實驗教學對提高本科生科研素質的探索

何麗明, 蔣 群, 閆曉梅, 林志新

(上海交通大學 生命科學技術學院, 上海 200240)

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實驗教學對提高本科生科研素質的探索

何麗明, 蔣 群, 閆曉梅, 林志新

(上海交通大學 生命科學技術學院, 上海 200240)

實驗教學對于生命學科人才的培養具有非常重要的意義，其重要性應當受到足夠的重視。因此，針對實驗教學對提高本科生的科研素質有以下看法：① 培養學生注重實驗細節、科學記錄實驗結果并養成良好的實驗習慣；② 應賦予學生更多的自主性，以充分調動他們的積極性、創新性；③ 以科研論文的格式完成實驗報告或小論文；④ 要建立積極的考核-反饋體系。這些措施有效地激發了學生的求知欲望，充分調動了學生的學習潛能，對促進本科生的科研素質起到了積極作用。

實驗教學； 教學改革； 人才培養； 生命科學

0 引 言

國家的發展離不開高素質、創新型人才[1-3]，“科教興國、人才興國”早已成為國家快速發展的方針戰略。作為教育工作者，其責任非常重大。21世紀國家發展的支柱性產業，生物產業需要大量高素質的生物學科人才。生命科學是一門高度實踐化的學科，在研究生命現象的過程中，必須進行大量的實驗才能獲得科學規律[4-5]。因此，實驗教學對提高本專業學生的科研素質占有非常大的比重。然而，經常聽前輩學者評價說“現在孩子確實聰明，但動手能力差”。因此，作為一名大學生物實驗老師，肩負著重要的使命，應努力培養動手能力強，快速適應科學研究和生產實踐的高科技人才。

筆者從事實驗教學已有10余年，此間經歷了所在的實驗教學中心從上海市級示范中心到國家級示范中心的建設過程，在培養學生實驗技能方面積累了些經驗。① 應培養學生注重實驗細節、科學記錄實驗結果并養成良好的實驗習慣。教育的宗旨在于使學生養成良好的習慣，習慣是素質的一種體現[6]。② 實驗中應給學生更多的自主性，充分調動學生的積極性、創新性[7-8]。③ 按照科研論文的格式，要求學生撰寫實驗報告與[9]。④ 應制訂積極的評價反饋體系[10-11]。

1 注重實驗細節培養學生良好的實驗習慣

“細節決定成敗”，這句話聽了好多年，但是要落到實處卻并非易事?，F在有好多學生眼高手低，與不注重細節有很大關系。針對這種情況，在實驗中，做了幾點改進。首先，在“蛋白免疫印跡”實驗中，讓學生做兩塊聚丙烯酰胺凝膠進行蛋白電泳染色，一塊嚴格戴手套操作，另一塊不戴手套。實驗結果顯示，不戴手套染色的膠，因為沾染手中蛋白質而背景噪音復雜，戴手套染色的膠則背景清晰結果正確。這樣使學生充分感受到實驗細節直接關乎實驗結果的成敗。為了增加學生們對無菌概念的理解，在做“克隆與轉化”實驗時，給學生設置一組在無菌狀態與有菌狀態進行的對比實驗。學生在觀察實驗結果時，有菌狀態做的結果能看到許多雜菌污染，而無菌狀態則沒有雜菌污染。讓學生感受到細菌等微生物幾乎無處不在，只有做好無菌防護才能獲得正確的實驗結果，加深了對無菌操作的理解。這樣的實驗設置讓學生明白，不注重實驗細節得到的實驗結果會千差萬別。

同樣，科學記錄實驗結果也非常重要，既反應學生對待科研的嚴謹，又可培養學生的誠信精神。近年來，從網絡上經常能看到某某大師學術造假被查，某某的實驗數據存在篡改等。雖然原因諸多，但學生時代的誠信培養肯定是主因。因此，在上課時，經常給學生講“允許你們實驗做錯重來，但不允許你們隨意改動數據”。因此，對學生的實驗數據要求非常嚴格，若發現照抄、隨意修改數據將嚴格處罰。

好的實驗習慣可以使學生受用終生，而不良的實驗習慣造成的傷害卻影響深遠。前些年曾報道有學生在做蒸餾實驗時，由于不正確的實驗操作，致使蒸餾瓶爆炸并造成實驗學生雙目失明。如果學生規范操作，這樣事故完全可以避免。由此可見，良好的實驗習慣養成非常重要。類似的事情還有很多，比如曾有學生在不小心打翻酒精燈起火時，卻驚慌失措的用書本去滅火；離心實驗時不檢查速度旋鈕是否調零、離心管是否調平；濕熱滅菌時不檢查滅菌鍋是否有水，而開蓋時卻不檢查滅菌鍋氣壓是否歸零；水浴鍋水浴時不檢查是否加水就直接開電源。而所有這些不正確操作都可能引起實驗事故，甚至后悔終身。因此，這就要求在給學生授課時一定要把安全規范的操作給學生講清講透。僅此還不夠，應當收集實驗中因為不當操作造成事故的錄像片段給學生看，讓學生有視覺沖擊，形成牢固的印象。此外，任課老師及助教還應加強監督，發現學生有不正確的實驗操作要及時糾正。好的實驗習慣需要及時總結，客觀分析，很快找出實驗或工作中的失誤并及時糾正[12]。所以當學生在實驗中形成這些品格時，日后走上工作崗位就會踏實認真、團結務實、善于總結，從而受益一生。

2 賦予學生更多的自主性

傳統實驗通常提前安排好一切，讓學生機械似的完成實驗，這種“按方取藥”的實驗泯滅了學生的積極性、創新性。要讓學生有更多的自主性，就必須在實驗設計上下功夫。宗旨就是:學生是實驗的主體，老師給予宏觀指導，充分調動學生的積極性，在整個實驗過程中使學生由被動的接受學習轉變為主動的學習者。

以“微生物的菌種鑒定及系統發育分析”為例，該實驗只有8個學時。因為考慮到時間因素，以往的授課方式中是給學生提前培養好未知菌種，讓學生按照規定的實驗方法提取樣品總DNA、16S rDNA-PCR擴增、測序并完成系統發育分析。這樣的實驗安排，雖然節省了實驗時間，卻嚴重限制了學生的實驗自主性。為此，改變實驗策略，提前讓學生根據實驗題目，通過查閱文獻自己來設計實驗，自己選取實驗方案，并把實驗過程及相關細節發給老師。老師針對學生實驗方案的可行性及存在問題進行仔細審核，將發現的問題反饋給學生，通過多次反復獲得一個成熟的實驗方案。 例如，學生對土壤反硝化細菌非常感興趣，因為反硝化細菌可能導致了土壤肥力的缺失。因此，他們想通過系統發育分析大致了解下其菌群組成。那么，在他的實驗方案中，要與他們反復確定采樣地點、方法、樣品保存及樣品處理。在實驗正式開始前，還應查閱文獻確定DNA提取方法，設計確定相關引物。實驗中，應仔細觀察實驗現象，記錄好實驗數據，若有問題及時分析做出改進策略。 經過這樣改革，學生可以自行選取感興趣的實驗材料，選用不同的DNA提取及PCR擴增方法等，極大提高了學生的實驗興趣。實驗結束后，組織學生對實驗方案及創新點開展討論。通過互相交流，學生明白了為什么實驗中只有設置對照才能避免出現假陽性結果，為什么2個步驟顛倒會導致嚴重的錯誤，為什么實驗中必須嚴格控制時間及試劑加入量，為什么相關方法別人想到了而自己沒想到等等，這樣的交流加深了印象，拓寬了視野，更增強了學生解決問題的能力。

通過這樣的改革實踐，發現學生的學習熱情高漲了，積極性增加了，不僅愿意抽出原本緊張的學習時間來做實驗探索，而且變得更愿意提問題，分析問題。實驗結束后，學生也能主動總結經驗教訓，在實驗報告中詳細分析實驗結果和心得體會。

3 以科研論文格式訓練學生完成實驗報告

做科研要嚴謹細致，撰寫科研論文則要邏輯清晰、數據可靠。以科研論文的格式要求學生，不僅可以訓練學生嚴謹的求實精神，還為學生日后發表相關科研論文打下基礎。在沒做相關要求前，學生的實驗報告寫得非?；靵y、錯誤百出，具體表現在實驗數據格式凌亂，文獻引用毫無章法，實驗流程雜亂無序等。

通過這些訓練，學生可以更主動的查找相關文獻，加深對實驗方法和原理的理解，視野也更加開闊，而不再是機械般的照抄老師課件中的原理介紹[4]。實驗方法部分也圖文并茂，能很清楚的明白要做什么，怎么做？學生的反饋信息也很給我們鼓舞，他們都表示通過查閱文獻明白了實驗為什么這樣做，拓寬了知識點；通過寫報告知道科研論文要求如此嚴謹寫實。這些都說明，只要方法正確，學生是很樂意完成的。

4 建立積極的考核—反饋體系

高校實驗教學應當培養學生敢于批判、勇于創新、善于表達、及時總結等科研素質。因此，學生最終的實驗成績不能單以實驗結果作為唯一的評判標準，而要注重學生在整個實驗課程中的綜合表現與科研能力[13]。學生的預習筆記、團隊合作與討論、實驗態度、動手能力、實時記錄、實驗結果、實驗報告和期末考試等，都需要認真考核，才能客觀、全面的展現學生的綜合素質[4]。為了做好綜合評價，構建積極的考核-反饋體系顯得尤為必要?？己?反饋體系應當體現出可以引導學生的探究精神、可以引導學生規范自己的行為習慣和及時反饋并采納學生的意見。為了突出這些評價考核指標的重要性，我們將學生是否可以提出高質量的問題、動手能力是否強、實驗習慣是否良好等多項指標提高到占總成績的80%，并有意降低了實驗報告及實驗結果占總成績的比重。

4.1 構建引導學生深入探究的考核體系

“知其然，更要知其所以然”是一種積極的探究精神，是最可貴的科研素質，我們的考核標準應積極引導學生向這方面發展。高校實驗教學中，就是要培養學生連續提問題的能力，并對這種行為給予鼓勵和加分。

例如，在 “樣品DNA提取”實驗中，引導學生首先問“Tris-飽和酚和氯仿為什么可以除去蛋白？”，接著會問“為什么Tris-飽和酚一定要先于氯仿前加入？”。這些連環發問可以讓學生主動去尋找答案， 把原來不曾想的問題想清楚，從而更好地理解實驗應該怎么做。通過這樣的訓練和鼓勵加分，我們發現學生在實驗中變得更積極主動，思維也更加活躍。

4.2 構建規范學生行為習慣的評價策略

科學研究需要嚴謹的求學精神，更要有良好的實驗習慣。① 要重視實驗前的準備工作，把實驗操作規范、實驗技術路線、實驗注意事項爛熟于心，這樣在做實驗時才能有的放矢，做到心中有數。② 要勤記錄、多思考，注意實驗細節。及時、客觀、詳細地做好實驗中的各項記錄，可以從中發現問題，以便于方法的改進或創新。細節無主次，都關系實驗的成與敗。③ 要嚴肅認真，態度嚴謹。因為科學來不得半點馬虎。④ 要團結互助，相互協調。有些大型實驗需要學生合作完成，沒有團結精神很容易導致實驗滯后甚至失敗。⑤ 要善于總結，客觀分析。只有總結分析才能發現錯誤所在，及時修改方案，少走彎路?？傊?，良好的實驗習慣可以使學生養成許多優良品質，對以后生活受益無窮。所以評價策略都要基于這個出發點，給學生的相關行為習慣作出打分，同時要告知學生的錯誤在那里，引導他們改掉錯誤的實驗習慣。

4.3 及時反饋并采納學生的寶貴意見

要知道實驗的教學效果如何，有那些方面還存在不足，必須與學生做好互動，低下頭來傾聽學生的聲音。用一句流行語來講“鞋合適不合適只有腳知道”，永遠要記住“高手在民間”。有時候你的實驗教學做了很多，付出了許多心血，但效果并不明顯，有時甚至適得其反。如果仔細分析，不難發現你的改變忽略了學生的實際需求，需知學生才是實驗的主體。

因此，在每次實驗結束后都會以各種形式讓學生留下寶貴的意見，學生們也積極的配合了我們的要求。具體可體現為把意見寫在實驗報告中，或單獨發電子郵件，或投到意見箱，或寫在留言板上等。針對學生的意見，我們及時進行了跟蹤并改進，把他們的名字和所提的意見都記錄在 “實驗改進功臣冊”中，學生們感覺非常有成就感?？傊?，學生的意見就是我們實驗不斷改進的另一個源泉。

5 結 語

“十年樹木，百年樹人”，學生的教育來不得半點馬虎。作為一名高校實驗教學工作者，最大的希望就是多培養出大師級的科研人才。而這樣的人才培養不是一蹴而就的，需要像“潤物細無聲”一樣不斷潛移默化的影響和錘煉。老師需要做好每一個細節，以學生為主體，設身處地的為他們著想。

大學不是培養“熟練的操作工”，而是培養具有創新思維、善于思考，能夠科學思維并解決實際問題的高素質人才。中國大學的教育正走在改革的十字路口，道路任重而道遠。無論怎樣，最大限度激發學生的實驗興趣和潛能[14]，不斷改進實驗教學是我們實驗工作者最基本也是最重要的責任和義務。

[1] 蔣 群, 何麗明, 王蓮蕓. 強化實驗教學育人職能 培養科研型高素質人才[J]. 實驗室研究與探索, 2015, 34(9): 153-155,160.

[2] 韋 化, 曾冬梅, 秦鋼年. 實驗教學與科研相結合, 培養學生的創新能力[J]. 實驗技術與管理, 2008, 25(5): 31-34.

[3] 朱洪波. 論高等學校創新人才培養的重要性[J]. 貴州大學學報(社會科學版), 2004, 22(2): 112-115.

[4] 閆曉梅, 王蓮蕓, 秦敏君, 等. 試論實驗教學中學生科研素質的培養[J]. 高校生物學教學研究, 2013(3): 39-44.

[5] 宋偉興, 李新城, 廖志凌, 等. 學生為主體改革實驗教學[J]. 高校教育管理, 2010(4): 51-53.

[6] 戴錫玲, 俞偉東, 孫忠泉, 等. 從顯微鏡的規范操作到良好實驗習慣的培養[J]. 生物學教學, 2013, 38: 34-35.

[7] 劉云鶴, 周鳴謙. 調動學生積極性, 提高生物化學實驗教學質量[J].考試周刊, 2010(43)： 180-181.

[8] 陳文科. 怎樣在生物實驗教學中調動學生的積極性[J]. 實驗教學與儀器, 2007, 24: 13.

[9] 王俊斌, 王海鳳, 任 健, 等. 提高實驗報告質量, 培養學生綜合素質[J]. 天津農學院學報, 2010, 17: 57-58.

[10] 楊清玲, 章 堯, 陳昌杰, 等. 生物技術綜合實驗建設的研究[J]. 蚌埠醫學院學報, 2009, 34: 166-168.

[11] 劉曉晴, 祁曉廷, 李艷紅, 等. 生物技術綜合實驗課程體系的改革和建立[C]∥高等院校遺傳學教學改革探索論文集, 北京：中國遺傳學會，2010： 283-285.

[12] 宋鳳艷. 培養學生良好實驗習慣的點滴體會[J]. 科技創新導報, 2010(2): 189.

[13] 肖 靚, 謝 青, 李元斌, 等. 分子生物學實驗課程考核方法探討[J]. 實驗科學與技術, 2011(9): 120-122.

[14] 朱洪波. 論高等學校創新人才培養的重要性[J]. 貴州大學學報(社會科學版), 2004(22): 112-115.

Some Explorations on Improving the Undergraduate Science Research Diathesis in Experimental Teaching

HELi-ming,JIANGQun,YANXiao-mei,LINZhi-xin

(College of Life Sciences and Biotechnology, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China)

It is to cultivate talents who have creative thinking, are good at thinking, and are able to solve practical problems，is not to cultivate skilled operators in universities. At present, a large number of scientific research and management talents are required in the field of life science industrialization. Experiment teaching has played very important role to cultivate talents for life science. Therefore, we have the following views. First of all, we should promote the students to pay attention to the detail, scientific record the result of the experiment and develop good experimental habits; Secondly, we should make students more autonomy, fully mobilize their enthusiasm and innovative; Thirdly, we should require students to complete report or essay according to the scientific format; Finally, we should build a positive evaluation feedback system. These measures effectively inspire the students seeking knowledge desire, fully mobilize students’ learning potential, and play positive roles in promoting the scientific quality of undergraduate students.

experimental teaching; teaching reform; talent cultivation; life science

2015-11-20

上海交通大學教學發展中心教學發展基金項目(CTLD15B1 006)

何麗明(1978-)，男，山西長治人，博士，實驗師，研究方向：海洋微生物多樣性。

Tel.：13482051021, 021-34204531； E-mail：he9831117@sjtu.edu.cn

Q 812； G 642.0

A

1006-7167(2016)08-0197-03