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      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

      2021-08-19 02:26:14趙魯杭霍朝霞于曉虹翁登坡
      實(shí)驗(yàn)室研究與探索 2021年7期
      關(guān)鍵詞:創(chuàng)新性課程體系實(shí)驗(yàn)教學(xué)

      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。

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