关于建设有科研特色的神经生物学实验课程和教学实验室

中国科学技术大学*实验教育研讨会- 57 -建设具有科研特色的神经生物学实验课程和教育实验室生命科学学院白永胜李祥瑞徐天乐摘要：重视实验教育与科研的结合，有助于提高教育质量，培养创新人才。 本文围绕这一课题，以膜片钳技术实验课程建设为例，对我们如何将科研设备、技术和想法引入实验教育中，在实验教育中培养学生的科研能力，在教育实验室开展大学生研究计划等进行了论述。关键词：神经生物学、科研、实验教育、大学生研究计划introductingresearchideintoteachinglaboratoryofneurobiology百裕，瑞丽，徐天乐(通用集成电路、PS、PS、PS、230027 )abstract : combeinatedwithresearch lobartorycorrourshousebebeneficilialtingcreativepeople.takingexplateforlorrrorrtyc cussesthrissuesconnerninginforresearchmethods，增强of research ability，anderingofundrendandgraddatuterresearchprogramintKey words: neurobiology、research、laboratory、undergraduate research程序随着神经生物学研究的深入，神经生物学的研究方法和实验技术也不断进步。 如何建设神经生物学实验课程，提高学生的综合素质，培养学生的创新精神和手能力，是我们面临的课题。 为了适应神经生物学发展的需要，将最新的实验技术和方法导入实验教育，我们将实验教育和科研相结合，为学生早日参加科研活动创造条件，提高本科教育质量，提高学生的创新能力，使学生能很好地适应未来的科研工作和社会需要。一、发挥科研优势，将科研设备和技术引进实验教学中近年来，神经生物学研究的迅速发展已经涉及到包括整体、系统、器官、细胞和分子水平在内的各个水平，研究的内容和方法越来越多。 在短时间内让学生掌握所有最新的研究方法是不现实的。 在全面发展的同时，要关注和选择自己的特征。 我们在神经生物学实验课程建设过程中，把膜片钳技术实验引入实验教育的切入点，基于膜片钳技术的重要性和在神经电生理学和膜片钳技术方面的重大科学研究优势。首先，膜片钳技术现在已经成为神经科学、药理学等学科的基本研究方法之一。 德国科学家Neher和Sakmann建立了该技术 1，2 ，应用于分离的单细胞以来，该技术一直很完善和发展，相继有在离体脑片3、整个动物 4，5 上使用武器的地方。 由于这一技术在神经科学等学科中发挥着重要作用，Neher和Sakmann于1991年获得诺贝尔医学和生理学奖，这是凭借技术获得诺贝尔奖的少数例子之一。其次，神经电生理学研究也是我院的优势和特色项目之一，目前已有很多实验室以贴片钳技术为手段进行了研究，并拥有技术全面、强大的贴片钳技术教师队伍。 同时，在科研实验室的建设过程中，我们和相关部门的合作与研发也为相应的硬件和技术提供了保障。 这些为开设膜片钳技术实验课程创造了必要条件。目前用于神经生物学研究的仪器设备越来越先进、精密，价格也相当高。 例如，完整的膜片钳实验装置需要投资几十万元。 这样高的投资对很多科学研究室来说也不是件容易的事。 另外，教育实验为了保证一定的受益面，需要重复几个设备。 因此，在将科研设备引进教育实验室的过程中，经费投入是亟待解决的问题。 在建设贴片钳教育实验室的过程中，我们利用科研实验的现有基础，采用与自主开发设备相结合的方法，大大缓和了经费不足的压力。 另一方面，在学校教育费的支援下，我们购买了必要的相关设备，另一方面，我们利用自己的优势和科研过程中的设备创新，自己开发了部分设备和软件，以有限的经费建设高水平的教育实验室。 例如，一套AXON补丁钳位放大器和数据采集系统的价格为17300美元，其中数据采集硬件和软件需要6900美元，而同样高性能的NI数据采集硬件的价格只有1000美元。 因此，采用自主开发AXON放大器、NI集电极、软件的方法，虽然达到了相同的性能，但成本降低了约三分之一。 并且，我们利用科学研究室的技术开发的细胞振动分离装置不仅大幅度降低了通常的神经细胞分离和培养所需的设备经费，而且几乎不需要神经细胞分离和培养所需的药品费用。 这些方法大多是我们建设科学研究室时积累的经验，经过科学研究实践的验证，保证了设备和技术的整体水平没有下降。 同时，加深对系统整体的理解，便于今后进一步扩大实验内容。二、重视在实验教育中培养学生的科研能力在实验教学中引入了科研设备和技术，为学生学习先进技术方法创造了条件。 但是，要真正培养学生的科研思维和创新精神，必须把科研方法和科研思想导入实验教育。 因此，我们有必要对实验课的内容的设定和教育方法进行新的探索。传统实验教育的目的是让学生掌握相关的实验方法和技术，利用这些方法验证理论课的一些内容，加深和强化理论知识。 这些当然重要，但客观上导致了学生思考不足的结果。 这极不利于培养学生的科研能力和创新精神。 因此，我们可以选择课程内容的宗旨，掌握与学生相关的技术，锻炼学生的手能力，同时开发学生科学研究的潜力，锻炼和培养他们的创造力。具体方法是合理配置教育内容，采用合适的教育方法，使实验课程成为科学实验过程的模拟。 例如，在实验前，学生不一定知道实验结果(与验证性实验不同)，学生可以根据自己的知识预测实验结果，说明可能出现的结果。 虽然有些解释看起来是单方面的，倒不如说是这样，但是可以让他们理解科学研究的过程和思考，养成专心思考的习惯。 学生实验是第一次处理相关内容，所以操作疏远是不可避免的。 只要掌握方法，达到培养思考能力的目的，很多方面都不应该寻求全面的责难。同样，学生对实验报告的要求也是如此。 我们要求学生以科研论文的形式完成报告。 区别在于报告应该对实验方法和结果重视自己的分析、总结和讨论，不一定要求结果的完美和分析的正确性。 希望学生在掌握科研实验技能和方法后，根据不同学生的特征和能力，由学生自己设计实验内容和程序，完成实验项目，锻炼他们解决问题的实际能力。在实验课程中合理组织讨论和交流，不仅能及时反馈实验教育的效果和不足，还能培养学生发现问题、分析问题、总结问题的能力。 通过这些形式，学生掌握在实验教育中进行科学研究的构想，真正掌握科学研究的方法。通过一学期膜片钳技术的实验可选择的实践，我们发现，开设这样的实验课，学生不仅产生了深刻的学习兴趣，而且获得了很大的收获。 同时，一些学生也提出了增加研究内容的要求。三、在教育实验室开展大学生研究计划，把教育内容拓展到科研中大学生研究计划是我校提高本科教育质量，适应社会对高素质创新人才的需求的重要措施。 近年来，我校大学生研究计划为本科生提供了很多研究机会，开发了大学生的研究潜力，对亲身体验科研工作的意义和创新精神起到了积极的作用。 教育实验室设备水平的提高和完善，使我们能有计划地在教育实验室开展大学生的研究计划，把教育实验室的功能扩展到科学研究领域，这也是我们学校大学生的研究计划的积极推进作用，也是我们合理利用资源，扩展教育内容的方法。教育实验室的大学生研究计划进一步扩大实验室的教育内容，有利于学生的研究活动。 另一方面，在教育实验室开展大学生的研究计划，是我们通常的实验教育培养学生的创新能力和实验手腕能力的检查，实验班主任教师在组织开展大学生的研究计划的同时，还能根据学生的研究进展情况，了解实验内容、方法等设置的优点和不足，因此能提高实验教育的质量和实验另一方面，在教育实验室开展大学生的研究计划，可以从教育阶段开始大学生的研究计划，在进行实验教育时根据学生的特征和能力，进行个性化的教育和培养，在掌握基本技能的同时，指导大学生的研究计划的内容，安排教育实验内容，让他们今后从事在教育实验室开展大学生的研究计划，对培养学生的科研态度，提倡学术自由和科学合作精神也有很大好处。 教育实验室设备多，可以同时接收和研究多个学生。 因此，研究指导教师和实验室教育管理者可以有计划地组织他们开展学术讨论和交流，共同分析和解决研究中的问题，总结经验，指导他们的相互学习和合作。教育实验室的大学生研究计划充分利用了教育实验室的资源，也避免了实验室设备的放置造成的浪费。 教育实验室担任的教育任务总是占用不了先进的专业设备，还有相当多的空闲时间。 如果没有有效地发挥设备的作用的手段，这样昂贵的设备被搁置而浪费，这是惊人的。 教育实验室的先进设备用于大学生的研究计划，不影响教育任务，为更多的大学生的研究创新活动提供设备支持，实现大学生的教育和研究资源共享。通过开设膜片钳技术实验课程，我们取得了建设科研特色神经生物学实验课程的经验。 我们根据自己科研的优势和特点，逐步开设分子生物学、脑功能图像等先进的神经生物学实验课程，形成新的神经生物学实验教学体系，更好地培养学生的科研能力和创新精神。参考文献1 Neher E、sak Mann b steinebachth.theextracellularpatchclamp : amethodforresolvingcurrentsthroughindividundopenverscanibiolo2 Hamill O P，Marty A，Neher E，et al.improved patch-clamptechniquesforhigh-resolutioncurrrecordirectingfromcellsandcell-frem3爱德华、Konnerth A、Sakmann B、et al.athinslicepreationforpatcapplicationforpatcallcroldisfronnersofthemamaliancentralnervo4 Margrie T W，Brecht M，Sakmann B. In vivo，低持续时间， whol-cellrecordings是neuronsintheanaesthetizeda