医学细胞生物学实验教学的现状与优化

李天柱 周静 史铁伟 李向波 白春英

摘 要：医学细胞生物学是理论和实践相结合的生命科学领域中迅速发展的前沿学科之一，实验教学是培养学生科研素养和创新能力的关键。传统的实验教学理念不利于提升当代大学生综合素质，为提高医学细胞生物学教学效果，文章从目前实验教学现状及存在问题、实验教学的优化、考核评价的优化等三大方面进行改革探讨，以期构建培养医学生科研思维和创新能力。

关键词：医学细胞生物学;实验教学;创新能力

中图分类号：G642.423  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2021）02-0106-04

医学细胞生物学是一门基于实验为基础的发展最为迅猛的理论与实践相结合的现代基础医学教育课程之一，以人类细胞作为研究对象，研究细胞的形态结构和功能，探索生命活动现象及规律的一门学科[1]。医学细胞生物学通过实验论证其概念、原理和规律，巩固课堂所学到的知识，培养学生动手能力和创新能力。

现如今，响应国家创新型人才培养战略要求，大学生应具备较强的科研创新意识、实践动手能力及自主学习能力。但目前，在医学细胞生物学实验教学中出现了各种问题，致使学生缺乏独立思考能力、创新意识和科研精神。因此，如何有效地進行医学细胞生物学实验教学，需要深入探讨。

1 目前实验教学现状及存在问题

1.1 实验教材及内容

目前使用的医学细胞生物学实验教材对实验过程讲解的很透彻，比如实验目的和原理，实验步骤，实验结果等。学生会根据实验教材按部就班地去操作，这样学生容易陷入“标注答案”的泥潭，失去对实验的趣味性和探索性。尽管教材里列举好多前沿实验技术，但目前好多院校实际开展的实验课内容比较陈旧而且单一，大部分局限于验证性实验，实验步骤固定，结果单一。这样的实验教学缺乏创新性和探究性，学生的积极性和参与度不高，教学效果不理想。

1.2 教学模式

在传统实验课教学中，实验课准备工作是由实验教师来完成，包括试剂药品的制备和仪器设备的调试等。学生不参与实验准备工作，不熟悉仪器设备的使用，不了解试剂药品的配制。上实验课之前，学生没有一点预习实验内容，没有充分地思考，只能是机械般的模仿教师的操作，比葫芦画瓢，没有独立的思考，创新不足。传统的实验课教学模式单一化、程序化会带来实验结果统一化。这样会使学生没机会参与实验全部过程，不能激发创新意识、不能提升发现问题、分析问题及解决问题的综合能力。

1.3 教学方法

传统的医学细胞生物学教学方法主要是以讲解式教学，缺乏师生之间的探讨交流。这样的教学方式不仅影响对学生发现问题和分析问题的能力的培养，而且影响学生解决问题、思考问题和科研创新能力的培养。部分教师们在实验教学过程中生怕学生进展不顺利导致实验失败，对整个实验进行过程中再三强调注意事项。在这样的环境下，学生按部就班地按照实验步骤进行操作，没有提问和讨论，实验室特别安静。实验教学很顺利，学生也完成实验，得出的实验结果几乎是完美的，师生都很高兴，很满意。但这种实验就是简单的重复性实验，缺乏探索性和趣味性，很难达到提高学生分析和思考问题的能力。

1.3 考核评价

传统的医学细胞生物学实验教学考核主要是以考勤和实验报告完成情况进行，这直接影响学生参与实验的积极，导致了学生忽视实验操，只关注成绩，抄袭实验报告。同时，这种考核方法不能较好地体现学生的课堂接受度，也很难评价教学效果。

2 实验教学的优化

2.1 优化实验教学内容

2.1.1 实验教材

医学细胞生物学是实验性特别强的一门学科，涉及到的基础理论都来自实验验证，因此实验是医学细胞生物学最重要的教学内容之一。在培养学生的过程中，医学细胞生物学、医学遗传学、生物化学、分子生物学等生物学相关课程均形成了实验为主体的教学体系。但基本都是独立开展实验课，很少有综合性和探究性实验。在原有医学细胞生物学、医学遗传学、生物化学、分子生物学等实验教材的基础上，整合编写综合性、探究性实验教材，培养学生规范的科研意识和良好的科研创新能力。教材应包括基础实验、综合性实验和创新性实验等内容。

2.1.2 基础实验和综合性实验

通过医学细胞生物学基础实验，同学们可以了解仪器设备的操作方法，掌握基本实验技术方法。掌握基础实验技术方法是科研的重要保障，也是以后进行科研的根本。为提高学生科研素质，在基础实验课程中适当地删减简单的实验内容，保留具有代表性的实验教学内容，比如显微镜的使用方法、细胞复苏、细胞传代、细胞冻存等。同时也应该适当增加细胞计数、细胞增殖测定等实验技术。同时，可以删减与其他学科里重复出现的实验内容。医学细胞生物学与生物化学、分子生物学、遗传学等其他学科有重复。重复的实验内容浪费了宝贵的时间和精力，学生会失去学习兴趣。为避免这种现象，教学大纲制定的时候与其他学科教师们沟通，删除重复实验内容。同时，可适当合并相关内容实验，将几个相关实验安排在同一个实验课里，可以节省课时，有利于实验连贯性，学生会更好地熟悉掌握实验方法。比如将把显微镜使用方法与细胞形态及结构观察实验安排在一起，学生在掌握显微镜的基本理论知识后，在观察细胞形态结构的同时掌握熟悉显微镜的操作方法。除了必要的基础实验以外，可以适当增加综合性实验。综合性的实验设计在医学细胞生物学实验教学中起着重要作用，不仅激发学生科研积极性，而且可以拓展学生学术视野，培养科研探究精神。医学细胞生物学实验教学，可以开展细胞传代培养及细胞功能检测的综合性实验，比如细胞传代培养、细胞侵袭实验和细胞移动实验。通过综合性实验，能使独立的实验技术串联整合，提高学生综合科研素质和创新思维。同时也可以将虚拟仿真实验引入到实验课中，实现“虚实”有机结合的教学模式，有利于开展受伦理学限制以及高成本的实验。综合性实验可以提高学生对科研的兴趣、科研思维和团队意识，实现教学与科研资源的共享问题。

2.1.3 创新性实验

创新性实验是通过先进的实验手段进行的探索性开创性的实验，基础和综合实验基础上建立的要求更高的实验课教学。学生通过文献检索收集资料，根据研究方向和研究内容设计研究方案，再对实施方案進行充分的论证后进行操作。实验完成后，学生根据实验原始数据，按照科技论文格式撰写实验报告。通过创新实验，学生不仅提高发现问题、分析问题和解决问题的能力，而且提升科研创新意识。目前，学生通过参与大学生创新项目开展创新性实验。我们教研室指导学生多项大学生创新创业训练计划项目，比如橄榄苦苷对HepG2肝癌细胞迁移和侵袭能力的影响，ELK3对人肝癌细胞上皮细胞-间充质转化机制的研究等。

2.2 优化教学模式

大多数高等医学院校在医学细胞生物学实验教学中，结合学校实际情况实施一套可行的实验教学模式。但我们还要不断地探索验证性实验、综合性、创新性三位一体的实验教学模式，开设的实验作为理论教学的基础，开设探索性、创新性实验。这种模式打破了单一的以验证性实验为主的教学模式，提升了实验室功能，培养学生创新意识和科研能力，提高了实验室的作用及地位。

2.3 优化教学方法

2.3.1 自主学习法

培养学生创新思维，需要学生自己思考和开动脑筋，不应该是不加思考地接受。教师在授课过程中，需要改进教学方法，有传统的知识传授转变为以学生为主的教学模式，学生的学为主体，教师的教为辅助，培养学生自主学习能力。在实验教学过程中，可以将分析、讨论教学模式穿插在课堂中，实验原理和方法利用多媒体教学平台，让学生通过观看实验操作视频，在实验课上进行充分的分析和讨论。教师在实验教学中有计划的呈现实验内容，以发现问题、提出问题、分析问题、解决问题的形式引导学生对实验整个内容进行深度的思考。同时，为了提高实验教学的效果，可以设计微课，方便学生在课下了解实验设计的基本内容和思路，提升学生思考空间，可以体现现代医学教育翻转课堂的基本思路[2]。在实验教学中，学生只按照实验步骤来做实验，学生不会细心观察每一步得出来的实验结果，也不可能会及时根据实验结果调整实验方案，更不可能分析实验失败原因。教师应给予学生充分的时间和自由，尝试不同实验条件下的实验结果，使实验气氛高涨，积极讨论，满怀信心进行实验。等实验结束后，让学生进行总结经验，对成功或失败的实验结果进行充分的分析和解释。

2.3.2 PBL教学法

问题导向法（problem-based learning，PBL） 是美国Barrows教授在加拿大加拿大麦克马斯特大学创造的，以问题作为基础，学生为主体，教师引导的小组讨论及自学的教学模式。PBL教学分为提出问题、查阅文献、小组讨论和总结反思等4个主要环节获取大量的知识。目前，PBL教学方法在国内外广泛应用，深受欢迎。PBL教学结合临床案例，学生为中心，教师引导学生进行小组讨论学习，提出问题、查阅文献、讨论总结、反思获得知识。PBL教学法在医学细胞生物学实验教学中可以简化后应用，教师根据实验教学内容提出已设计好的问题，然后向学生推荐相关文献，引导学生在课后查阅文献，归纳总结答案，培养学生主动获得信息的自主学习能力。最好在教师的指导下，进行充分的讨论，解决问题。PBL教学法能激发学生的主动性，培养学生主动学习、认真思考和解决疑难问题的能力。

2.3.3 错误示教法

错误示教法是实验教学过程中故意示范错误的一种教学手段，可以加强学生对错误实验操作的认识，增强对正确实验操作的理解和记忆，从而实现正确的理解观念，避免在真正的实验操作中犯错误。错误示教法可以在医学细胞生物学实验教学中应用，比如显微镜的使用方法。显微镜是医学细胞生物学实验最基本和最常用的仪器设备，在医学细胞生物学第一堂实验课就安排显微镜的使用方法。目前大多数教师采用正确示教法，在学生开展实验操作之前，由老师以播放视频或亲自演示显微镜的正确使用方法，同时强调注意事项。但这样的示教法的教学效果并不理想，学生在显微镜的使用过程中仍然操作不规范。这是因为正确的显微镜操作规范涉及到的内容太多，学生在记忆过程中记忆倦怠产生遗漏，所以导致操作不规范。教师通过错误示教法故意地错误示范，比如在观察显微镜时直接高倍镜观察不用低倍镜，移动显微镜时单手拿显微镜，然后提问学生哪些操作是不规范有错误的。通过实践分析，错误示教法的教学效果非常良好。发现错误，应及时对错误进行分析及反思，才有深刻印象，有利于学生深刻地理解或掌握所学到的知识。在实际实验教学中，教师可以根据实际情况将学生分为两组：其中一组是操作正确组，按照正确的步骤进行操作，能获得预期满意的实验结果;另一组是操作错误组，教师根据实验步骤设置几个错误操作，让学生分析错误操作得出来的实验结果，找出哪些实验步骤出现问题[1]。错误示教法有助于学生发现和解决新问题，调动学生实验积极性和培养学生思考能力。

2.3.4 虚拟仿真实验

虚拟仿真技术是将虚拟现实与仿真技术相结合的高层次技术，已经引入到高校实验教学中，取得了良好的效果。在医学细胞生物学实验教学中应用“虚实结合”教学，学生可以在实体做实验的同时，也可以进行虚拟实验，方便学生自主地进行实验演练[3]。实体实验需要考虑安全性、试剂耗材成本等因素，而虚拟实验不考虑这些，通过虚拟实验来完成实体实验做不了的实验。医学细胞生物学通过虚拟仿真实验联系医学知识，使得学生快速理解相关技术和前沿进展情况。虚拟仿真实验系统性地增加了实验教学内容，提高了学生掌握实验技术能力。虚拟实验提供了理想的实验操作环境，而实体实验会有好多干扰因素，比如细胞培养时细胞增殖时间长短、细胞培养过程中的污染现象等，这些在虚拟实验中观察不到。所以虚拟实验无法全面地反应实体实验的真实性和复杂性，要充分发挥虚拟实验不可代替的优势。在综合性实验过程中，部分实验耗时过长或不适合群体实验，如细胞培养、荧光显微镜观察、RT-PCR等。对于这样的实验可以应用虚拟仿真平台，使学生熟悉掌握实验技术及内容。在实验教学中，可根据实验内容做到适当虚实结合。

2.3.5 科研思维式教学

科研思维式教学是培养学生的科研思维能力为主，教师在实验课中引导学生主动思考，以探究和探索式的态度面对问题，批判性地分析問题。教师在实验教学中可适当引入科研思路，科研最新进展，并将科研成果导入教学，将科研课题转变为实验项目内容，使学生早期接触科研，掌握先进实验技术，拓展学生科研视野。不断促进实验教学改革，可以构建培养科学素养为主体的医学细胞生物学教学体系[4]。例如ELK-3蛋白在HepG2肝癌细胞中的表达等。通过这样的科研思维式教学，能够提高学生科研创新意识和激发科研创新能力。在设计综合性实验时，要充分结合科研课题内容，运用科研常用的技术方法[5]。这样能培养学生的实验技能，提升科研能力，将来能应用到科研工作当中，激发及提升学生实验积极性。

2.3.6 讨论启发式和开放发散式教学

讨论启发式教学是新颖的教学方法。教师在授课当中，让学生积极地融入到课堂里，将重要的知识精讲，非重要的知识简略。同时，将教材里的理论知识与社会热点结合，穿插探究性问题，使学生之间彼此启发并互相讨论，主动发现问题、分析问题和思考问题，让学生成为课堂中的主体。在医学细胞生物学实验课程中，教师让学生对实验中出现的问题进行充分的讨论。等实验全部完成后，教师对实验结果做出详细的讲解。通过讨论启发式教学，学生会充分地展现主导性，能够锻炼发现和解决问题能力。同时，可以启发学生科研创新素养和探索精神，有利于日后科研工作。

在传统的实验教学中，学生缺乏实验前预习，只按照教师讲授的实验步骤按部就班的去操作验证实验结果，缺乏学习主动性。开放发散式教学能有效的改善这些不足点。在开放式实验教学中，学生并不做验证实验，允许通过查阅文献对实验步骤和方法可进行部分调整。通过开放发散式教学，可激发学生实验积极性，提升学生思考能力和动手能力以及解决问题的能力。

3 考核评价的优化

建立科学完善的实验成绩评价体系是保障实验教学质量的最关键要素。实验考核评价是否合理，关系到学生对实验课的关注度和实验教学效果。常规实验教学的成绩是由考勤和实验报告成绩按一定比例得出。这样的考核评价导致了学生的实验积极性不高，抄袭实验报告等现象。建立科学合理的实验成绩评价，增加对实验原理及方法、实验实体操作，实验分析的考核尤为重要，要充分调动学生自主学习能力和创新思维能力。科学的实验考核评价应由几个方面构成：（1）出勤。教师应严格控制实验课时间和课堂纪律。（2）课堂表现。老师应将课堂表现作为实验成绩考核的一部分，包括课堂中回答提问时的表现，实验积极参与度等。（3）实验操作。学生在实验操作中的表现，包括实验仪器的操作使用，对试剂的配制，对实验步骤的掌握等。（4）实验报告。实验所涉及到的全部问题，包括实验原理及目的、实验方法及步骤、实验结果及分析等。通过以上综合考核，可以评价学生对医学细胞生物学实验的掌握情况。

综上所述，在医学细胞生物学实验教学中，要充分考虑和调动学生的自主学习和创新能力，培养学生科研意识和科研思考能力。只有不断地总结经验，探索和优化实验教学内容，交叉运用多种教学模式和教学方法，优化实验成绩考核体系，才能更好地激发学生的积极性和培养学生创新能力。未来我们继续努力，争取培养社会所需的医学优秀人才。

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参考文献：

〔1〕邢雪琨，张艳芬，井长勤.医学细胞生物学实验教学改革初探[J].教育教学论坛，2020，18（07）：149-150.

〔2〕董秀，王淳，王梅，等.细胞生物学实验课创新能力培养的实践与思考[J].基础医学教育，2018，20（11）：979-980.

〔3〕李奇志，刘亚丰，卢群伟.虚拟仿真实验在医学细胞生物学实验教学中的应用[J].基础医学与临床，2019，39（10）：1508-1511.

〔4〕贺玲，金磊，赵小峰，等.医学生物学实验教学的改革与实践[J].基础医学教育，2018，20（10）：858-860.

〔5〕陈川，殷嫦嫦，张义平，等.以科研思维为导向的基础医学综合性实验设计与实践[J].生物学杂志，2019，36（05）：127-129.