研究生现代细胞生物学方法实验课教学的探索

林文芳 郑祥梓 缪 颖

（福建农林大学生命科学学院，福建 福州 350002）

2017年1月，教育部国务院学位委员会关于印发《学位与研究生教育发展“十三五”规划》的通知中指明，研究生教育作为国民教育体系的顶端，是培养高层次人才和释放人才红利的主要途径，是国家人才竞争和科技竞争的重要支柱，是实施创新驱动发展战略和建设创新型国家的核心要素。因此，培养具有创新精神和创新能力的创新型人才是中国现行高等教育研究生培养的一个重要目标，也是各高校目前首要任务。［1-3］《学位与研究生教育发展“十三五”规划》要求改革研究生培养模式，提升创新和实践能力，要加强研究生教材和课程建设，强化教材的前沿性和针对性，要加强对课程建设的长远和系统规划，将创新创业能力融入课程体系。针对这一要求，目前研究生教育仍然存在不少问题，尤其是研究生实验课程仍然是比较薄弱的环节。

一、生物学科研究生实验技能培养现状

21世纪是生命科学的时代，迅猛发展的生物科学要求研究人员具备严谨的研究态度、扎实的实验技能、不断探索的创新精神，这必然迫切要求培养高质量研究生。但现实与需求存在极大不平衡，由于地理位置及学校水平等因素影响，一般院校难录取到优秀生源，生源素质成为制约相关教育水平的重要因素。一方面许多普通本科院校的毕业生在仪器和经费双限下实验动手能力比较欠缺，“高分低能”现象突出；另一方面重理论轻实验的教学培养体系，使研究生无法从课程中获得实验技能的提升，其实验技能主要源于实验室代代相传或自行摸索，实验技能的全面性、操作的规范和准确性有待加强。这种“先天不足，后天未补”造成研究生整体科研技能不足，独立完成实验设计有难度，动手操作能力弱，分析问题和解决问题能力差的现状。

针对基础技能不足，教育工作者从教学模式，增设实验课，革新授课模式等方面来改善。［4-6］但仍然存在实验多以验证性为主、前沿性不足与应用脱节、实验技能无法融入课题研究等方面的问题，对研究生分析和解决问题及设计实验意义不大。

二、以科研平台为依托革新现代细胞生物学方法实验课，提升研究生科研创新能力

高校科研实验平台拥有相对高精尖及完备的科研仪器，是高校科研产出的主要依托平台。但运行上多是来样测试，对于研究生而言，测试过程犹如“黑匣子”，遇到问题难以分析及解决，同时缺乏利用大型仪器探索未知科研领域的直观认识，不利于创新技能的培养。针对这一现状也有高校提出科研平台、共享实验室参与研究生培养，在一定程度上取得成效，但由于科研平台人员水平有限，只能承担简单的阶段性应用培训，无法在整体实验设计及实际操作应用上提升研究生水平。［7-8］笔者以福建农林大学生命科学学院为例，详解以“福建省植物功能生物学与绿色农业重点实验室”省级实验平台为依托开设研究生现代细胞生物学方法实验课，探索科研工作与研究生实验教学有机结合的研究生培养模式。

（一）设计

细胞生物学是以细胞为研究对象，从细胞的整体水平、亚显微水平、分子水平等三个层次，以动态的观点，研究细胞和细胞器的结构和功能、细胞的生活史和各种生命活动规律的学科。细胞生物学研究对实验技能和仪器的要求比较高。受困于仪器配置和性能，对植物细胞开展相关研究往往要依托公司或者校外科研机构实现，“福建省植物功能生物学与绿色农业重点实验室”省级实验平台购置了共聚焦显微镜、基因枪、荧光显微镜等仪器，实现在本校平台上完成相关实验的可能性，缪颖教授课题组构建优化了原生质体细胞定位实验系统，以此为基础，开设现代细胞生物学方法实验课。该实验课围绕原生质体观察亚细胞蛋白定位这一课题，以拟南芥和烟草为材料，通过瞬时基因表达系统转入目的基因，提取原生质体，在荧光显微镜及共聚焦显微镜下观察转入基因表达后的蛋白定位，提取蛋白，通过蛋白免疫印迹实验验证基因转入结果；此外通过RNA提取、基因半定量和定量PCR等实验检测基因表达。通过完整的实验设计将细胞生物学需要掌握的主要实验技能贯穿整个课程。将实验设计、仪器操作、实验技能培训融合于一体，提高研究生整体技能，促使其能快速转变角色，开展课题研究。

（二）实施

1.师资队伍。以往实验课主要由教辅承担，与一线科研联系不够紧密。本实验课由专职一线科研的教师承担，配以2名平台人员，完成仪器使用的培训，同时招聘往届修学过该课程的学生作为助手辅助配置和准备实验材料。这样的师资有助于导入实验设计观念、保证仪器操作规范及解决现实研究出现的问题。

2.课程设置。分为理论授课、分组开展实验和课程汇报三部分。涉及基因瞬时表达系统、原生质体提取、细胞定位观察、蛋白相关实验及基因检测相关实验，实验安排如表1。摒弃以往的阶段性、分节的实验技能培训方式，完整的课题式实验设计有助于研究生直观认知课题设计及如何通过实验开展课题，避免学与用的脱节。

表1 课程安排表

3.经费保障。由于实验涉及基因枪注射洋葱瞬时表达、原生质体提取、共聚焦显微镜观察、蛋白免疫印迹等实验，基础费用比较高，经费主要由研究生课程经费支出，对于经费不足部分由平台维护费支出。

4.课程开展。本门课程安排在第一学期期末集中开展，为期2周，48学时。实验以小组开展，每个小组3-4人，共7-8个小组。实验操作借助平台仪器完成。前期理论讲解相关知识点。中期以小组为单位开展实验，摒弃以往的手把手式教学，平台科辅教师对相关实验技能及仪器操作进行示范培训，实验主体由学生开展，遇到问题学生内部先讨论，将解决方案与指导教师探讨后继续完成实验。后期每个小组总结汇报，分析问题成因及解决方案。经过授课教师同意允许修课学生自带实验材料。

三、研究生现代细胞生物学方法实验课教学成效及体会

（一）成效

1.从研究生培养角度看，提升研究生科研技能并增强就业竞争力。一方面，通过对研究生的系统培训，在实验技能上，基础差的学生不再惧怕实验，动手能力切实得到提高，基础好的学生进一步规范操作；在实验设计上，研究生对课题设计有了较清晰的认识；在课题开展上，懂得用什么技术解决什么问题，快速进入角色开展课题研究。另一方面，长期操作大型仪器如共聚焦显微镜，不仅在仪器操作上有优势，同时增强了相关实验问题解决能力，大大提高研究生的就业竞争力。

2.从课程满意度看，本课程受到学生高度认可。通过这一课程学生对懂得如何设计实验，这是其他实验课程及实验室培训不会涉及的；实验技能提升和大型仪器使用经历增强学生开展科学研究的信心；研讨式学习开启学生自我解决问题的意识。基于以上原因，学生的选课热情很高。

3.从平台运行角度看，减轻了平台工作人员的压力。科研平台实验人员要对仪器进行操作和维护，还要负责仪器操作培训，以便部分人员可以独立操作，要解决操作过程中遇到的问题，工作压力比较大。本实验课的开展，平台人员对细胞生物学专业学生中进行统一培训，一方面获得教学工作量，另一方面培训后，动手操作过的研究生后期开展课题经过简单复训即可独立使用仪器，能基本解决仪器使用中的问题，减轻了平台工作人员的工作压力。

（二）不足及改进措施

1.资源有限与修学需求不平衡。由于场地、经费和仪器损耗等问题，主要面向细胞生物学学生，针对这个问题计划通过2项措施来解决：（1）通过虚拟仿真与视频教学相结合让更多的学生可以修学该课程。（2）对于研究生课题涉及到这部分实验的非细胞生物学专业的学生，可以申请选修，针对这部分学生，可以自带实验材料，将修课与预实验结合起来，课程向该导师团队收取一定费用。

2.探索部分学生持证上岗。对于修学本实验课程，且后期应用较多，能自行操作和解决操作中的问题的学生，平台给予操作资格认定，并在学生提出申请的情况下聘用持证学生，这样有助于平台更好的运转。娴熟的操作及聘用经历有助于提高毕业研究生的就业竞争力。

研究生是高校科研的主体实施者，也是未来科研领域的生力军，培养具备良好科研技能的研究生对高校对国家的科技竞争力具有重要影响力，文章以现代细胞生物学方法实验课为例探索研究生实验教学体系的革新，将平台建设融入到培养研究生培养事务中去，这种资源整合后的教育模式为研究生教育改革提供了新视野和方向。