以科研思維為導(dǎo)向的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)綜合性實驗設(shè)計與實踐

陳 川， 殷嫦嫦， 張義平， 周許峰， 曹 俊， 王麗麗， 吳 偉， 余文敏， 鄔亞華， 柯秀梅

(九江學(xué)院 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院， 九江 332000)

分子生物學(xué)、細胞生物學(xué)和生物化學(xué)是現(xiàn)代基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育中的必修課，已成為生命科學(xué)的前沿學(xué)科和帶頭學(xué)科。此外，它們的基本理論都建立在實驗觀察上，是實驗性很強的學(xué)科[1-3]。因其理論和技術(shù)已滲透到基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)的各個領(lǐng)域[4]，故其實驗教學(xué)在當(dāng)前基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教學(xué)的重要地位日益顯著[1]。

當(dāng)前，以上3門學(xué)科的實驗課程依然存在許多弊端，主要問題如下：1)附屬于理論教學(xué)，側(cè)重于演示現(xiàn)象，驗證課堂理論[5-6]。2)以單個獨立的、內(nèi)容簡單的實驗形式開展，缺乏綜合性和設(shè)計性實驗。導(dǎo)致當(dāng)前難以鍛煉學(xué)生獨立承擔(dān)實際工作的能力，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維[7]。3)教學(xué)模式上基本是“填鴨式”，學(xué)生僅限于被動學(xué)習(xí)，導(dǎo)致學(xué)生對實驗課程興趣不強，完全是“為做實驗而做實驗”[8]。4)花費大量時間與精力，卻與預(yù)想的實驗效果有較大差距。為圍繞高素質(zhì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標[9]，轉(zhuǎn)變舊的傳統(tǒng)教育觀念，打破現(xiàn)行課程框架，重新構(gòu)建新型基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)體系等改革勢在必行[10]。

鑒于上述問題，結(jié)合當(dāng)前我校學(xué)生的特點，綜合分子生物學(xué)、細胞生物學(xué)和生物化學(xué)3門學(xué)科的實驗教學(xué)。本教研室設(shè)計了“雙氧水誘導(dǎo)人正常肝細胞LO2凋亡的檢測”的綜合性實驗(具體流程見圖1)，并取得較好的教學(xué)效果。

1 綜合性實驗的設(shè)計思路

1.1 以臨床問題為中心是本綜合性實驗設(shè)計的主線

臨床上有多種原因可導(dǎo)致過氧化物產(chǎn)生引起細胞凋亡導(dǎo)致的器官功能障礙，從而引起退行性病變等疾病，使得細胞凋亡一直是醫(yī)學(xué)界的研究熱點。鑒于此，我們用過氧化物的典型代表H2O2誘導(dǎo)人正常肝細胞LO2凋亡，在細胞及分子水平檢測人正常肝細胞LO2的凋亡，將目前開設(shè)的以“細胞凋亡”為主線的生物化學(xué)、分子生物學(xué)和細胞生物學(xué)相關(guān)聯(lián)實驗進行綜合。

1.2 結(jié)合實際，采用虛實結(jié)合的方式

在該綜合性實驗中，部分實驗環(huán)節(jié)耗時過長且不適合群體實驗，如誘導(dǎo)細胞凋亡過程、熒光顯微鏡觀察、流式細胞術(shù)檢測、RT-PCR及抗體的孵育等。針對上述實驗教學(xué)內(nèi)容，其必要的實驗內(nèi)容由實驗人員和指導(dǎo)老師共同完成，而對于其復(fù)雜的變化過程和原理應(yīng)用虛擬仿真教學(xué)平臺，讓學(xué)生能充分而熟練地掌握實驗內(nèi)容。在實驗設(shè)計過程中，對于可提高學(xué)生動手能力且適合群體實驗的環(huán)節(jié)，必須要求學(xué)生動手參與，讓學(xué)生動手能力得到提高。整個實驗教學(xué)過程中，根據(jù)實驗的特點做到虛實結(jié)合。

1.3 注重經(jīng)典，結(jié)合實踐

本綜合性實驗的設(shè)置既保留了經(jīng)典操作技術(shù)，又使學(xué)生多接觸當(dāng)前科研常用的技術(shù)手段。例如，采用經(jīng)典DNA提取方法，有利于學(xué)生通過實驗過程充分了解原理[11]。避免使用市面上操作簡單試劑盒，導(dǎo)致實驗結(jié)束后對實驗原理一知半解。在檢測細胞凋亡的形態(tài)特征和RNA水平變化時，采用當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的流式細胞術(shù)和RT-PCR，雖然這部分內(nèi)容為示教內(nèi)容，但是能夠讓學(xué)生了解當(dāng)前科研中常用的檢測方法，并在今后能學(xué)以致用。

1.4 強調(diào)教學(xué)，結(jié)合科研

在設(shè)計綜合性實驗的過程中，充分結(jié)合指導(dǎo)老師的科研課題，運用老師科研課題中常用的技術(shù)和方法[12]。使得學(xué)生的基本實驗技能得到培養(yǎng)，其科研能力也得到了較大地提升。并且能將所學(xué)的基本技能應(yīng)用到科研工作當(dāng)中，可顯著提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

圖1雙氧水誘導(dǎo)人正常肝細胞LO2凋亡檢測的具體流程

Figure 1 The exact process of comprehensive experiment on the detection of apoptosis of cancer cells induced by hydrogen peroxide

2 綜合性實驗的內(nèi)容

本綜合性實驗內(nèi)容的選擇是以臨床問題為導(dǎo)向，結(jié)合科研課題展開教學(xué)。將教師科研中常用且操作簡單的實驗技術(shù)開發(fā)為供學(xué)生操作的實驗，對于不適合群體操作的步驟可采用示教和虛擬實驗教學(xué)，實驗材料和內(nèi)容均來源于教師的科研課題。本綜合性實驗(具體流程如圖1所示)選取人正常肝細胞LO2，應(yīng)用H2O2誘導(dǎo)該細胞發(fā)生凋亡。首先，通過熒光顯微鏡和流式細胞儀觀察人正常肝細胞LO2發(fā)生調(diào)亡的細胞形態(tài)和生化特征變化(示教內(nèi)容)；其次，應(yīng)用經(jīng)典的方法提取DNA和RNA(學(xué)生動手實驗項目)，通過PCR(學(xué)生動手實驗項目)和RT-PCR(示教內(nèi)容)檢測人正常肝細胞LO2中DNA和RNA的變化情況；最后，通過Western Blot檢測人正常肝細胞LO2中凋亡相關(guān)蛋白的變化(其中SDS-PAGE電泳為學(xué)生動手實驗項目，轉(zhuǎn)膜、抗體的孵育和條帶顯影應(yīng)用虛擬實驗教學(xué))。本綜合性實驗重點強調(diào)連貫性和整體性，讓學(xué)生對細胞凋亡研究的整體過程有清晰的認識。

3 綜合性實驗的教學(xué)效果

3.1 提高了學(xué)生的科研興趣

本實驗項目綜合了生物化學(xué)、細胞生物學(xué)和分子生物學(xué)等實驗操作技能，運用H2O2誘導(dǎo)人正常肝細胞LO2發(fā)生凋亡，通過不同水平檢測凋亡的LO2細胞中生化特征變化。整個實驗過程強調(diào)多門學(xué)科的相互交叉，融合了多門學(xué)科的常規(guī)操作，系統(tǒng)完整地培訓(xùn)學(xué)生的基本實驗操作技能和科研思路。與此同時，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識，為今后從事相關(guān)科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。更為重要的是提高了學(xué)生的科研興趣，學(xué)生積極主動地參與教師的課題研究和各種科研技能大賽，因此還獲得多項國家級和省級科研技能大賽獎項。

3.2 充分培養(yǎng)了學(xué)生的科研思維

通過本綜合性實驗的培訓(xùn)，學(xué)生對細胞凋亡相關(guān)研究思路有較清晰地認識，其相關(guān)實驗技能已基本掌握，避免了學(xué)生僅掌握相關(guān)實驗技能的理論知識，而不能在實際過程中運用。為此，實驗結(jié)束后學(xué)生解決相關(guān)科研問題的能力得到明顯地提升，科研思維得到了培養(yǎng)，具有急于應(yīng)用到科研中的迫切心理，大大提高了學(xué)生查閱相關(guān)文獻資料的積極性，不斷地提出科研假設(shè)和制定相關(guān)問題的解決方案。例如，本校許多科研競賽項目都是學(xué)生的科研思路，并能給出自己解決問題的方案。

3.3 實現(xiàn)了教學(xué)與科研的資源共享

為進一步提高教學(xué)質(zhì)量和效率，提高科研資源的利用率，本教研室充分利用科研平臺的優(yōu)越資源，將許多大型精密儀器應(yīng)用于實驗教學(xué)過程中。例如，本實驗項目中應(yīng)用了熒光顯微鏡、流式細胞儀、熒光定量PCR、轉(zhuǎn)膜儀和凝膠成像系統(tǒng)等大型科研儀器。為此，通過本實驗項目的開展，既可以提高科研設(shè)備的利用率，也大幅度提高教學(xué)的質(zhì)量和效率。與此同時，讓學(xué)生能夠熟練地掌握科學(xué)研究中常用的儀器設(shè)備，為日后的學(xué)習(xí)和工作奠定扎實的基礎(chǔ)。

3.4 培養(yǎng)了學(xué)生的團隊意識

隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，任何職業(yè)都需要團隊意識，強調(diào)集體的智慧，科學(xué)研究更是如此。因此，本實驗項目每2個學(xué)生一組，整個實驗過程需要同學(xué)們密切配合，分工合作，共同制定實驗步驟。通過共同完成實驗，逐步培養(yǎng)了學(xué)術(shù)團隊意識，讓學(xué)生相互交流、相互幫助、相互學(xué)習(xí)、共同進步，相互指出各自的缺點，并學(xué)習(xí)他人的優(yōu)點。避免了單打獨斗，故步自封。

4 結(jié)語

近年來，隨著生命學(xué)科的發(fā)展，實驗手段不斷地豐富。然而各個學(xué)科的實驗課程相對獨立，實驗課程設(shè)置也有待更新[13-14]，且迫切需要培養(yǎng)學(xué)生的科研思維和綜合技能。以臨床問題為中心，綜合生物化學(xué)、分子生物學(xué)和細胞生物學(xué)等3門學(xué)科的實驗內(nèi)容，采用學(xué)生動手、教師示教和虛擬實驗等多種教學(xué)模式，教學(xué)效果得到明顯提升。此外，充分培養(yǎng)了學(xué)生的科研思維，實驗操作技能、團隊合作和解決實際問題的能力都得到了充分的提高，從而培養(yǎng)出具有綜合技能的創(chuàng)新型應(yīng)用人才，為今后的學(xué)習(xí)和科研工作奠定了扎實的基礎(chǔ)。