动物实验教学改革培养生命科学类本科生创新能力的探索

摘要：以研究课题为依托，设计综合性、开放性的实验项目，串并生物技术、医学实验技术等专业的基础课程和实验教学等内容，进行动物实验类实验教学的改革，不仅是对传统实验教学的系统归并，也是培养学生综合素质的有益探索，对提高生命科学类本科生的创新能力具有重要的理论探索价值和实践意义。

关键词：动物实验；教学改革；综合性实验；创新

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）53-0252-02

高校实验室已成为承担重大科研项目、培养创新型和实践型优秀学生的重要基地。实验、实践性教学是当代大学生培养过程中十分重要的组成部分，实验教学不仅能使专业理论知识得到证明和综合运用，更能培养学生的实践动手能力，提高学生的综合素质。同时，动物实验作为生命科学研究的重要技术手段，是科技成果转化的必经途径。随着国家在医学及生命科学课题经费等研究资金投入规模的不断扩大，以动物模型为代表的课题数量、科研人员、实验动物使用量不断增加。[1]因此，在现有的教学条件下，改革动物实验教学模式，是生命科学类本科生在大学教育阶段面临的重要课题。在此方面，南通大学实验动物中心不仅是我校教学和科研服务保障部门，更是科学研究的技术平台和相关课题实施的试验基地，在培养学生创新实践能力过程中发挥着重要的作用。本文拟就实验动物学教研室在生命科学学院生物技术专业2010～2012级开展的设计性实验，结合学生已学或正在学习的基础课程以及教师的有关科研工作，有针对性地设计开放性实验项目，为培养高素质生命科学人才提供借鉴。

一、生命科学类本科生传统实验教学模式的回顾与反思

传统实验教学的基本模式为：教师首先回顾理论知识—教师讲解实验重点及实验步骤—组织学生根据确定的实验步骤进行实验操作—分析实验结果验证理论知识—教师总结并加以评语。这种模式在生物医学类的学生培养过程中已经存在了很长时间，并普遍为广大师生所接受。它的优点在于，有利于实验课的教学组织顺利进行及节省实验时间；有利于训练基本技能等。如果从培养学生的创造性方面来看，传统模式的缺点就暴露出来了：传统模式以教师为主，学生的学习活动围绕教师运转，容易培养学生的依赖性，只能造就“经验型、模仿型人才”；在这种模式下，结果是已知的，只是重复验证一下，难以激发学生实验的兴趣和学习的主动性，在很大程度上束缚了学生智力的开发和创新能力的培养，这显然不符合现代教育思想。[2]区别于传统的接受式教育，当今的大学生教育更注重研究性学习的教育，即以学生自主探究为主的学习方式，关注学习过程，注重学生的独立思维，特别是创造性思维能力的培养。目前，在现有的教学模式和培养体系下，提升学生实验技能和科研创新能力等方面显然难有作为。主要原因有：学生仅仅是根据实验课程的安排进行验证性学习，多是机械式的简单模仿，不能发挥自己的主动性和创造力；实验课往往是配合某门课程的教学，处于从属地位；老师从事的科研工作往往与学生所学的课程脱节，使得本科生很难融入到老师的科研课题中。随着大学教育特别是生物医学类教育改革的深入，实验教学需要从单纯的理论验证课，逐渐发展成为一门独立的课程体系，它应该担负起培养学生创新精神、实践能力和启发思维能力等的重要职能。因此，改革以教师为主体的传统教育方式，调动学生主动参与学习活动，培养适应科学技术发展的生命科学类大学生人才，已势在必行；实验课程的改革，实验模式的创新也势在必行。[3]

二、综合性开放性实验模式

教师的科研课题往往具有较强的创新性、设计性和综合性，如何让学生既完成有关实验教学内容，又参与到教师的课题中，值得研究与探索。我校实验动物学教研室承担了生物技术专业、医学实验技术专业等多门课程的教学任务，多门课程中均有不同的动物实验内容。因此，我们减少了基础生物学、比较解剖学、比较生理学、实验动物学等课程的实验教学课时，专门开设了动物实验技术课程，期望通过这门课程使学生系统地学习动物实验原理、技术和方法，并切实培养学生的动手能力和实验技能，使学生对人体解剖学、生物学、生理学等课程所学到的理论知识得到进一步的理解和巩固。但仅凭有限的课时，无法全部掌握纷繁复杂的动物实验技术。因此，在学生掌握有关课程的基本理论知识的基础上，让学生通过动物实验技术课程掌握常规动物实验方法，学会观察和分析，然后结合教师的有关科研工作，将一个科研项目划分为几个小的开放性实验模块，根据学生的知识储备和科研兴趣，选择适合自己情况的科研内容，并以此组成几个科研兴趣小组，让参与的学生在这类实验中得到切实的锻炼，也为其完成毕业论文奠定基础。

1.综合性开放性实验模式的内容。以裸鼠皮下抑制肿瘤模型的建立及相关药物分子的活性评价课题为例，该模型的制备过程中所涉及的实验操作众多，能够较完全、系统的培养学生的科研能力，使本科生能够接触不同层面的知识。根据实验内容的需要以及本科生课内学时有限性的特点，将该课题项目分解为不同的课题小组，例如：细胞培养课题小组；肿瘤移植动物模型小组；药物抑制肿瘤生长的评价组等，然后每个学生根据所学知识以及兴趣爱好，选择自己的实验内容并组建“课外科研兴趣小组”。确定实验内容后，学生自己查询文献并写出详细的实验方案，通过指导教师与学生共同商讨，进一步完善实验设计方案。确定实验方案之后，在指导老师的督促和指导下开展实验，同学之间、组与组之间相互交流协作，共同完成。实验过程中学生及时做好实验记录，例如细胞的生长状况、动物的精神状态等，测量细胞生长抑制率，绘制肿瘤生长曲线等主要的结论性数据指标，动物组织标本的获取和处理等。在所得试验数据的基础上，学生自己归纳总结所得的实验数据，得出科学合理的实验结论，撰写了规范的实验报告。在撰写实验报告的基础上，有意识的传授学生论文写作的基本知识与规范。这一实验项目是老师的课题，要解决的问题明确，不占用课内学时，不额外增加教学经费，既全面提升了学生的动物实验技能，也锻炼了学生的思维创新能力。

2.综合性开放性实验体现出的育人优势。综合性开放性实验是通过更加新颖、灵活的综合性、创新性实验内容，使实验教学从单纯的理论验证和单元性的基本操作训练，提高到理论知识的综合运用和实验技能的有机结合上来。与验证性实验只是简单的照搬步骤的重复不同，综合性实验能够显著提高学生学习的主动性和创造性，是一个持续的、动态变化的实验过程，培养了学生的自学创新能力、科学思维能力和知识的综合运用能力。首先，该实验模式迫使学生变被动的围绕实验内容的生搬硬套为主动的探索性学习。传统的试验模式中，同学们大多不作预习，“习惯”于按既定的实验步骤做下来，得出教材上所给出的结论即完成任务，因此多数学生对现有的一些实验兴趣不高，对待实验课也是应付了事，积极性不高。动物实验过程中需要多位学生相互协作，实际上不少同学都是在旁边观看，不愿自己动手，更谈不上主动思考。本次所设立的开放性实验内容，教师只给出实验的主题——裸鼠皮下抑制肿瘤模型的建立及相关药物分子的活性评价，并将整个实验分为3个兴趣小组，在学生分组后，其他一切全都放手给他们去做。为了做好实验，展示自己的能力，学生的积极性空前高涨。同学们主动地带着问题去查资料、找文献，思考实验中的某些细节，并且能够积极地与教师进行沟通，极大的调动了学生学习的积极性和主动性。其次，实验模式的改变引导学生更注重知识的活学活用以及各学科之间的相互联系，克服了学生对知识理解片面化、孤立化的缺点。综合性实验培养了学生的实践动手能力和利用所学知识进行综合分析、解决实际问题的能力，培养了同学之间相互协作的团队精神。在此次实验的实施过程中，同学们开始思考不同设计方案的优缺点，以及不同方案中可能遇到的问题和相应的解决方案等。另外，通过本实验的实施，将以前教材上所学到的抽象的知识更加直观的展现到学生面前，例如，对于细胞的形态、生长特点以及细胞的传代和冻存、实验动物的饲养、观察、抓取、给药方式直至动物模型的建立以及动物的解剖、组织标本处理等基本知识和技能，通过自己的实际观察和动手操作，同学们不仅掌握了“肿瘤细胞体外培养”、“肿瘤细胞的实验动物移植瘤模型”等相关内容，同时复习了基础生物学、生物化学、分子生物学等有关课程的内容；还了解了药理学等方面的知识，燃起了学习新知识的热情。再者，源于科研项目的综合性实验，培养了学生严谨的科学态度和初步的科研能力。生命科学实验的特点决定了学生必须认真做好每一步实验过程，否则任何一步小的错误不仅影响了自己小组的实验内容，也会耽误其他小组的试验进度，甚至会导致整个实验的失败。同时，通过规范撰写实验报告，锻炼了缜密的思维能力和良好的写作能力，培养了学生深入分析和讨论问题的能力。通过对结论的分析，使学生懂得实验结果与理论分析并不是完全一致的，从而学会如何正确看待理论与实际，如何正确对待书本与实践。

三、展望

大学生科研创新能力的培养是高教改革的一个重要目标，也是大学生综合素质的直接体现。以科研项目为基础的综合性开放性实验教学法，打破了传统的以教师为中心的教学模式，把自主权交给学生，充分调动了学生的自学意识和自学能力，锻炼了学生的创新意识和思维能力；减少了学生对老师的依赖性和对经验的盲从；变被动接受知识为主动探索新知识。综合性实验训练了学生的动手能力，巩固了所学的理论知识，培养了学生的科学素养、科研能力和各方面的综合能力，符合21世纪整个生物医学教育变革的要求。

参考文献：

[1]邵义祥.高校实验动物发展工作路径探讨[J].实验动物科学，2008，25（1）：35-36.

[2]段春岳，张彦新，贺鑫，等.设计性实验——科研能力培养与素质教育的前奏——七年制01级病理生理学设计性实验的启示[J].中国医学工程，2005，13（4）：433-435.

[3]戴体俊，武静茹，孟晶，等.以大学生科研促进实验室开放[J].中国高等医学教育，2007，（10）：52-53.