医学细胞生物学实验教学模块教学设计探讨*

何志颖，王敏君，陈 费，谢志芳，张红霞，李建秀，朱海英，胡以平 (第二军医大学基础医学部细胞生物学教研室，上海 200433)

医学细胞生物学课程自20世纪80年代初在我国各医学院校陆续开展，经过近30年的蓬勃发展，迄今已成为现代基础医学教育的五大支柱课程之一。作为一门实验性很强的学科，医学细胞生物学实验课教学的重要地位日益凸显。然而，实验课教学过程中反映出的诸多问题亦不容忽视，其中课程设置内容的问题尤为突出。课程内容多以验证性实验为主，缺乏综合能力和创新能力的培养，也不利于发挥学生的积极性和主观能动性［1，2］。在教学实践中，我们以“模块”为单位组织教学内容，逐渐形成了5 个实验课教学模块［3，4］。分别是模块一:显微镜的使用与细胞的观察和测量;模块二:细胞器的结构和功能分析;模块三:细胞培养技术及其应用;模块四:细胞的改造和利用技术;模块五:细胞增殖与细胞凋亡。

各个教学模块之间具有相对的独立性，在同一模块中可以进行内容、设备和师资的更新和补充，可针对不同的教学对象和教学层次的需要，选择相应的教学模块进行组合，使教学内容更具先进性、针对性、灵活性和可选择性，解决了教学内容陈旧过时和学时分配不合理的问题。接下来，本文将就五个模块及其分别包括的实验内容以及要求达到的教学目的进行简要介绍。

1 显微镜的使用与细胞的观察和测量

鉴于我国高中生物教学水平的不均一性，有必要在本科细胞生物学实验课教学中开设显微镜使用的内容，教师可以根据学生的前期掌握情况灵活掌握授课进度。模块一包括如下实验内容:①普通光学显微镜的结构及其使用;②细胞的基本形态结构和显微测量;③特殊显微镜的工作原理及其使用演示。其中，内容①和②是必修，内容③为选修，教学学时为3－6学时。

通过必修课实验内容达到如下教学目的:掌握普通光学显微镜的主要构造及其性能;通过练习掌握低倍镜和高倍镜的正规使用方法，保持两眼同时睁开和两手并用的用镜习惯;掌握临时装片方法和显微测微尺的使用方法;观测各种不同细胞的形态、大小及基本结构;掌握镜下绘图的方法。

针对不同专业、不同层次学生的特点可以选修教学内容3，尤其是针对生物技术专业及参加第二课堂的学员要求选修这一教学内容。通过实验3的教学希望达到如下目的:掌握相差显微镜和荧光显微镜的工作原理和使用方法;了解电子显微镜的种类及其应用范围;了解超薄切片技术的操作过程;熟悉电镜照片的阅读方法。

2 细胞器的结构和功能分析

细胞是生物体结构和功能的基本单位，认识细胞、了解细胞的结构和功能是细胞生物学实验课教学的基础内容。在模块二中，主要的实验内容包括:①细胞器(线粒体、高尔基体和中心体)的观察;②细胞组分(细胞核与线粒体)的分离;③细胞化学与细胞生理。全部内容均为必修内容，但根据不同专业、不同层次特点可选择部分实验内容进行操作，如内容①中可选用人口腔上皮细胞以詹纳斯绿B超活染色显示线粒体;内容③包括DNA、RNA、酸性蛋白、碱性蛋白以及酸性磷酸酶等染色实验，可以选取以甲基绿－哌罗宁混合染液染色，显示细胞内的DNA和RNA的分布特点。模块二教学学时6－9学时。

通过这一模块的实验教学内容达到如下目的:通过超活染色和切片标本观察掌握光镜下几种细胞器的形态和分布;了解细胞匀浆和差速离心的方法分级分离细胞组分的原理及过程，熟悉离心机、匀浆器的使用方法;了解常用的原位显示细胞内几种化学成分的一般原理和方法;掌握血液涂片方法;通过小鼠腹腔巨噬细胞吞噬活动的观察和溶血实验，加深理解细胞的运动、吞噬和细胞膜的通透性等生理活动;掌握小鼠腹腔注射给药和颈椎脱臼处死方法。

3 细胞培养技术及其应用

模块三以小鼠饲养层细胞的原代和继代培养为主线，穿插细胞增殖动力学、细胞骨架等基本细胞特性分析实验，这部分内容是医学细胞生物学实验课教学的中心内容，也是我室综合性大实验教学的主体内容，作为生物技术专业、硕士研究生教学及第二课堂学员的必修内容［4］。主要实验内容包括:①饲养层细胞(MEF细胞)的原代培养和传代培养;②小鼠胚胎干细胞(ES细胞)的培养;③培养细胞的观察、计数和活力测定;④培养细胞的冻存与复苏;⑤培养细胞生长曲线的绘制、分裂指数测定、克隆(集落)形成试验等;⑥细胞骨架(微丝)的观察。其中内容①，③，⑤是必修内容，②，④，⑥是选修内容，教学学时9－15学时。

通过这一模块的实验内容达到如下教学目的:掌握细胞原代培养、传代培养的基本方法和操作过程，初步掌握培养过程中的无菌操作技术;掌握在倒置相差显微镜下观察培养细胞的形态和生长状况，了解离体培养的哺乳动物和人体细胞的一般形态和生长状态;掌握细胞计数和活力测定的基本方法;掌握细胞冻存与复苏的基本原则及基本过程;熟悉生长曲线的基本原理和方法;了解分裂指数检测原理，掌握分裂指数检测方法;了解克隆形成试验的基本原理，掌握克隆形成试验的基本方法;增强细胞骨架对维持细胞形态、参与物质运输等功能的直观认识。

4 细胞的改造和利用技术

模块四包括如下实验内容:①细胞准备、脂质体法转染外源基因并进行基因表达检测;②细胞融合;③培养物中支原体污染的检测。其中内容①和②是必修内容，内容③是选修内容，教学学时3－6学时。在模块四的教学中，为了充分调动学员的主观能动性和实验安排的计划性，对于生物技术专业学员，结合GFP标记基因的脂质体转染，通过模块一学习的荧光显微镜进一步练习并检测GFP的表达;结合LacZ基因转染(利用脂质体法将lacZ表达载体导入Hela细胞)，LacZ基因编码的Beta－半乳糖苷酶用X－Gal为底物进行染色时呈蓝色，通过模块二学习的化学染色法可以检测和观察LacZ基因的表达。对于硕士研究生教学，还可进一步考虑自行选择兴趣基因，采用分子生物学技术设计基因表达载体，通过细胞化学染色设计基因表达鉴定方案。

通过这一模块的实验内容达到如下教学目的:掌握外源基因导入体外培养细胞的基本方法及外源基因在细胞中的表达特性及检测方法，体会体外培养细胞实验体系在研究基因功能方面的作用;熟悉诱导两种不同的培养细胞融合的原理，初步掌握培养细胞的融合方法;熟悉细胞培养常见污染的判定方法和处理措施，了解支原体污染的多种来源和危害，掌握检测培养物支原体污染的DNA荧光染色法的原理、操作步骤和观察分析。

5 细胞增殖与细胞凋亡

模块四包括如下实验内容:①染色体标本的制备和染色体众数分析;②细胞分裂;③细胞凋亡的观察和检测。其中内容①，②是必修内容，内容③是选修内容，教学学时5－8学时。对于生物技术专业学员开展ES细胞的染色体制备与分析，通过众数分析确定正常核型ES细胞的比例，引导学员思考ES细胞成瘤性的检测方案，及干细胞正常核型的鉴定方案。对于硕士研究生学员，还可以开展兴趣干细胞的染色体制备与染色体众数分析。

通过这一模块的实验内容达到如下教学目的:掌握培养细胞染色体标本的原理和制备过程，掌握染色体的形态特征、计数及众数分析，了解常见细胞类型的核型特征;掌握细胞有丝分裂和减数分裂的过程及其分裂各期的形态特征;初步掌握常用细胞凋亡的生物学检测原理和方法。

6 小结与展望

在长期的实验课教学实践中，我们首先摆脱以前以验证性教学内容为主、以单个实验开展的模式，把教学内容整合为多个模块教学。一个模块体现一个教学主题，各个实验内容围绕各自的主题展开，为学生提供了系统集成强的综合性实践环境。其次，针对不同的教学对象和教学层次的需要，可以选择相应的教学模块进行组合，使教学内容更具先进性、针对性、灵活性和可选择性，学生通过积极参与，其主观能动性得以提高。最后，在实施中，强调使学生作为主体成为实验教学活动的策划者、组织者、实施者和评价者，从而培养学生科学的思维方法和创新思维，培养学生面对实验中出现问题时具备坚韧不拔的科研态度、严谨求实的科研作风及分析问题解决问题的综合实践能力和创新能力。

［1］张红锋，孙剑华.创建基于研究的细胞生物学实验教学模式［J］.实验室研究与探索，2008，27(7):99 －101.

［2］何志颖，朱海英，陈元晓，等.医学细胞生物学实验课教学改革的探索与实践［J］.山西医科大学学报:基础医学教育版，2010，12(1):49 －52.

［3］苏娟，李建秀，张红霞，等.医学细胞生物学课程体系改革探讨［J］.基础医学教育，2011，13(6):505 －508.

［4］何志颖，訾晓渊，朱海英，等.医学细胞生物学综合性实验教学的设计与实施［J］.山西医科大学学报:基础医学教育版，2010，12(11):1088 －1091.