流式細(xì)胞儀實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革與實(shí)踐

蘇 笠 張秀華 李 育

第二軍醫(yī)大學(xué)藥學(xué)院分析測(cè)試中心，上海 200433

流式細(xì)胞儀實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革與實(shí)踐

蘇 笠 張秀華 李 育

第二軍醫(yī)大學(xué)藥學(xué)院分析測(cè)試中心，上海 200433

基于科研的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，以自主設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)和開放實(shí)驗(yàn)室教學(xué)為形式，將最新的科研手段、科學(xué)思維方式、創(chuàng)新意識(shí)融入到開放實(shí)驗(yàn)室教學(xué)和自主設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)之中。實(shí)踐證明，這種教學(xué)模式是培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)技能、創(chuàng)新能力和科研素質(zhì)全面協(xié)調(diào)發(fā)展的創(chuàng)新型藥學(xué)人才的有效途徑。

流式細(xì)胞儀；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；開放實(shí)驗(yàn)室

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，藥學(xué)專業(yè)分支越來(lái)越細(xì)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在藥學(xué)教育中占有極其重要的地位。深入實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神的需要，是培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)技能、創(chuàng)新能力和科研素質(zhì)全面協(xié)調(diào)發(fā)展的新型人才的必然要求。所以，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重要性和必要性已得到校領(lǐng)導(dǎo)的認(rèn)同和重視，自2010年9月以來(lái)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革也在筆者所在學(xué)校全面展開，特別在教學(xué)體系、教學(xué)理念和教學(xué)內(nèi)容及形式，以及實(shí)驗(yàn)室管理模式上都取得了一定的成績(jī)。

筆者所在科室以流式細(xì)胞儀為平臺(tái)，開展基于科研的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式，將教學(xué)活動(dòng)和科研活動(dòng)密切聯(lián)系起來(lái)，師生共同認(rèn)識(shí)現(xiàn)有的知識(shí)和探究新知識(shí)。新模式有自主設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)和開放實(shí)驗(yàn)室教學(xué)兩種形式，將最新的科研手段、科學(xué)思維方式、創(chuàng)新意識(shí)融入開放實(shí)驗(yàn)室教學(xué)和自主設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)之中。

1 流式細(xì)胞儀的原理及特點(diǎn)

流式細(xì)胞儀（Cytometer）是一種在功能水平上對(duì)單個(gè)細(xì)胞或其他生物粒子進(jìn)行定性定量分析和分選的儀器，已在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)的幾乎所有領(lǐng)域里得到迅速的推廣和廣泛使用。其優(yōu)點(diǎn)是速度快、精度高、準(zhǔn)確性好[1]。筆者所在科室于2008年購(gòu)入的美國(guó)BD公司FACS Calibur流式細(xì)胞儀，自購(gòu)入以來(lái)設(shè)備運(yùn)行良好，在教學(xué)科研和經(jīng)濟(jì)效益等方面都取得了顯著成績(jī)。

流式細(xì)胞儀檢測(cè)的對(duì)象是單個(gè)細(xì)胞或者生物顆粒，檢測(cè)樣品時(shí)，首先將樣品制成懸浮液，置于流式細(xì)胞儀專用樣品管中，細(xì)胞通過(guò)毛細(xì)管進(jìn)樣針進(jìn)入充滿鞘液的流動(dòng)室。在鞘液的壓力作用下，根據(jù)流體聚焦原理，樣品流中的細(xì)胞排列成單列逐個(gè)經(jīng)過(guò)激光照射區(qū)。根據(jù)抗原抗體結(jié)合原理，將細(xì)胞中需要研究靶標(biāo)標(biāo)上熒光標(biāo)記物，這些熒光標(biāo)記物在細(xì)胞通過(guò)激光照射區(qū)時(shí)受特定波長(zhǎng)的激光激發(fā)發(fā)出相應(yīng)的熒光。通過(guò)一系列光學(xué)元器件，可以將不同波長(zhǎng)的散射光、熒光信號(hào)區(qū)分開來(lái)，再經(jīng)由光電轉(zhuǎn)換，在計(jì)算機(jī)上直觀統(tǒng)計(jì)染上不同熒光標(biāo)記物細(xì)胞的各自百分比。選擇不同單克隆抗體及熒光標(biāo)記物，可以同時(shí)檢測(cè)一個(gè)細(xì)胞上的多種不同的特征，在對(duì)細(xì)胞的定性和定量檢測(cè)中相比傳統(tǒng)的檢測(cè)手段具有極大的優(yōu)勢(shì)。另外，流式細(xì)胞儀具有分選細(xì)胞的功能，可以對(duì)具有某種特征的細(xì)胞進(jìn)行篩選，將其分選出來(lái)，以便進(jìn)一步培養(yǎng)、研究。

2 自主設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)

為開展基于科研的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，筆者所在科室于2010年9月開設(shè)了自主設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課程。該課程的教學(xué)模式是：首先由教師確定實(shí)驗(yàn)專題，然后學(xué)生根據(jù)教師確定的專題，結(jié)合自身專業(yè)背景，通過(guò)查閱文獻(xiàn)擬定實(shí)驗(yàn)方案，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)并撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。該課程的目的在于加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解，調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的積極性，讓學(xué)生體驗(yàn)完整的科研過(guò)程。

2.1 文獻(xiàn)檢索與研讀

首先教師詳細(xì)地介紹本校網(wǎng)上圖書館內(nèi)的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，并講解檢索技巧和策略，著重培養(yǎng)學(xué)生查閱SCI文獻(xiàn)的能力。

確定實(shí)驗(yàn)專題后，學(xué)生檢索相應(yīng)專題的SCI論文。教師詳細(xì)講解部分高水平的SCI論文，重點(diǎn)講解其科研設(shè)計(jì)思路與方法技巧，使學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)原理的同時(shí)，受到高水平科學(xué)家科研設(shè)計(jì)思路的熏陶，不但要知道怎么做，還要知道為什么這么做。文獻(xiàn)的學(xué)習(xí)可以開闊學(xué)生的科研視野，了解最新的科研動(dòng)向，既能夠增加學(xué)生的知識(shí)積累又能夠培養(yǎng)學(xué)生良好的科研素質(zhì)。

講解SCI論文的選擇一定注意內(nèi)容要貼近學(xué)生的專業(yè)，難度適合學(xué)生水平，難度太大，學(xué)生理解有困難，否則會(huì)降低學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，影響教學(xué)效果。另外，教師在講解SCI文獻(xiàn)之前最好先提前將文獻(xiàn)發(fā)給學(xué)生研讀，充分的預(yù)習(xí)可以提高實(shí)際教學(xué)效果，使學(xué)生更好的理解其中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)理念。

2.2 學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、自由探索科學(xué)意識(shí)的重要途徑之一。教師確定實(shí)驗(yàn)專題后，學(xué)生可以根據(jù)自身專業(yè)和知識(shí)背景設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、自由探索的科學(xué)意識(shí)，提出問(wèn)題、分析問(wèn)題及解決問(wèn)題的能力。

以檢測(cè)細(xì)胞凋亡實(shí)驗(yàn)為例，細(xì)胞凋亡是細(xì)胞在一定的生理或病理?xiàng)l件下，遵循自身程序，通過(guò)自我調(diào)控機(jī)制結(jié)束生命的過(guò)程，細(xì)胞凋亡過(guò)程中伴隨著形態(tài)上和多種生化指標(biāo)上的變化。凋亡細(xì)胞一般都會(huì)出現(xiàn)細(xì)胞膜皺縮、胞漿濃縮、體積減小等形態(tài)學(xué)上的特征，經(jīng)過(guò)流式細(xì)胞儀前向角散射光和側(cè)向角散射光分析后，即可區(qū)分出凋亡細(xì)胞和正常細(xì)胞；細(xì)胞凋亡早期，細(xì)胞膜上的磷脂酰絲氨酸從膜內(nèi)側(cè)翻轉(zhuǎn)到膜外側(cè)，可以用熒光標(biāo)記物Annexin-FITC進(jìn)行熒光識(shí)別；凋亡細(xì)胞時(shí)，由于細(xì)胞核的解聚，核算內(nèi)切酶激活，導(dǎo)致DNA裂解，同時(shí)凋亡小體形成，使核內(nèi)總DNA含量下降，應(yīng)用熒光標(biāo)記物PI對(duì)DNA進(jìn)行標(biāo)記，同樣可以檢測(cè)凋亡細(xì)胞[2]。學(xué)生可從不同的角度設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，同時(shí)可將不同實(shí)驗(yàn)方案的結(jié)果進(jìn)一步比較分析。這樣不但可以提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情，也可以加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解，豐富實(shí)驗(yàn)手段。

經(jīng)過(guò)兩個(gè)學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)得到了學(xué)生良好的反饋。在實(shí)驗(yàn)中學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生往往充當(dāng)一個(gè)實(shí)驗(yàn)室操作工的角色，僅僅滿足于知道怎么完成這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，而不去思考為什么這么做，如何才能做到更好。通過(guò)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)中去，每次實(shí)驗(yàn)都相當(dāng)于體驗(yàn)了一次科研過(guò)程，這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和科研素質(zhì)有顯著的效果。

2.3 成績(jī)考核方式的創(chuàng)新

實(shí)驗(yàn)成績(jī)由自主實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作考試、實(shí)驗(yàn)報(bào)告及理論考試4個(gè)部分組成。成績(jī)考核不僅要考核實(shí)驗(yàn)本身的完成情況，更要引導(dǎo)學(xué)生注重學(xué)以致用。讓學(xué)生在動(dòng)手操作能力提高的同時(shí)，創(chuàng)新思維也得到培養(yǎng)，把學(xué)到的實(shí)驗(yàn)手段應(yīng)用到自身專業(yè)中去。①自主實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的考核主要評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解程度和創(chuàng)新思維，主要通過(guò)答辯的形式，以每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組為單位，并推選1名同學(xué)作為主答辯人，指導(dǎo)老師和其他組同學(xué)作為評(píng)審團(tuán)，答辯人將實(shí)驗(yàn)的目的、原理、方法、試劑、結(jié)果及討論情況做匯報(bào)，由評(píng)審團(tuán)共同就其方案對(duì)小組的成員進(jìn)行提問(wèn)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)的可操作性和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性進(jìn)行評(píng)分，占總成績(jī)的50%；②實(shí)驗(yàn)操作考核直接考察學(xué)生的儀器操作掌握情況和動(dòng)手能力，每個(gè)學(xué)生單獨(dú)進(jìn)行考核，將本課程所涉及到的所有實(shí)驗(yàn)編號(hào)，通過(guò)抽簽決定學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的類型，以其當(dāng)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)作為評(píng)分依據(jù)，占總成績(jī)的30%；③實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)占總成績(jī)的10%；④理論考試也是重要的組成部分，采用閉卷筆試的形式，占總成績(jī)的10%。

3 開放實(shí)驗(yàn)室教學(xué)

2010年9月至今，流式細(xì)胞儀實(shí)驗(yàn)室面向筆者所在藥學(xué)院研究生開放。

為了搞好開放實(shí)驗(yàn)室教學(xué)工作，筆者建立了一整套新的實(shí)驗(yàn)流程體系。首先列出本實(shí)驗(yàn)室提供的實(shí)驗(yàn)條件和項(xiàng)目范圍，在全院研究生中公開報(bào)名。報(bào)名的學(xué)生先參加由科室舉辦的儀器使用培訓(xùn)班，經(jīng)培訓(xùn)合格的學(xué)生可提出申請(qǐng)，寫出欲做實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、具體的實(shí)驗(yàn)方案、需要的儀器和材料，然后由實(shí)驗(yàn)室老師審查其實(shí)驗(yàn)方案的可行性，審批合格者可以與實(shí)驗(yàn)室老師預(yù)約時(shí)間，最后在開放實(shí)驗(yàn)室完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

開放實(shí)驗(yàn)室是很好的科研平臺(tái)，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性，學(xué)生設(shè)計(jì)出方案，并在開放實(shí)驗(yàn)室中驗(yàn)證其正確性，在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)的主導(dǎo)者，教師處于指導(dǎo)位置，學(xué)生主動(dòng)思考、探索和體驗(yàn)，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維和科研素養(yǎng)。在開放實(shí)驗(yàn)室中，既要鼓勵(lì)學(xué)生大膽進(jìn)行操作，又要嚴(yán)格要求，進(jìn)行科學(xué)指導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技術(shù)和創(chuàng)新能力的同時(shí)不忘培養(yǎng)其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度[3-4]。

開放性實(shí)驗(yàn)室教學(xué)正處于積極的探索階段，經(jīng)過(guò)近1年的實(shí)踐，已取得了一定的經(jīng)驗(yàn)，但仍存在一些不足之處，比如實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)方面投入有限，使得有些實(shí)驗(yàn)無(wú)法開展，比如T細(xì)胞的免疫表型分析、白細(xì)胞分型等實(shí)驗(yàn)。另外，開放實(shí)驗(yàn)室如何有效管理，使儀器發(fā)揮最大的效率，如何制定對(duì)學(xué)生的考核標(biāo)準(zhǔn)等，這些都是今后要著重解決的問(wèn)題。

基于科研的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式能更好的培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能、創(chuàng)新能力和科研素質(zhì)。自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和開放實(shí)驗(yàn)室教學(xué)能調(diào)動(dòng)學(xué)生主觀能動(dòng)性，在每一次實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生帶著自己的實(shí)驗(yàn)方案走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，按照完善的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證思路的正確性。每一次實(shí)驗(yàn)相當(dāng)于親身體驗(yàn)一次科研過(guò)程，通過(guò)每個(gè)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，真正體會(huì)到如何做好藥學(xué)科研工作。實(shí)踐證明，這種教學(xué)模式是培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)技能、創(chuàng)新能力和科研素質(zhì)全面協(xié)調(diào)發(fā)展的創(chuàng)新型藥學(xué)人才的有效途徑。

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