淺談本科生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)體會(huì)

張曉雨 楊超 郜業(yè)蜜 張巨彪 閆名峰

摘要：科研思維和創(chuàng)新能力是當(dāng)代生物醫(yī)學(xué)大學(xué)生亟待擁有的素質(zhì)。本文作者結(jié)合自己參與“大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”項(xiàng)目一年的經(jīng)歷，從學(xué)生角度淺談大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生科研素質(zhì)和創(chuàng)新能力的影響，以期為完善大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)制度提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：生物學(xué);大學(xué)生;創(chuàng)新性試驗(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）18-0070-04

一、引言

2006年11月教育部啟動(dòng)國家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，該計(jì)劃是在國家層面實(shí)施直接面向大學(xué)生立項(xiàng)的創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃，旨在培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題的能力，建立高校創(chuàng)新文化，是新形勢(shì)下推動(dòng)人才培養(yǎng)工作的一項(xiàng)重要舉措[1]。蚌埠醫(yī)學(xué)院生物科學(xué)系以國家大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃為指導(dǎo)，安排實(shí)施該項(xiàng)目，旨在培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新能力，培養(yǎng)思維創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新專業(yè)型人才，為學(xué)生今后的發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。筆者作為項(xiàng)目成員參與并完成了校省級(jí)重點(diǎn)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“喹唑啉類化合物抗腫瘤活性的初步篩選及作用機(jī)制的探究”?，F(xiàn)就此談?wù)勎医M成員參與蚌埠醫(yī)學(xué)院生物科學(xué)系大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的收獲與體會(huì)。

二、項(xiàng)目實(shí)施模式

（一）項(xiàng)目申請(qǐng)

蚌埠醫(yī)學(xué)院生物科學(xué)系本著興趣驅(qū)動(dòng)的原則，首先向全系學(xué)生宣傳我系教師的科研方向，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣與相關(guān)教師交流溝通，在老師的引導(dǎo)下學(xué)生開始查閱相關(guān)資料、選題、設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)其選題目標(biāo)的成功和高質(zhì)量，每一組學(xué)生數(shù)量應(yīng)有限，且他們應(yīng)該具備一定的專業(yè)知識(shí)。大學(xué)一年級(jí)處于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目的基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)階段，因而該項(xiàng)目主要成員應(yīng)從大二學(xué)年或大三學(xué)年的學(xué)生中挑選。系部本著學(xué)生自愿報(bào)名、導(dǎo)師擇優(yōu)錄取的原則，鼓勵(lì)學(xué)科交叉融合，鼓勵(lì)申請(qǐng)者由3～5人聯(lián)合申報(bào)，每個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目組至少有1名專業(yè)教師為指導(dǎo)[2]。我們實(shí)驗(yàn)組根據(jù)自身的科研興趣開展了“喹唑啉類化合物抗腫瘤活性的初步篩選及作用機(jī)制的探究”項(xiàng)目計(jì)劃，共有2個(gè)專業(yè)5名同學(xué)參與。

（二）實(shí)驗(yàn)過程

研究項(xiàng)目確立以后，我們馬上根據(jù)研究目的查閱資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。首先以SMMC7721細(xì)胞為模型，在導(dǎo)師指導(dǎo)下從細(xì)胞復(fù)蘇開始，逐步進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)，細(xì)胞種板，加藥，通過MTT法測(cè)定藥物在不同濃度下作用24h、48h、72h后SMMC7721細(xì)胞的活性，并通過拍照觀察細(xì)胞形態(tài)變化，以DMSO作為陰性對(duì)照，吉西他濱作為陽性對(duì)照，篩選抑制率高且細(xì)胞毒性較小的藥物。在此基礎(chǔ)上利用流式細(xì)胞術(shù)研究藥物對(duì)細(xì)胞周期及凋亡的影響，進(jìn)一步通過蛋白質(zhì)免疫印跡等方法探究優(yōu)效藥物的作用機(jī)制。在每個(gè)階段結(jié)束時(shí)，定期開展小組相關(guān)文獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)進(jìn)度匯報(bào)，并對(duì)項(xiàng)目目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)程度進(jìn)行評(píng)估（基本實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)見表1）。

（三）結(jié)題答辯

申請(qǐng)結(jié)題首先通過院系的預(yù)答辯，然后參加校級(jí)答辯。本組成員合理分工，小組成員2人制作PPT，2人整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，1人查閱相關(guān)文獻(xiàn)，小組成員根據(jù)結(jié)題要求如實(shí)匯報(bào)項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)展、取得的實(shí)驗(yàn)成果及項(xiàng)目實(shí)施過程中的收獲與體會(huì)等。

三、國家創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃對(duì)本科生全面素質(zhì)的提升

21世紀(jì)隨著生物學(xué)的快速發(fā)展，已滲透到醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、食品、環(huán)保等各個(gè)領(lǐng)域[3]。傳統(tǒng)生物學(xué)教學(xué)觀念和教學(xué)方式主要是以教師為中心，學(xué)生是被動(dòng)的信息接受者，基本是通過講座、講義、筆記、實(shí)習(xí)和一些多媒體教學(xué)，已經(jīng)不能很好地滿足現(xiàn)代生物學(xué)教學(xué)的需要。本科生參與科研創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)從以教師為中心到以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)，不但可以提高大學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力，還可以進(jìn)一步提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、自我規(guī)劃管理能力、科研素養(yǎng)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，促進(jìn)自身全面發(fā)展，為今后參與科研活動(dòng)奠定良好基礎(chǔ)。

（一）自主學(xué)習(xí)能力

本研究的項(xiàng)目完全根據(jù)學(xué)生的興趣來確立的，所以學(xué)生的主動(dòng)性和參與性很強(qiáng)。對(duì)分析相關(guān)專業(yè)文獻(xiàn)有著很大的熱情，在整個(gè)過程中潛移默化地培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力[4]。

同時(shí)，在研究過程中學(xué)生能感受到老師的鼓勵(lì)，更自信地進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。積極的方法論會(huì)激發(fā)學(xué)生更有效地獲取知識(shí)，在我們進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的過程中，導(dǎo)師非常注重發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，堅(jiān)持學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，鼓勵(lì)、增強(qiáng)我們的學(xué)習(xí)動(dòng)力、批判性思維。參與項(xiàng)目前，我們只是知道自己對(duì)抗腫瘤藥物的研究感興趣，但是我們對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一無所知，所以導(dǎo)師根據(jù)我們的情況首先對(duì)我們展開了小組文獻(xiàn)檢索的教學(xué)，詳細(xì)介紹了中國知網(wǎng)、NCBI（National Center for Biotechnology Information）、萬方等數(shù)據(jù)庫的使用方法，為我們自主學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)打開了渠道。在實(shí)驗(yàn)之前，老師并不是直接把實(shí)驗(yàn)流程告訴我們，而是讓我們先上網(wǎng)查閱資料和視頻，根據(jù)自己的研究目的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。然后根據(jù)研究方案做好實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備，進(jìn)一步開展預(yù)試驗(yàn)。預(yù)試驗(yàn)中會(huì)出現(xiàn)很多想想不到的問題，于是我們根據(jù)這些問題進(jìn)一步討論分析，查閱文獻(xiàn)或者向?qū)煂で髱椭?，然后進(jìn)一步準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，老師要求我們整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，自己寫一份實(shí)驗(yàn)總結(jié)論文，剛剛接觸論文的我們對(duì)于論文的寫作格式一竅不通，甚至連導(dǎo)入?yún)⒖嘉墨I(xiàn)名都不會(huì)，經(jīng)過小組同學(xué)在一起討論學(xué)習(xí)，上網(wǎng)查閱優(yōu)秀論文和計(jì)算機(jī)操作教程，慢慢學(xué)會(huì)了寫論文。經(jīng)過了一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的培養(yǎng)，我組成員已熟練掌握文獻(xiàn)檢索的步驟，了解論文撰寫的基本要求，自主學(xué)習(xí)能力得到了明顯的提高。

（二）創(chuàng)新思維能力

創(chuàng)新是一個(gè)民族的靈魂，是一個(gè)國家發(fā)展的動(dòng)力。參與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)之前，我們僅僅從書本和課堂上攝取實(shí)驗(yàn)理論知識(shí)。進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之后，導(dǎo)師常教育我們不能機(jī)械式學(xué)習(xí)書本知識(shí)，不僅要扎實(shí)學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，還要在實(shí)驗(yàn)過程中勤思考、敢提問，尤其啟發(fā)我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)新的研究切入點(diǎn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出一些創(chuàng)新性的問題，這樣才有可能開創(chuàng)出創(chuàng)新性的領(lǐng)域或者途徑。比如圖1，我們根據(jù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以初步看出化合物M4，M5和M6對(duì)肝癌細(xì)胞SMMC7721都有作用，但是作用不盡相同。根據(jù)這個(gè)圖片結(jié)果，不同同學(xué)會(huì)有不同的見解，甚至是一些創(chuàng)新性見解。在實(shí)驗(yàn)過程中，導(dǎo)師提示我們?cè)诙酀舛?、多時(shí)間段進(jìn)行細(xì)胞活性檢測(cè)和毒性檢測(cè)，以尋找藥物的最佳作用濃度和時(shí)間;并根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出藥物可能導(dǎo)致的細(xì)胞的行為變化。在小組匯報(bào)時(shí)，導(dǎo)師提示我們自主查閱最新相關(guān)文獻(xiàn)，及時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)計(jì)劃、拓寬實(shí)驗(yàn)視野、擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)思路。在導(dǎo)師的幫助下，我組成員的科研思路已逐步形成，創(chuàng)新思維得到了很大的鍛煉。

（三）科研思維能力

惡性腫瘤作為世界上第二大致死性疾病，設(shè)計(jì)、合成、篩選出針對(duì)腫瘤發(fā)生機(jī)制的多環(huán)節(jié)作用的新型抗腫瘤藥物已成為目前國內(nèi)外關(guān)注的焦點(diǎn)。那么如何選題是我們面臨的第一個(gè)問題，在導(dǎo)師的引導(dǎo)下，我們認(rèn)識(shí)到小分子靶點(diǎn)藥物是目前抗腫瘤的藥物的主要研究方向。而根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，第一個(gè)小分子靶點(diǎn)藥物吉非替尼就是在喹唑啉類藥物PD153035的基礎(chǔ)上改造出來的，但是長期使用會(huì)產(chǎn)生耐藥性。而喹唑啉是一種雜環(huán)類化合物，結(jié)構(gòu)多變，所以我們想能不能在喹唑啉活性母核的基礎(chǔ)上改造，合成篩選出活性更、高毒性更小，選擇性更強(qiáng)的小分子靶點(diǎn)藥物呢？基于這種假設(shè)我們的選題“喹唑啉類化合物抗腫瘤活性的初步篩選及作用機(jī)制的探究”就產(chǎn)生了。

導(dǎo)師幫助我們聯(lián)系合作團(tuán)隊(duì)開展新性喹唑啉化合物的合成。同時(shí)，我們這邊緊鑼密布地開始查閱文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)抗腫瘤藥物體外篩選及作用機(jī)制研究方案。對(duì)文獻(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)，體外抗腫瘤藥物篩選的基本思路和方法是：首先抗腫瘤藥物活性篩選，用到的主要方法是MTT比色法和形態(tài)觀察法;在此基礎(chǔ)上對(duì)活性高的化合物進(jìn)行毒性測(cè)試，實(shí)驗(yàn)方法主要是乳酸脫氫酶活性測(cè)試（LDH）和形態(tài)觀察法;在此基礎(chǔ)上對(duì)活性較高毒性較小的藥物進(jìn)行作用機(jī)制的初步研究，主要是根據(jù)前期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果考察藥物對(duì)細(xì)胞增殖和凋亡的影響，用到的方法主要是流式細(xì)胞術(shù)和免疫印跡。在此基礎(chǔ)上我們擬定實(shí)驗(yàn)方案，開始實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)前我組成員將所有的實(shí)驗(yàn)儀器用具進(jìn)行滅菌，配置好實(shí)驗(yàn)所需試劑。首先進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)：從液氮罐中取出凍存細(xì)胞，37℃水浴1分鐘復(fù)蘇，然后在5% CO2、37℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。待細(xì)胞生長狀態(tài)良好時(shí)，進(jìn)行細(xì)胞種板和加藥，加藥24h、48h、72h后進(jìn)行形態(tài)學(xué)觀察，再加MTT4h后加SDS，隔夜測(cè)酶標(biāo)。細(xì)胞種6孔板，提蛋白進(jìn)行Western blot分析蛋白表達(dá)量。

我們預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是：將藥物作用于細(xì)胞之后，細(xì)胞的形態(tài)特征、增殖、凋亡都有明顯變化。而且，在不同藥物作用時(shí)間梯度和藥物濃度梯度，各項(xiàng)指標(biāo)都有明顯的變化。我們會(huì)從中選出藥物作用效果好且細(xì)胞毒性小的藥物做進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)。并將此藥物重新設(shè)置更為細(xì)化的濃度梯度和時(shí)間梯度，選出最適作用時(shí)間和最適作用濃度，并將細(xì)胞收集做流式細(xì)胞分析，在此基礎(chǔ)上裂解細(xì)胞提取蛋白進(jìn)行Western blot，以此初步分析藥物作用機(jī)理。

經(jīng)多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)后，整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析討論。在導(dǎo)師指導(dǎo)下，小組成員一起對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行反思，總結(jié)，進(jìn)行小組匯報(bào)，由導(dǎo)師給出意見和建議，最后進(jìn)行結(jié)題匯報(bào)。

通過對(duì)比預(yù)期結(jié)果和實(shí)際結(jié)果，我們感覺自己的科研思維存在很大的局限性。在設(shè)計(jì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，沒有客觀考慮到實(shí)驗(yàn)課題的優(yōu)劣性，也沒有很好的結(jié)合實(shí)際情況，盡量避免實(shí)驗(yàn)時(shí)間不充分的弊端等，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果和預(yù)期結(jié)果存在較大差異。與此同時(shí)，我們對(duì)于意料之外的實(shí)驗(yàn)結(jié)果重點(diǎn)分析，學(xué)習(xí)到了更多的知識(shí)。

從選題，設(shè)計(jì)研究方案，實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備，預(yù)試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果開展下一步實(shí)驗(yàn)，再實(shí)驗(yàn)，對(duì)研究結(jié)果總結(jié)分析，結(jié)題匯報(bào)，這個(gè)一個(gè)流程下來，所有參加的小組成員科研思維有了極大的提高。

（四）科研實(shí)踐能力

首次參與科研實(shí)踐活動(dòng)，我組成員缺乏實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)室安全、實(shí)驗(yàn)儀器使用、實(shí)驗(yàn)試劑配制等不太了解。細(xì)胞培養(yǎng)初期，我們?cè)囼?yàn)選取的SMMC 7721細(xì)胞需要用90%RPMI1640培養(yǎng)基+10%胎牛血清（FBS）+1%雙抗（青霉素+鏈霉素），但是由于我們初次培養(yǎng)細(xì)胞，錯(cuò)用了DMEM培養(yǎng)基，導(dǎo)致細(xì)胞生長狀態(tài)極差，使實(shí)驗(yàn)進(jìn)度被耽擱。加上惰性貪玩，經(jīng)常忘記寫實(shí)驗(yàn)記錄，所以每次接觸新實(shí)驗(yàn)之后，都不能很好地掌握實(shí)驗(yàn)流程和實(shí)驗(yàn)儀器的正確使用，例如初期使用微量移液器時(shí)，我們總是忘記打出液體時(shí)按到第二檔，之前也從未了解過懸浮細(xì)胞和貼壁細(xì)胞的培養(yǎng)方法。由于以前沒有接觸過細(xì)胞培養(yǎng)，所以對(duì)細(xì)胞培養(yǎng)的無菌要求認(rèn)識(shí)不足，導(dǎo)致細(xì)胞經(jīng)常染菌。在導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下，我們從細(xì)胞培養(yǎng)學(xué)起，反復(fù)實(shí)驗(yàn)，逐漸熟悉了藥物篩選及藥物作用機(jī)制研究的基本流程。同時(shí)，我們實(shí)際的實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有預(yù)期實(shí)驗(yàn)?zāi)菢颖M如人意。在實(shí)際操作中，我們發(fā)現(xiàn)藥物的最佳作用濃度和最佳作用時(shí)間往往沒有明顯的相關(guān)性，且細(xì)胞毒性結(jié)果顯示一些作用效果較好的藥物細(xì)胞毒性也較大。我們通過查閱資料，分析造成這個(gè)結(jié)果的原因：抗癌藥物作用機(jī)理主要是通過抑制癌細(xì)胞增殖和促進(jìn)細(xì)胞凋亡，且隨著藥物作用時(shí)間的延長，不管是效果較好的藥物還是效果較差的藥物，都能有效的抑制癌細(xì)胞增殖。這也解釋了為什么作用時(shí)間和作用濃度沒有很好的相關(guān)性。我們反復(fù)實(shí)驗(yàn)不斷分析，科研實(shí)踐能力顯著增強(qiáng)。經(jīng)過一年半的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，我組成員已經(jīng)可以獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，熟練完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作，掌握多種實(shí)驗(yàn)儀器的使用，并利用SPSS軟件分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，收獲頗多。

（五）團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力

沒有優(yōu)秀的個(gè)人，只有優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)。21世紀(jì)，是知識(shí)經(jīng)濟(jì)、信息經(jīng)濟(jì)發(fā)展的時(shí)代，團(tuán)隊(duì)發(fā)展與合作以及資源的開發(fā)與共享越發(fā)重要。一個(gè)優(yōu)秀的大學(xué)生應(yīng)該具備高度的責(zé)任感和團(tuán)隊(duì)凝聚力。我們課題組包括生物科學(xué)和生物技術(shù)兩個(gè)專業(yè)的5名同學(xué)，從互不相識(shí)到團(tuán)結(jié)合作，為實(shí)現(xiàn)課題實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)共同努力。實(shí)驗(yàn)前我們進(jìn)行合理細(xì)致的分工，實(shí)驗(yàn)中不斷磨合，實(shí)驗(yàn)后經(jīng)常在一起討論實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié)，相互學(xué)習(xí)，互相配合，增加了我們之間的互動(dòng)，培養(yǎng)增進(jìn)了友誼。實(shí)驗(yàn)間隙，小組成員建立了微信群和QQ群，經(jīng)常在群里交流自己的實(shí)驗(yàn)心得，資源共享，一起解決實(shí)際的日常問題，分析我們自身的優(yōu)缺點(diǎn)。我們實(shí)驗(yàn)組團(tuán)結(jié)一致，積極主動(dòng)，各司其職，為我組實(shí)驗(yàn)的圓滿完成盡到了自己的應(yīng)有的責(zé)任，具體分工見表2[5]。

四、結(jié)語

大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)對(duì)拓寬我們本科生的視野，培養(yǎng)我們的創(chuàng)新思維和動(dòng)手操作能力有重要意義——幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和應(yīng)用學(xué)科內(nèi)容，發(fā)展創(chuàng)新性和批判性思維能力，并獲得終身學(xué)習(xí)、交流能力，以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等[6]。積極參與國家大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃，大學(xué)生應(yīng)具備一定的專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)和高度的責(zé)任感，以興趣為前提，認(rèn)真學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)操作技能，有意識(shí)地培養(yǎng)科研思維。善于提出、剖析、解決問題，及時(shí)跟上時(shí)代發(fā)展的腳步，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下不斷完善實(shí)驗(yàn)方案，與團(tuán)隊(duì)共進(jìn)步[7]。