面向輕工食品類研究生動物實踐教學的思考與探索

羅瑋，顧秋亞，商可心

1(江南大學 生物工程學院，工業(yè)生物技術(shù)教育部重點實驗室，江蘇 無錫，214122)2(江南大學 食品學院， 江蘇 無錫，214122)3(江南大學 國家功能食品工程技術(shù)研究中心，江蘇 無錫，214122)

開展動物試驗是從事相關(guān)學科教學與科研的必需手段，是培養(yǎng)研究生科研創(chuàng)新能力的重要實踐方式[1]。隨著生物技術(shù)和食品科學研究不斷深入和拓展，開展動物試驗已逐步成為該類專業(yè)科學研究和教學實驗的重要組成部分，實驗動物公共服務平臺已成為學校各個院系和科研機構(gòu)承擔國家重大項目的重要服務支撐體系和教學科研基地。實驗動物廣泛應用于醫(yī)學研究以及藥品、生物制品、食品等功能和安全性評價領(lǐng)域。開展動物試驗不是簡單的動物飼養(yǎng)，更需要建立一整套完整的流程，包括進行實驗動物從業(yè)人員上崗培訓并通過考試、完成動物試驗公共平臺的理論及現(xiàn)場培訓并通過考核、梳理實驗方案并提交實驗動物福利及倫理審查表、參加動物試驗操作技能培訓，以上全部完成后方可進駐設施開展動物試驗。開展實驗的過程中需嚴格遵守平臺的各項管理制度及操作規(guī)范，在試驗過程中也可能出現(xiàn)一系列操作相關(guān)或結(jié)果相關(guān)的問題需要反復查閱資料并修正研究方案。

不同于本科生，研究生教育培養(yǎng)的是具有本學科堅實的基礎理論、系統(tǒng)的專業(yè)知識，能夠從事本專業(yè)科學研究和實際工作的高端人才，其培養(yǎng)層次要顯著高于本科人才。因此，相對于本科教學著重培養(yǎng)本科生記憶、理解和基本運用的能力，研究生的教學主要培養(yǎng)其分析問題和解決問題的能力，特別是創(chuàng)新能力[2]。兩者的教學過程既存在顯著差異，又有很強的相關(guān)性。因為學生對知識的認知過程是記憶、理解、運用、分析、評價和創(chuàng)造，研究生教學是遵循人認知過程的歷程，在本科生教學基礎上進一步深化。不同于本科生教學的著重點在于學生能夠?qū)π轮R進行系統(tǒng)學習和接受，研究生需要加強對獲得的知識進行運用(包括分析問題和解決問題)，因此需要導師加強對研究生的實踐教學和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

研究生要培養(yǎng)出較好的科研素質(zhì)，不但要具備良好思路來完整闡明科學原理，還要有扎實的技能操作基本功以及在實踐過程中發(fā)現(xiàn)并解決問題的能力。江南大學是一所以輕工食品類見長的高等學校，而這些專業(yè)的研究生在進行動物試驗研究時尚缺乏有效的指導和實踐教學，整體上影響了對研究生的教學效果。因動物試驗直接影響到研究結(jié)果的準確性和可靠性，要在不斷的試驗操作過程中總結(jié)研究的方法，摸索出更科學的科研途徑，就需要具備創(chuàng)新的思維[3]。因此，依托實驗動物平臺實踐教學，完成一整套流程的動物試驗不但對高水平研究型人才的培養(yǎng)具有重要意義，而且對提高高等學校的研究水平、研究生的就業(yè)和創(chuàng)業(yè)能力提升也具有重要作用。培養(yǎng)研究生動物試驗動手操作能力及各種問題處理能力，是研究生從事科學研究的基礎，也是將科學實驗的設計構(gòu)想付諸實踐的重要途徑[4-5]。

1 輕工食品類研究生動物實踐教學存在的主要問題

1.1 缺乏針對研究生的實驗動物基礎理論知識教育

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前在實驗動物公共平臺上開展動物試驗的生物技術(shù)和食品類研究生中極少數(shù)人員選修過實驗動物學相關(guān)課程。在參加實驗動物上崗培訓之前對實驗動物及動物試驗方面的知識大多來自查閱資料及同門之間的互相交流，缺乏堅實的理論基礎。作為生命科學和醫(yī)學的一門基礎課程，實驗動物學在醫(yī)學和生命科學等專業(yè)中普遍開展，能為學生自主開展動物試驗提供良好理論支撐[6-8]；但是在生物技術(shù)以及食品類學科中鮮有涉及，這也造成了生物技術(shù)和食品類研究生對該課程知之甚少，認知通常停留在進行動物試驗就是“飼養(yǎng)動物”的低級水平，這樣不利于他們開展與生物技術(shù)和食品研究相關(guān)的動物試驗，難以培養(yǎng)學科交叉頂級人才。

1.2 傳統(tǒng)培養(yǎng)模式使學生缺乏自主創(chuàng)新能力

在傳統(tǒng)研究生培養(yǎng)模式下，特別是針對碩士研究生，普遍存在導師給方案、學生聽取并執(zhí)行的情況，學生并不是自主確定研究思路和研究方案，不利于創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)；在實踐過程中出現(xiàn)任何問題，無法自行判斷分析解決，最終培養(yǎng)的只能是機械的技術(shù)人員，缺乏應有的主觀能動性。研究生不同于本科生，在培養(yǎng)的過程中更應注重提升學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力[9]。依托實驗動物公共服務平臺，研究生導師與平臺工作人員協(xié)同合作，從研究選題、動物試驗方案設計及優(yōu)化、試驗開展過程中的操作及問題處理等方面進行聯(lián)合指導，使學生可以將實驗動物相關(guān)知識及動物試驗相關(guān)技能與其專業(yè)內(nèi)研究內(nèi)容相結(jié)合，能夠獨立探尋、設計和實施完成相關(guān)研究課題，在實踐的過程中培養(yǎng)其發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的自主能力及創(chuàng)新性科研思維[5]?；谏锛夹g(shù)和食品等學科對動物試驗的需求，梳理了在開展動物試驗研究的過程中可能存在的問題，包括缺乏實驗動物及動物試驗基礎理論知識，沒有進行過系統(tǒng)學習；對動物存在畏懼心理，無法正常開展實驗；缺乏動物試驗操作技能，導致預期實驗效果難以保證；實驗過程中出現(xiàn)未預料到或無法解釋的實驗結(jié)果，找不到原因及解決方案。

1.3 研究生、導師與實驗動物平臺溝通與協(xié)作效率不高

研究生能夠順利開展動物試驗離不開導師悉心指導，同時也需要合理利用平臺提供的基礎設施設備及實驗動物基礎理論培訓、操作技能指導等方面有針對性的支持。在開展試驗的過程中，導師對學生本身及開展動物試驗的目的較為了解，而實驗動物公共服務平臺在管理的過程中對如何能夠高效、合理開展動物試驗有更為豐富的經(jīng)驗，如果導師與平臺之間能夠做到通力合作，信息共享，相信在動物試驗開展及研究生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面可以達到事半功倍的效果。

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，我校生物技術(shù)和食品類研究生導師對實驗動物平臺普遍缺乏深入了解，認為只要讓研究生與平臺工作人員進行溝通就能實現(xiàn)既定研究目標，也沒有真正意識到實驗動物平臺對研究生培養(yǎng)的重要性。實驗動物公共服務平臺工作人員作為實驗動物設施一線管理者能夠及時發(fā)現(xiàn)學生在試驗開展過程中可能遇到的或正在面臨的問題，但由于無法及時溝通導致導師無法第一時間了解學生在動物試驗過程中的研究動態(tài)，無法及時發(fā)現(xiàn)學生動物實踐過程中產(chǎn)生的或可能存在的各類可以及時避免的問題。研究生雖然是進行動物試驗的主導者，但是由于其存在很強的依賴性，認為公共平臺提供了動物試驗的硬件和軟件方面的支持，就理所當然地為整個研究過程負責。殊不知，由于研究課題千差萬別，公共平臺老師難以對所有課題都能提供深入科學指導，必須要以科學規(guī)范的研究方案為指引，進行深入討論和解析，才能獲得理想的動物試驗結(jié)果。

2 探索輕工食品類研究生動物實踐教學和研究生指導改革

2.1 動物實踐教學改革研究目標

通過課程建設及導師日常言傳身教強化研究生對實驗動物及動物試驗的正確認識；結(jié)合導師專業(yè)內(nèi)需要開展動物試驗的研究方向，例如利用動物試驗考察產(chǎn)類胡蘿卜素絲狀真菌作為菌體飼料的營養(yǎng)價值、通過動物試驗評價某些發(fā)酵食品可能存在的功能以及研究褐藻中巖藻多糖對實驗動物腸道菌群的影響等內(nèi)容，有針對性的指導研究生開展動物試驗，與動物試驗公共平臺實現(xiàn)高效互通，及時發(fā)現(xiàn)研究生在動物試驗開展過程中出現(xiàn)的問題給出針對性的指導意見并引導研究生提出解決方案；依托動物試驗公共平臺，培養(yǎng)學生自主實踐能力及科研創(chuàng)新思維，提升學生科研水平及核心競爭力。

2.2 動物實踐教學改革研究內(nèi)容與重點

自主能力和創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)始終貫穿研究生培養(yǎng)的全過程，而只有通過優(yōu)化實踐環(huán)節(jié)，才能真正的加強自主能力和創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)[10-12]。動物試驗的開展是一項重要的科學研究實踐活動，對于即將開展動物試驗的研究生，讓學生充分認識到實驗動物學在科研中的特殊地位和重要作用，引導學生在開展動物試驗之前需要端正態(tài)度，充分意識到敬畏生命、尊重實驗動物是科研人員必備的基本科學素養(yǎng)[13]。在制定動物試驗方案時，引導學生自主發(fā)現(xiàn)可供探討的問題，鼓勵學生靈活運用知識儲備，通過查閱文獻資料、總結(jié)前人試驗經(jīng)驗、開展提問討論等方式自主解決所面臨的實際問題、發(fā)表獨到見解，訓練學生以科學嚴謹?shù)乃季S方式，培養(yǎng)其深入探索的興趣和自主實踐能力[14-15]。

3 強化輕工食品類研究生動物實踐教學的應對策略

3.1 加強研究生實驗動物學基本理論學習

調(diào)研在讀發(fā)酵工程、生物技術(shù)、食品科學與工程等相關(guān)學科尤其是擬開展動物試驗的研究生對實驗動物及動物試驗的理論知識掌握情況，了解相關(guān)研究生是否選修過實驗動物學相關(guān)課程以及對實驗動物學課程的需求情況。目前根據(jù)平臺管理經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)研究生普遍對動物實驗基本技能操作需求較高，可以有針對性的加開動物實驗實踐課程，同時可以將實驗動物公共服務平臺的管理融入到實驗動物學課程當中，讓學生在學習課程的過程中對平臺有較為清楚的認識[16]。在此基礎上，協(xié)調(diào)醫(yī)學院開展的實驗動物學課程面向全校，作為學校公選課程。實驗動物公共服務平臺面向食品學院、生物工程學院所有導師和研究生發(fā)出相關(guān)通告，要求擬進入公共平臺進行動物試驗和研究的研究生必須要進行實驗動物學的學習，經(jīng)考核合格后方具備試驗資格，進一步保證學生在開展動物試驗前已具備扎實的理論基礎[6]。加強實驗動物服務平臺實踐教學，以取得資質(zhì)的實驗動物平臺動物管理實驗師為師資，對入駐平臺實驗和研究的學生進行全程的教學示范、動物管理講解、試驗與研究跟蹤、研究結(jié)果解析[17-18]；對于動物試驗和研究感興趣的研究生，可結(jié)合動物實驗從業(yè)人員培訓和資質(zhì)獲得等目標，強化動物試驗的規(guī)范性和科學性[19]。另外可以針對生物技術(shù)及食品類研究生的研究內(nèi)容及相關(guān)課題，聯(lián)合實驗動物公共服務平臺，邀請行業(yè)內(nèi)相關(guān)專家有針對性地組織開展與動物實驗及實驗動物科普講座，鼓勵學生積極參加。

3.2 針對動物試驗存在的共性問題，探討深層次原因及解決方案

基于生物技術(shù)和食品類研究生進行科學研究的選題進行類別劃分，有針對性地調(diào)研詢問在開展研究的過程中可能存在的共性問題，結(jié)合平臺開展的各類試驗方案，從保健食品功能與毒理評價、食品營養(yǎng)評價與分析、轉(zhuǎn)基因動物繁育飼養(yǎng)及開展實驗、各種炎癥模型造模及干預、實驗動物腸道菌群分析等一系列選題中總結(jié)如下可能存在的共性問題及大體應對方案，見圖1。

圖1 輕工食品類研究生主要選題內(nèi)容，共性問題及應對方案Fig.1 Main topics, common problems and solutions for postgraduates majoring in light industry and food

3.3 加強實驗動物平臺建設，助推研究生創(chuàng)新能力提升

動物實驗設施設備硬件條件及管理水平直接影響著相關(guān)科研成果的可靠性與準確性，好的實驗動物設施無論對教學還是科研的快速發(fā)展都可以起到推進作用[20]。動物試驗公共平臺應合理利用現(xiàn)有資源，進一步優(yōu)化配置，有機整合儀器設備，提供高質(zhì)量的動物試驗技術(shù)服務。通過調(diào)研平臺建設需求，尋找解決方案，不斷提升平臺服務水平及管理效率，對教學、科研中研究生能力素質(zhì)的培養(yǎng)方面均有極大地促進作用[21]。高水平的動物試驗技術(shù)，標準化的動物試驗室、材料、試劑、儀器設備，豐富的實踐管理經(jīng)驗，熟練的各項操作技能指導，規(guī)范化的科學管理手段等，這些都是實驗取得成功的必備因素[22]。只有高素質(zhì)的動物試驗技術(shù)隊伍，才能確保動物試驗研究的質(zhì)量和動物試驗中心的發(fā)展。公共服務平臺的不同研究方向?qū)Ω黝惾藛T的要求也不同，所以要加強實驗動物從業(yè)人員隊伍的建設，增強技術(shù)服務的質(zhì)量[23]。

江南大學動物試驗公共平臺自2011年12月通過省科技廳驗收并發(fā)證后一直嚴格遵照相關(guān)法律法規(guī)規(guī)范化管理。2016年11月擴建設施啟用后順利通過換證驗收工作，因本校動物試驗需求逐年遞增，仍在合理規(guī)劃建設新型全面的實驗動物中心。目前該平臺可同時進行2 000籠小鼠和300籠大鼠飼養(yǎng)，每年可承接200余個實驗項目，涉及食品功能、毒理檢測，糖尿病等特殊模型建立等方面。中心管理制度完善，擁有17個管理制度和51個標準操作規(guī)程，已形成資格準入、理論與實操培訓、考核、福利與倫理審核、實驗預約、籠位管理、實驗過程監(jiān)督、動物麻醉與安樂死體系建立、費用結(jié)算等標準化、系統(tǒng)化、特色化的流水線管理模式。

3.4 加強溝通，提升平臺管理水平及管理效率

導師是學生的第一責任人，強化研究生在實驗動物公共平臺實踐教學的效果必須要以導師全程參與為前提，因此要建立導師與實驗動物公共平臺的直接溝通渠道。然而，不少研究生導師認為學生在公共平臺上進行試驗和研究，所有的指導責任都應該由公共平臺去承擔，這樣的認識不利于對學生的培養(yǎng)；而對公共服務平臺來講，由于研究生從事的研究課題各不相同，平臺老師師資力量的欠缺，實踐教學的效果必然大打折扣，很有可能形成 “三不管”的局面。因此，要加強動物試驗公共平臺的宣傳，加深導師對該公共服務平臺的了解和認識，建立導師與平臺之間的快速溝通渠道，實現(xiàn)研究生在動物試驗開展過程中的信息共享，鼓勵導師多關(guān)注平臺管理動向，平臺對研究生實驗項目方案進行指導和監(jiān)督的過程中發(fā)現(xiàn)問題及時有效溝通反饋可有效避免不必要的動物損失及精力浪費，既保證學生充分發(fā)揮主觀能動性的同時，不走或少走彎路，充分吸取前人的經(jīng)驗和教訓，盡可能培養(yǎng)學生自主能力及創(chuàng)新意識，在動物試驗的過程中得到充分鍛煉，又能領(lǐng)悟科學研究的真諦，提升科研水平及實踐能力。

另外一方面，實驗動物公共平臺也應該加強與研究生的聯(lián)系和溝通。要求開展動物試驗的生物技術(shù)和食品類研究生知曉初次進入實驗室之前都要經(jīng)過必要的培訓或考核，了解其對動物試驗室的認識與實驗操作情況，使之能知曉并嚴格遵守實驗室相關(guān)管理規(guī)定及操作規(guī)程，學會采取生物安全的常規(guī)防護措施和事故發(fā)生后的應急處理措施。對研究生存在或提出的問題要能夠給出合理化的建議及有效的指導，這也對動物試驗公共平臺的管理人員提出了更高的要求。動物試驗公共平臺在管理的過程中學生在動物試驗方面包括方案的提交、培訓考核、實驗操作、動物管理及方案執(zhí)行等方面存在的一系列問題，尋找原因及合理解決方案，保證研究生在動物試驗的過程中確實可以提升科研能力，發(fā)現(xiàn)問題并及時糾正但不可打擊學生積極性，保護學生創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識。動物試驗公共平臺也是一個交流的平臺，通過不同專業(yè)的研究生在一起實驗可以共同探討、共同研究，學生的專業(yè)知識面得到拓寬，提高研究生的實驗積極性與熱情，增強其實際動手的能力，訓練研究生的技術(shù)應用技能，培養(yǎng)研究生的科研創(chuàng)新精神。

4 動物實踐教學與導師指導實例分析與效果評價

4.1 實例1：利用動物試驗考察產(chǎn)類胡蘿卜素絲狀真菌作為菌體飼料的營養(yǎng)價值

在進行這一課題研究時，需要引導學生首先查閱文獻了解菌體飼料的營養(yǎng)成分、制備方式，應選用何種實驗動物開展實驗、如何飼喂等，然后啟發(fā)學生根據(jù)文獻制定研究方案，重點是通過動物試驗測定哪些衡量指標，怎樣取樣。筆者根據(jù)這一課題內(nèi)容，選擇了2名研究生參與課題，與公共平臺管理老師實現(xiàn)對接。具體操作如下：首先要求這2名研究生選修了動物試驗學等相關(guān)課程的學習，獲得相關(guān)基礎理論知識。同時，與動物試驗公共平臺老師進行對接、導師參與，由平臺老師指導學生進行動物試驗的實踐教學，講解動物試驗中的關(guān)鍵操作要點，示范動物飼養(yǎng)、喂食、取樣、管理等一系列試驗過程關(guān)鍵步驟，同時觀看相關(guān)動物試驗教學視頻，使學生主動學習、參與到動物試驗的每一環(huán)節(jié)，掌握動物試驗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和原理，由理論到實踐，全程無死角。在此基礎上，在導師指導下由學生自主設計研究方案，比如菌體飼料形式、飼喂量和頻次、測定指標等均由學生參考文獻自行制定。最后，在導師和平臺管理老師的指導下，由學生自主進行動物試驗，獲得研究結(jié)果，最后根據(jù)研究結(jié)果進行三方討論，闡述研究結(jié)果的價值，并指明試驗過程中存在的問題與不足之處，由學生自己重新設計方案或者重新測定以完成整個研究過程。通過這樣一種依托公共平臺，三方參與的實踐教學以及導師和平臺人員共同指導的形式，能夠使學生掌握動物試驗的理論和操作，發(fā)揮他們的主觀能動性，啟發(fā)他們的創(chuàng)新性思維，有助于培養(yǎng)生物技術(shù)和食品類研究生的創(chuàng)新能力。

4.2 實例2：研究褐藻中巖藻多糖對實驗動物腸道菌群的影響

該課題涉及到多個方面的研究，首先要求提取出褐藻中的巖藻多糖，然后選定試驗動物，確定腸道菌群取樣方式、飼喂量與頻次，然后要對腸道菌群進行高通量測序分析，最后獲得研究結(jié)果進行分析和同類研究比較。該課題要求參加的食品類研究生事先需要查閱文獻尋找合適的實驗動物，認真學習影響腸道菌群功能試驗資料，進行試驗方案設計。在設計實驗方案時由導師和平臺老師共同指導，在平臺管理的過程中也發(fā)現(xiàn)很多學生提交的實驗方案缺乏應有的科學性和合理性，無法通過實驗動物福利與倫理審查，影響學生后續(xù)動物試驗的正常開展。在研究過程中需要掌握主要矛盾、關(guān)鍵指標，反復推敲，確保實驗方案科學合理，研究生在開展動物試驗的過程中，會遇到很多問題，需要導師和平臺老師協(xié)同解決。通過這一系列的自主研究過程，參與的研究生收獲很大，在其提交給導師的研究報告中能夠明顯感知到學生存在自我完善、不斷突破的科研工作痕跡，這實際上就是不斷培養(yǎng)創(chuàng)新性思維的過程，能夠極大地提升學生的科研水平和能力。因此通過上述2個案例的實施，學生對未來的科研工作尤其是涉及到動物試驗領(lǐng)域充滿了信心。

4.3 動物實踐教學效果評價

完成上述幾個課題后，學生撰寫具有較好創(chuàng)新點的論文發(fā)表于美國微生物學會旗下的著名科研期刊AppliedandEnironmentalMicrobiology和美國化學學會旗下著名期刊JournalofAgriculturalandFoodChemistry等為代表的論文多篇。導師與平臺之間的高效協(xié)作互通，大大促進實驗動物平臺服務水平和管理效率的提高，實驗動物公共服務平臺在校內(nèi)服務評價中連續(xù)3年獲得高分好評。經(jīng)統(tǒng)計，近5年來實驗動物平臺服務產(chǎn)出逐年提高，每年發(fā)表科研論文數(shù)量從以往的十幾篇增加到上百篇，每年依托實驗動物平臺申請的專利數(shù)量也從個位數(shù)增長到數(shù)十項。強化動物實踐教學，與實驗動物公共服務平臺高效互通不但可以有的放矢地提升研究生科研創(chuàng)新能力、培養(yǎng)更高素質(zhì)的科研人才，也進一步推進了實驗動物服務平臺的快速發(fā)展。