纳米生物学交叉学科实验教学与实践

甘牡丹 左静蕊

摘要：实验课程是理论和实践相结合的重要教学途径。文章结合教学实践从纳米生物学交叉学科实验教学的课程意义、课程内容、教学方法和评价体系等方面总结了纳米生物学实验的教学探索及其课程设计，同时提出了改进纳米生物学交叉学科的实验教学方法，为纳米生物学实验的教学提供了参考。

关键词：纳米生物学实验课程;教学方式;思维培养;交叉实验

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）50-0279-02

纳米技术对国家科技发展至关重要，为国家的战略性新兴产业。纳米生物学实验课程为我院纳米医学培养方向核心课程，其理论课程是纳米生物学。纳米生物学实驗课程是按照我院的“具有创新思维能力、具备学科交叉优势、拥有国际化视野”的创新人才培养理念开设的一门专业必修课。作为实验课程，能培养学生将理论知识应用到实践当中去，增强学生实验技能和科研素养，在创新能力培养、解决问题能力中发挥着重要的作用[1]。

一、课程重要性

纳米材料尺寸为1nm—100nm，由于其粒径小、比表面积大，具有独特的理化性质，生物相容性佳、毒性低、易于修饰改造等特点，广泛应用于生物学、医学领域，并已在生物荧光标记、生物传感器、靶向药物和基因传输、抗菌抗肿瘤治疗等方面取得重要进展。纳米材料在生物医学领域具有广阔的应用前景，必将为人类健康贡献新的策略[2，3]。

纳米生物学交叉实验课程为交叉学科，交叉学科教育的核心是知识的整合，其过程是各个学科的相互作用，其目标是培养学生解决复杂问题的能力[4]。因此，本课程的开设便于学生准确理解纳米材料在进入生物体后，与生物体内各种生物功能分子相互作用后所展现的生物学效应及作用机制，掌握生物学基础实验理论知识和实验技能，掌握纳米科学研究的基本方法和设计原则，培养具有科学思维，解决纳米科技领域复杂问题的人才[5]。

二、课程内容

纳米生物学实验课程为纳米医学培养方向核心课程，3个学分，108个课时，以人和动物体的三大基础营养物质蛋白质、脂肪、糖类，重要的遗传物质DNA为实验对象，生物基础实验为方法设置了35个实验，课程内容包括生物化学基础实验、分子生物学基础实验、细胞生物学基础实验和微生物学基础实验四个部分，每一个部分均先介绍基础实验，然后设立与之紧密联系的纳米生物交叉实验[5]。通过一系列基础实验让学生掌握必备的实验技能，为学生打下坚实的实验基础。所选实验项目均为精选经典实验，反映的是生物功能分子最重要的特性。比如蛋白质的颜色反应实验中，蛋白质因含有肽键，与硫酸铜发生双缩脲反应，蛋白质与印三酮发生颜色反应，均是鉴定蛋白质的经典反应。

三、教学方式

1.实验预习。在实验进行前，学生需理解实验原理，熟悉实验流程，把握实验的关键点，才能流畅地进行实验，在实验中充分观察实验现象，敏锐地捕捉异常现象，对实验原理、过程进行思考与创新。大部分实验课要求学生写预习报告时没有明确要求和效果检验，学生只是照抄课本，预习效差。因此本课程要求学生在实验课前预习并写预习报告，弄清楚实验原理和实验目的并用简洁的语言概述，用流程图画出实验步骤，并标注关键步骤和注意事项，预习中设置恰当的问题，引导学生进行观察与思考[6]。

2.培养良好的实验习惯。良好的实验习惯是科研基本功，对保证实验的成功至关重要。要求学生把安全第一放在首位，引导学生关注试剂化学品安全，做好防护措施，掌握事故的处理流程。传统实验课不注意培养学生的环保意识，本课程要求学生对实验产生的固体液体废弃物按照学校的要求规范处理，实验行为对环境友好。仪器操作严格按照标准流程，做完实验需收拾台面，药品与器材使用完要放回原位，移液枪要调回最大量程，保持实验室干净整洁。

3.师生互动。有别于以前的课程受限于时代发展和技术限制，本课程在教学中充分利用“互联网+”载体进行师生互动，建立需上本课程同学的微信群，从网络中搜索或者拍摄实验规范操作的小视频，在微信群里共享，鼓励学生上传分享实验相关视频文献。课前预习时，科学设置问题在微信群里发布，鼓励学生提出问题解答问题，用心制作上课PPT，内容充实丰富，上课时形式灵活多样，增强学生学习兴趣。每节课随机抽人回答问题，促进学生注意力集中。学生实验出现困难或失败时，注意引导学生控制单一变量找出原因，而不是直接告知结果。由于教材上与课程相关的最新技术涉及很少，课后可以在微信群上传前沿文献，拓展学生的思维，开阔学生的视野，激发学生的学习兴趣。[7，8]

4.思维能力与学科交叉。引导学生用实验原理分析实验现象，培养科研思维能力，对于失败的实验，探究失败的原因。以氨基酸纸层析实验为例，在点样和显色时，均用电吹风吹，有什么不同，原因是什么？在点样时用电吹风吹干再点样，防止点的直径过大，影响层析效果。显色时使氨基酸和茚三酮反应，需要加热生成蓝紫色物质。由于本课程是纳米与生物交叉课程，在学生掌握生物学基础实验原理和技能后，引导学生选取前沿纳米材料，设计实验，研究其生物学特性，学会学科交叉，知识融合。例如用聚丙烯酰胺凝胶电泳技术研究氧化石墨烯与牛血清白蛋白的相互作用[9]。

5.规范的实验报告。学术论文是科研成果的重要表达载体，实验报告的撰写有利于培养学生学术论文写作能力。要求学生完整地记录实验原理、实验过程，实验数据必须忠于原始结果，记录要准确，不抄袭，并用统计学对数据进行统计处理，用规范的学术语言对实验现象和实验中出现的问题进行描述和讨论，实验中出现的图表格式要求规范，需有标示，表格采用三线格[10]，同时注重让学生积累英文专业词汇，为未来阅读文献、从事科研论文写作打下坚实的基础。教师批改实验报告时认真仔细，评分客观。

四、课程评价

合理的课程评价体系有利于提升教学效果。很多实验课程的考核局限于实验报告的评价，而忽略了平时实验课程学生表现的考核，不能科学全面地反映学生的实验水平。本课程设置为考试成绩，平时成绩占90%，期末考试占10%。平时成绩为每节实验课的平均分。每次实验课成绩设为满分100，由实验预习（10分）、课堂表现（40分）及实验报告（50分）组成。（1）实验预习情况通过检查预习报告和提问題考查预习效果。课堂表现考核可分为：操作技能（25分）、师生互动（5分）、学生创新能力（5分）、实验态度和习惯（5分）。（2）课堂表现可考查学生关键步骤的进行情况，如蛋白电泳中，配胶时加速剂四甲基乙二胺最后加。学生完成实验后，教师应该确认实验现象是否正常、实验数据是否可靠。师生互动主要考查教师问答时学生的回答情况以及学生主动同教师交流沟通的情况。创新能力考查学生在出现问题时的解决办法。实验态度考查学生实验是否认真仔细，实验习惯考查学生做完试验后仪器、药品、固液废物的处理情况及桌面整洁情况。（3）实验报告包括实验原理、步骤（10分）、实验结果（10分）、现象分析与探究（10分）、思考题（10分）、报告整洁度（10分）。期末考试可安排笔试，考查实验理论知识及实验收获[11，12]。

参考文献：

[1]姜有声，许丹，张也，等.水生动物免疫学实验的教学与实践[J].教育教学论坛，2019，（20）：269-271.

[2]石勇，黄志.浅谈纳米材料在生物学及医学领域的应用[J].信息记录材料，2019，20（4）：25.

[3]郭玉明，王玲玲，张洁，等.纳米材料在生物学及医学领域的应用[J].化学通报，2011，74（2）：106-115.

[4]王冬梅.美国高校交叉学科教育研究综述[J].比较教育研究，2007，（3）：38-43.

[5]刘庄，许利耕，谭晓芳，等.纳米生物学交叉实验教程[M].北京：科学出版社，2017：1.

[6]黄妙龄，解庆范，陈延民，等.大学基础化学实验课程教学改革与实践[J].高教学刊，2018，（6）：105-107.

[7]赵占西，庄曙东，赵建华.互联网时代提高课堂教学效果的探索与实践[J].教育教学论坛，2019，（20）：131-133.

[8]张振琴，闫乐卡，姜慧君，等.浅谈基于“互联网+”的医用化学课堂师生互动[J].教育教学论坛，2019，（21）：172-173.

[9]戴占海，李凌燕，吕红英.如何在大学物理实验课程中培养学生的思维能力[J].赤峰学院学报，2019，35（3）：24-27.

[10]于宇.大学化学类实验教学与学生科研能力培养[J].实验教学，2017，（22）：141-142.

[11]徐晓娟，丁勇，单晶.大学实验课程改革与学生创新能力培养[J].科技创新导报，2015，（15）：230.

[12]任海荣，白广梅，谢亚勃，等.无机化学实验课考评体系的探索[J].教育教学论坛，2019，（22）：218-219.