獸醫(yī)學研究生分子生物學教學和實驗的改革探索

王江 褚貝貝 楊國宇

摘要：分子生物學技術在現代畜牧業(yè)生產中發(fā)揮著越來越重要的作用，為了使獸醫(yī)學研究生在分子生物學課程中加深對理論知識的理解，熟練掌握相關實驗技術，為后續(xù)開展研究課題打下基礎，文章從調整理論和實驗內容、改革考核方法和完善多媒體教學等方面進行了分子生物學教學和實驗改革的初步探索，以期為獸醫(yī)學研究生進行科學研究打下堅實的基礎。

關鍵詞：分子生物學;獸醫(yī)學研究生;理論實驗教學改革

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）42-0271-03

分子生物學（Molecular Biology）是研究核酸和蛋白質等生物大分子的結構與功能，并從分子水平上闡述生物大分子之間相互作用及其調控機制的一門學科，是人類從分子水平上真正揭示生命本質，由被動適應自然界轉向主動改造自然界的學科。分子生物學是新世紀的帶頭學科，目前發(fā)展最為迅速，正在越來越多地影響動物學、組織學、胚胎學、遺傳學、發(fā)育學、解剖學、細胞學、病理學、生理學和病毒學等傳統(tǒng)生物科學領域。

獸醫(yī)學研究生是我國畜牧業(yè)發(fā)展的后備人才，把其培養(yǎng)成為具備良好的科研能力、創(chuàng)新思維和綜合素質是當前研究生人才培育工作的重點。其中，分子生物學理論和實踐能力對于獸醫(yī)學研究生開展課題研究起到越來越重要的作用。隨著研究生招生規(guī)模的不斷擴大，獸醫(yī)學科目前開設的獸醫(yī)生物技術、動物疫病免疫防控、人獸共患病防控、細菌耐藥機制和新型獸藥研發(fā)和動物普通疾病診療的方向，都迫切需要研究生除了掌握分子生物學相關實驗的原理和技術，更重要的是能夠靈活使用所學技能，提高科研創(chuàng)新的能力，以解決獸醫(yī)學臨床實際問題。因此，只有通過不斷地對理論和實驗教學進行改革和探索，才能更好地提高學生興趣、求知欲和科研能力。

一、獸醫(yī)學研究生分子生物學理論和實驗現狀

在進行分子生物學理論和實驗教學，以及指導研究生從事科研工作時發(fā)現，獸醫(yī)學研究生的理論和實驗操作能力都比較薄弱，來自不同院校的學生在本科階段沒有或者只有少數開設分子生物學的專業(yè)課程，真正系統(tǒng)接受過實驗操作培訓的學生非常少。所以，研究生在這種情況下很難快速適應以課題研究為主的科研生涯，存在動手能力差、實驗成功率低、浪費試劑耗材的情況，不利于學生對科研興趣的培養(yǎng)以及對課題的深入探索。

由于分子生物學的研究對象主要是圍繞著核酸和蛋白質這兩大分子，因此開展相關的實驗操作對實驗條件和儀器設備的要求很高。并且相應的試劑和耗材也比較貴，一些試劑對人體有危害，需要老師花精力在學生的紀律和安全上。分子生物學實驗是一門精細的、需要每一步都做好質量控制的科學，如果沒有處理好每一個環(huán)節(jié)的細節(jié)問題，實驗非常容易失敗，打擊學生的科研熱情和自信心。此外，獸醫(yī)分子生物學實驗中經常需要對各種細菌、病毒和病原微生物做鑒定，稍有不慎便會造成污染，導致實驗失敗，甚至產生生物安全問題。

對于研究生而言，真正參與一些從分析問題，到開始設計實驗，最后再動手操作的綜合型實驗，會更加符合他們今后開展課題研究的實際，比簡單的驗證結果型實驗更能培養(yǎng)他們了解實驗體系和解決問題的能力。但受到人員、實驗場地、儀器設備和昂貴試劑等條件的制約，一些實驗通常只能讓老師動手操作而學生觀摩，使學生沒有動手機會。

為了克服上述現實環(huán)節(jié)中存在的問題，我們應加強對獸醫(yī)學研究生分子生物學實驗改革的探索，創(chuàng)造有利于學生基礎技能和熱愛科研的實驗環(huán)境，以便加快畜牧業(yè)發(fā)展急需的科研人才的培養(yǎng)步伐。

二、調整教學內容

在教學安排上，應由學院里從事相關科研課題的老師來任教，這樣一方面能傳授學生急需掌握的理論和實驗技能，另一方面還可以把現有課題作為案例引入教學，使學生既掌握了今后能用得上的理論和實驗技能，又能在學習和實驗過程中了解最新的分子生物學前沿的知識和技術動態(tài)。由于教學和科研的需要，要求從事分子生物學的教學工作者時刻保持學習的狀態(tài)，養(yǎng)成關注分子生物學領域最新發(fā)展動向的習慣，將權威雜志的新方法、新發(fā)現、新思路和新概念引入課堂。比如在講授經典的同源重組介導基因敲除的原理和技術時，應該將其與目前正在廣泛關注的CRISPR/Cas9基因敲除技術進行比較，使學生明白分子生物學技術的來源、產生、進展和應用，以及技術發(fā)展對現代獸醫(yī)學和畜牧業(yè)發(fā)展帶來的變革。

在理論教學上，采取講授教材與新進展專題講座相結合的形式，并且更加注重邀請國內外不同獸醫(yī)領域的專家學者以及成功企業(yè)家開設專題講座。通過舉辦各類型的學術講座，使學生對研究領域和行業(yè)發(fā)展產生初步認識。目前，使用的教材是高等教育出版社出版的《現代分子生物學》第4版，由朱玉賢等編著。以基因重組為主線，讓學生完成一篇“設計一種轉基因生物”的論文，包括實驗目的、實驗原理、采用的技術手段、實驗評價和理論上的經濟或社會價值等多方面的內容。讓學生帶著解決問題的心態(tài)閱讀教材、查找資料并主動向接觸到的專家學者提問，真正使學生成為知識傳授過程中的主體，從而弱化教師主動傳播、學生被動接受知識的情況。

三、調整實驗內容

對于實驗內容的調整，應該與時俱進，加強實驗內容的先進性、針對性和完整性。以往獸醫(yī)研究生分子生物學實驗內容一般由幾個獨立的分子生物學實驗組成，如PCR，Western blotting，RNA提取，大腸桿菌轉化等，學生完成幾個實驗后不能形成一個完整的科學研究的認識。因此，在分子生物學實驗中的改革更要注重實驗內容的相關性、系統(tǒng)性和完整性。

為了讓學生對獸醫(yī)分子生物學實驗有一個完整的思路，我們以嚴重危害世界范圍養(yǎng)豬業(yè)的豬繁殖與呼吸綜合征病毒為例，它是一種以母豬繁殖障礙和生長期豬的呼吸道癥狀為特征的高度傳染性病毒，目前尚無有效的防治措施。首先，向學生們介紹該病毒的起源、流行、危害、結構、變異和基因組等特征。然后，設計一個原核表達此病毒GP5蛋白的實驗。學生在文獻檢索、設計實驗以及其他如分子生物學試劑的訂購、設計合成引物、病毒基因組提取、PCR、酶切連接到原核表達載體、序列測定、重組質粒轉化至大腸桿菌、IPTG誘導重組蛋白的表達、Western blotting等一整套綜合型實驗中從頭設計并全程參與。這些正是學生關心、急需掌握并且是即將面臨的問題。因此，學生們對這樣的實驗安排產生了濃厚的興趣和學習熱情，等他們進入各個課題組后，能迅速適應科研環(huán)境，理解科研內容，盡早開展自己的課題研究。

四、改革考核方法

分子生物學理論和實驗課程注重的是研究生科研能力的培養(yǎng)，旨在提高研究生的思考能力和動手能力，對學生在今后課題研究中發(fā)現問題、分析問題到最終解決問題產生啟蒙和引導作用。因此，我們從研究生的論文寫作、實驗操作和實驗報告等方面進行考核。論文寫作考核：可以引導學生查找文獻資料、了解行業(yè)背景、鍛煉其寫作能力和邏輯思維，督促學生熟悉一些科研網站如NCBI和知網，以及一些常用軟件如Endnote等。實驗操作考核：規(guī)范化實驗操作是獸醫(yī)學研究生必須掌握的基本功。例如擴增目的片段的PCR反應，需要在微量離心管中加入ddH2O、緩沖液、模板、上下游引物、dNTP和DNA聚合酶，然后在PCR儀器中進行變性、退火和延伸反應。如果學生不熟悉微量加樣器的使用，各種反應物加量不準或者少加一種反應物，最終不僅會造成非特異擴增、降低擴增效率，甚至還會導致實驗失敗。因此，強調并精準向學生演示每一步的基本操作尤為重要，并作為實驗操作考核的評分標準。實驗報告的考核：綜合型實驗的設計往往是一環(huán)扣一環(huán)，必須每一步做好質量控制，才能得到預期結果。比如質粒構建實驗，首先要成功擴增目的片段，然后對目的片段和質粒載體進行酶切、連接、轉入受體菌、酶切鑒定以及序列測定，任何一個環(huán)節(jié)出現問題，都不會拿到一個成功的重組質粒，這就要求學生思路清晰、態(tài)度認真、仔細操作才能完成。實驗報告是學生實驗操作的基礎，能夠反映學生的設計實驗和思考能力，實驗結果和相應的分析能夠幫助學生總結成功和失敗的經驗，為今后課題的開展培養(yǎng)良好的習慣。

五、運用多媒體教學

分子生物學知識很多并且有的很抽象，而多媒體教學就是把抽象的文字信息轉化為形象的圖像和動畫，從而啟發(fā)學生的想象力，使學生把握教材的內涵，達到理解知識的目的。多媒體由于其“圖、文、聲、色彩和視聽”并舉，使課堂教學由靜態(tài)的灌輸變?yōu)閯討B(tài)的傳播，學生耳聞其聲，目睹其形，提高了教學效率，激發(fā)研究思考的熱情，這是傳統(tǒng)教學無可比擬的優(yōu)勢。分子生物學教師結合自己的研究結果，以及收集到的圖片、視頻資料，進行加工和完善，形成直觀、系統(tǒng)和生動的分子生物學多媒體教學課件，提高學生的興趣，加深學生對復雜的抽象的知識點的理解。如播放細胞內各細胞器之間生物大分子相互作用的動畫視頻，向學生們展示DNA的復制、轉錄、翻譯的動畫過程，以及一些實驗室中的實驗操作視頻，將原本抽象的動態(tài)過程和不容易掌握的知識點變得形象、直觀和生動有趣。在講授每一個能夠應用在現實生活中的分子生物學知識點時進行相關的舉例說明。比如通過PCR技術擴增犯罪嫌疑人留在案發(fā)現場煙頭上的DNA以破案的案例;利用SNP等技術進行親子鑒定;以腺相關病毒為載體治療基因突變病人的案例;以及利用反向遺傳學構建口蹄疫疫苗形成巨大經濟效益的案例。激發(fā)學生們學習并學好分子生物學的熱情。同時，將更多醫(yī)學和畜牧業(yè)先進的知識引入課件，讓同學們通過動畫、圖片和實驗錄像了解這些知識和技術，增加教學的信息量，開闊他們的視野。

六、展望

社會的不斷進步對畜牧業(yè)的發(fā)展提出了更高的要求，現代畜牧業(yè)的發(fā)展靠的是科學技術，而科技創(chuàng)新的核心在于人才培育。因此，只有不斷地對分子生物學理論和實驗課程進行改革探索，才能提高獸醫(yī)學研究生的理論和科研水平，提高綜合素質。在教學中必須以學生為主體，多創(chuàng)造學生思考和動手的機會，才能幫助學生更好地開展研究。這對加快培養(yǎng)造就一支創(chuàng)新能力強、綜合素質高的獸醫(yī)學人才隊伍，對不斷提高獸醫(yī)學科技自主創(chuàng)新能力，促進畜牧業(yè)科技成果轉化應用，具有重要的現實意義和長遠的戰(zhàn)略意義。