基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè)分子生物學(xué)實驗教學(xué)改革

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摘要：基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè)旨在培養(yǎng)具有從事基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育和科學(xué)研究能力的拔尖人才。為提高學(xué)生的實驗操作技能和科研創(chuàng)新能力，天津醫(yī)科大學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)系對基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè)的分子生物學(xué)實驗課程進(jìn)行了改革與實踐。文章分析了前期分子生物學(xué)實驗課程的不足，介紹了改革后教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整、儀器設(shè)備的改進(jìn)、培養(yǎng)方式的提升以及教學(xué)效果反饋，并探討了教改后仍存在的問題及擬解決方案。

關(guān)鍵詞：分子生物學(xué)；基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè)；教學(xué)改革

1前期分子生物學(xué)實驗課程存在的問題

1．1課程內(nèi)容落后，實驗設(shè)備陳舊

前期的分子生物學(xué)實驗課程包括：凝膠層析法測定溴酚藍(lán)Kav值、DNA提取、PCR技術(shù)、SDS－PAGE測定蛋白質(zhì)分子量。除了DNA提取及PCR技術(shù)，其余兩個實驗在科研工作中的應(yīng)用極少，不能很好地發(fā)揮聯(lián)系課堂學(xué)習(xí)和科學(xué)研究的作用。另外，前期的教學(xué)實驗設(shè)備比較陳舊，如傳統(tǒng)的紫外可見分光光度計、國產(chǎn)垂直電泳槽等，操作復(fù)雜，性能落后，與目前更新?lián)Q代極快的科研實驗設(shè)備嚴(yán)重脫節(jié)，極大降低了實驗課程的應(yīng)用性，也削弱了學(xué)生學(xué)習(xí)和操作的積極性。

1．2課程設(shè)置缺乏連貫性和系統(tǒng)性

前期開設(shè)的分子生物學(xué)實驗課程，通過一個個獨立的實驗演示分子生物學(xué)的基本原理和技術(shù)。這種實驗策略雖然可以使學(xué)生很好地掌握獨立的實驗技術(shù)，但實驗課程缺乏系統(tǒng)性和連貫性。學(xué)生雖然掌握了單個的實驗方法，卻不能理解每個實驗技術(shù)之間的相互聯(lián)系，不利于培養(yǎng)科研思維以及創(chuàng)新能力［4］。另外，當(dāng)前分子生物學(xué)實驗課程主要涉及DNA及蛋白質(zhì)的相關(guān)操作，而缺乏RNA相關(guān)實驗，整個實驗體系不完整，使學(xué)生不能全面掌握分子生物學(xué)相關(guān)實驗技術(shù)。

1．3教學(xué)方式死板，不利于調(diào)動學(xué)生的積極性

以往的實驗教學(xué)往往重視實驗操作的訓(xùn)練，而脫離了理論知識的講解，使學(xué)生知其然而不知其所以然，無法調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。而且實驗教學(xué)與科研工作脫節(jié)，只注重講解單個實驗的相關(guān)知識，不注重相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用和延伸。而基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè)旨在培養(yǎng)具有從事基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育和科學(xué)研究能力的拔尖人才，舊的教學(xué)模式不利于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)［5］。學(xué)生進(jìn)入科研實驗室后還需要重新進(jìn)行系統(tǒng)的培訓(xùn)。

2分子生物學(xué)實驗課程的教學(xué)改革

2．1實驗課程內(nèi)容的更新

改革后，分子生物學(xué)實驗課程包括：細(xì)胞傳代培養(yǎng)及脂質(zhì)體法轉(zhuǎn)染（4學(xué)時）、細(xì)胞蛋白提取及BCA法測定濃度（4學(xué)時）、酚／氯仿／異戊醇法抽提基因組DNA及鑒定（4學(xué)時）、TRizol法提取總RNA及鑒定（4學(xué)時）、PCR技術(shù)（4學(xué)時）、蛋白免疫印跡技術(shù)（8學(xué)時），共28學(xué)時。更新后的課程內(nèi)容涵蓋了細(xì)胞、DNA、RNA及蛋白質(zhì)相關(guān)的基本實驗，豐富了實驗內(nèi)容，完善了實驗教學(xué)體系，也是學(xué)生將來步入實驗室后必備和常用的實驗技能。實驗順序的安排符合科研工作中的實際情況。例如培養(yǎng)及轉(zhuǎn)染后的細(xì)胞，用來提取蛋白、DNA及RNA，提取的蛋白是后續(xù)蛋白免疫印跡實驗的樣品，提取的DNA可以用做PCR實驗的模板。通過連續(xù)的實驗教學(xué)過程，讓學(xué)生了解不同實驗課程之間的緊密聯(lián)系，增加了學(xué)生對實驗課程的興趣及自主意識，使學(xué)生對各個實驗技術(shù)在科研工作中的運用有更深入的理解［6］。

2．2實驗教學(xué)儀器設(shè)備的升級

在學(xué)院的大力支持下，本學(xué)系對實驗室進(jìn)行了改造升級，實驗儀器也進(jìn)行了更新?lián)Q代。分子生物學(xué)實驗室新建了細(xì)胞培養(yǎng)間，細(xì)胞培養(yǎng)間包含了緩沖間及無菌操作間，無菌操作間配備有通風(fēng)凈化系統(tǒng)和紫外消毒裝置，可以保證操作間的無菌操作。細(xì)胞間還配備了生物安全柜、恒溫CO2培養(yǎng)箱、倒置顯微鏡、熒光倒置顯微鏡、離心機(jī)、水浴箱、普通冰箱、液氮罐等，可以保證細(xì)胞培養(yǎng)實驗的正常進(jìn)行。蛋白免疫印跡系統(tǒng)進(jìn)行了更新。過去使用的國產(chǎn)電泳槽操作復(fù)雜，還經(jīng)常滲漏，延長了制膠的時間。本學(xué)期升級為伯樂電泳系統(tǒng)，操作方便，節(jié)省時間。另外，實驗室還添置了化學(xué)發(fā)光儀，用于ECL顯色檢測，省去了在暗室用顯影液、定影液進(jìn)行顯色檢測，既綠色環(huán)保，又節(jié)省了空間和試劑耗材的消費。

2．3教學(xué)模式的改進(jìn)

通過本次教學(xué)改革，將實驗教學(xué)與科研工作緊密連接。在新的分子生物學(xué)實驗教學(xué)過程中，要求教師不但要進(jìn)行實驗原理及操作過程的講解，還要重視相關(guān)實驗技術(shù)的延伸及應(yīng)用，從而豐富學(xué)生的理論知識，開闊科研思路［7］。例如細(xì)胞轉(zhuǎn)染技術(shù)，除了要求學(xué)生掌握脂質(zhì)體轉(zhuǎn)染的方法，還要求介紹磷酸鈣轉(zhuǎn)染法、慢病毒轉(zhuǎn)染法、PEI轉(zhuǎn)染法等科研工作中常用到的轉(zhuǎn)染方法，并讓學(xué)生掌握面對不同細(xì)胞如何選擇合適的轉(zhuǎn)染方法；蛋白的提取及濃度測定，除了BCA法，還介紹folin－酚試劑法及考馬斯亮藍(lán)法，并要求學(xué)生比較不同方法的優(yōu)缺點；DNA、RNA的提取方法也不局限于教學(xué)大綱，并且要注重相關(guān)應(yīng)用的介紹，如DNA的提取是SNP、ChIP、Southernblot、測序等實驗的基礎(chǔ)，高質(zhì)量的RNA是后續(xù)Northern、體外翻譯實驗、RT－PCR、cDNA文庫建立等實驗的前提。PCR實驗除了常規(guī)的實驗方法，還要讓學(xué)生學(xué)習(xí)利用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行基因序列的查找、利用引物設(shè)計軟件對目的基因進(jìn)行引物設(shè)計、同源性對比及分析等，還要求給學(xué)生介紹RT－PCR、巢式PCR、熒光定量PCR、原位PCR等，開闊學(xué)生視野［8］。改革后的分子生物學(xué)實驗課程主要是面對基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力尤為重要，因此，在教學(xué)過程中要積極調(diào)動學(xué)生的主觀能動性。讓學(xué)生充分利用本學(xué)系已建實驗教學(xué)平臺，在課前進(jìn)行實驗理論的學(xué)習(xí)及實驗錄像的觀看［9］；課上采用引導(dǎo)式、討論式教學(xué)，增加教師與學(xué)生的互動，鼓勵學(xué)生自主設(shè)計實驗，分析實驗中的問題［10］。實驗結(jié)束后，通過與老師討論，總結(jié)實驗成功的經(jīng)驗和收獲，分析實驗失敗的問題和教訓(xùn)，并將討論結(jié)果體現(xiàn)在實驗報告中，從而有助于提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，為從事科研工作打下基礎(chǔ)。

3教改后仍存在的問題及擬解決方案

通過本次實驗課程的改革，雖然增加了課程的連貫性、綜合性、完整性、科學(xué)性，但是仍然存在部分問題亟待解決。實際的科研工作中，許多實驗的進(jìn)行需要時間上的連續(xù)性，例如細(xì)胞的轉(zhuǎn)染需要在傳代的24h后；利用蛋白免疫印跡實驗檢測轉(zhuǎn)染的外源基因的表達(dá)水平，需要在轉(zhuǎn)染后的24－48h后；DNA、RNA的提取也需要提前培養(yǎng)好細(xì)胞等。而實際教學(xué)過程中，由于課時的限制，許多實驗需要由負(fù)責(zé)實驗準(zhǔn)備的老師提前進(jìn)行操作，實驗才能順利串聯(lián)起來。例如細(xì)胞的培養(yǎng)及轉(zhuǎn)染，需要實驗老師提前準(zhǔn)備好分別用于傳代及轉(zhuǎn)染的細(xì)胞，DNA、RNA及蛋白的提取也需要實驗老師在課前分別準(zhǔn)備相應(yīng)的細(xì)胞。這樣一方面使學(xué)生失去了系統(tǒng)鍛煉的機(jī)會，增加了實驗老師的工作量，另一方面，造成了試劑和耗材的浪費。為了解決這一問題，我們擬進(jìn)行實驗室的開放［11，12］。學(xué)生通過自主預(yù)習(xí)及與老師討論，確定實驗方案，然后通過網(wǎng)上預(yù)約平臺，于課下時間預(yù)約使用實驗室，做好正式實驗課的準(zhǔn)備工作［13，14］。另外，實際科研工作中，實驗試劑、耗材的準(zhǔn)備是由實驗人員親自準(zhǔn)備。而目前的分子生物學(xué)實驗課程還是沿襲前期實驗課程的習(xí)慣，由實驗準(zhǔn)備老師于課前準(zhǔn)備好所有試劑耗材，這樣不利于培養(yǎng)學(xué)生良好的實驗習(xí)慣及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲兴季S。而讓學(xué)生自己進(jìn)行實驗準(zhǔn)備，在操作層面也不現(xiàn)實。因此，我們擬通過建立虛擬仿真實驗課程，一方面可以讓學(xué)生接觸一些時間、空間、經(jīng)費、操作受限的實驗，另一方面，學(xué)生可以進(jìn)行實驗的預(yù)習(xí)、實驗準(zhǔn)備及實驗操作模擬練習(xí)。虛擬仿真與實際操作相結(jié)合，對于學(xué)生全面、系統(tǒng)的學(xué)習(xí)具有重要幫助［15，16］。

4教學(xué)效果反饋

改革后的分子生物學(xué)實驗課程得到了基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生的廣泛好評。學(xué)生評價該實驗課程內(nèi)容豐富，安排緊湊，實驗技術(shù)新穎。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生基本掌握了分子生物學(xué)領(lǐng)域常規(guī)的實驗技術(shù)、原理及應(yīng)用，并培養(yǎng)了良好的實驗習(xí)慣，樹立了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲兴季S，提高了對科研工作的認(rèn)知。大多數(shù)學(xué)生也表達(dá)了對后續(xù)開放實驗室及虛擬仿真實驗課程建設(shè)的濃厚興趣，愿意參與其中。許多基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生已進(jìn)入科研實驗室參與科研工作。相關(guān)實驗室的負(fù)責(zé)老師也反映，學(xué)習(xí)了該課程后，學(xué)生的實驗技能和科研思維有了顯著提升。通過本次分子生物學(xué)實驗課程的改革，我們更新了陳舊的實驗內(nèi)容，升級了落后的實驗設(shè)備，改進(jìn)了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，使整個課程體系更新穎、豐富、連貫、完整，獲得了學(xué)生和老師的一致好評。我們針對改革中發(fā)現(xiàn)的問題，將進(jìn)一步以學(xué)生為中心，以服務(wù)科研為目標(biāo)，優(yōu)化和創(chuàng)新該實驗課程，為培養(yǎng)基礎(chǔ)學(xué)科拔尖創(chuàng)新人才而努力。

參考文獻(xiàn)：

［1］劉永明．分子生物學(xué)簡明教程［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006：12．

［2］劉琦，王述森，高錦蘭，等．研究生分子生物學(xué)實驗技術(shù)教學(xué)的思考與實踐［J］．中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2018，32（5）：585－588．

［3］劉云，李三華，姜念，等．醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)綜合實驗技術(shù)教學(xué)現(xiàn)狀與對策［J］．基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育，2018，20（11）：991－993．

作者：孫曉明 蘇超 任媛媛 孫亞楠 劉靈 田姍姍 劉欣 張緯 單位：天津醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與分子