研究型醫(yī)學(xué)生物學(xué)實驗教學(xué)平臺的系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計

文朝陽， 馬惠蘋， 賀 旭， 李寶紅， 王慶松

(首都醫(yī)科大學(xué) 國家級基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)示范中心， 北京 100069)

研究型醫(yī)學(xué)生物學(xué)實驗教學(xué)平臺的系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計

文朝陽， 馬惠蘋， 賀 旭， 李寶紅， 王慶松

(首都醫(yī)科大學(xué) 國家級基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)示范中心， 北京 100069)

以開放、整合的原則對醫(yī)學(xué)生物學(xué)實驗的內(nèi)容及教學(xué)資源進(jìn)行了優(yōu)化與重組。采用基礎(chǔ)實驗教學(xué)、研究實踐教學(xué)等方法，實現(xiàn)實驗課堂與課外活動的統(tǒng)一、科研活動與教學(xué)實驗的統(tǒng)一。進(jìn)行研究型的實驗教學(xué)，充分發(fā)揮了學(xué)生的主體作用，使學(xué)生在主動獲取知識、運用知識的過程中培養(yǎng)創(chuàng)新能力，實踐能力有了很大的提高。發(fā)展主體意識，助力成長成才。

醫(yī)學(xué)生物學(xué)實驗； 研究型教學(xué)改革； 教學(xué)系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計

研究型實驗教學(xué)改革是高校實驗課程改革的重要趨勢，對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有重要的促進(jìn)作用[1]。為適應(yīng)高等醫(yī)學(xué)教育改革[2]和落實首都醫(yī)科大學(xué)教育發(fā)展綱要，2010年我校啟動了第4輪教育教學(xué)改革。我們的改革目標(biāo)是按照素質(zhì)教育的理念及本科生人才培養(yǎng)目標(biāo)，從培養(yǎng)人才可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略出發(fā)，積極探索以醫(yī)學(xué)生物學(xué)知識教育為載體，重點培養(yǎng)學(xué)生2方面的能力，即：①善于學(xué)習(xí)，不斷完善自我的能力。使學(xué)生獲得善于利用書本，通過實踐、網(wǎng)絡(luò)等各種途徑不斷獲取信息和學(xué)習(xí)新知識的能力。②不斷發(fā)展創(chuàng)新的能力。使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中具有不斷發(fā)現(xiàn)問題、研究問題、解決問題的能力。

1 實驗室重新布局并建立專職實驗教學(xué)隊伍

我校的醫(yī)學(xué)生物學(xué)實驗平臺包括原生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)和分子生物學(xué)4個學(xué)科的實驗室，現(xiàn)統(tǒng)一歸屬醫(yī)學(xué)生物實驗室管理。我們認(rèn)真分析了原有4門實驗課程的內(nèi)容、特點及相互之間的關(guān)聯(lián)性，將原分設(shè)在不同學(xué)科的實驗室合理規(guī)劃，統(tǒng)籌安排使用。

經(jīng)過重新布局與規(guī)劃，醫(yī)學(xué)生物學(xué)實驗室現(xiàn)有學(xué)生實驗室11間，細(xì)胞無菌操作實驗室4間，學(xué)生課外創(chuàng)新實驗室3間，實驗準(zhǔn)備室及辦公室14 間。實驗教學(xué)用實驗室，經(jīng)費由實驗教學(xué)中心統(tǒng)一管理與調(diào)配，并與院(系)之間進(jìn)行了分割。實驗室配備了一流的儀器設(shè)備，實施了現(xiàn)代化的實驗教學(xué)手段，并且配備了實驗室專職教師及技術(shù)人員，大大提高了實驗教學(xué)水平。

實驗室現(xiàn)有專職教師和技術(shù)人員10人，其中教授1人，副教授2人，實驗技術(shù)人員8人。實驗教學(xué)授課教師實行專兼職結(jié)合，其中兼職教師28人，具有博士、碩士學(xué)位的教師占總?cè)藬?shù)的95%。

這種實驗室布局及儀器設(shè)備的統(tǒng)一使用、實驗室教師及實驗員的專職配備，建立了強大的實驗室綜合功能及培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的功能，實驗室承擔(dān)全校4年、5年、7年制本科生，碩士、博士研究生，3年制高職生及成人專升本、?？粕⑼鈬魧W(xué)生等多層次相關(guān)實驗教學(xué)。

2 以整合、開放的原則重組實驗教學(xué)內(nèi)容

我們將原分散開設(shè)的生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)和分子生物學(xué)實驗內(nèi)容優(yōu)化重組，融合為一門獨立的醫(yī)學(xué)生物學(xué)實驗課程。新的課程繼承并發(fā)展了生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)和分子生物學(xué)實驗的核心內(nèi)容，并且更加強調(diào)學(xué)科之間的交叉融合，更加重視新技術(shù)的應(yīng)用，更加注重對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

通過課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生系統(tǒng)掌握醫(yī)學(xué)生物學(xué)實驗的基本方法和技術(shù)，培養(yǎng)他們科學(xué)的思維、創(chuàng)新的意識以及獨立思考、分析和解決問題的能力。在此基礎(chǔ)上，2007 年編寫出版了配套的《醫(yī)學(xué)生物學(xué)實驗教程》的實驗改革教材,并于2010年被評為北京市精品教材。2010年“醫(yī)學(xué)生物學(xué)實驗”課程獲批為校級精品課程。2012 年又出版了配套的英文實驗教材——《醫(yī)學(xué)生物學(xué)實驗》。

2.1 以實驗技能分類整合課程內(nèi)容

查閱國內(nèi)各細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、生物化學(xué)實驗教材，并參考了國外相關(guān)教材，雖然教學(xué)內(nèi)容豐富，但實驗題目繁多，而且重復(fù)性實驗內(nèi)容較多。我們經(jīng)過反復(fù)梳理、篩選，按實驗技能分類把醫(yī)學(xué)生物學(xué)實驗劃分為細(xì)胞培養(yǎng)系列、電泳技術(shù)系列、核型分析實驗系列、層析實驗技術(shù)系列、生物大分子分離制備技術(shù)系列、生物活性物質(zhì)測定系列等幾大教學(xué)板塊。在每個板塊中，提煉最基礎(chǔ)的原理、技能，要求學(xué)生必須認(rèn)真加以訓(xùn)練和掌握；在此基礎(chǔ)上，將不同的方法、技術(shù)加以分析比較，了解各自的優(yōu)勢、適用范圍、相互間的區(qū)別與聯(lián)系等，使學(xué)生真正做到舉一反三、觸類旁通。在實驗教學(xué)過程中，還積極創(chuàng)造條件，使學(xué)生了解學(xué)科發(fā)展前沿的生化技術(shù)，了解科學(xué)發(fā)展動態(tài)。

我們將醫(yī)學(xué)生物學(xué)的基礎(chǔ)實驗部分統(tǒng)一進(jìn)行訓(xùn)練，主要進(jìn)行通識性實驗，整個基礎(chǔ)實驗部分的安排充分體現(xiàn)醫(yī)學(xué)生物學(xué)實驗技術(shù)中的實驗特點，又考慮到基本理論知識、基本技能訓(xùn)練的系統(tǒng)性和完整性。開設(shè)目前最常用的醫(yī)學(xué)生物技術(shù)實驗內(nèi)容，主要包括質(zhì)粒提取、核酸的提取與回收、感受態(tài)細(xì)胞的制備、限制性內(nèi)切酶切電泳、基因重組、陽性篩選、PCR擴增、基因組DNA的提取、總RNA的提取和RT-PCR?；A(chǔ)實驗部分主要是讓學(xué)生學(xué)會并掌握醫(yī)學(xué)生物學(xué)基本實驗技術(shù)和無菌操作技術(shù)，為后續(xù)研究性實驗課程內(nèi)容的順利開展奠定良好的基礎(chǔ)。

在進(jìn)行電泳技術(shù)板塊教學(xué)時，把原分子生物學(xué)、遺傳學(xué)和生物化學(xué)3門課程、4個題目的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了重組。在同一課堂上，使用圓盤電泳槽、垂直板電泳裝置，進(jìn)行利用聚丙烯酰胺凝膠分離人血清蛋白、過氧化物同工酶、酯酶同工酶等電泳實驗，學(xué)生不但掌握了電泳的基本原理、基本的實驗裝置和聚丙烯酰胺凝膠的制膠方法，同時也理解到在制膠過程中，如果加入SDS，就可以利用SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳測定蛋白質(zhì)的分子量，如果加入兩性載體電解質(zhì)，就可以利用等電聚焦電泳測定蛋白質(zhì)的等電點。我們還利用NA100多功能電泳儀(LKB公司產(chǎn))進(jìn)行演示實驗，并與傳統(tǒng)電泳儀進(jìn)行比較，可同時檢測并純化20個PCR產(chǎn)物，同時檢查80個PCR產(chǎn)物，改變電泳的方向，利用普通數(shù)碼相機就可以記錄下來實驗結(jié)果。免去了切膠、純化步驟，即省試劑又省時間。使學(xué)生了解到這種儀器的先進(jìn)性及在科研中的用途。通過該板塊教學(xué)，學(xué)生了解了電泳技術(shù)的發(fā)展過程。

對制膠、電泳、染色3個基本過程的不斷改進(jìn)，就是為了提高靈敏度，縮短電泳時間，簡化操作程序，并擴大應(yīng)用范圍。

2.2 以研究性、綜合性實驗題目整合課程內(nèi)容

開展研究性實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神的一種有效途徑[3]。以研究性實驗題目整合實驗課程內(nèi)容就是為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一種科學(xué)研究的情境和途徑[4]，讓學(xué)生以類似科學(xué)研究的方式查閱文獻(xiàn)資料、收集處理信息、設(shè)計實驗方案、實施研究過程、做好觀察記錄、分析提取實驗結(jié)果、按論文形式書寫研究報告，或以其他方式表達(dá)、展示研究成果。這個過程既是學(xué)生主動獲取知識的過程，也是運用已有知識解決實際問題的過程[5]。

引導(dǎo)、鼓勵學(xué)生在實驗過程中進(jìn)行方法的改進(jìn)與技術(shù)路線的設(shè)計，這些方法技術(shù)上的創(chuàng)新的不斷積累，使學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神由萌芽到成熟[6]。

例如，用考馬斯亮藍(lán)法測定動物組織中蛋白質(zhì)的含量(是所有醫(yī)學(xué)院?；A(chǔ)醫(yī)學(xué)和生物學(xué)科的必修實驗內(nèi)容)，以往為節(jié)省時間，教師在實驗課前為學(xué)生準(zhǔn)備好動物組織勻漿樣品、配好試劑，為學(xué)生準(zhǔn)備好標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)溶液并安裝完儀器，采用PPT給學(xué)生顯示實驗原理及操作流程。學(xué)生利用實驗課時間測定蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)溶液、完成標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作，進(jìn)而進(jìn)行目的蛋白的含量測定。這種教學(xué)設(shè)計只達(dá)到了傳授考馬斯亮藍(lán)法測定動物組織中蛋白質(zhì)含量原理和技術(shù)的目的。自2010年起，我們在2009—2013級5屆臨床7年班開設(shè)了“不同組織器官蛋白質(zhì)分析”的研究題目。學(xué)生按科學(xué)研究的方式和程序通過查閱《生物化學(xué)》、《分子細(xì)胞生物學(xué)報》等刊物了解到，決定組織質(zhì)地軟硬程度、酶活性、受體結(jié)構(gòu)、離子通道等的內(nèi)在指標(biāo)是蛋白質(zhì)含量多少及變化情況。另外，一些文章還介紹了某些組織氨基酸的組成情況等。在此基礎(chǔ)上，從整個實驗方案設(shè)計到樣品的前處理，再到標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與標(biāo)定等全部程序均由學(xué)生自主完成。教師只起到導(dǎo)學(xué)、合作伙伴的作用。其導(dǎo)學(xué)作用是確定本課題學(xué)生應(yīng)該掌握的實驗理論、實驗技能、實驗儀器的性能、使用方法及對實驗結(jié)果的要求，如3次滴定誤差在0.02 mL內(nèi)等(各項要求形成文字發(fā)給學(xué)生)。在學(xué)生書寫研究報告前，以實踐+反思的方式組織學(xué)生討論。通過這個實驗，學(xué)生不僅學(xué)到了考馬斯亮藍(lán)法測蛋白質(zhì)含量，酸水解經(jīng)衍生化后用高壓液相層析法測定氨基酸組成的原理與技術(shù)，還掌握了動物組織取樣方法、組織勻漿制備方法、標(biāo)準(zhǔn)溶液配制、標(biāo)定等一系列的實驗技能，而且經(jīng)歷了科學(xué)研究的思維方法、工作方法的全面訓(xùn)練。

通過實驗，學(xué)生理解了進(jìn)行科學(xué)研究一定要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、腳踏實地的工作作風(fēng)、要善于與他人團結(jié)協(xié)作、愛護(hù)公物等。將塑造學(xué)生高尚的人格品質(zhì)寓于專業(yè)知識的教育中，正是體現(xiàn)了素質(zhì)教育的內(nèi)涵。

我們還減少了驗證性實驗，增加綜合性、設(shè)計性實驗，開展研究式教學(xué)。在分子生物學(xué)實驗技術(shù)教學(xué)的過程中，我們將以前的6個小實驗合并在一起,注重實驗教學(xué)的連續(xù)性。例如從細(xì)菌中提取載體質(zhì)粒DNA、對目的基因及載體進(jìn)行限制性內(nèi)切酶的切割、目的片段與載體的體外連接、感受態(tài)細(xì)胞的制備、重組質(zhì)粒的轉(zhuǎn)化、重組子的篩選以及鑒定，整個實驗連續(xù)進(jìn)行，內(nèi)容緊密銜接，環(huán)環(huán)相扣，較為完備地將分子生物學(xué)的上游技術(shù)綜合到一系列實驗中。

以“研究性”、“綜合性”實驗題目整合實驗教學(xué)，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)與研究興趣。在以學(xué)研形式引導(dǎo)學(xué)生主動獲取知識、運用已有知識解決實際問題的過程中，學(xué)生自然地提高了自身素質(zhì)和實踐能力[7]。

3 改善平臺的軟件條件

創(chuàng)新課程平臺建設(shè)，既要重視硬件條件建設(shè)，也要重視配套軟件條件的完善[8]。我們優(yōu)化醫(yī)學(xué)生物學(xué)實驗軟件條件的主要措施是:

(1) 實驗教學(xué)獨立設(shè)課，強化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，開設(shè)綜合性、設(shè)計性實驗項目，做好實驗室開放工作。

(2) 實驗課程內(nèi)容模塊化，課程體系要內(nèi)容新、水平高、效果好。在教學(xué)內(nèi)容中要注重結(jié)合學(xué)科發(fā)展的前沿，注重結(jié)合科研實際，增強對科研工作的適應(yīng)性。

(3) 努力創(chuàng)造條件，把多媒體引入實驗教學(xué)，在教學(xué)手段等方面推行多樣化。醫(yī)學(xué)生物學(xué)不僅內(nèi)容豐富，涉及面廣，發(fā)展迅速，而且涉及到亞顯微、分子等微觀水平，具有高度的綜合性、復(fù)雜性和抽象性[9]，因此，我們購買了細(xì)胞永久切片，通過電視展示給學(xué)生，并利用實驗相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)視頻資源進(jìn)行教學(xué)，既便于教師講解，又提高了實驗教學(xué)效果，深受學(xué)生歡迎。

(4) 轉(zhuǎn)變學(xué)生實驗教學(xué)的理念，樹立以人為本、以掌握技術(shù)方法和服務(wù)科研為目標(biāo)、以激發(fā)創(chuàng)新思維能力為核心的培養(yǎng)理念，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力和探索能力，以適應(yīng)高科技時代的發(fā)展需要[10]。

(5) 有效建設(shè)醫(yī)學(xué)生物學(xué)實驗教學(xué)的軟件條件，有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合實驗技能、綜合應(yīng)用生物化學(xué)、分子生物學(xué)、細(xì)胞學(xué)實驗技術(shù)分析和解決實際問題的能力，以及通過實驗進(jìn)行創(chuàng)新的能力。

4 醫(yī)學(xué)生物學(xué)實驗室的體系規(guī)劃

醫(yī)學(xué)生的實踐能力可以分解為基礎(chǔ)性實踐能力、綜合性實踐能力和創(chuàng)造性實踐能力等3個層次[11]。根據(jù)實踐能力的分解,我們將實驗室體系規(guī)劃為基礎(chǔ)課程實驗室、綜合實驗中心、虛擬拓展實驗室3種類型,并采取不同的方式進(jìn)行建設(shè)和管理。

(1) 基礎(chǔ)課程實驗室。根據(jù)課程教學(xué)需要建立的功能相對單一的實驗室,完成培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱規(guī)定的實驗內(nèi)容，以實施本學(xué)科專業(yè)所要求的基礎(chǔ)性實踐能力訓(xùn)練為主要任務(wù),開設(shè)有關(guān)實驗課程，如學(xué)習(xí)細(xì)胞培養(yǎng)、蛋白質(zhì)變性、等電點測定、染色體分類等的基本技術(shù)。

(2) 大型綜合實驗室。主要功能是根據(jù)高素質(zhì)、高層次人才對創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)要求,開設(shè)教學(xué)實驗?zāi)K和綜合實踐項目,支撐實驗教學(xué)及相關(guān)創(chuàng)新實踐活動,全面培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用多學(xué)科知識解決復(fù)雜技術(shù)問題的科技創(chuàng)新能力。第二課堂、學(xué)生科研活動等均可以在綜合實驗室完成。

(3) 虛擬拓展實驗室。結(jié)合學(xué)校實際,采取虛擬拓展實驗室的方式,建立開放共享機制和設(shè)備信息服務(wù)平臺,拓展利用學(xué)?！笆晃濉钡目萍紕?chuàng)新平臺和科研公共服務(wù)體系及其他先進(jìn)科研實驗條件,充分發(fā)揮科研條件對高層次人才培養(yǎng)的支撐作用,實現(xiàn)大型先進(jìn)科研設(shè)備及研究環(huán)境對本科生培養(yǎng)過程的開放共享,構(gòu)建完善的本科生實踐能力培養(yǎng)體系。學(xué)生畢業(yè)課題設(shè)計、實施、完成等過程均可在此實驗室實施。

5 結(jié)束語

研究型醫(yī)學(xué)生物學(xué)實驗教學(xué)平臺的系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計是一個充滿挑戰(zhàn)的新課題,目前還沒有成熟的范例可循。只有通過不斷的探索和實踐,特別是要加強本科生實驗室運行管理機制研究,努力實現(xiàn)良好建設(shè)效益,才能達(dá)到建設(shè)目標(biāo)。

References)

[1] 宋永濤.本科教學(xué)改革中的研究型教學(xué)模式解析[J].教育教學(xué)論壇，2013(32)：43-44.

[2] 李忠新，左建華.依托實驗教學(xué)中心進(jìn)行學(xué)科基礎(chǔ)實驗平臺系統(tǒng)規(guī)劃與建設(shè)[J].實驗技術(shù)與管理,2014,31(1):131-134.

[3] 馮毅萍,張光新,榮岡.基于知識系統(tǒng)化重構(gòu)的研究型實驗教學(xué)[J].實驗技術(shù)與管理, 2012,29(10):154-156.

[4] 張建峽,周紅,徐云,等.研究型實驗的理念[J].實驗技術(shù)與管理. 2009,26(3):135-136.

[5] 胡敏.論高校開放式實驗教學(xué)與科研[J].教育教學(xué)論壇,2015(4):222-223.

[6] 趙文玲，曾方.高等教育實驗教學(xué)改革的探討[J].實驗室研究與探索，2010，29(10)：317-319.

[7] 史秀娟,呂立夏,徐磊,等.淺談醫(yī)學(xué)生生物化學(xué)實驗教學(xué)改革的實踐與探索[J].教育教學(xué)論壇,2015(4):120-121.

[8] 姜兆華，姚忠平，劉志剛,等.優(yōu)勢互補、資源共享的“應(yīng)用表面化學(xué)”精品課程平臺建設(shè)模式[J].中國大學(xué)教學(xué),2010(7):48-50.

[9] 張永云,高士爭,趙素梅，等.動物生物化學(xué)實驗教學(xué)改革探索與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2011,28(10):117-121.

[10] 李海燕，趙汗青，馬艷蘋,等.基于創(chuàng)新思維的實驗教學(xué)課堂改革[J].實驗室研究與探索,2010,29(11):309-311.

[11] 韓寒冰,劉杰鳳.生物化學(xué)實驗教學(xué)改革的實踐與探索[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2010，8(1):128-130.

System planning and design of research-oriented medical biology experimental teaching platform

Wen Zhaoyang, Ma Huiping, He Xu, Li Baohong, Wang Qingsong

(Experimental Center for Basic Medical Teaching of National Teaching Demonstration Center, Capital Medical University, Beijing 100069, China)

By way of integration and open minds, the content and teaching resources are optimized and restructured in medical biological experiments. Taking the basic experimental teaching, research and practice teaching methods, has achieved the unity on the experimental classroom and extra-curricular activities, and the unity of research activities and teaching experiments. During the experimental study of teaching, the main role of the students can be fully played out, so that the ability to innovate is cultivated, and the practical ability is improved. Development of students’ initiative can help their growth and success.

medical biology experiment; research-oriented teaching reform; teaching system planning and design

2015- 01- 26 修改日期：2015- 03- 10

首都醫(yī)科大學(xué)校長基金項目(14JYY005)

文朝陽(1962—)，女，北京，雙學(xué)士，副教授，研究方向為基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)改革、肝臟疾病發(fā)病機制.

E-mail：wangwenwen1722@163.com

G642.0

A

1002-4956(2015)8- 0160- 03