浅谈本科生创新实践能力培养体会

1、    浅谈本科生创新实践能力培养体会    张晓雨 杨超 郜业蜜 张巨彪 闫名峰摘要：科研思维和创新能力是当代生物医学大学生亟待拥有的素质。本文作者结合自己参与“大学生创新实验计划”项目一年的经历，从学生角度浅谈大学生创新性实验对学生科研素质和创新能力的影响，以期为完善大学生创新实验制度提供参考依据。关键词：生物学;大学生;创新性试验：g642.0     文献标志码：a     ：1674-9324（2019）18-0070-04一、引言2006年11月教育部启动国家大学生创新性实验计划，该计划是在国家层面实施

2、直接面向大学生立项的创新训练计划，旨在培养大学生创造性思维，培养学生提出问题、分析问题、解决问题的能力，建立高校创新文化，是新形势下推动人才培养工作的一项重要举措1。蚌埠医学院生物科学系以国家大学生创新实验计划为指導，安排实施该项目，旨在培养大学生创新意识与创新能力，培养思维创新、技术创新专业型人才，为学生今后的发展奠定良好基础。笔者作为项目成员参与并完成了校省级重点创新性实验项目“喹唑啉类化合物抗肿瘤活性的初步筛选及作用机制的探究”。现就此谈谈我组成员参与蚌埠医学院生物科学系大学生创新性实验项目的收获与体会。二、项目实施模式（一）项目申请蚌埠医学院生物科学系本着兴趣驱动的原则，首先向全系学生

3、宣传我系教师的科研方向，学生可以根据自己的兴趣与相关教师交流沟通，在老师的引导下学生开始查阅相关资料、选题、设计。为了实现其选题目标的成功和高质量，每一组学生数量应有限，且他们应该具备一定的专业知识。大学一年级处于创新实验计划项目的基础理论学习阶段，因而该项目主要成员应从大二学年或大三学年的学生中挑选。系部本着学生自愿报名、导师择优录取的原则，鼓励学科交叉融合，鼓励申请者由35人联合申报，每个创新实验项目组至少有1名专业教师为指导2。我们实验组根据自身的科研兴趣开展了“喹唑啉类化合物抗肿瘤活性的初步筛选及作用机制的探究”项目计划，共有2个专业5名同学参与。（二）实验过程研究项目确立以后，我们马

4、上根据研究目的查阅资料，设计实验方案。首先以smmc7721细胞为模型，在导师指导下从细胞复苏开始，逐步进行细胞培养，细胞种板，加药，通过mtt法测定药物在不同浓度下作用24h、48h、72h后smmc7721细胞的活性，并通过拍照观察细胞形态变化，以dmso作为阴性对照，吉西他滨作为阳性对照，筛选抑制率高且细胞毒性较小的药物。在此基础上利用流式细胞术研究药物对细胞周期及凋亡的影响，进一步通过蛋白质免疫印迹等方法探究优效药物的作用机制。在每个阶段结束时，定期开展小组相关文献和实验进度汇报，并对项目目标的实现程度进行评估（基本实验方案设计见表1）。（三）结题答辩申请结题首先通过院系的预答辩，然后

5、参加校级答辩。本组成员合理分工，小组成员2人制作ppt，2人整理实验数据，1人查阅相关文献，小组成员根据结题要求如实汇报项目实施进展、取得的实验成果及项目实施过程中的收获与体会等。三、国家创新训练计划对本科生全面素质的提升21世纪随着生物学的快速发展，已渗透到医疗、农业、食品、环保等各个领域3。传统生物学教学观念和教学方式主要是以教师为中心，学生是被动的信息接受者，基本是通过讲座、讲义、笔记、实习和一些多媒体教学，已经不能很好地满足现代生物学教学的需要。本科生参与科研创新性实验重点从以教师为中心到以学生为中心的学习，不但可以提高大学生创新意识和实践能力，还可以进一步提高学生的自主学习能力、自我

6、规划管理能力、科研素养和团队协作能力，促进自身全面发展，为今后参与科研活动奠定良好基础。（一）自主学习能力本研究的项目完全根据学生的兴趣来确立的，所以学生的主动性和参与性很强。对分析相关专业文献有着很大的热情，在整个过程中潜移默化地培养了学生的自主学习能力4。同时，在研究过程中学生能感受到老师的鼓励，更自信地进行自主学习。积极的方法论会激发学生更有效地获取知识，在我们进行创新实验的过程中，导师非常注重发挥学生的主观能动性，坚持学生是学习的主体，鼓励、增强我们的学习动力、批判性思维。参与项目前，我们只是知道自己对抗肿瘤药物的研究感兴趣，但是我们对实验内容一无所知，所以导师根据我们的情况首先对我们

7、展开了小组文献检索的教学，详细介绍了中国知网、ncbi（national center for biotechnology information）、万方等数据库的使用方法，为我们自主学习专业知识打开了渠道。在实验之前，老师并不是直接把实验流程告诉我们，而是让我们先上网查阅资料和视频，根据自己的研究目的设计实验。然后根据研究方案做好实验前的准备，进一步开展预试验。预试验中会出现很多想想不到的问题，于是我们根据这些问题进一步讨论分析，查阅文献或者向导师寻求帮助，然后进一步准备实验。实验结束后，老师要求我们整理实验数据，自己写一份实验总结论文，刚刚接触论文的我们对于论文的写作格式一窍不通，甚至连导

8、入参考文献名都不会，经过小组同学在一起讨论学习，上网查阅优秀论文和计算机操作教程，慢慢学会了写论文。经过了一个实验项目的培养，我组成员已熟练掌握文献检索的步骤，了解论文撰写的基本要求，自主学习能力得到了明显的提高。（二）创新思维能力创新是一个民族的灵魂，是一个国家发展的动力。参与创新实验之前，我们仅仅从书本和课堂上摄取实验理论知识。进入实验室之后，导师常教育我们不能机械式学习书本知识，不仅要扎实学习专业知识，还要在实验过程中勤思考、敢提问，尤其启发我们在实验中发现新的研究切入点，根据实验现象提出一些创新性的问题，这样才有可能开创出创新性的领域或者途径。比如图1，我们根据这个实验结果，可以初步看

9、出化合物m4，m5和m6对肝癌细胞smmc7721都有作用，但是作用不尽相同。根据这个图片结果，不同同学会有不同的见解，甚至是一些创新性见解。在实验过程中，导师提示我们在多浓度、多时间段进行细胞活性检测和毒性检测，以寻找药物的最佳作用浓度和时间;并根据实验现象提出药物可能导致的细胞的行为变化。在小组汇报时，导师提示我们自主查阅最新相关文献，及时调整实验计划、拓宽实验视野、扩展实验思路。在导师的帮助下，我组成员的科研思路已逐步形成，创新思维得到了很大的锻炼。（三）科研思维能力恶性肿瘤作为世界上第二大致死性疾病，设计、合成、筛选出针对肿瘤发生机制的多环节作用的新型抗肿瘤药物已成为目前国内外关注的焦

10、点。那么如何选题是我们面临的第一个问题，在导师的引导下，我们认识到小分子靶点药物是目前抗肿瘤的药物的主要研究方向。而根据文献报道，第一个小分子靶点药物吉非替尼就是在喹唑啉类药物pd153035的基础上改造出来的，但是长期使用会产生耐药性。而喹唑啉是一种杂环类化合物，结构多变，所以我们想能不能在喹唑啉活性母核的基础上改造，合成筛选出活性更、高毒性更小，选择性更强的小分子靶点药物呢？基于这种假设我们的选题“喹唑啉类化合物抗肿瘤活性的初步筛选及作用机制的探究”就产生了。导师帮助我们联系合作团队开展新性喹唑啉化合物的合成。同时，我们这边紧锣密布地开始查阅文献，设计抗肿瘤药物体外筛选及作用机制研究方案。

11、对文献分析发现，体外抗肿瘤药物筛选的基本思路和方法是：首先抗肿瘤药物活性筛选，用到的主要方法是mtt比色法和形态观察法;在此基础上对活性高的化合物进行毒性测试，实验方法主要是乳酸脱氢酶活性测试（ldh）和形态观察法;在此基础上对活性较高毒性较小的药物进行作用机制的初步研究，主要是根据前期的实验结果考察药物对细胞增殖和凋亡的影响，用到的方法主要是流式细胞术和免疫印迹。在此基础上我们拟定实验方案，开始实验准备并进行实验。实验前我组成员将所有的实验仪器用具进行灭菌，配置好实验所需试剂。首先进行细胞培养：从液氮罐中取出冻存细胞，37水浴1分钟复苏，然后在5% co2、37恒温培养箱中培养。待细胞生长状

12、态良好时，进行细胞种板和加药，加药24h、48h、72h后进行形态学观察，再加mtt4h后加sds，隔夜测酶标。细胞种6孔板，提蛋白进行western blot分析蛋白表达量。我们预期的实验结果是：將药物作用于细胞之后，细胞的形态特征、增殖、凋亡都有明显变化。而且，在不同药物作用时间梯度和药物浓度梯度，各项指标都有明显的变化。我们会从中选出药物作用效果好且细胞毒性小的药物做进一步的实验。并将此药物重新设置更为细化的浓度梯度和时间梯度，选出最适作用时间和最适作用浓度，并将细胞收集做流式细胞分析，在此基础上裂解细胞提取蛋白进行western blot，以此初步分析药物作用机理。经多次重复实验后，整

13、理实验数据，并对实验结果和实验过程中出现的问题进行分析讨论。在导师指导下，小组成员一起对实验过程进行反思，总结，进行小组汇报，由导师给出意见和建议，最后进行结题汇报。通过对比预期结果和实际结果，我们感觉自己的科研思维存在很大的局限性。在设计整个实验时，没有客观考虑到实验课题的优劣性，也没有很好的结合实际情况，尽量避免实验时间不充分的弊端等，导致实验结果和预期结果存在较大差异。与此同时，我们对于意料之外的实验结果重点分析，学习到了更多的知识。从选题，设计研究方案，实验前准备，预试验，实验，根据实验结果开展下一步实验，再实验，对研究结果总结分析，结题汇报，这个一个流程下来，所有参加的小组成员科研思

14、维有了极大的提高。（四）科研实践能力首次参与科研实践活动，我组成员缺乏实验经验，对实验室安全、实验仪器使用、实验试剂配制等不太了解。细胞培养初期，我们试验选取的smmc 7721细胞需要用90%rpmi1640培养基+10%胎牛血清（fbs）+1%双抗（青霉素+链霉素），但是由于我们初次培养细胞，错用了dmem培养基，导致细胞生长状态极差，使实验进度被耽搁。加上惰性贪玩，经常忘记写实验记录，所以每次接触新实验之后，都不能很好地掌握实验流程和实验仪器的正确使用，例如初期使用微量移液器时，我们总是忘记打出液体时按到第二档，之前也从未了解过悬浮细胞和贴壁细胞的培养方法。由于以前没有接触过细胞培养，所

15、以对细胞培养的无菌要求认识不足，导致细胞经常染菌。在导师的悉心指导下，我们从细胞培养学起，反复实验，逐渐熟悉了药物筛选及药物作用机制研究的基本流程。同时，我们实际的实验结果没有预期实验那样尽如人意。在实际操作中，我们发现药物的最佳作用浓度和最佳作用时间往往没有明显的相关性，且细胞毒性结果显示一些作用效果较好的药物细胞毒性也较大。我们通过查阅资料，分析造成这个结果的原因：抗癌药物作用机理主要是通过抑制癌细胞增殖和促进细胞凋亡，且随着药物作用时间的延长，不管是效果较好的药物还是效果较差的药物，都能有效的抑制癌细胞增殖。这也解释了为什么作用时间和作用浓度没有很好的相关性。我们反复实验不断分析，科研实

16、践能力显著增强。经过一年半的实验学习，我组成员已经可以独立设计实验方案，熟练完成整个实验操作，掌握多种实验仪器的使用，并利用spss软件分析实验结果，收获颇多。（五）团队协作能力没有优秀的个人，只有优秀的团队。21世纪，是知识经济、信息经济发展的时代，团队发展与合作以及资源的开发与共享越发重要。一个优秀的大学生应该具备高度的责任感和团队凝聚力。我们课题组包括生物科学和生物技术两个专业的5名同学，从互不相识到团结合作，为实现课题实验目标共同努力。实验前我们进行合理细致的分工，实验中不断磨合，实验后经常在一起讨论实验设计与实验操作细节，相互学习，互相配合，增加了我们之间的互动，培养增进了友谊。实验间隙，小组成员建立了微信群和qq群，经常在群里交流自己的实验心得，资源共享，一起解决实际的日常问题，分析我们自身的优缺点。我们实验组团结一致，积极主动，各司其职，