醫(yī)學(xué)研究生“激光掃描共聚焦顯微技術(shù)”課教學(xué)方法研究

孫 瑋 潘 峰 王麗婷 羅 婧 胡茂華 王芳

在生物學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展、更新的今天, 集激光、電子、光學(xué)及計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的激光掃描共聚焦顯微技術(shù)作為新興的、前沿的技術(shù)迅速地發(fā)展起來(lái)。此項(xiàng)技術(shù)可在細(xì)胞、亞細(xì)胞水平上，對(duì)固定的或活的生物組織、細(xì)胞及其他微小物質(zhì)進(jìn)行形態(tài)和功能的分析，是目前生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中最先進(jìn)的熒光成像和細(xì)胞分析儀器。正因?yàn)槿绱?，我校?000年開(kāi)始在研究生“儀器分析”課程中增加了“激光掃描共聚焦顯微技術(shù)”。經(jīng)過(guò)多年的研究生教學(xué)實(shí)踐，在不斷探索與改革的過(guò)程中積累了一些經(jīng)驗(yàn),取得了較好的成績(jī)和教學(xué)效果。

1 教學(xué)內(nèi)容把握前沿，注重知識(shí)的更新和擴(kuò)展

激光掃描共聚焦顯微技術(shù)作為生命科學(xué)領(lǐng)域中新興的、前沿的技術(shù)是多學(xué)科發(fā)展的綜合成果，是生物醫(yī)學(xué)研究中最先進(jìn)的熒光成像和細(xì)胞分析技術(shù)。選修“儀器分析”課程的研究生，對(duì)于這門課程的學(xué)習(xí)有著極大的興趣。為了進(jìn)行有目的的教學(xué)，并適應(yīng)不同層次和不同專業(yè)研究生的實(shí)際需求，首先，要有一本系統(tǒng)的教材，而正因?yàn)榧す鈷呙韫簿劢癸@微技術(shù)是一門發(fā)展迅速的新興的技術(shù)，所以沒(méi)有供醫(yī)學(xué)研究生用的現(xiàn)成的教材，只有一些簡(jiǎn)短的介紹和一些關(guān)于新技術(shù)應(yīng)用的綜述。鑒于這種情況，我們通過(guò)查閱大量的資料、最新的文獻(xiàn)，并根據(jù)研究生的特點(diǎn)編寫(xiě)了從基本原理、儀器結(jié)構(gòu)功能、樣品制備以及在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用四個(gè)章節(jié)的《激光掃描共聚焦顯微技術(shù)》教材。其次，我們采用由淺入深、新舊聯(lián)系的教學(xué)方法。在本章教學(xué)之初，先復(fù)習(xí)以往所學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí)，然后將重點(diǎn)落實(shí)在這一領(lǐng)域中前沿的研究進(jìn)展上，而醫(yī)學(xué)碩士研究生大多已有較扎實(shí)的分子生物學(xué)及形態(tài)學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，這樣的學(xué)習(xí)使他們能盡快掌握新知識(shí)、新進(jìn)展和新技術(shù)，以便為今后開(kāi)展課題研究打下基礎(chǔ)。如針對(duì)以鈣離子為中心的細(xì)胞信號(hào)系統(tǒng)成為各學(xué)科共同的研究課題,增設(shè)了胞內(nèi)鈣離子動(dòng)態(tài)變化等應(yīng)用；針對(duì)細(xì)胞凋亡的研究已成為熱點(diǎn)，增設(shè)了原位檢測(cè)細(xì)胞凋亡的共聚焦顯微鏡研究這一章節(jié)，并輔以本實(shí)驗(yàn)室積累的大量凋亡共焦圖片,提高大家對(duì)凋亡的感性認(rèn)識(shí)；針對(duì)活的生物組織、細(xì)胞內(nèi)功能分析的不斷深入，增設(shè)了FRAP(熒光漂白后恢復(fù))、FRET(熒光共振能量轉(zhuǎn)移)在共聚焦顯微鏡中的應(yīng)用等教學(xué)內(nèi)容，并輔以實(shí)例，加深理解。

2 探索科學(xué)的教學(xué)方法

2.1 理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)理念

理論與實(shí)踐相結(jié)合,是學(xué)習(xí)和掌握任何科學(xué)與技術(shù)的基本原則[2]。激光掃描共聚焦顯微技術(shù)的技術(shù)性和應(yīng)用性很強(qiáng),重在實(shí)踐與應(yīng)用，但理論知識(shí)的學(xué)習(xí)也是必要的。因?yàn)橐炀毜貙⒐簿劢癸@微技術(shù)應(yīng)用于科研與臨床,必需具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。醫(yī)學(xué)研究生不同于大專生和本科生，也不是儀器的操作者，共聚焦顯微技術(shù)只是作為課題研究的手段，因此理論知識(shí)的講授要?jiǎng)h繁就簡(jiǎn)，深入淺出地講授一些必備的光學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等，使學(xué)生在有限的時(shí)間里對(duì)共聚焦顯微技術(shù)的基本原理,儀器的結(jié)構(gòu)有一個(gè)基本的了解，而不必講授共聚焦顯微技術(shù)中包含的過(guò)于深?yuàn)W的物理學(xué)、化學(xué)理論和高等數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)。理論不可或缺，實(shí)際工作更為重要，以實(shí)際的研究工作為講課的順序,將共聚焦顯微技術(shù)在不同的、具體的研究工作中體現(xiàn)出來(lái),學(xué)生就能很清楚地理解該分析技術(shù)的特點(diǎn)及用途。

2.2 多種分析技術(shù)相結(jié)合

21世紀(jì)是高科技飛速發(fā)展的時(shí)代,是生命科學(xué)取得重大突破,人類健康素質(zhì)迅速提高的時(shí)代?，F(xiàn)代分析技術(shù)的發(fā)展呈高度分化和高度綜合趨勢(shì),各分析技術(shù)互相綜合、交叉、滲透和融合。激光共聚焦顯微技術(shù)是生物醫(yī)學(xué)形態(tài)及功能研究的重要組成部分，和其他分析技術(shù)有著內(nèi)在的聯(lián)系以及在實(shí)際應(yīng)用中的側(cè)重點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，如共聚焦顯微技術(shù)和流式細(xì)胞技術(shù)同屬熒光分析技術(shù)，前者具有較高的時(shí)間和空間分辨能力，形態(tài)、定位及動(dòng)態(tài)分析優(yōu)于后者，而后者在定量分析方面有著不可替代的作用。注重多種分析技術(shù)相結(jié)合十分重要。有助于研究生開(kāi)拓性與創(chuàng)新性思維以及科研能力的培養(yǎng)，因此我們?cè)谥v授共聚焦顯微技術(shù)的同時(shí)，還要簡(jiǎn)要地介紹其他的分析技術(shù)，如：多光子顯微技術(shù)、流式細(xì)胞技術(shù)、電鏡技術(shù)、原子力顯微鏡技術(shù)、掃描遂道顯微鏡技術(shù)以及激光共聚焦與其他方法聯(lián)用技術(shù)等。這些技術(shù)在基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用方面都可以與激光共聚焦顯微鏡相互結(jié)合,互為補(bǔ)充。這些顯微技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用將是醫(yī)學(xué)形態(tài)與功能研究發(fā)展的必然。

2.3 采用靈活多樣的教學(xué)模式及教學(xué)手段

根據(jù)碩士研究生知識(shí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及今后科研需求，在教學(xué)中合理取舍教材內(nèi)容，大量加入我們?cè)诠ぷ髦械膶?shí)例，與科研實(shí)踐有機(jī)結(jié)合。共聚焦顯微技術(shù)是對(duì)形象化要求很高的學(xué)科，在教學(xué)中靈活運(yùn)用多媒體手段，將那些晦澀難懂的基木原理以及抽象的儀器結(jié)構(gòu).用生動(dòng)的動(dòng)畫(huà)和簡(jiǎn)潔的圖表表現(xiàn)出來(lái)，便于學(xué)生們對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。同時(shí)將激光共聚焦實(shí)驗(yàn)的大量實(shí)際圖片資料以文字、數(shù)據(jù)、圖形、影像、視頻等多種多媒體的形式展現(xiàn)，信息含量大，圖文并茂，更加體現(xiàn)共聚焦顯微技術(shù)在形態(tài)及功能分析上的優(yōu)勢(shì)。學(xué)生看后印象深刻。同時(shí)擴(kuò)展了課堂的信息量，提高了教學(xué)效率。教學(xué)實(shí)踐證明，無(wú)論是理論教學(xué)還是實(shí)驗(yàn)教學(xué)，多媒體輔助激光共聚焦顯微技術(shù)教學(xué)對(duì)擴(kuò)大教學(xué)信息量；提高記憶效果，規(guī)范、全面地掌握實(shí)驗(yàn)操作方法，拓寬科研思路起到不可替代的作用。

3 嘗試實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，培養(yǎng)綜合能力

激光共聚焦顯微技術(shù)是一門理論和實(shí)踐緊密結(jié)合的應(yīng)用型課程。此課程的特點(diǎn)是其研究對(duì)象復(fù)雜，樣品前處理繁瑣，涉及多門學(xué)科。對(duì)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度、工作習(xí)慣、操作技術(shù)及綜合知識(shí)和能力要求較高。因此.實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果如何，直接關(guān)系到這門課程的學(xué)習(xí)及學(xué)生各方而能力的培養(yǎng)。以往采取的教學(xué)方法是將學(xué)生分組，將事先統(tǒng)一準(zhǔn)備好的樣品，面對(duì)儀器，由專職的分析人員結(jié)合平時(shí)工作經(jīng)驗(yàn)從動(dòng)物模型的建立、樣品采集、儲(chǔ)存、樣品處理、方法選擇、上機(jī)取圖到數(shù)據(jù)分析講解儀器結(jié)構(gòu)、操作以及應(yīng)用，雖然取得了一定的效果。但我們發(fā)現(xiàn)研究生進(jìn)入課題研究的實(shí)驗(yàn)部分后，需要進(jìn)行樣品的分析時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)分析目的不明、取材不符合要求、樣品處理不規(guī)范、甚至錯(cuò)誤等，直接導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果不理想，甚至失敗。針對(duì)這些問(wèn)題，為了讓學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)接受嚴(yán)格的正規(guī)訓(xùn)練,培養(yǎng)真正的實(shí)驗(yàn)技能，我們?cè)O(shè)計(jì)了具有基礎(chǔ)性、實(shí)用性、系統(tǒng)性、研究性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。如：細(xì)胞內(nèi)鈣離子動(dòng)態(tài)變化的檢測(cè)，配制熒光探針及各種需要的試劑，觀察細(xì)胞培養(yǎng)及生長(zhǎng)情況，選擇生長(zhǎng)良好的細(xì)胞，對(duì)細(xì)胞內(nèi)鈣進(jìn)行標(biāo)記，繼而用激光共聚焦顯微鏡采集細(xì)胞鈣圖像，動(dòng)態(tài)觀察鈣的變化，利用軟件進(jìn)行熒光定量分析。根據(jù)所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合分析得出結(jié)論，最后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中讓學(xué)生進(jìn)行課題性的實(shí)驗(yàn)，這種教學(xué)模式具有很好的可操作性，以使學(xué)生在一段時(shí)間集中學(xué)習(xí)大量的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)技能，極大地提高了研究生進(jìn)行科學(xué)研究的綜合能力。

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