納米生物學(xué)交叉學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)踐

甘牡丹 左靜蕊

摘要：實(shí)驗(yàn)課程是理論和實(shí)踐相結(jié)合的重要教學(xué)途徑。文章結(jié)合教學(xué)實(shí)踐從納米生物學(xué)交叉學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課程意義、課程內(nèi)容、教學(xué)方法和評(píng)價(jià)體系等方面總結(jié)了納米生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)探索及其課程設(shè)計(jì)，同時(shí)提出了改進(jìn)納米生物學(xué)交叉學(xué)科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，為納米生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)提供了參考。

關(guān)鍵詞：納米生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程;教學(xué)方式;思維培養(yǎng);交叉實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2019）50-0279-02

納米技術(shù)對(duì)國家科技發(fā)展至關(guān)重要，為國家的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。納米生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程為我院納米醫(yī)學(xué)培養(yǎng)方向核心課程，其理論課程是納米生物學(xué)。納米生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是按照我院的“具有創(chuàng)新思維能力、具備學(xué)科交叉優(yōu)勢(shì)、擁有國際化視野”的創(chuàng)新人才培養(yǎng)理念開設(shè)的一門專業(yè)必修課。作為實(shí)驗(yàn)課程，能培養(yǎng)學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐當(dāng)中去，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和科研素養(yǎng)，在創(chuàng)新能力培養(yǎng)、解決問題能力中發(fā)揮著重要的作用[1]。

一、課程重要性

納米材料尺寸為1nm—100nm，由于其粒徑小、比表面積大，具有獨(dú)特的理化性質(zhì)，生物相容性佳、毒性低、易于修飾改造等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于生物學(xué)、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，并已在生物熒光標(biāo)記、生物傳感器、靶向藥物和基因傳輸、抗菌抗腫瘤治療等方面取得重要進(jìn)展。納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，必將為人類健康貢獻(xiàn)新的策略[2，3]。

納米生物學(xué)交叉實(shí)驗(yàn)課程為交叉學(xué)科，交叉學(xué)科教育的核心是知識(shí)的整合，其過程是各個(gè)學(xué)科的相互作用，其目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力[4]。因此，本課程的開設(shè)便于學(xué)生準(zhǔn)確理解納米材料在進(jìn)入生物體后，與生物體內(nèi)各種生物功能分子相互作用后所展現(xiàn)的生物學(xué)效應(yīng)及作用機(jī)制，掌握生物學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，掌握納米科學(xué)研究的基本方法和設(shè)計(jì)原則，培養(yǎng)具有科學(xué)思維，解決納米科技領(lǐng)域復(fù)雜問題的人才[5]。

二、課程內(nèi)容

納米生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程為納米醫(yī)學(xué)培養(yǎng)方向核心課程，3個(gè)學(xué)分，108個(gè)課時(shí)，以人和動(dòng)物體的三大基礎(chǔ)營養(yǎng)物質(zhì)蛋白質(zhì)、脂肪、糖類，重要的遺傳物質(zhì)DNA為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，生物基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)為方法設(shè)置了35個(gè)實(shí)驗(yàn)，課程內(nèi)容包括生物化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、分子生物學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和微生物學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)四個(gè)部分，每一個(gè)部分均先介紹基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，然后設(shè)立與之緊密聯(lián)系的納米生物交叉實(shí)驗(yàn)[5]。通過一系列基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生掌握必備的實(shí)驗(yàn)技能，為學(xué)生打下堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。所選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均為精選經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，反映的是生物功能分子最重要的特性。比如蛋白質(zhì)的顏色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，蛋白質(zhì)因含有肽鍵，與硫酸銅發(fā)生雙縮脲反應(yīng)，蛋白質(zhì)與印三酮發(fā)生顏色反應(yīng)，均是鑒定蛋白質(zhì)的經(jīng)典反應(yīng)。

三、教學(xué)方式

1.實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行前，學(xué)生需理解實(shí)驗(yàn)原理，熟悉實(shí)驗(yàn)流程，把握實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)，才能流暢地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中充分觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，敏銳地捕捉異?，F(xiàn)象，對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、過程進(jìn)行思考與創(chuàng)新。大部分實(shí)驗(yàn)課要求學(xué)生寫預(yù)習(xí)報(bào)告時(shí)沒有明確要求和效果檢驗(yàn)，學(xué)生只是照抄課本，預(yù)習(xí)效差。因此本課程要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課前預(yù)習(xí)并寫預(yù)習(xí)報(bào)告，弄清楚實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟⒂煤啙嵉恼Z言概述，用流程圖畫出實(shí)驗(yàn)步驟，并標(biāo)注關(guān)鍵步驟和注意事項(xiàng)，預(yù)習(xí)中設(shè)置恰當(dāng)?shù)膯栴}，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行觀察與思考[6]。

2.培養(yǎng)良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣是科研基本功，對(duì)保證實(shí)驗(yàn)的成功至關(guān)重要。要求學(xué)生把安全第一放在首位，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注試劑化學(xué)品安全，做好防護(hù)措施，掌握事故的處理流程。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課不注意培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，本課程要求學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的固體液體廢棄物按照學(xué)校的要求規(guī)范處理，實(shí)驗(yàn)行為對(duì)環(huán)境友好。儀器操作嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)流程，做完實(shí)驗(yàn)需收拾臺(tái)面，藥品與器材使用完要放回原位，移液槍要調(diào)回最大量程，保持實(shí)驗(yàn)室干凈整潔。

3.師生互動(dòng)。有別于以前的課程受限于時(shí)代發(fā)展和技術(shù)限制，本課程在教學(xué)中充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+”載體進(jìn)行師生互動(dòng)，建立需上本課程同學(xué)的微信群，從網(wǎng)絡(luò)中搜索或者拍攝實(shí)驗(yàn)規(guī)范操作的小視頻，在微信群里共享，鼓勵(lì)學(xué)生上傳分享實(shí)驗(yàn)相關(guān)視頻文獻(xiàn)。課前預(yù)習(xí)時(shí)，科學(xué)設(shè)置問題在微信群里發(fā)布，鼓勵(lì)學(xué)生提出問題解答問題，用心制作上課PPT，內(nèi)容充實(shí)豐富，上課時(shí)形式靈活多樣，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。每節(jié)課隨機(jī)抽人回答問題，促進(jìn)學(xué)生注意力集中。學(xué)生實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)困難或失敗時(shí)，注意引導(dǎo)學(xué)生控制單一變量找出原因，而不是直接告知結(jié)果。由于教材上與課程相關(guān)的最新技術(shù)涉及很少，課后可以在微信群上傳前沿文獻(xiàn)，拓展學(xué)生的思維，開闊學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。[7，8]

4.思維能力與學(xué)科交叉。引導(dǎo)學(xué)生用實(shí)驗(yàn)原理分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，培養(yǎng)科研思維能力，對(duì)于失敗的實(shí)驗(yàn)，探究失敗的原因。以氨基酸紙層析實(shí)驗(yàn)為例，在點(diǎn)樣和顯色時(shí)，均用電吹風(fēng)吹，有什么不同，原因是什么？在點(diǎn)樣時(shí)用電吹風(fēng)吹干再點(diǎn)樣，防止點(diǎn)的直徑過大，影響層析效果。顯色時(shí)使氨基酸和茚三酮反應(yīng)，需要加熱生成藍(lán)紫色物質(zhì)。由于本課程是納米與生物交叉課程，在學(xué)生掌握生物學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)原理和技能后，引導(dǎo)學(xué)生選取前沿納米材料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，研究其生物學(xué)特性，學(xué)會(huì)學(xué)科交叉，知識(shí)融合。例如用聚丙烯酰胺凝膠電泳技術(shù)研究氧化石墨烯與牛血清白蛋白的相互作用[9]。

5.規(guī)范的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。學(xué)術(shù)論文是科研成果的重要表達(dá)載體，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫有利于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)術(shù)論文寫作能力。要求學(xué)生完整地記錄實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)過程，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)必須忠于原始結(jié)果，記錄要準(zhǔn)確，不抄襲，并用統(tǒng)計(jì)學(xué)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，用規(guī)范的學(xué)術(shù)語言對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行描述和討論，實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的圖表格式要求規(guī)范，需有標(biāo)示，表格采用三線格[10]，同時(shí)注重讓學(xué)生積累英文專業(yè)詞匯，為未來閱讀文獻(xiàn)、從事科研論文寫作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。教師批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)認(rèn)真仔細(xì)，評(píng)分客觀。

四、課程評(píng)價(jià)

合理的課程評(píng)價(jià)體系有利于提升教學(xué)效果。很多實(shí)驗(yàn)課程的考核局限于實(shí)驗(yàn)報(bào)告的評(píng)價(jià)，而忽略了平時(shí)實(shí)驗(yàn)課程學(xué)生表現(xiàn)的考核，不能科學(xué)全面地反映學(xué)生的實(shí)驗(yàn)水平。本課程設(shè)置為考試成績，平時(shí)成績占90%，期末考試占10%。平時(shí)成績?yōu)槊抗?jié)實(shí)驗(yàn)課的平均分。每次實(shí)驗(yàn)課成績?cè)O(shè)為滿分100，由實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)（10分）、課堂表現(xiàn)（40分）及實(shí)驗(yàn)報(bào)告（50分）組成。（1）實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)情況通過檢查預(yù)習(xí)報(bào)告和提問題考查預(yù)習(xí)效果。課堂表現(xiàn)考核可分為：操作技能（25分）、師生互動(dòng)（5分）、學(xué)生創(chuàng)新能力（5分）、實(shí)驗(yàn)態(tài)度和習(xí)慣（5分）。（2）課堂表現(xiàn)可考查學(xué)生關(guān)鍵步驟的進(jìn)行情況，如蛋白電泳中，配膠時(shí)加速劑四甲基乙二胺最后加。學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后，教師應(yīng)該確認(rèn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是否正常、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是否可靠。師生互動(dòng)主要考查教師問答時(shí)學(xué)生的回答情況以及學(xué)生主動(dòng)同教師交流溝通的情況。創(chuàng)新能力考查學(xué)生在出現(xiàn)問題時(shí)的解決辦法。實(shí)驗(yàn)態(tài)度考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)是否認(rèn)真仔細(xì)，實(shí)驗(yàn)習(xí)慣考查學(xué)生做完試驗(yàn)后儀器、藥品、固液廢物的處理情況及桌面整潔情況。（3）實(shí)驗(yàn)報(bào)告包括實(shí)驗(yàn)原理、步驟（10分）、實(shí)驗(yàn)結(jié)果（10分）、現(xiàn)象分析與探究（10分）、思考題（10分）、報(bào)告整潔度（10分）。期末考試可安排筆試，考查實(shí)驗(yàn)理論知識(shí)及實(shí)驗(yàn)收獲[11，12]。

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