論“動(dòng)物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)”精簡(jiǎn)性本科課程的建設(shè)

摘 要：在現(xiàn)代生命科學(xué)趨向微觀的大環(huán)境下，綜合性高等院校的生物類專業(yè)對(duì)動(dòng)物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)課程不會(huì)很重視。然而，由于其相關(guān)教學(xué)的獨(dú)特魅力，如直觀反應(yīng)生命活動(dòng)、有效增進(jìn)學(xué)生動(dòng)手能力、和醫(yī)學(xué)聯(lián)系緊密、利用現(xiàn)代儀器自動(dòng)化分析等，在培養(yǎng)方案中又不能放棄這門課，而只能限制其課時(shí)。那么，如何在有限課時(shí)內(nèi)充分展現(xiàn)本課程的特色，就是一個(gè)緊要的問(wèn)題。于此，本文提出了建設(shè)動(dòng)物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)精簡(jiǎn)性本科課程的可行性方案，其中，具體闡述了各教學(xué)內(nèi)容安排方式和授課思路，期望對(duì)此問(wèn)題的解決有所貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：動(dòng)物生理學(xué)；傳統(tǒng)學(xué)科教學(xué)；課時(shí)精減；理論聯(lián)系實(shí)際

生理學(xué)強(qiáng)調(diào)生命機(jī)能的機(jī)理研究，是傳統(tǒng)生物學(xué)的代表學(xué)科。的確，歷史上，和生物學(xué)相關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)就起名為“生理學(xué)獎(jiǎng)”。生理學(xué)本初是對(duì)于人體而言的，但由于動(dòng)物（特別是高等動(dòng)物）與人類機(jī)體結(jié)構(gòu)和功能的相似性，而且多數(shù)實(shí)驗(yàn)是在動(dòng)物身上開展，現(xiàn)在的生理學(xué)常被稱為“動(dòng)物生理學(xué)”或“人體及動(dòng)物生理學(xué)”。實(shí)際上，借鑒此概念，現(xiàn)在還有“植物生理學(xué)”領(lǐng)域，甚至有“微生物生理學(xué)”的提法，本文的內(nèi)容并不涉及。下面的論述中，如只謂“生理學(xué)”，即指“動(dòng)物生理學(xué)”。

一、 建設(shè)精簡(jiǎn)版動(dòng)物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)的必要性

傳統(tǒng)生理學(xué)的研究重心在組織水平、器官水平和系統(tǒng)水平?，F(xiàn)在，隨著整個(gè)生命科學(xué)領(lǐng)域向微觀方向發(fā)展，生理學(xué)也開始追蹤細(xì)胞及分子水平的機(jī)理，如“炎癥的分子機(jī)理”和“睡眠的分子機(jī)理”等。不過(guò)，傳統(tǒng)的生理學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)卻獨(dú)具魅力。首先，宏觀水平的實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生們可以直觀地體驗(yàn)生命活動(dòng)的規(guī)律。其次，直接對(duì)宏觀動(dòng)物機(jī)體的操作（生理學(xué)標(biāo)本制備或手術(shù)），將大大提升參與學(xué)生的動(dòng)手能力。然后，生理學(xué)和醫(yī)學(xué)聯(lián)系緊密，實(shí)驗(yàn)中涉及的很多常識(shí)是學(xué)生十分感興趣的。實(shí)際上，上面提到的和生物學(xué)相關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)的全稱是“生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)”。最后，生理信號(hào)的記錄和分析都在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了儀器化和自動(dòng)化，這一點(diǎn)其實(shí)是生命科學(xué)現(xiàn)代化的另一面（不僅僅是研究水平的“微觀化”），是學(xué)生應(yīng)該體驗(yàn)而且也會(huì)樂(lè)于嘗試的。

由于和醫(yī)學(xué)聯(lián)系緊密，動(dòng)物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)在各醫(yī)科院校廣受重視，被賦予很多課時(shí)。然而，在綜合性大學(xué)的生物類專業(yè)，由于生命科學(xué)領(lǐng)域的內(nèi)容太多，且微觀化是大趨勢(shì)，本實(shí)驗(yàn)的課時(shí)安排難以十分充分——通常不超過(guò)36學(xué)時(shí)。如此，就存在一個(gè)尖銳的問(wèn)題：如何在有限的課時(shí)內(nèi)，生動(dòng)而充分地展示本課程的魅力，讓學(xué)生在較短的課堂教學(xué)時(shí)間中領(lǐng)略本學(xué)科的精髓，學(xué)到他們難以忘記的東西？這里，筆者結(jié)合多年以來(lái)在本課程教學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)談一談相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容安排和授課思路。

二、 教學(xué)內(nèi)容的安排和授課思路

按照總共36個(gè)學(xué)時(shí)的內(nèi)容，根據(jù)一周一次課，一次4到6個(gè)學(xué)時(shí)的安排，我們可以安排以下8個(gè)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)：

（1）準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)一：動(dòng)物生理學(xué)機(jī)能實(shí)驗(yàn)自動(dòng)化記錄系統(tǒng)的使用；（2）骨骼肌活動(dòng)特征：刺激強(qiáng)度、頻率與骨骼肌反應(yīng)的關(guān)系；（3）神經(jīng)干活動(dòng)特征：雙相和單相神經(jīng)干動(dòng)作電位、神經(jīng)干動(dòng)作電位傳導(dǎo)速度測(cè)定；（4）心肌活動(dòng)特征：蛙心期前收縮和代償間歇、心動(dòng)圖與心電圖同步記錄；（5）心臟活動(dòng)調(diào)節(jié)：蛙心灌流；（6）準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)二：哺乳動(dòng)物的麻醉和基本手術(shù)操作；（7）循環(huán)系統(tǒng)活動(dòng)及其調(diào)節(jié)：家兔心血管活動(dòng)；（8）呼吸系統(tǒng)活動(dòng)及其調(diào)節(jié)：家兔呼吸運(yùn)動(dòng)。

在“準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)一”的課堂講解中，應(yīng)該介紹生理學(xué)在生命科學(xué)中的地位（這是考慮到有很多同學(xué)并沒(méi)有同時(shí)選修生理學(xué)的理論課），本課程實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)。然后，借助張力換能器（或稱“張力傳感器”），演示機(jī)能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)外界信號(hào)的引入，然后進(jìn)行結(jié)果標(biāo)記、存盤和反演等基本流程。同時(shí)，還要介紹實(shí)時(shí)記錄和歷史記錄的窗口對(duì)比、界面前景和背景以及格線設(shè)置等基本操作。一些系統(tǒng)應(yīng)用細(xì)節(jié)，如信號(hào)放大、低頻濾波、高頻濾波、區(qū)間測(cè)量等內(nèi)容，可以留待后面的具體實(shí)驗(yàn)中，結(jié)合實(shí)例講解。

骨骼肌的活動(dòng)特征是首個(gè)正式的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，標(biāo)本制備比較簡(jiǎn)單。由于刺激強(qiáng)度和刺激頻率對(duì)骨骼肌的影響的標(biāo)本制備相同，這里進(jìn)行合并安排。本節(jié)課需要結(jié)合骨骼肌的肌纖維的微觀結(jié)構(gòu)來(lái)講解其對(duì)刺激反應(yīng)的原理，另一個(gè)要點(diǎn)是說(shuō)明骨骼肌作為生理興奮性組織，對(duì)外界刺激反應(yīng)的特點(diǎn)。

神經(jīng)組織是這里大家接觸的第二種生理興奮性組織，藉此可以小結(jié)一下，讓學(xué)生理解生理興奮性組織的普遍特點(diǎn)。神經(jīng)干實(shí)驗(yàn)的標(biāo)本制作比較復(fù)雜，開始挑戰(zhàn)大家的動(dòng)手能力。另外，本實(shí)驗(yàn)可以同時(shí)采用青蛙和牛蛙（動(dòng)作反應(yīng)一快一慢）作為實(shí)驗(yàn)材料，比較它們神經(jīng)干動(dòng)作電位的傳導(dǎo)速度，而讓大家感受生理學(xué)實(shí)驗(yàn)直接反應(yīng)宏觀機(jī)能的魅力。

在心肌活動(dòng)的特征實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，我們?cè)僖淮斡龅郊∪饨M織?；凇捌谇笆湛s和代償間歇”的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，我們需要讓學(xué)生了解心肌組織和骨骼肌組織對(duì)外界刺激反應(yīng)的模式之不同，以及其中所蘊(yùn)含的生理學(xué)意義?！靶碾姾托膭?dòng)周期的同步記錄”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)，讓學(xué)生直觀了解“心電引起心動(dòng)”這一生理學(xué)機(jī)制——由于其標(biāo)本制備與期前收縮和代償間歇實(shí)驗(yàn)完全相同，這里合并安排，也是遵循“有限課時(shí)內(nèi)合理包括更多實(shí)驗(yàn)內(nèi)容”的指導(dǎo)思想。

“蛙心灌流”項(xiàng)目的對(duì)象也是蛙心，但需要注意的是，這里的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)達(dá)到器官水平，而不是上一個(gè)項(xiàng)目的組織水平。這樣的安排，一方面使學(xué)生了解到器官水平基于組織水平，另一方面又能注意到兩個(gè)水平的不同。

哺乳動(dòng)物（這里用的是家兔）相關(guān)的實(shí)驗(yàn)正式開始前，可以有“準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)二”，主要讓學(xué)生了解麻醉過(guò)程的復(fù)雜性，并熟悉高等動(dòng)物手術(shù)（因?yàn)槭腔铙w，所以不應(yīng)再稱“標(biāo)本制備”）的基本操作，為下面實(shí)驗(yàn)的順利開展奠定基礎(chǔ)。本節(jié)課中，需要講解麻醉的意義、基本種類、麻醉過(guò)程中寧慢勿快和寧少勿多的原則等。實(shí)踐證明，本準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)作用明顯，后面的實(shí)驗(yàn)的成功率大大提高，至少很少因?yàn)槁樽磉^(guò)程出問(wèn)題而失敗。不過(guò)，增加此準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)，也意味著多使用一批家兔，不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)倫理觀，也不利于學(xué)生體會(huì)類似醫(yī)科人體手術(shù)的謹(jǐn)慎原則。所以，如果另外考慮到課時(shí)緊張的原因，也可去掉，但于正式實(shí)驗(yàn)中，更加需要對(duì)學(xué)生強(qiáng)調(diào)麻醉過(guò)程中的耐心，以避免“手術(shù)前失敗”。

正式的哺乳動(dòng)物實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，首先是心血管活動(dòng)的調(diào)節(jié)。實(shí)際上，上述從心肌到心臟再到這里的心血管活動(dòng)的連續(xù)三個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)，一脈相承，讓學(xué)生體會(huì)從組織水平到器官水平再到系統(tǒng)水平的關(guān)聯(lián)和差異，是內(nèi)容安排上緊湊高效的指導(dǎo)思想的完美體現(xiàn)。具體的，比如說(shuō)，在蛙心灌流實(shí)驗(yàn)中，我們可以用“去甲腎上腺素”代替?zhèn)鹘y(tǒng)上使用的“腎上腺素”——它們?cè)谄鞴偎降男Ч腔疽粯拥?，都是?qiáng)心的；而在家兔心血管活動(dòng)調(diào)節(jié)的實(shí)驗(yàn)中，我們可以告訴大家兩者在系統(tǒng)水平作用效果的差異：去甲腎上腺素由于引起全身小血管的廣泛收縮而大大增高血壓（因而被作為臨床上的“升壓劑”），進(jìn)而引起神經(jīng)中樞參與的“降壓反射”，其中反射弧中的心迷走傳出神經(jīng)作用于效應(yīng)器“心臟”，產(chǎn)生抑制作用，可能會(huì)抵消去甲腎上腺素的強(qiáng)心作用。因而，臨床上的“強(qiáng)心劑”不是去甲腎上腺素，而是腎上腺素（不會(huì)引起血管廣泛收縮）。

呼吸運(yùn)動(dòng)及其調(diào)節(jié)也是系統(tǒng)水平的實(shí)驗(yàn)，它涉及幾個(gè)重要的和前面實(shí)驗(yàn)相關(guān)聯(lián)的知識(shí)點(diǎn)。首先，心臟的節(jié)律性來(lái)自心臟起搏點(diǎn)的自發(fā)產(chǎn)生的節(jié)律性電信號(hào)；而呼吸節(jié)律在系統(tǒng)水平產(chǎn)生，源于神經(jīng)系統(tǒng)的一個(gè)閉環(huán)反射弧。其次，呼吸運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)所涉及反射?。ㄅc呼吸節(jié)律產(chǎn)生的反射弧不是同一個(gè)）的傳入神經(jīng)在迷走神經(jīng)干中行走；而上面的心血管活動(dòng)調(diào)節(jié)涉及的反射弧的傳出神經(jīng)在迷走神經(jīng)干中行走。這個(gè)對(duì)比生動(dòng)地說(shuō)明：一個(gè)神經(jīng)干是由不同神經(jīng)纖維組成——其中甚至它們的信號(hào)傳遞方向都不同。第三，心血管活動(dòng)的調(diào)節(jié)中所涉及反射弧的機(jī)械感受器（與血壓有關(guān)），是在頸動(dòng)脈竇和主動(dòng)脈弓的，而呼吸運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)的反射弧的外周化學(xué)感受器（與CO2和O2濃度有關(guān)）也是在這兩個(gè)部位，因而可以小結(jié)一下，讓學(xué)生思考它們?yōu)楹螘?huì)在這兩個(gè)位置，有何生理學(xué)機(jī)理？

三、 課程建設(shè)的要領(lǐng)

從上述課程內(nèi)容安排，我們可以看出，由于課時(shí)的原因，我們略去了生理學(xué)的一些方面，比如涉及消化、泌尿、內(nèi)分泌等生理過(guò)程的內(nèi)容。但我們通過(guò)內(nèi)容的緊密銜接和授課思路的活躍進(jìn)行彌補(bǔ)，讓學(xué)生能“窺一斑而見全豹”，充分領(lǐng)略本學(xué)科的獨(dú)特性和魅力。

的確，我們需要做到課程中涉及的內(nèi)容盡量關(guān)聯(lián)、多對(duì)比和多小結(jié)。其中，在涉及相關(guān)的生理學(xué)機(jī)理時(shí)，可以和學(xué)生多作互動(dòng)，讓他們多思考。另外，為了體現(xiàn)本課程和醫(yī)學(xué)緊密相關(guān)的特點(diǎn)，相關(guān)的講解可以有生動(dòng)的舉例，比如，在講麻醉的復(fù)雜性時(shí)可以聯(lián)系麻醉致植物人、手術(shù)時(shí)需要專門的麻醉師等例子；在心血管活動(dòng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以講解血壓和天氣以及血壓和年紀(jì)的關(guān)系，如此等等。

總的來(lái)說(shuō)，整個(gè)課程內(nèi)容緊湊，知識(shí)豐富，課堂生動(dòng)。學(xué)生方面，既有動(dòng)手，又有動(dòng)腦——身心愉悅又學(xué)有所得。如此，我們的教學(xué)目的就達(dá)到了，我們的課程建設(shè)就是成功的！

參考文獻(xiàn)：

[1]王玢，左明雪.人體及動(dòng)物生理學(xué)[M].高等教育出版社，2001.

[2]朱大年，王庭槐.生理學(xué)[M].人民衛(wèi)生出版社，2013.

[3]劉少金，胡祁生.生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].武漢大學(xué)出版社，2001.

[4]項(xiàng)輝，龍?zhí)斐?，周文?生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指南[M].科學(xué)出版社，2008.

[5]朱大誠(chéng)，陳秀琴.生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教程[M].人民軍醫(yī)出版社，2009.

作者簡(jiǎn)介：

馬文濤，湖北省武漢市，武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院。