細胞工程實驗教學中學生創新能力的培養

齊鳳慧，崔麗婷，左行翔，詹亞光

（東北林業大學 生命科學院，哈爾濱 150040）

細胞工程實驗教學中學生創新能力的培養

齊鳳慧，崔麗婷，左行翔，詹亞光

（東北林業大學 生命科學院，哈爾濱 150040）

細胞工程作為科學研究的一種手段，已經滲入到生物工程的各個方面，已成為必不可少的配套技術。該文旨在培養學生掌握基本技術之后的創新能力，在實驗內容的設計上，采用實驗項目、理論教學與科研項目成果相結合的教學方式，增設綜合性實驗，加強實驗技術和方法的結合，注重科研成果在教學中的應用，啟迪學生的科學思維和創新意識。通過教學改革，學生能夠自行設計改裝生物反應器，并用于植物細胞的培養。

水曲柳；創新能力；細胞工程；教學實踐

細胞工程是生物工程的一個重要方面。它應用細胞生物學和分子生物學的理論和方法，按照人們的意愿在細胞水平上進行遺傳操作及大規模的細胞和組織培養，從而獲得某種有用的物質［1-2］。細胞工程這門課程是一門實踐性和應用性很強的學科［3］，包含大量的實驗操作技術，容易使學生產生抽象感和枯燥感［4］。因此，實驗教學對細胞工程課程授課效果具有至關重要的作用［5］。本文通過多年實踐探索，現就細胞工程實驗教學改革以及如何在實驗教學中培養學生的創新能力進行探討。

1 細胞工程實驗教學改革

1.1 實驗內容實行模塊化教學，培養學生綜合實驗能力和創新能力

在教學過程中，根據本校的特色，將實驗內容進行歸類。以樹木為實驗材料，分成6個模塊，包括細胞工程的基礎技術、植物組織培養及快速繁殖技術、植物細胞懸浮培養技術、植物體細胞胚胎發生、植物原生質體的分離與融合和植物細胞生物反應器與細胞次生代謝。每個模塊中包含若干個實驗項目，各模塊之間做到融會貫通，如表1所示。

在實驗內容的設計上，采用實驗項目、理論教學與科研項目成果三結合的教學方式，增設綜合性實驗，加強實驗技術和方法的合理綜合，注重科研成果在教學中的應用，啟迪學生的科學思維和創新意識。在具體操作上，采用雙周上課的方式。具體表現在以下3個方面。

1）實驗項目中加強基本技術的訓練

從6個模塊中，選擇了20個實驗項目，每個實驗項目相互獨立，有利于專項培養學生基本技能。這樣可以使學生熟練掌握各實驗操作技術、又可以保證下一個實驗順利進行。

2）按實驗內容的內在聯系設置綜合實驗項目，培養學生綜合實踐能力。

表1 實驗項目

如“模塊二:植物組織培養及快速繁殖技術”中，將分散的6個實驗項目組合成一個綜合性實驗，從母液的配制、培養配制與滅菌，到外植體消毒接種及愈傷組織誘導、分化、生根，最后移栽。通過這樣一個完整的訓練，不但使學生學到了最基本的培養基配置方法、外植體消毒接種、愈傷組織誘導、器官分化、移栽等基本實驗技術，更重要的是學生在掌握基本技術的同時，培養學生對基本技術和方法綜合運用的能力。

3）按實驗內容的內在聯系設置設計實驗項目，培養學生設計實踐能力。

如“模塊三:植物細胞懸浮培養技術”中，通過模塊二的學習，學生能夠掌握無菌操作及細胞誘導技術，在模塊三讓學生用模塊二誘導得到的愈傷組織為材料，設計在不同培養基種類或不同植物生長調節劑下，細胞的生長量變化情況。在“植物細胞超低溫保存”實驗中，要求學生設計不同的溫度梯度，或不同的降溫時間等條件，統計細胞的成活率。學生通過自己設計、預測結果、采集數據、獲得結論，按自定方案完成，可提高學生的設計實踐能力。

1.2 進行開放式實驗教學，為學生提供創新實驗平臺

由于細胞工程實驗進行模塊式教學和將科研成果的引入，使得整個過程的連續性無法完全在課堂上實現，還需要在課外完成大量的準備和統計工作，這就需要給學生提供一個可操作的平臺。因此，將實驗室進行開放，可以更好地培養學生的實踐能力和創新能力，也有助于培養學生的科研能力和自我管理能力［8］。將細胞工程實驗安排在細胞與分子生物學教學實驗室上課，這個實驗室面積為270.93 m2，由3個教學室，2個準備室以及可容下8臺超凈工作臺的接種室和培養室等組成，配有恒溫水浴箱、離心機、低溫高速離心機、梯度PCR儀、凝膠成像系統、振蕩培養箱、雜交爐、超純水系統、制冰機、紫外分光光度計、自動滅菌鍋、8臺雙人超凈工作臺、細胞融合儀等設備，可在滿足細胞工程實驗教學的同時為學生提供一個良好的創新實驗平臺。采用周一至周五全天開放的制度，學生可隨時來實驗室對實驗進行準備、操作、觀察、記錄等，遇到問題時也可以隨時找到老師進行指導。這樣有利于培養學生的科研興趣，提高創新能力。

1.3 考核制度

傳統實驗教學的實驗成績往往以實驗報告為主，這樣造成學生對實驗操作過程不夠重視［9］。因此，將實驗課的成績作為學生的平時成績，占總成績的20。20分的考評成績包括內容如表2所示。

表2 實驗課評分表

其中實驗報告是指每個實驗項目結束后，針對這一單獨實驗進行統計分析。1）實驗操作指每個實驗項目中所要掌握的操作技術，如無菌操作是否規范、外植體的接種、原生質體分離及融合、生物反應器的操作以及液相色譜的掌握等。2）課外準備是指在課堂上無法完成的部分，因為實驗操作需要無菌，所使用的培養基以及器材等需要提前滅菌，這些工作都要在課外完成。3）數據統計是指每個實驗操作完成后，在培養過程中對植物的生長狀況進行觀察、記錄，以及實驗結束后的數據統計分析。4）參加課外實驗是指由于實驗課學時有限，不能所有的實驗都在課堂上完成，學生利用課余時間在實驗室開放的時候來實驗室做實驗。5）實驗匯總是指在所有的實驗完成后，將五個模塊的內容聯系起來匯總為一篇研究論文。6）結果匯報是將研究論文內容做成PPT的形式，各小組由一名同學進行匯報，下面的同學可以進行提問。

通過上述的改革與實踐，可有效提高細胞工程實驗教學的質量和水平，同時可大大提高學生的綜合素質和創新能力。

2 將科研成果引入到實驗教學中，加強學生創新能力的培養

引入科研、教改成果，使實驗內容與科研應用項目密切聯系，充分體現基礎與前沿、經典與現代相結合。目前國內各大高校均開展大學生創新實驗項目，鼓勵學生申報，重視研究性教育［6］，讓學生在課外之余參加科研項目，開展學術科技作品競賽［7］，以科研促進本科教學。這樣，可以在本科實驗教學中鍛煉學生的科研能力和創新能力，充分發揮學生的主觀能動性，讓他們明白自己即是學生又是研究者。因此，在細胞工程實驗教學中，將老師的一些科研成果引入進來，在幾個模塊中實現，這樣各實驗項目既獨立（使學生在課堂上容易操作）又相互聯系構成一個整體。如模塊二中“植物外植體消毒、接種及愈傷組織誘導”，通過這個實驗項目得到愈傷組織后，再通過模塊三中“植物細胞懸浮培養與生長量的測定”中獲得懸浮細胞，最后通過模塊六的“植物生物反應器大規模培養”和“HPLC法檢測植物細胞次生代謝產物含量”這兩個項目完成整個內容。在這個過程中，學生得到了最基本的實驗技能的鍛煉，如培養基的配制、外植體的消毒及接種；同時又對學生的實驗設計和綜合能力進行了鍛煉，如細胞懸浮培養與生長量的測定中培養時間的設計，植物生物反應器大規模培養中培養條件的設計等；此外學生的分析能力和科研能力得到了提高，因為在整個實驗結束后，學生要對實驗結果、數據進行分析整理，提交實驗報告和科學論文。因此，經過這樣一個完整的訓練過程后，學生可盡早地接觸科研的研究，既掌握了新知識、新技術、新方法，又激發了學生對科學實驗的興趣，使其綜合素質及創新能力得到了鍛煉和提高，為以后從事科學研究奠定了良好的基礎。

3 學生自行設計生物反應器用于細胞培養

通過實驗課的學習，學生自行設計，將試劑瓶改裝成簡易生物反應器，如圖1所示，并利用該生物反應器建立了水曲柳細胞培養體系。將水曲柳細胞接種到WPM+0.15 mg/L 2，4-D+0.1 mg/L BA+20 g蔗糖［10］的培養基中，培養15 d稱其干重，細胞增重7.8 g/L。

圖1 生物反應器培養水曲柳細胞

4 結束語

通過幾年的不斷探索與嘗試，本院基本上形成了一套比較完整、穩定的“植物細胞工程”實驗體系，在實驗教學中，注重技術操作性、實踐性和綜合性應用，收到了良好的效果。但生物學專業的實驗教學改革與完善是一個長期的系統工程，本院將進一步總結經驗，完善實驗教學，提高實驗教學質量，以適應強化本科教育綜合能力培養的需要，達到在教學中進行科研，并提高對學生的創新能力的培養。

［1］李志勇.細胞工程［M］.北京:科學出版社，2003.

［2］宋思揚，樓士林.生物技術概論［M］.北京:科學出版社，2003.

［3］李立群，鄭錦娟，馬長珍，等.植物細胞工程實踐教學改革探索［J］.實驗技術與管理，2011，28（2）: 148-150.

［4］代建麗.植物細胞工程教學改革初探［J］.科教文匯，2011（2）:33-37.

［5］姚子昂.細胞工程實驗教學的改革與實踐［J］.科技資訊，2010（3）:152.

［6］李勇，賀慶棠.國外研究型大學教學模式的優勢及借鑒［J］.中國高等教育，2009（1）:60-62.

［7］潘娌妮，吳蕾蕾.淺談大學生科研創新能力的培養［J］.西北醫學教育，2009，17（1）:20-21.

［8］張以順，黎茵陳，云風黃，等.構建本科實驗教學與科學研究互動模式，實現科學研究與實驗教學的有機嵌合［J］.高校教育研究，2009（3）:89-90.

［9］黃素華.《植物細胞工程》課程探索與改革［J］.龍巖學院學報，2007，2（2）:82-83.

［10］丁小萌，嚴俊崎，周博，等.水曲柳愈傷組織誘導及懸浮細胞體系的建立［J］.中國農學通報，2013，29（25）:21-25.

Culturing Innovation Ability of Students in the Teaching of Cell Engineering Experements

QI Fenghui，CUI Liting，ZUO Xingxiang，ZHAN Yaguang
（College of Life Sciences，Northeast Forestry University，Harbin 150040，China）

Cell engineering，as a research technique，has been used in the every aspect of bioengineering.Cell engineering has been contributing to human being in agriculture，forestry，horticulture and medical sciences，etc.In order to cultivate innovation ability of students，some measures were adopted.The teaching contents combined experiment projects with theory teaching and research achievements.Some comprehensive experiments were introduced to inspire the scientific thinking and consciousness of innovation of students.As a result，students could design and adapt the bioreactors and use them in plant cell culturing.

fraxinus mandshurica；innovation ability；cell engineering；teaching practice

G642.1

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2016.05.050

2014-12-10；修改日期：2016-06-25

東北林業大學大學生科研訓練項目（2012059）；黑龍江省高等學校教改項目（JG2014010584）。

齊鳳慧（1976-），女，博士，高級工程師，主要從事植物細胞工程方面的研究。