自主創(chuàng)新性分子醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系建設(shè)的探索與實(shí)踐

趙魯杭， 鄒 玲， 霍朝霞， 于曉虹， 翁登坡

（浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院，杭州310058）

0 引 言

新時(shí)代高等教育的目的是培養(yǎng)有知識(shí)、有能力、有素質(zhì)、有覺(jué)悟的新型建設(shè)人才，高校教育，以本為本，建設(shè)具有中國(guó)特色、世界一流的本科教育［1］，歸根到底還是人才培養(yǎng)機(jī)制的問(wèn)題。提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量，建立高水平的人才培養(yǎng)體系，特別是學(xué)生的創(chuàng)新性思維和能力培養(yǎng)體系，應(yīng)該作為創(chuàng)新人才培養(yǎng)的主要著力點(diǎn)［2］。

科學(xué)實(shí)驗(yàn)是獲取客觀(guān)知識(shí)最重要的途徑，高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論和實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新能力的重要方式［3-4］。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)以驗(yàn)證式教學(xué)為主，即學(xué)生按照指定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和指定的實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線(xiàn)完成實(shí)驗(yàn)，不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主觀(guān)能動(dòng)性，學(xué)生的參與度和探索熱情不高。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)已不能滿(mǎn)足新時(shí)代人才培養(yǎng)的要求。信息時(shí)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的變革所帶來(lái)的沖擊，使得學(xué)生對(duì)自身能力的培養(yǎng)需求也發(fā)生了巨大的變化。堅(jiān)持一切從社會(huì)和學(xué)生的需求出發(fā)，注重對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力、探索精神以及實(shí)踐能力的綜合培養(yǎng)具有重要的意義［5］。創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新精神，提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力方面發(fā)揮著不可或缺的作用［6］。因此，加強(qiáng)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)，促進(jìn)信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度融合，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和實(shí)踐育人水平，推動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與創(chuàng)新顯得尤為重要［7］。

1 分子醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

我校基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院作為國(guó)家醫(yī)學(xué)類(lèi)試點(diǎn)學(xué)院，教育部雙一流學(xué)科建設(shè)A類(lèi)學(xué)院，在學(xué)科建設(shè)方面取得了顯著的成績(jī)，也擁有深厚科研實(shí)力的教師力量?jī)?chǔ)備。醫(yī)學(xué)院的人才培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)具有創(chuàng)新性能力的醫(yī)學(xué)研究性人才［8］，為服務(wù)于這個(gè)目標(biāo)，幾乎所有的實(shí)驗(yàn)課程在加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容綜合性和實(shí)驗(yàn)技術(shù)先進(jìn)性的基礎(chǔ)上，增加了自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，目的是培養(yǎng)學(xué)生的文獻(xiàn)閱讀能力、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、自主創(chuàng)新能力和科研思維能力，但是多數(shù)學(xué)科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)尚未建立真正意義上的自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)課程體系，主要原因是實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置的時(shí)間周期較短，通常一個(gè)學(xué)期最多設(shè)置8周課程，在這樣的時(shí)間空間里要完成自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)并加以實(shí)施是非常困難的。

分子醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門(mén)教改整合實(shí)驗(yàn)課程，通過(guò)將生物化學(xué)、分子生物學(xué)及遺傳學(xué)等課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合，形成了相互關(guān)聯(lián)、相互交叉的系列性、綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。通常分子醫(yī)學(xué)相關(guān)的自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較多、耗時(shí)較長(zhǎng)，在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)課程體系下很難真正開(kāi)展［9］。為使學(xué)生能夠在有限時(shí)間空間里學(xué)習(xí)和體驗(yàn)自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，需要對(duì)原有實(shí)驗(yàn)課程體系進(jìn)行改革。為此，進(jìn)行了混合式教學(xué)模式下的學(xué)生自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)課程體系建設(shè)的探索性實(shí)踐。

2 自主創(chuàng)新性分子醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系改革

分子醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程共64學(xué)時(shí)，8周課程，每周8學(xué)時(shí)。原實(shí)驗(yàn)課程體系是56學(xué)時(shí)綜合性實(shí)驗(yàn)（7周）+8學(xué)時(shí)自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的答辯及課堂討論。學(xué)生的自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)只停留在理論設(shè)計(jì)、答辯和討論上，無(wú)法真正開(kāi)展實(shí)踐活動(dòng)。建立自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)課程體系，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法進(jìn)行改進(jìn)，以及利用本實(shí)驗(yàn)課程網(wǎng)站上豐富的線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，通過(guò)線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)結(jié)合演示性教學(xué)等方式，在滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱要求的前提下，壓縮了綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的時(shí)間。自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)課程體系設(shè)計(jì)為：32學(xué)時(shí)綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容+32學(xué)時(shí)學(xué)生自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。在學(xué)期開(kāi)始時(shí)布置自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)任務(wù)，學(xué)生可以完全自主選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容，也可以在教師提出科學(xué)問(wèn)題主題的情況下進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)。學(xué)生在前4周進(jìn)行綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的同時(shí)自行完成自主實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，經(jīng)答辯、修改后敲定實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，于后4周完成自主性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的研究，包括實(shí)驗(yàn)材料的準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)試劑的配制和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容的實(shí)施。

3 新舊分子醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系教學(xué)內(nèi)容的比較

自主創(chuàng)新性分子醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系壓縮了固定實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的時(shí)間，為自主性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展提供了時(shí)間空間（見(jiàn)表1）。

表1 兩種分子醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系教學(xué)內(nèi)容的安排和比較

4 部分自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容及實(shí)施過(guò)程

4.1 教師引導(dǎo)的自主性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

由帶教老師提出科學(xué)問(wèn)題和研究主題內(nèi)容，學(xué)生通過(guò)查閱文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)研究方案和并加以實(shí)施。

項(xiàng)目1小GTPase在自噬中的生物學(xué)功能。通過(guò)從小GTPase與自噬受體相互作用的角度，嘗試揭示自噬小體形成的分子機(jī)制。主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括：①構(gòu)建小GTPase的原核和真核表達(dá)載體；②帶有GST標(biāo)簽的小GTPase重組蛋白的純化；③利用免疫共沉淀技術(shù)，分析小GTPase和受體的相互作用；④利用激光共聚焦顯微鏡技術(shù)分析小GTPase和自噬受體在哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)的亞細(xì)胞共定位，以進(jìn)一步證明二者在細(xì)胞內(nèi)的相互作用。

項(xiàng)目2特異性參與能量匱乏誘導(dǎo)自噬基因的機(jī)制研究。以模式生物釀酒酵母為研究材料，通過(guò)敲除不同的基因，顯微鏡觀(guān)察能量匱乏條件下自噬的發(fā)生情況，從而研究特異性參與能量匱乏誘導(dǎo)自噬的新基因。主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括：①不同組選擇需要敲除的目標(biāo)基因（如BNA1-5、Ypt53、Gtr1、Mig1、Acs1、AIF1、Sir2和Rck2），分別設(shè)計(jì)同源重組引物；②利用PCR技術(shù)，擴(kuò)增同源重組片段并回收DNA片段；③利用同源重組技術(shù)，對(duì)目標(biāo)基因進(jìn)行靶向敲除；④通過(guò)提取酵母基因組DNA，檢測(cè)基因是否敲除；⑤利用熒光顯微鏡技術(shù)分析敲除基因?qū)δ芰繀T乏誘導(dǎo)自噬發(fā)生的影響。

4.2 學(xué)生完全自主選擇的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

首先由學(xué)生提出一個(gè)感興趣的科學(xué)問(wèn)題，通過(guò)與老師溝通和討論，決定該問(wèn)題是否具有研究的必要性和可行性。在確定自主研究項(xiàng)目主題后，學(xué)生通過(guò)查閱文獻(xiàn)，制定詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和方案。通過(guò)課堂匯報(bào)、答辯和討論過(guò)程，修改和完善研究計(jì)劃后加以實(shí)施。部分自主性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有：①對(duì)成纖維細(xì)胞及胚胎干細(xì)胞（ES）中常見(jiàn)基因表達(dá)水平差異的測(cè)定；②茶氨酸與咖啡因?qū)毙跃凭伪Ｗo(hù)作用影響研究；③不同濃度CCCP對(duì)Hela細(xì)胞線(xiàn)粒體自噬的影響；④紅景天對(duì)小鼠紅細(xì)胞2，3-二磷酸甘油酸含量的影響；⑤蘋(píng)果中多酚氧化酶的提取及抑制劑對(duì)PPO活性的影響比較；⑥不同品系瓜果中SPS含量差異對(duì)甜度影響探究；⑦探究JP3 JP4蛋白在腦發(fā)育過(guò)程中的表達(dá)；⑧脫氫乙酸及其鈉鹽類(lèi)物質(zhì)對(duì)蠶豆根尖細(xì)胞遺傳毒性的研究；⑨無(wú)機(jī)砷對(duì)NB4細(xì)胞LC3I和LC3II蛋白表達(dá)的影響。

4.3 自主性創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的實(shí)施過(guò)程

（1）由3～5個(gè)學(xué)生自由組合形成一個(gè)團(tuán)隊(duì)，并提出一個(gè)科學(xué)問(wèn)題（可與老師探討所提問(wèn)題是否具有科學(xué)研究的意義）。

（2）確定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目研究主題后，團(tuán)隊(duì)成員分工合作，通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，確定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目研究的方案。

（3）課堂上進(jìn)行開(kāi)題報(bào)告，匯報(bào)實(shí)驗(yàn)選題的基本思路和實(shí)驗(yàn)方案，通過(guò)課堂討論，提出修改意見(jiàn)或建議。

（4）在開(kāi)題報(bào)告的基礎(chǔ)上，帶教老師與每個(gè)實(shí)驗(yàn)組的學(xué)生進(jìn)行反復(fù)地討論和修改，最終確定探究性實(shí)驗(yàn)的實(shí)施方案。

（5）學(xué)生自主完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的研究，包括實(shí)驗(yàn)試劑的配制、實(shí)驗(yàn)材料和器材的準(zhǔn)備及實(shí)驗(yàn)操作等，并撰寫(xiě)研究論文。

5 教學(xué)效果與建議

5.1 教學(xué)效果

一流的本科教育需要建設(shè)一流的課程，所謂一流就是需要體現(xiàn)“兩性一度”［10］，以培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題的綜合能力和高級(jí)思維能力為目標(biāo)，課程的項(xiàng)目?jī)?nèi)容需要體現(xiàn)先進(jìn)性和創(chuàng)新性，而且要有一定的難度［11］，這也是建設(shè)自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)課程體系的目標(biāo)和初衷。通過(guò)自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)施，學(xué)生學(xué)習(xí)了什么樣的問(wèn)題才是一個(gè)科學(xué)問(wèn)題，并且學(xué)習(xí)和掌握了如何通過(guò)文獻(xiàn)檢索建立實(shí)驗(yàn)方案，探究這個(gè)科學(xué)問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中，學(xué)生經(jīng)歷了獨(dú)立思考、分工合作、匯總思路、相互配合等心路歷程，在很大程度上培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)課程體系表面看似乎是壓縮了一些線(xiàn)下的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容，但學(xué)生在自主性實(shí)驗(yàn)過(guò)程學(xué)到了更多的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法。自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)完成后，除了要求提交實(shí)驗(yàn)研究的論文外，每個(gè)學(xué)生還需要提交一份感想和體會(huì)，并對(duì)整個(gè)課程體系提出意見(jiàn)和建議。

課程結(jié)束后，通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查的形式針對(duì)整個(gè)自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)課程體系的教學(xué)安排、對(duì)創(chuàng)新性思維和能力培養(yǎng)、對(duì)綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)等方面的作用進(jìn)行調(diào)查。從回收的180份問(wèn)卷調(diào)查的統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，學(xué)生對(duì)自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)課程體系的總體評(píng)價(jià)很高，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果非常好（見(jiàn)圖1）。很多學(xué)生表示這是他們上過(guò)的最有意義的實(shí)驗(yàn)課，自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目就像是自己種植的小樹(shù)苗，看著它們不斷地長(zhǎng)大并開(kāi)花結(jié)果，即使有些自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不是很理想，但學(xué)生從中獲得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，通過(guò)總結(jié)，加深了體會(huì)，也在學(xué)習(xí)中得到了鍛煉與成長(zhǎng)。

5.2 自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)課程體系可持續(xù)發(fā)展的建議

自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)通常具有實(shí)驗(yàn)過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)、實(shí)驗(yàn)消耗經(jīng)費(fèi)相對(duì)較高、實(shí)驗(yàn)材料和試劑多樣、帶教老師工作量大、超課時(shí)工作等特點(diǎn)，還涉及實(shí)驗(yàn)室的有序開(kāi)放等問(wèn)題，這些問(wèn)題能否得到很好的解決關(guān)系到創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)課程體系的可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題［12］。如何妥善地解決新的實(shí)驗(yàn)課程體系實(shí)施過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題，有效地調(diào)動(dòng)教師和實(shí)驗(yàn)室工作人員開(kāi)展創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的積極性，是每個(gè)高校教學(xué)管理部門(mén)需要認(rèn)真思考的問(wèn)題［13-14］。建議對(duì)于開(kāi)設(shè)自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的課程在實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)費(fèi)上給予一定的增加，教師和實(shí)驗(yàn)室工作人員的工作量增加一定的系數(shù)，健全和完善實(shí)驗(yàn)室的有序開(kāi)放或預(yù)約管理機(jī)制，不斷改進(jìn)和完善學(xué)生和教師的考核評(píng)價(jià)體系，確保創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程的可持續(xù)發(fā)展。

6 結(jié) 語(yǔ)

加強(qiáng)高校創(chuàng)新性人才培養(yǎng)體制建設(shè)是新時(shí)代高校本科教育重要內(nèi)容之一，也是國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、科教興國(guó)戰(zhàn)略、人才培養(yǎng)戰(zhàn)略、科技強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的必然要求［15］。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的重要途徑之一，不同的學(xué)科如何根據(jù)各自的特點(diǎn)，探索建立各具特色的自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)課程體系，是值得認(rèn)真思考的問(wèn)題。