生命科学是当前发展速度较快、应用范围较广且应用潜力较大的领域之一，普及生命科学知识已成为高等教育的重要使命[1-2]。许多高校面向非生物类专业开设了生命科学导论等理论课程，在促进学生了解现代生命科学的内涵和发展方向，树立正确的认知观、科学观等方面发挥了一定作用[3-4]。石雪芹等[5]研究认为，生命科学导论实验作为一门公共选修课，肩负着提高学生综合素质的重要使命；在教学实践中，可以通过增加绪论环节、精选实验内容、改革考核方式以及优化教学方法等措施，加强对学生的综合素质教育。秦利军等[6]研究认为，该课程有利于拓宽学生在生物学及相关领域的知识面，加深其对生命现象本质的认知，理解生命科学与其他自然学科之间的密切关系和相互联系。近年来，南开大学[4]、浙江大学[7]等高校在原有基础上增设了生命科学导论实验、趣味生物学实验等生命科学通识教育实验课程，不同高校的教学内容和教学形式各具特色，为探索普及生命科学知识的新途径提供了可借鉴的经验。基于此，本文根据生命科学奥秘探索课程特点和选课学生来源，分析了该实验课程开设的必要性，并对其进行教学内容设计与教学改革实施。
1 生命科学奥秘探索实验课程开设的必要性分析
一是“四新”（新工科、新医科、新农科和新文科）专业人才培养的需要。“四新”专业人才培养的核心任务是培养具有多学科背景、综合素质较高和创新能力突出的复合型人才。生命科学是与人、环境和社会结合较为紧密的一门学科，也是素质教育的重要组成部分，是提高学生综合素养和能力的教育内容之一[8]。二是生命科学学科特点的体现。实验教学对培养学生的科学素养、实践能力与创新精神具有重要作用。生命科学是一门以实验为基础、实践性较强的自然科学，学生探索生命的本质和奥秘不仅需要掌握生命科学及其交叉学科的理论知识，更需掌握一些基础的生命科学实验技术和方法[9-10]。实践中，开设生命科学导论理论课程的高校较多[11-12]，而开设相应实验课程的则较少。生命科学类实验课程的开设，为非生命科学大类专业的学生提供了学习平台，既有利于克服理论课程教学可能带来的乏味和抽象体验，还可让生物学知识基础薄弱的学生走进实验室，近距离感受生命，培养其动手能力、科学思维和创新意识。三是实验教学示范中心内涵式发展的需要。扬州大学生物科学与技术国家级实验教学示范中心经过10余年的建设与发展，已在实验室建设和实验教学改革方面形成了一套特色鲜明的运行管理机制。2016年，学校结合实际，进一步整合了全校生命科学大类相关专业的实验室资源，组建了学科交融的生命科学基础实验教学平台，使得中心的示范辐射效应进一步扩大。而生命科学导论实验课程的开设促进了中心发展，强化了科普教育职能，也是扩大该示范中心优质资源专业受益面的有效途径。2018年，扬州大学结合自身办学特色，面向非生命科学大类专业开设了生命科学奥秘探索实验课程。该课程主要从实验的角度普及现代生命科学知识，坚持把兴趣贯穿于教学之中，坚持实验教学内容的“四结合”（将厚基础与强能力相结合、将趣味性和专业性相结合、将社会热点与前沿研究相结合以及将线上和线下相结合）原则，同时采用形式多样的教学模式和考核方法，让学生在动手实践中拓展知识与能力，学习探索生命科学奥秘的思维方法。
2 生命科学奥秘探索实验课程教学内容设计
2.1 优化实验项目设置
生命科学奥秘探索是面向非生物类专业学生开设的一门通识教育核心课程，独立设课，共32个学时，2个学分。在实验教学内容的编排上，既考虑选课学生来源广泛，涵盖理科、工科、文科、艺术和管理等专业，且大部分为一、二年级学生，其生物学相关理论知识匮乏，相关实验技能（特别是微观方面）较为欠缺的特点，也考虑到生命科学是与社会发展结合较为紧密的一门学科，要让学生通过该课程的学习学会用生命科学视角去分析复杂的社会热点话题。因此，在选择实验教学内容时，与高中的生物学实验相比要有所提高，遵循难度适中、耗时适宜的原则，重点选择原理易懂、操作简单且具有一定趣味性的实验。同时，尽可能安排一些与社会热点话题相关的实验教学内容，如食品安全、环境保护和公共卫生安全等。
2.2 坚持“四结合”原则
在设置实验项目时，坚持“四结合”原则。经过实践和优化，生命科学奥秘探索实验课程逐渐形成了8个模块、13个项目的实验教学内容体系，如表1所示。
表1 生命科学奥秘探索实验项目设置及学时分配 |
| 实验模块 | 序号 | 实验项目名称 | 类型 | 学时 |
|---|---|---|---|---|
| 绪论 | 生物实验室安全规范 | 必选 | 2 | |
| 显微镜下的生物世界 | 实验1 | 动植物细胞的观察 | 必选 | 2 |
| 动物、植物学实验 | 实验2 | 鲫鱼的解剖及形态结构观察 | 必选 | 3 |
| 实验3 | 花的形态与结构观察 | 必选 | 2 | |
| 实验4 | 兔的形态结构与功能虚拟仿真实验 | 二选一 | 3 | |
| 实验5 | 植物营养器官建成虚拟仿真实验 | 3 | ||
| 实验6 | 植物细胞组织培养 | 必选 | 4 | |
| 微生物学实验 | 实验7 | 微生物的培养与观察 | 必选 | 3 |
| 遗传学实验 | 实验8 | ABO血型鉴定、人血涂片的制作与观察 | 必选 | 2 |
| 生物化学和分子生物学实验 | 实验9 | 转基因作物的快速检测 | 必选 | 3 |
| 实验10 | DNA指纹图谱 | 必选 | 3 | |
| 生态学实验 | 实验11 | 蚕豆根尖微核技术检查水质污染 | 必选 | 3 |
| 生命科学与艺术 | 实验12 | 叶脉书签的制作 | 二选一 | 2 |
| 实验13 | 微生物平皿绘图 | 2 |
2.2.1 将厚基础与强能力相结合
将实验教学内容分为绪论、显微镜下的生物世界等8个模块。既确保了生物学实验知识体系与结构的完整性，也突出了对该学科基本实验操作和常用仪器设备使用方法的培训，加强对学生实践能力的培养。
2.2.2 将趣味性和专业性相结合
注重选择趣味性、应用性较强，且包含丰富的生命科学原理和技能的实验项目。例如，开设ABO血型鉴定、人血涂片制作与观察实验，让学生通过检测自己的血型，制作并观察血细胞涂片，了解人的血型系统和血液成分，掌握血常规的化验报告分析方法；开设微生物的培养与观察实验，将学生分为多个小组开展实验比对，分别检测不同物品（如钥匙、衣服和一卡通等）上的细菌数量，并检测不洗手、刚洗完手未擦干和洗完手并擦干3种条件下细菌生长情况和群落数量，让学生分析实验结果存在差异的原因，并分享从中获得的启发；开设植物细胞组织培养实验，让学生了解细胞的全能性和番茄组织培养技术，并在实验结束后提供含有培养基的无菌玻璃瓶，让学生将番茄组培苗带离实验室，并移栽至花盆中，以继续观察植株的生长状况。这些实验不仅进一步激发了学生的学习兴趣，还能让其掌握一定的生活常识和基本技能，受到学生的喜爱。
2.2.3 将社会热点与前沿研究相结合
围绕食品安全、环境保护等社会热点话题，结合生命科学技术的发展和前沿研究，以及课程教学团队的科研方向，设置了转基因作物的快速检测、DNA指纹图谱、微核技术在水环境检测中的应用等实验项目。学生通过完成这些实验，学习了现代生物学的先进研究方法和技术（如PCR、蛋白检测等），并锻炼了对社会热点话题的独立思考和科学分析等能力。
2.2.4 将线上和线下相结合
充分发挥生物科学与技术国家级虚拟仿真实验教学示范中心的资源优势，扩充了部分虚拟仿真实验项目。例如，在兔的解剖及形态结构观察实验中，学生利用中心自研的3D虚拟仿真资源进行线上学习，了解家兔解剖操作的规范化流程及其内部器官的结构特点，既有利于克服非动物生产类专业学生对动物解剖实验的恐惧心理，也相对减少了实验动物用量，实现绿色、环保实验；为每个实验项目配置了大量的视频、动画和多媒体课件等数字化资源，便于学生进行扩展性、个性化学习。此外，始终重视实验安全，针对涉及较重要实验室安全危险源的学生，设立了实验室安全培训课程（独立学分），并实行实验室安全准入机制。为此，在该课程中也单独列出2个学时，专题讲授实验室安全知识、实验室废弃物处理等内容，确保绿色、安全实验。
3 生命科学奥秘探索实验课程教学改革实施
对实验项目的设置坚持以兴趣为导向，坚持“四结合”原则，并经过实践和优化，逐渐形成了8大模块的教学内容体系。据此，实施如下教学改革。
3.1 优化教学安排
根据生命科学奥秘探索实验课程的教学内容，结合学校实际和选课人数，按照35～40人/班的标准，将选课学生分成3～5个小班级。每周设置1个实验项目，开课时间安排在周一至周四晚上或者周末，学生可灵活选择上课时间。课程组师资队伍由从事生物学不同研究领域的教师组成，教师负责讲授和指导与个人研究领域相关的实验项目。这既有利于提高实验教学质量，又保证了实验项目的高效开出。
3.2 丰富授课形式
3.2.1 利用虚拟仿真实验教学共享平台
部分选修该课程的非生物类专业学生生命科学知识基础较薄弱，教师需在课堂上花费一定时间详细讲述每个实验的原理、操作方法和注意事项，并演示仪器设备的使用方法。这可能导致部分实验学时被挤占，压缩了学生动手实践的时间，一定程度上影响了实验教学效果[13]。为此，中心依托自研的江苏省生物科学与技术虚拟仿真实验教学共享平台，建设了生命科学奥秘探索课程教学网站，包含课程学习、实验预约、实验报告和实验考核等功能模块，实现了实验教学的全流程数字化管理。课前，学生在平台上获取实验原理、实验步骤等数字化资源并预习，获得对实验项目的感性认识，并完成实验预约。课上，教师将教学重点安排在指导学生动手实践操作上，让学生有充足的时间通过实际操作内化知识。课后，学生通过线上平台提交实验报告，并参加课后测试练习题，完成对所学知识的巩固训练。
3.2.2 增设实地参观和野外实习环节
教师带领学生参观生命科学学院的动物标本馆，从水生到陆生，从两栖到爬行，从昆虫到哺乳动物，让学生近距离接触大熊猫、白鳍豚、金丝猴、朱鹮和褐马鸡等国家级保护动物和濒危动物，培养其动物保护意识。此外，组织学生赴扬州市三湾湿地公园开展野外实习，以认识植物，了解不同生境植物的形态结构特征和生活史；观察鸟类形态及其栖息、取食等行为活动，了解鸟类分类及其与生存环境之间的关系等知识。
3.3 完善考核评价体系
学生在完成每个实验项目后，均要求其提交实验报告（包括虚拟仿真实验）；在该课程所有实验结束后，要求学生围绕给定题目撰写一篇课程论文，取消期末笔试考核设置。对学生考勤、实验态度、实验操作、实验结果、实验报告和课程论文等进行综合考量，加权平均得出最终成绩（表2）。该考核评价方式更加注重过程性考核，对端正学生学习态度，促使其认真做好每次实验，并提高其生命科学素质和基础实验技能起到了积极作用。
表2 生命科学奥秘探索实验课程考核体系 |
| 考核模块 | 考核形式 | 考核内容及标准 | 占比/% |
|---|---|---|---|
| 预习效果 | 线上考核 | 实验开始前预先完成关于实验原理、实验操作等的线上测试 | 10 |
| 实验操作 | 线下考核 | 根据实验操作的规范性、团队协作和实验态度等进行评分 | 20 |
| 实验报告 | 线上提交 | 根据撰写规范性，实验结果及对其分析的科学性等进行评分 | 30 |
| 实验考核 | 线上考核 | 每个实验项目结束后，完成线上测试 | 10 |
| 课程论文 | 线上提交 | 撰写课程论文，根据规范性、科学逻辑等进行评分 | 30 |
4 生命科学奥秘探索实验课程教学改革实施成效分析
扬州大学生命科学基础实验教学中心自从为非生物类专业学生开设生命科学奥秘探索实验课程以来，不断深化教学改革，坚持兴趣导向，通过合理设置实验教学内容，采用多样的授课形式，有效提高了学生生命科学素养，增强了其动手实践能力和创新意识，受到广大师生的一致好评。实践中，该课程选课人数呈逐年增长趋势，学生评教均在95分以上；学生普遍表示，该课程激发了其对生命活动及其规律的研究兴趣，促进了学科交叉融合，在培养综合素质与创新意识方面效果良好。近5年来，非生物类专业学生8人次在国省级大学生生命科学竞赛等活动中获奖，其部分作品是生命科学与其他学科交叉融合的研究成果。此外，学生在实验过程中逐步形成了科学严谨的实践态度和创新意识，有助于其养成踏实严谨的工作作风，对其今后从事不同领域的工作有极大帮助。同时，相关教研改革成果助力课程教学团队获江苏省教学成果二等奖1项，省部级生命科学类微课竞赛奖2项。
综上，本文根据课程特点和选课学生来源，分析了生命科学奥秘探索课程开设的必要性，并对其实验课程进行教学内容设计与教学改革实施。在设置实验项目时以兴趣为导向，坚持“四结合”原则，并经过实践和优化，逐渐形成了8大模块的教学内容体系；同时，采用实验、参观和野外实习等多元化的授课形式，依托中心自研的生物科学与技术虚拟仿真实验教学共享平台及其优质的数字化资源，积极探索线上线下融合的实验教学方法，以及全过程覆盖的考核评价体系。实践结果表明，该教学改革有效提高了学生生命科学素养，增强了其动手实践能力和创新意识，激发了对生命活动及其规律的研究兴趣，促进了学科交叉融合；助力教学团队获得省部级奖项。