有收获，开拓了眼界、认识到技术方法的进步对解决科研问题具有重要价值。技术方法改良类论文的阅读，帮助学生深入地了解实验原理及实验关键条件，了解设计实验的要点。

实验设计是在对阅读文献后，对发现的问题提出解决方案的过程，它标志着科研实践活动的真正开始。想要设计出合理的实验方案，就需要明晰实验原理和每一个实验步骤，这促使学生主动查阅文献寻找答案。有学生在反馈中提到：“原来简单的漂洗过程，用自来水、蒸馏水还是缓冲液也是大有讲究的”。对比不同文献中的实验流程，学生们发现有些只是一个温度或试剂的改变，实验结果就大不相同。这促使学生深入思考影响实验结果的关键因素到底是什么。经过反复思考讨论，学生们拿出自己满意的设计方案。由于缺乏经验，初次设计的实验方案往往存在很多问题，例如需要的条件实验室无法满足、实验时间安排不合理、实验步骤有漏洞等。针对实验设计中出现的原则性问题老师需要及时予以纠正，而一些小问题则可以留给学生进一步探索。师生双方经过协商，对原设计方案做出调整，拿出预实验方案。

预实验是从理论到实践的第一步，通过预实验学生会发现设计不完善的环节，同时会发现很多实验操作方面的问题，比如不会配置试剂、不会计算试剂用量、忘记预热设备等。这使同学们意识到理论和现实间存在很大差距，想要顺利得到实验结果、不仅需要严密的实验设计，还需要周密的逻辑思维、完善的操作保障等。通过预实验，负责小组得到经过多次修改较为满意的、供全班同学使用的实验流程，同时也对实验过程和结果做到心中有数，为课堂展示做好准备。

实验方案设计和预实验这两个环节，对提高学生学习主动性，锻炼综合分析问题、动手操作和逻辑思维能力都很有帮助，为学生未来的科研工作打下了良好基础。98.5%学生对实验设计能力的培养感到满意或很满意。

以小组为单位进行实验，全组4～5张切片作为一个实验组，用于探索多个条件对实验结果的影响。相较以前每人都按同一标准流程完成实验的做法，小组实验无疑更类似实际科研工作中摸索最佳实验条件的预实验。整组实验切片一起观察、照相时，也更容易观察到实验条件不同对实验结果的影响。

实验总结是将感性认识上升到理性结论的重要环节。将实验现象、实验数据进行整理分析、实验结果进行归纳总结、最终得出实验结论。在这个过程中，学生运用已掌握的理论知识分析实验的成败得失、对无法解释的问题主动查找文献寻找答案。既锻炼了独立分析解决问题的能力、归纳总结的能力，也加强了理论知识的深入理解、调动了学习的自主性。负责小组同学通过阅读全班同学的实验报告，了解全班的实验情况、对实验预期目标是否达到等进行反思，对整个实验整体有了更加深入完整的认识。

组织化学实验多个环节以小组为单位进行，这也是未来以团队协作为基础的科研活动需要。每个研究生的知识背景不同、能力长处不同，在团队工作中各展所长，使团队的整体实力得到提升。在实验过程中，有过实际操作经验的同学可以起到示范指导作用、有病理学背景的同学可以帮助同学们更好地分析解释实验结果、擅长照相的同学则可以使照片更加清晰完美。实验设计和结果讨论时，大家从不同的角度思考问题，弥补了个人思路狭窄的限制。各抒己见时也让大家体会到沟通交流的重要性，彼此建立了良好的友谊。通过小组学习，大家深刻体会了团队协作的重要性，95.5%的同学对此满意或很满意（表1）。

论文撰写和课堂展示都是将实验结果呈现给他人的过程，是科研人员的必备技能。插图是作为形态学结果最直观、最清晰的呈现方式，也是科研论文的重要组成部分，插图质量的好坏直接影响实验结果的呈现。由于学生以前接触显微摄影较少，最初几次实验报告的插图存在较大问题，如图片模糊不清、同组照片参数不一致、照片与文字描述不符、比例尺标注错误、插图布局不合理等。经过教师不断纠正、学生反复练习，最终实验考试的实验报告，插图部分从科学性到美观性都有了大幅提升。98.5%的学生认为这部分内容非常实用，为今后的论文发表打下了良好的基础。成果展示不但要关注展示内容，还需要注重呈现的方式方法。学生反映通过新实验技术介绍、实验流程讲解，以及实验总结等课堂展示过程，锻炼了自己的归纳总结能力，也锻炼了语言表达能力，68.7%的同学表示很满意。

组织化学实验教学以组织化学实验方法为载体，根据科研工作的实际需求，在实验前、中、后三个部分的多项科研活动实施过程中，培养学生具备扎实的组织化学理论知识基础、熟练的实验基本技能技巧，同时潜移默化地培养研究生的科研能力。经过根据理论设计实验，动手操作验证理论，再到根据结果总结得出新的理论、提出新的待探索问题的完整过程，学生们巩固了基础理论、了解了基本科研方法，提升了动手操作能力，也锻炼了科研思维和科研能力。

在研究生教学过程中引入科研能力的培养，充分发挥学生的主体作用，使组织化学课程焕发出新的活力。将科研能力培养引入教学不仅适用于组织化学教学，同样也适用其他研究生技术方法类课程。

[1] 刘英姿，刘浩然. 硕士研究生自主学习初探. 中国医药导报，2010，7（28）: 117-118.

[2] 马秀娟，张晓冬，弓雪莲，等. 医学研究生科研能力培养方法的探讨. 西北医学教育， 2014，（6）: 1135-1137.

[3] 岳昌武，吕玉红，保玉心，等. 西部医学研究生综合实验课程教学的几点体会. 基础医学教育，2014，16（7）:535-537.

Integration of significant research training into experimental histochemistry curriculum

Qiu Wenying, Xu Yuanyuan, Deng Yanchun, Chen Yongmei, Qian Xiaojing*
(Institute of Basic Medical Sciences, Chinese Academy of Medical Sciences, School of Basic Medicine, Peking Union Medical College,Beijing, 100005, China)

ObjectiveIn order to improve graduate students’ significant research competency, research training was integrated into experimental histochemistry curriculum. Method In addition to basic experiment operation, students from class 2014～2016 were extensively trained on literature reading, experimental design, after-class summary and experimental report writing. The overall effectiveness of this new approach was evaluated through classroom assignments, questionnaires, and exams on theory and experiment operation, etc.ResultsStudents in general showed high satisfaction on the curriculum. There was significant improvement on their learning initiative, ability to analyze and solve problems, as well as teamwork.ConclusionBased on the actual requirements of significant research, tailoring research training to fit in all aspects of experimental histochemistry curriculum not only helps students build a good foundation for future research work, but improves teaching quality.

Educational reform; histochemistry; significant research competency

G420

A

10.16705/ j. cnki. 1004-1850. 2017. 06. 016

2017-07-18

2017-11-17

北京协和医学院2014年研究生校级教育教学改革项目（PUMC-GS-2015016）；北京协和医学院 2016年度教学质量工程项目（2016zlgc0703）

仇文颖，女（1973年），汉族，讲师

*通讯作者(To whom correspondence should be addressed)：qianxj72@sina.com