辛广伟， 孟世勇

(北京大学 生命科学学院 生物学国家级实验教学示范中心，北京 100871)

0 引 言

生物学作为一门实验科学，实验贯穿了科学发现和培养人才的整个过程。实验不仅传授知识、验证理论和掌握实验技能，更重要的是培养学生严谨的科学态度、较强的独立工作能力和良好的生物学素质[1]。因此，实验教学一直是生物本科教育中极其重要的一环。为了更好的培养创新型生命科学人才，进入本世纪，全国各个大学纷纷整合资源，建立教学实验中心[2-5]。经过10多年的建设，实验教学取得了丰硕的成果，从原来的以基础验证实验为主到现在的有较多的探索实验、有开放实验室等，使得全国的生物学实验教学上了一个新台阶，在培养学生动手能力、创新能力方面成果显著。

虽然本科生生物学实验教学已经取得很大的进步，但随着国家招生政策的变化和生物学技术的快速发展，实验教学仍面临着很多新的挑战。那么，新形势下的生物实验教学应该做出那些变动?

1 面临的新挑战

1.1 本科生来源变化导致学生入校时起点不一

在自主招生政策实行以前，各大学的学生生源是由绝大部分的普通高考生和少量保送生构成。而在实行自主招生之后，一些重点大学的学生生源就发生了显著变化，主要由自主招生、竞赛保送生、高考生第一志愿和部分高考调剂生构成。例如，北京大学生命科学学院2015年来自竞赛保送和自主招生的学生已经占68%，是主要的生源来源途径。

生源来源的变化直接导致本科生在入校时的生物知识基础不一致。奥赛保送生和自主招生他们对生物学感兴趣，对生物学某些分支学科有了较为深入的了解，生物学基础知识也相对较为扎实。其缺陷在于基础知识不全面，某些操作技能不规范。虽然可以独立完成一些基本的实验操作，但对如何进行生物学研究的理解也尚未深入。高考第一志愿的学生，他们也对生物学感兴趣，学习劲头足，但是基础实验操作能力相对薄弱。还有一批是高考调剂生，这部分学生可能并不喜欢生物，而是由于各种其他的客观原因来到了生科院，他们生物学基础相对薄弱较差，部分学生甚至想着转系、换专业，不愿意选修实验课程。

鉴于生源的变化，学生入校时的基础有强有弱，那么如何才能有针对性地培养好不同层次的学生，使学生们在上课时既不会因为重复学习某些实验技能而浪费时间，又能真正培养出现代生命科学需要的人才，就成了现代实验教学中心急需解决的问题。

1.2 实验课程日趋多样化，学分限制成为选课瓶颈

自从上世纪初引入博物学以来，生命科学发展迅速，目前已经发展成一个包括植物、动物、微生物、遗传学、细胞、生化、分子、生物信息和生物生态等十几门分支学科，几乎每门分支学科都有相应的实验课。以我校生命科学院为例，目前该院教学实验中心开设的实验课除了上述经典学科的实验课程外，还针对当今生命科学的最新进展，开设了细胞的基因编辑技术、生物大分子相互作用实验、抗体技术及其应用等高级技术类实验，共计近20门实验课程[6-7]。以上课程有基础实验、综合性实验以及针对最新实验技术展开的技术培训类实验，对于巩固理论基础，掌握前沿的生物技术具有非常重要的促进作用。然而目前本科生毕业实验课要求学分是6个学分，这就形成了课程多而学时少的矛盾。如何才能在有限的课时内完成对学生的生物学实验技能的训练是个值得深思的问题。

1.3 越来越多本科生进入PI实验室，传统实验教学渐失去吸引力

目前很多大学的生科院在鼓励本科生进PI(课题负责人)实验室参与科研训练，由此学生直接参加实际的课题研究。如，我校先后建立了“北京大学校长基金”“北京大学泰兆基金”和“北京大学莙政基金”等有数个科研基金，鼓励本科生进入科研组进行实践。生命科学学院所有的PI实验室均向本科生开放。目前，生命学院目前有33%的二年级本科生和42%的三年级本科生在实验室进行科研课题研究。本科生进入PI实验室这种学习方式可以直接接触科学前沿，对于鼓励学生思考、提出问题并解决问题等科研思维的训练以及动手能力的培养都具有积极的作用，很多学生甚至在本科期间就发表了高水平的科研论文。2014～2015年3月，生命科学学院共有18位学生在有关SCI期刊上发表了论文。

然而上述培养方式也有一些缺点。①本科生在科研组得到PI亲自指点的机会并不多，一般是跟随实验室的研究生做实验，研究生的水平本身就参差不齐，本科生所参与的“科研”技术重复过多，有“搬砖”之嫌。②本科生在科研组参与真正科研耗时很长，最容易导致的结果是对某个领域的某一点了解的特别清楚而对整个大学科认识不足。比如，在植物系统进化方向的科研组，本科生的主要工作是采样、PCR、建系统树，有时会切片看形态，但他们并未完全掌握整个植物生物学的很多基本技能和知识。③学生在科研组虽然受到了最前沿的科研训练，但对于文献阅读、论文写作和学术交流(Presentation)等方面也并未得到系统的训练。那么如何看待本科生进PI实验室？如何使学生们在科研组不再搬砖而真正受到全方位的训练是生物学实验教学需要面临的新问题。

面对这些新的挑战，实验教学中心必须重新树立自己的定位，探索如何确保生物专业的学生在毕业时既具备过硬的基础实验技能，又保证基础良好的优秀学生免于重复性的实验技能学习，将更多时间投入到科研实践中。

2 解决途径

2.1 重视基础实验课，同时增加课前考核

在实际的教学中发现，实验课对于学生得到标准的实验操作训练，加深对生物学理论的理解和应用有着不可替代的作用。比如，遗传学中雄蝇不重组的知识点，很多学生感到难以理解也不知其在实际研究中有何应用价值，但是在经过三点测交和果蝇工具果蝇杂交实验后，多数学生对知识点有了较深刻理解。生物学科本就是实验学科，因此笔者建议，应该针对刚刚入校的本科生，制定一门必修的、整合生物各学科的核心概念和基础操作的实验课，让学生受到规范的操作训练，有了扎实的基础后再参加实际的科研。

鉴于生源的多样性，为了避免对某些确实是高水平的本科生造成重复培训和时间浪费，可以在课程开始前一周进行操作考核，通过考核的学生可以不必再修基础实验课。

2.2 打破学科界限，增设综合类实验课程

随着现代生命科学的发展，实际科研中解决问题的手段已经不再靠单纯某一学科或某一种技术，而是多学科多层次地去研究。现代实验课的设计也要遵循实际科研的研究思路，打破学科与学科之间的界限，建立综合性实验课程。如研究某一基因的功能，可以按照从基因的克隆、突变体构建开始(分子)，到蛋白的表达纯化(生化)，到细胞的定位观察(细胞)，再到组织和成体功能研究(遗传发育)这样的理念去设计一门综合课程。

综合性课程有以下3个优势：①课程以问题为主导，提高了学生兴趣和参与度。②与之前各学科独自开设实验课时相比，实际的课程量得到压缩，有效解决了课程多而学分不足的矛盾。③课程更为实用，学生们可以将所学立刻应用到实际的科研中。

2.3 充分利用本科生资源，开设高级研究性实验课

本科实验教学人数较多，操作相对简单但重复次数很高。针对此特点，普通的实验课只要经过细致规划，本科生不仅能得到专业技能训练，而且在训练过程中可得到大量重要的科研数据可供进一步研究。

经过查阅国外相关教学文献[8-12]，以及对UCLA、MIT等名校负责实验教学的教师进行实地访谈，笔者认为在教学和科研相结合的教学模式中，美国UCLA的霍华德·休斯医学研究所(Howard Hughes Medical Institute)的遗传学实验课的教学模式值得国内教学借鉴。在过去2年中，UCLA创新性地将138名的本科生的遗传实验课与前沿的果蝇的基因组功能研究有机结合起来，并发表了一系列具有高影响力的科研文章[13-15]。UCLA遗传实验的教学具有3个显著的特色，①教学与科研相结合，紧跟学科前沿，并可以得到大量的科研数据，最终发表科研文章。②教学中没有指定的教材，而是老师根据本学期的实验内容进行讲解，并把一些学科的基本概念涵盖其中。③开放本科教学实验室，让学生随时可以做实验。改变了以往“下课后实验就结束”的传统，调动了学生的兴趣，大大提高了学生的参与度。虽然每次的实验操作方法是类似的，但是整体的实验内容却不重复，而是在一步步地向前推进，让学生实际体验科研的过程，锻炼了学生发现问题、解决问题和论文撰写的能力，并使学生之间的团队协作精神有很大提高。

2.4 有效管理学生进PI实验室

本科生进PI实验室是一种新的培养方式，然而也存在老师对学生直接指导不足、学生“放羊”管理、学术写作与交流能力培训不系统等问题。针对这些问题，中心应把本科生进PI实验室学习当成一门课程来管理。定期(比如2周1次，不建议超过1个月)开1次学术报告，每个班由2或3名教学中心的老师组成指导团，跟踪学生的进展，并针对学生的学术写作与交流能力进行针对性指导。这样做既可以让学生们重视进入实验室的学习，又可以侧面督促PI对学生的管理和指导，让学生既接触到最前沿的科研训练，又能真正有所收获和进步。

3 结 语

面对新时期新的挑战，实验教学也应该做出相应的改变，对不适应时代的教学模式和内容做出变革。但是变革是基于一步步的探索，不是一蹴而就。比如，实验考核通过的标准就需要各专业的老师进行讨论。如何量化学生的操作规范程度？实验最终结果的成功与否能否作为考试结果的主要参考？鉴于实际科研中常会实验失败并重复，真正考试时可否允许学生重复？这些都是需要讨论的问题。

随着高校对本科科研投入的增加和对本科生科研的鼓励，基础实验教学也必须跟实际的科研结合起来。UCLA的教学科研相长的模式非常值得借鉴。在国内的某些著名高校，比如北京林业大学，已经建立了开放实验室并且取得了较好的教学效果[16-17]，这种开放实验室的模式也值得推广和学习。

尽管现在高校的本科实验教学面临种种挑战，但是必须强调实验教学在生物教学中不可或缺的重要性。实验教学虽然基础但是全面，分子、生化、遗传、细胞、生理、微生物等所有专业的科研所需的基本操作都可以在实验教学中得到训练。只要时时以创新精神、创新理念要求自己、时时把学生的需求放在第一位，并拥有一支素质过硬的教师队伍，实验教学一定能在新时代生物人才的培育中发挥基础性和引导性的重要作用。