分子医学开放性实验教学管理体系的探索

任媛媛，孙晓明，苏超，孙亚楠，刘灵，田姗姗，高星杰，张纬

党的十九大报告明确指出，创新是引领发展的第一动力，是建设现代化经济体系的战略支撑。教育部《关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见》中明确提出要强化实践教学环节，深化实践教学方法改革[1,2]。开放式实验教学是深化实验教学改革、培养创新人的重要途径之一[3,4]。

开放式实验教学是在完成正常教学任务的前提下，将实验时间、仪器设备、实验场地、实验项目、试剂耗材等资源，面向本科生开放[5]，充分体现了“以学生为主体，学以致用”的教学理念，充分激发学生的自觉性、独立性、积极性、主动性和创造性，有利于提高学生的自学能力、实践能力和创新意识。在医学专业教学计划之外实施开放性实验教学，对卓越医学人才培养尤为重要[6]。因此，针对如何提高实验教学质量、提升实验室 建设水平，实现资源的合理配置、高效共享等问题，很多高校进行了开放性实验室的建设[7-10]。

作为实验室的管理人员，笔者在对多年实验室工作进行总结的基础上，结合我校实验室的管理与教学特点，深刻分析我校实验室的现状与存在的问题，采取具有针对性的措施，使实验室达到真实有效的开放，为学生的实验学习提供更好的平台。

一 开放式实验教学模式的作用和意义

（一）开放性实验教学有利于提高学生的创新能力

传统的实验教学多是灌输式教学，内容多为单一验证和演示性实验，缺乏整体性和综合性，不能满足培养基础医学专业学生整体科研思维需要。课堂上教师根据 实验人数和试验台数进行分组，各组学生根据实验讲义，在老师的指导下，完成操作步骤，由于课时有限，实验项目多，大量采用验证性实验使学生缺乏对实验设计的审视和思考，缺少对实验结果差异的分析，无法独立思考解决实验中出现的问题，不能让学生将所学到的理论知识应用到实验中去，教学质量大打折扣。这种实验模式对约束了学生学习的主动性和创造性，不利于培养学生的创新能力[11]。

开放性实验教学强调“以学生为主体，以教师为主导”，打破统一培养模式的僵局，不受课时数和时间连贯性的限制，可以开展具有探索性的综合设计性实验项目，其核心在于“研究”。实验项目有些由教师提出，学生自主申请，教师选择参与学生，或由学生自主选题，选择指导教师。其过程均是在教师指导下，学生设计实验方案，自主选择实验方法，自主选择实验试剂及仪器、最终自主完成实验操作并对实验结果进行分析处理[12]。这个过程能够激发学生学习的主动性，培养学生的自学能力，提高学生的实践动手能力。

（二）开放性实验教学促进教学改革

实验室的开放会使得参与教师认识到实验教学过程中的不足，加速实验教学内容、教学方法和教学手段的改进，根据开放实验的目标，逐步完善实验设备、设施及耗材的投入和使用，促进实验教学水平的提高，提高校实验室的教学服务质量[13]。

（三）开放性实验教学有利于实验室教学资源的有效整合

传统的实验教学，实验室中的仪器设备只有在上实验课时才能使用，其余时间处于闲置状态，场地和设备利用率低；一些有效期较短的试剂在教学完成后仍有剩余却只能废弃，造成浪费。而一些想要解决在学习中遇到的问题或实现某些设计思想的学生却找不到实验场所，无法做提高性和研究性的实验。开放性实验室的管理模式，可以克服上述弊端，使实验场地、仪器设备及各种实验材料等得到充分利用。

二 开放式实验教学模式的建设

（一）开放内容

实验项目建设要体现学生的自主性，同时又要满足不同层次学生的需要，因此既要设立可供学生选择的指定性实验项目，又要允许学生自行提出和设计实验题目的创新型实验项目。面向不同学生的兴趣爱好所开展的开放性实验，是以学生为主、教师启发与引导为辅的一种实践教学模式，最大程度地满足学生自主学习的需求，为学生提供一个能够充分发挥自主性、创造性的学习环境。建设与理论教学改革相协调的实验教学体系，构建具有先进管理体制的实验平台，从而适应高等教育深化改革的要求，促进学生创新意识、创新精神培养，提高学生科学研究的实践能力。

（1）创新型实验项目，学生根据自己的兴趣自主确定实验项目。以学生查阅文献→自主确定实验项目→提交实验方案→教师进行可行性指导→预约实验室、相关仪器设备和试剂耗材为主要模式。鼓励学生结合生活中的实际问题，运用所学知识，开展创新行实验项目，自行命题并自主完成。

（2）指定型实验项目，教师给定实验项目，或利用教师的科研项目进行试验性研究。以教师发布实验项目→学生查阅文献→提交实验方案→教师进行可行性指导→预约实验项目为主要模式。这类实验主要以科技竞赛为导向，鼓励学生参加国家或学校组织的创新竞赛活动，为大学生提供课外科研实践平台[14]。

（3）教学计划内实验项目，主要面对本学期上实验课程的学生及其他对该实验感兴趣的学生，部分学生因有事请假实验课缺课或课上实验结果不理想自觉补课等因素需要在课程外完成实验教学任务，进一步加强实验技能培训。

（二）开放对象

根据目前学校及实验室的实际情况，实验室前期的开放主要针对基础医学五年制在校学生。在管理制度、软硬件条件和师资队伍方面的条件更加成熟以后，逐步向对其他专业的在校学生开放。对于创新型实验项目，因实验内容较多，实验工作量大，鼓励学生以小组为单位申报，一般每组3-5人，并选出实验小组长，负责任务的分配以及和指导老师和实验室工作人员的沟通。

（三）开放时间

实验室除了完成教学任务，原则上要保证在工作时间足时开放，可分为预约开放和定时开放模式。对于综合设计性实验，选用预约开放模式；而教学实验有固定的时间可以开放，选用定时开放模式。随着开放性实验室管理制度的完善，在保证实验室和学生安全的前提下，将来会考虑对高年级有一定科研基础的学生实行全天开放，需要实验组长申请，指导教师根据实验内容等情况综合考虑。

（四）开放条件

（1）仪器设备：分子医学实验室依托基础医学国家级实验教学示范中心，在“中央财政支持地方高校改革发展”投资中得到了全面提升，引进一批能满足设计性、创新性实验教学要求的先进仪器设备，并且有独立的细胞间，完全具备科研实验室的条件。对于开放性实验室没有配备的大型仪器或贵重仪器的使用，可以通过设备处的科研仪器设备预约平台提前进行预约。

（2）资金：主要是科研项目基金，教改项目基金以及学生自己申请的项目经费。鼓励教师将实验项目与科研课题挂钩，把科研项目的一部分以创新性实验项目的形式分配给学生。同时要对严格控制试剂耗材的使用，因此对于学生申请预约的实验，一定要进行可行性分析，杜绝浪费。

（3）高素质的师资队伍：开放式实验项目多是创新性、综合性项目，较常规验证性实验，更容易出现复杂的问题。且学生经验不足，仪器设备的使用易出现损坏或者浪费的现象，故需要指导教师具有丰富的综合知识和全心全意为学生的服务意识，对教师的教学能力、科研能力、因材施教能力和全心全意为学生服务的精神都提出了更高的要求。

（4）安全：开放性实验室的建设需要进一步完善实验室的安全制度，建立开放性实验室安全准入考核机制，对初入实验室的学生进行安全考核，考核合格后方可进行实验室的网上预约。定期开展安全培训和消防演习等，提升学生的事故应急处理能力。各实验室安装门禁系统和监控系统，以确保实验室安全管理。

三 开放性实验室信息化管理系统

实验室实行开放，不仅要保证实验室开放的时间，还要保证实验室的利用效率。而实验室和实验人员的安全是开放的前提。开放性实验室的设立，实验人员的流动性大，实验的不确定性，实验设备损坏率增加，导致日常管理难度加大、安全不可控因素增加、安全风险等级提升等安全问题，实验室的开放与实验室的安全存在着直接冲突。因此，需要建立一整套开放性实验室管理系统，以确保开放性实验室的正常运转。

（一）建立开放性实验室安全准入考核机制

利用超星慕课平台建立“开放性实验室安全与仪器设备标准化操作培训”课程，将实验室安全和常规科研仪器标准化操作等知识，以幻灯片或示范短片的形式展 现给学生，结合章节测验和综合考试，学生考试合格后，在预约系统上提交成绩单方可进行开放性实验室的预约申请。实验室安全内容部分包括常规安全和专业安全。常规安全是指实验室消防设备的使用如灭火器的使用、防火安全、水电安全等；专业安全包括危险化学品的安全使用、生物废弃物处置、实验操作过程中安全防护等。常规科研仪器安全操作主要是针对本实验的常规仪器设备，如离心机、移液器、PCR仪、超净工作台、生物安全柜等。利用超星慕课平台建立的课程考核机制，不受时间和空间的限制，学生直接扫描二维码即可学习，并且与实验室预约挂钩，调动了学生学习的积极性和主动性。

（二）建设开放性教学实验室网上预约管理系统

网上预约管理系统是针对学生自主设计或管理员发布的综合设计性实验以及教学实验进行预约。管理系统以“学生预约，管理员审核”的方式进行管理，学生可以登录开放性教学实验室网上预约管理系统，查询教学计划安排的实验课程教学时间之外实验室开放的时间，以及实验室具备的实验条件，包括仪器设备、试剂、耗材以及教师发布的实验项目，从管理系统进行预约，并且提交实验方案，经教师进行可行性分析，实验室管理人员确认后，可以到实验室进行实验课题研究。

系统结构如图1所示，开放预约系统网站需要完成前台预约和后台管理两部分。

图1 分子医学教学实验室开放预约系统结构图

1. 前台预约部分

（1）学生注册及登录

学生初次登录系统可以进行学生注册申请，申请时需提交培训课程考试成绩单，经管理员审核通过后，方可通过用户名和密码登录。

（2）预约管理功能

预约管理分为开放预约和定时预约两种。开放预约是学生根实验室和仪器设备空余情况，可选择预约开放式设计性实验项目，或指定式设计性实验项目，均需提交实验方案进行可行性指导，管理员会及时将预约结果反馈给学生。定时预约内容是固定的教学实验项目，每学期每个实验大约有一周时间可以选择，用户只需要在该实验项目的时间段选择空余教室即可。预约成功后，可以个人中心查看自己的预约信息，同时也可以取消未开始的预约。

（3）个人中心

学生在个人中心可以对自己的信息进行维护，包括信息的更新、修改、添加等，可以查询预约状态或者取消预约。

2. 后台管理部分

（1）信息管理

管理员可以对信息进行不定期更新，让用户了解本学期实验室及仪器设备空余更新情况，发布指定式综合设计性实验题目。

（2）注册用户管理

管理员可以对已经注册的学生进行管理，对无故爽约三次以上学生进行预约限制。

（3）预约管理

审核学生预约实验情况，优先安排信用度高的学生进行实验，如因实验室或仪器设备不足造成无法审核通过的学生及时给予反馈说明。

（4）管理员的添加

一级管理员为实验室管理人员，一级管理员可以添加教师作为二级管理员，二级管理员具有发布实验项目、审核所发布实验项目的的实验方案、查看所发布实验项目的预约情况等权限。

（5）汇总统计

对实验室及仪器设备的预约情况进行大数据统计，分析仪器设备的利用率等情况。

四 开放式实验教学模式的实施

（一）实验项目的选定

分子医学实验室开放式实验教学模式的探索，将为以后的实验教学改革提供参考和借鉴。分子生物学的教学实验课程包括细胞传代培养与转染、细胞蛋白质提取及浓度鉴定、蛋白质免疫印迹技术、基因组DNA的提取与鉴定、PCR技术、质粒提取与双酶切鉴定。在开放式实验教学模式中，要让学生能够运用所学的实验技术进行实验设计，把理论与技术很好的运用到实际的科研工作中去。以肿瘤基因 p62 对人宫颈癌 Hela 细胞增殖的影响为例，作为指定性综合设计性实验，该项目是以 p62 靶基因，探讨肿瘤发病机制的研究，该项目涵盖了分子生物学教学实验课的所有实验技术，由于受课时和时间连续性的限制，不能作为教学课程开设，作为问题导向性实验项目，由教师提出问题，学生查阅文献，互相讨论，提出实验设计思路，构建 p62 基因质粒，进行细胞转染和筛选，用蛋白质免疫印迹检测 P62 蛋白的表达，通过CCK-8 检测细胞增殖能力。实验的设计涵盖了生物化学，细胞生物学及分子生物学等多学科知识的融合，培养了学生的科研思维和创新能力，同时也使实验室的仪器设备和试剂耗材等资源得到了充分的利用；“酒精代谢关键酶乙醛脱氢酶2（ALDH2）的基因多态性分析”是学生自主设计的开放式实验项目，通过对催化酒精代谢中间产物乙醛氧化分解的关键酶 ALDH2 的遗传多态性分析[15,16]来检测不同人对酒精的耐受程度。该项目贴近生活，学生通过查阅文献，发现解决问题的方法，自主设计实验，大大提高了学生自主学习的能力。教学计划内实验项目，内容是固定的教学实验项目，学生可以直接通过预约进行实验。

（二）实验项目的实施安排

（1）动员讲解，设立分子医学实验室开放日，展望基础医学发展的前景，使学生充分认识到“创新探索”的意义，激发学生积极参与。（2）实验室管理人员发布本学期实验室空余时间。（3）教师发布指定式实验项目和教学实验项目。（4）学生通过超星在线网络平台进行“开放性实验室安全与仪器设备标准化操作培训”课程的学习，考核合格，进行开放性实验室预约。（5）学生以个人或小组进行网上选题或提交实验申请，同时需提交实施方案。（6）教师审核，对实施方案进行可行性分析。（7）实验室管理人员准备实验仪器、才哦做试剂及耗材。（8）学生按计划开展实验，期间遇见问题可以教师或实验室管理人员探讨解决方案。（9）学生自行总结实验结果，并议论文的形式完成实验报告。（10）组织学生汇报实验并鼓励学生形成实验论文，最好能公开发表。

（三）实验项目的实施效果

实验项目从实验选题，方案设计，操作到实验报告均由学生自主完成，充分调动了学生学习的积极性和主动性，激发了学生自主探索知识的能动性。在设计实验方案的过程中，学生需要大量查阅文献，锻炼了文献检索及中英文文献阅读的能力。在实验操作过程中，实验技能明显提高，并能够将熟练掌握的实验技能运用到科学研究的工作中去。通过论文形式实验报告的书写，培养了学生科研思维能力。整个实验项目实施过程中，培养了学生严谨的科学态度，为今后的科研工作打下基础。

五 结语

开放性实验室管理系统安全、有效、持续的运转，能够将学生、教师、仪器设备、实验项目等集成一体，全方面覆盖了实验室日常管理工作，打破以往实验教学模式和管理模式，合理使用和分配有限的实验室资源，充分体现以人为本的现代化教育、教学理念，方便师生自主参与开放实验项目，有效地辅助开放实验教学灵活自主地安排实验时间的特点，同时充分调动学生的积极性和创造性，大幅度提高学生的自主学习能力、实践能力、创新能力，发扬学生的自我开拓精神。