李小燕 刘江东 郑 凌
摘 要：本文从实验教学实践出发，总结了武汉大学生物学实验教学中心组织和实施创新型细胞生物学实验教学的经验：按基础型与综合创新型2个教学层次，分3个综合型实验模块，将传统方法与现代技术相结合，精心设计实验教学内容；利用多种材料，多种方法进行预试，摸索最佳条件，确定不同实验方案的可行性；分阶段、分层次、集中式安排实验进程；动静结合，环环相扣，学生参与，充分作好实验准备；由科研水平高的教师主讲、技术素质过硬的实验教学人员辅导、基础理论水平扎实的研究生协助，形成三位一体的教、辅、助体系，给学生以全面的指导；基础实验重动手能力考核，创新实验重科学思维考核，区别对待，综合分析，及时完善教学方案。
关键词：细胞生物学 创新实验教学 组织与实施
1 引 言
细胞生物学是生命科学领域至关重要的基础学科之一，具有很强的实验实践性，是目前国内各高校生命科学乃至相关学科各专业本科生的必修课程。细胞生物实验课既是细胞生物学课程十分重要的组成部分，又是其学科发展的基础，对于培养学生熟练掌握细胞生物学实验技术、培养学生获得实践探索能力和科学创新能力具有理论课无法替代的重要作用，是提高学生综合素质的有效途径。
武汉大学生物学实验教学中心（以下简称“中心”）是首批国家级实验教学示范中心。作为国家级实验教学示范中心，武汉大学生物学实验教学中心是培养创新型人才的重要平台和基地，肩负着引领实验教学改革的使命。构建创新型实验教学体系是培养创新型人才不可或缺的前提，需要以学生为本，以培养创新精神，提高自主学习和独立研究能力为宗旨，通过增加综合性与创新性实验，推动研究性教学，实施创新教育。中心自2000年开始探索细胞生物学实验教学改革，历经十余年的改革与实践，已形成基础型和综合创新型两个相互关联的教学层次，并通过改革教学方法、优化教学条件，将创新性内容贯穿于每一个层次的实验教学中，构建起一套相对完善的创新型细胞生物学实验教学体系。
然而，要构建一个创新型的实验教学体系不容易，要使创新型实验教学体系有效地运转，也并非一蹴而就，轻而易举的。其实验教学内容必须要精心设计、细心准备，实验教学过程必须耐心讲解、专心指导，实验教学效果必须要虚心总结。有此“五心”才能真正地组织和实施好创新型细胞生物学实验教学体系，达到培养创新型人才的目的，才能积累宝贵的改革探索经验，并在此基础上推而广之，起到示范辐射的作用。
2 基础与创新相结合，传统方法与现代技术相结合，精心设计实验教学内容
实验教学内容的设计直接反映了实验教学所要达到的目标。目前，本中心开设的创新型细胞生物学实验教学课程主要包括基础型与综合创新型两个教学层次，根据学科特点将内容进行分类整合，分3个综合型实验模块——动物细胞工程模块、动物细胞结构观察和分析模块、分子细胞遗传学模块进行教学。具体内容见表1。
表1 创新型细胞生物学实验教学体系内容安排
这样一个创新型细胞生物学实验教学体系，其内容的设计满足了培养创新型人才的需要，不仅顾全了学科知识的完整性，也反映了学科的发展前沿，从基础到综合创新循序渐进，每一模块中的前后实验紧密关联，研究创新型实验穿插其中，将传统实验方法与现代实验技术进行了有机结合与综合运用。各模块中的某些实验还可根据实际情况设计多种方案，不同的小组以不同的方案进行探究型实验，最后对不同方案的实验结果进行分析比较得出结论，或找出最佳方案。譬如染色体G显带实验，不同的小组可设立不同的烤片温度、不同的胰酶消化时间来处理染色体，最后通过镜检比较分析，并学会识别消化不足的、消化适中的、消化过渡的G显带染色体之间的不同形态特征。这不仅培养了学生的探索创新精神，还充分体现了重基础、抓综合、谋创新的思路。
3 统筹兼顾，确定可行性预案与教学进程，充分作好实验教学准备
要保证实验教学内容的具体落实，必须做好实验教学的准备工作。实验教学准备工作的好坏直接关系到实验教学过程的成败。准备工作是一件繁琐、细致而且很重要的事情，必须细心周到。首先，要作好预实验，确定可行性预案；其次，要统筹兼顾，并根据实验模块的特点和班次精心合理地安排好教学进程；最后，调试整个实验教学过程中都要用到的实验仪器设备，以及准备每一个具体实验课程中要用到的实验材料、药品试剂和实验器皿等。
1.利用多种材料，多种方法进行预试，设计可行性方案
作好预实验是成功实施创新型细胞生物学实验教学的重要前提。预实验不仅能够检测所购买的药品和临时配制试剂的效价，而且还能为精心设计实验教学内容提供素材，为科学合理安排教学进程提供重要依据。研究生助教通过预实验还能够熟悉每个实验的实验原理和操作过程，从而在课堂上能更好地指导学生实验。
对于每一个实验项目，我们必须提前一周配好试剂，作预试验。每一个预实验要求用多种材料、多种方法设计几种方案进行。譬如细胞转染预实验，我们可用不同的体外培养细胞（如HeLa细胞、293T细胞或HepG2细胞等）作为材料，用不同的转染试剂（如lip2000、Sofast等）、不同的转染方法（如脂质体法、磷酸钙法等）、不同的细胞孵育时间等进行预实验，获得最佳的预实验结果，最终确定最佳的一个或几个实验方案。再如细胞凋亡实验，我们可设计不同的诱导剂诱导细胞凋亡，用不同的检测方法检测细胞凋亡等进行预试验，比较不同方案实验结果的异同。
2.分阶段、分层次、集中式安排教学进程
根据所确定的方案，在一个合适的时间，以一种有效的方式把实验内容安排下去，是顺利实施创新型细胞生物实验教学，并取得好的教学效果的重要保障。
创新型细胞生物实验教学体系中不同模块实验内容不一样，实验要求和教学特点不一样，在教学进程的安排上也不一样。动物细胞工程模块涉及到细胞培养，安排在气温比较低的前半学期上，另两个模块安排在后半学期上。
在动物细胞工程模块的第一堂课上，学生必须熟悉几种特殊显微镜的结构原理与使用方法。在第二堂课上，学生要了解有关细胞培养的知识，如相关的概念，细胞体外培养的条件与要求，培养基的种类及配制，以及培养器皿的清洗、包扎、消毒的方式与方法等，然后严格按照标准清洗、干燥、包扎培养实验中要用到的器皿，最后交给实验老师统一灭菌备用。模块的后续部分是以鸡胚或HeLa细胞为实验材料循序渐进开设的一系列实验：细胞原代培养实验、传代培养实验、细胞冻存实验、细胞复苏实验、细胞融合实验、细胞凋亡实验和绿色荧光蛋白在人源细胞中的表达实验等。前三个实验以及后续的两个实验，相互之间连续性强、时间间隔短、必须在一周内完成，多个班级同步开课难度大。为此，我们把细胞原代培养、传代培养及细胞冻存实验打包成子模块I，把细胞复苏实验和细胞融合实验打包成子模块II。子模块I在第4、第5、第6教学周内完成，每周来2个班（共6个班）。子模块Ⅱ按子模块Ⅰ的安排方式在第7、第8、第9教学周内完成。细胞凋亡实验和绿色荧光蛋白在人源细胞中的表达实验分别在第10、第11教学周内完成。
动物细胞结构观察与分析模块和分子细胞遗传学模块各实验项目，根据表1安排的内容顺序按每班每周上一个实验项目的常规规律进行授课。其中某些时间较长的实验可安排学生一周来两次上课，第一次按正常上课时间来，第二次抽中午或晚上来。
3.动静结合，环环相扣，学生参与，充分做好实验准备工作
传统的细胞生物学实验课中，每一个实验都是相对独立的，彼此之间没有直接的关联。但在创新型细胞生物学实验中，前一个实验的结果可能就是下一个实验的材料，环环相扣，彼此密切相关。因此，这就要求实验技术人员不仅要做好相对静态的准备工作，如事先调试好相关仪器设备，准确无误地配制好常规试剂，按要求准备好实验器皿等，而且，还必须随着实验的进展同步进行相关实验，并能提供实时动态的实验材料。
创新型细胞生物学实验器皿的准备是一件非常繁琐的事情。不同的实验所用到的器皿数量不一样，对器皿的清洁度要求不一样，是否要求无菌不一样。由于涉及到细胞培养的实验或以培养细胞为实验材料的实验以及荧光原位杂交实验等所用到的玻璃器皿数量多、清洁度要求高，清洗程序繁琐，工作量大，因而单靠实验技术人员在有限的时间内是不可能完成的。另一方面为了使学生了解熟悉实验过程的每一个环节，我们把学生引入到实验准备工作中来。课堂上，我们把要求、标准及清洗方法向学生讲述清楚，然后作为任务交给学生来完成，但实验技术人员和助教必须现场监督，最后验收合格方可。对于清洗程度要求较低的一般实验所用到的大量器皿，可安排每天值日学生清洗、整理。如此，也可让学生明白每一个细节对实验成败的影响都是十分重要的。
创新型细胞生物学实验教学体系中不同的实验所用到的实验材料来源不同。有些实验的实验材料必须由实验技术人员来准备，如细胞融合、细胞凋亡的诱导、免疫荧光法显示HeLa细胞骨架以及绿色荧光蛋白在人源细胞中的表达等实验所需的大量的体外培养细胞由实验技术人员提前准备。但有些实验的实验材料是由学生在前一次实验操作所得，如细胞传代培养、细胞冻存、细胞复苏、细胞融合、染色体核型分析、染色体显带、荧光原位杂交（FISH）等。每一实验的材料基本上来源于学生的前一实验得到的结果，若前一次的结果不好，将直接影响到这一次的实验效果。原则上，我们要求学生使用自己的实验结果进行下一步的实验，但部分学生可能在前一次实验中因失误等原因导致实验结果不理想，此时，实验技术人员必须同步进行实验作好准备，并实时提供相应的材料，以备实验失败的学生使用，保证实验的连续性。如此，就避免了所有实验材料都由实验技术人员提供，学生不知其来源的弊端。同时，学生利用自己的实验结果提供的材料进行相关实验，也训练了学生必须重视每一个实验环节的科学素养。
4 教、辅、助三位一体，给学生以全面的指导
实验条件、教师队伍科学合理的配置是实验教学过程顺利有效进行组织与实施的保证。目前，中心已经配备了开展创新细胞生物学实验教学的基本仪器设备，如在新增细胞骨架的免疫荧光显示、绿色荧光蛋白在人源细胞中表达等实验中用到的荧光显微镜及其配套的显微摄影系统和图像分析软件；在细胞冻存实验中配备了大容量液氮罐等。同时，我们构建了一支职称年龄结构合理，业务水平高的实验教学队伍。在此基础上，由科研水平高的教师主讲、技术素质过硬的实验教学人员辅导、基础理论水平扎实的研究生协助，形成三位一体的教、辅、助体系，充分发挥各自的能动性，给学生以全面的指导。
第一，创新型实验教学不仅需要学生懂得实验如何操作，更要懂得为什么要这样操作，也就是不仅要知其然，更要知其所以然。譬如，染色体标本的制备技术，学生只有懂得了低渗的原理和作用，才会在操作过程中有意识的控制好低渗的时间，既保证低渗充分，又保证不至于低渗过度致使细胞破裂。在实验操作之前，老师可提名让学生上讲台讲解实验原理，然后大家共同讨论分析，最后，授课教师归纳总结并比较同一个实验不同实验方案的原理差异。
第二，实验操作是实验成败的关键。在课堂上，任课老师除了要让学生熟悉实验原理，还要向学生剖析每个实验的操作细节，譬如，在进行细胞培养无菌操作时要尽量在酒精灯火焰附近操作，操作者的手尽量不要在敞口容器上晃来晃去；强调操作注意事项；对某些操作要求高、难度大的实验，还要认真示范操作要领；最后留一定的时间让学生对操作方法与流程进行讨论，也可提出好的建议。在动手操作之前，教师必须要求学生熟记操作步骤。对于在无菌操作间进行的操作，学生可将操作步骤写在便签上，贴在操作台上方，以便操作细节遗忘时查看。
第三，对于涉及细胞培养的实验内容，任课老师在课堂上一定要强调无菌意识，要让学生认识到细胞无菌操作比微生物无菌操作要求更高，认识到超净工作台只是个相对无菌的空间，进入超净工作台并不等于进了无菌保险箱。另外，为了尽量提高超净工作台的无菌程度，强调进入细胞操作间之前要认真清洗手臂，双手伸进操作台之前要带无菌袖套，动手操作之前要用酒精棉球再一次消毒台面、双手及相关物品等。
第四，任课老师应加强学生实验的指导工作。学生实验操作过程中，中心要求任课教师、实验技术人员及研究生助教必须全程随堂进行指导，对学生出现的操作错误要及时指出并要求其改正，对于要求进行操作打分的实验更是要密切注视学生的操作细节。
总之，细节决定成败。只有认真做好教学过程中的每一个环节，不厌其烦、专心致志地给予学生以及时的专业指导，创新型细胞生物学实验教学体系才能够顺利开设，并能获得较好的教学效果。
5 区别对待，重点考核动手能力与创新思维，及时进行教学总结
建立合理的实验成绩考核机制是提高实验教学效果，激发学生学习积极性，促进全面发展，建设良好学风的重要平台。
通过不断的改革和实践，我们已建立起一套适合本课程的实验考核方法。每年根据具体情况，我们可在原有体系上进行适当的调整。创新细胞生物学实验体系不同的模块其内容特点不一样，考核的侧重点也就不一样。对于细胞培养实验，高度的无菌意识和规范的无菌操作是细胞培养实验成功的关键。为了细胞工程模块教学能有效持续地进行，我们把细胞培养操作和实验结果作为该部分实验考核的重点，实验操作分和结果分占该部分总分的70%。在细胞培养操作过程中，我们注重学生每一个操作细节，以记负分的形式累计，老师每次在课堂辅导操作时每抓到一次违规操作扣5分，最后总分减去累计负分就是该部分实验操作所得成绩分。细胞培养实验结果得分依据培养细胞是否污染、污染程度、细胞是否生长及生长数量是否符合要求、细胞生长状态是否良好进行判分。
对于综合创新型实验，我们重点考核学生设计的实验方案是否合理，最后实验报告中对实验结果、实验方案及实验成败的分析是否透彻，对今后作此类实验能否提出合理的建设性的意见等。对于技术操作性强的实验，重点考查实验操作，譬如，染色体标本制备实验、染色体显带实验及细胞培养实验等。
每年实验课程结束以后，课程组就会举办一次教学例会，对本学期本门课程的教学进行认真总结，好的方案方法来年继续发扬，不足的地方一定要总结经验，提出改进方案。每年实验课程开课之前，课程组也要举办一次教学例会，在上一年度总结的经验之上提出一个更合理有效的教学方案。每一年的实验教学总比上一年有所改进。
6 结束语
在这几年的教学改革实践中，我们获得了一些经验，也发现了一些有待优化的地方。第一，以小班进行细胞培养实验教学（30人以内），教学效果更好。上课人数超过35人，部分学生可能得不到老师的充分指导，老师有可能发现不了学生的某些错误操作，因而导致现场操作得分不能全面地反映学生真实情况。第二，为了进一步训练学生的细胞培养技术，用作细胞凋亡等实验的体外培养细胞材料可由学生自己来准备，学生通过多次重复操作，可熟练掌握细胞培养技术。第三，我们建议每次实验操作失败的同学写一个失败总结报告，认真分析失败的原因，总结今后此类操作应该注意的问题。第四，学生可利用课余时间在实验技术人员的指导下进一步参与到实验准备工作中来，让学生从实验准备到实验操作到实验后操作问题的总结分析得到一个完整的训练，也让学生体会一下实验前准备工作的艰辛和重要性。
总之，实践证明创新型细胞生物学实验教学的组织与实施对培养创新型人材是卓有成效的。经过这一创新型实验教学过程训练的学生，基本上掌握了从事细胞生物学实验甚至科研的技术与方法，具备了一定的发现问题并解决问题的能力。这些学生下到相关老师的科研实验室，都能很快进入角色，并独立开展相关的工作，很受欢迎。同时，在组织和实施创新型细胞生物学实验教学的过程中，我们深刻地意识到，实验条件的好坏与教学经费的多少可能会影响到这一创新型实验教学体系的完整实现，但实验教学队伍的职业精神与责任心才是使这一创新型实验教学体系能够得到有序高效组织与实施的根本保证。
王宏英，王伟，等.细胞生物学实验教学创新的探讨［J］.实验技术与管理，2008，25（1）：126～128.
黄诗笺，谢志雄.武汉大学生物学实验教学中心创新实验教学建设［J］.实验技术与管理，2009，26（2）：9～11.
黄诗笺，谢志雄.生物学实验教学中心的建设与发展［J］.实验技术与管理，2006，23（12）：1～4.
李津石.建设实验教学示范中心 构筑创新人才培养平台［J］.中国高等教育，2009（6）：14～16.
屠萍官，张荣庆，等.研究型大学实践教学体系的改革与创新［J］.实验技术与管理，2005，22（1）：124.
孟庆繁，周慧，等.生命科学创新实验教学体系的构建与实践［J］.实验室研究与探索，2006，25（12）：1 547～1 549.
段蓉，朱昌平，等.创新型实验教学体系的探索，实验技术与管理［J］.2010，27（10）：156～158.
陈乃清，宋平，等.改革细胞生物学实验教学，提高学生综合素质［J］.实验技术与管理，2002，19（2）：8～11.
李小燕，刘江东，等.深化细胞生物学实验教学改革 培养创新型人才［J］.实验技术与管理，2011，28（4）：116～119.
潘蕾.加快实验室建设步伐，保证创新教育的实施［J］.实验技术与管理，2001，18（3）：74～78.
李红阳，王立峰，等.高校实验教学示范中心建设与创新型人才培养［J］.实验技术与管理，2010，27（9）：111～114.
黄诗笺.动物生物学实验教学改革探讨［J］.中国大学教学，2007（2）：20～22.
陈斌，张晓华.开放式实验教学的实践［J］.实验室研究与探索，2005，24（11）：110～113.
孙剑华，张红锋.基于学生发展的细胞生物学实验评价［J］.实验室研究与探索，2010，29（3）：127～129.
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
