论“动物生理学实验”精简性本科课程的建设

摘 要：在现代生命科学趋向微观的大环境下，综合性高等院校的生物类专业对动物生理学实验课程不会很重视。然而，由于其相关教学的独特魅力，如直观反应生命活动、有效增进学生动手能力、和医学联系紧密、利用现代仪器自动化分析等，在培养方案中又不能放弃这门课，而只能限制其课时。那么，如何在有限课时内充分展现本课程的特色，就是一个紧要的问题。于此，本文提出了建设动物生理学实验精简性本科课程的可行性方案，其中，具体阐述了各教学内容安排方式和授课思路，期望对此问题的解决有所贡献。

关键词：动物生理学；传统学科教学；课时精减；理论联系实际

生理学强调生命机能的机理研究，是传统生物学的代表学科。的确，历史上，和生物学相关的诺贝尔奖就起名为“生理学奖”。生理学本初是对于人体而言的，但由于动物（特别是高等动物）与人类机体结构和功能的相似性，而且多数实验是在动物身上开展，现在的生理学常被称为“动物生理学”或“人體及动物生理学”。实际上，借鉴此概念，现在还有“植物生理学”领域，甚至有“微生物生理学”的提法，本文的内容并不涉及。下面的论述中，如只谓“生理学”，即指“动物生理学”。

一、 建设精简版动物生理学实验的必要性

传统生理学的研究重心在组织水平、器官水平和系统水平。现在，随着整个生命科学领域向微观方向发展，生理学也开始追踪细胞及分子水平的机理，如“炎症的分子机理”和“睡眠的分子机理”等。不过，传统的生理学实验的教学却独具魅力。首先，宏观水平的实验让学生们可以直观地体验生命活动的规律。其次，直接对宏观动物机体的操作（生理学标本制备或手术），将大大提升参与学生的动手能力。然后，生理学和医学联系紧密，实验中涉及的很多常识是学生十分感兴趣的。实际上，上面提到的和生物学相关的诺贝尔奖的全称是“生理学或医学奖”。最后，生理信号的记录和分析都在计算机上进行，实现了仪器化和自动化，这一点其实是生命科学现代化的另一面（不仅仅是研究水平的“微观化”），是学生应该体验而且也会乐于尝试的。

由于和医学联系紧密，动物生理学实验在各医科院校广受重视，被赋予很多课时。然而，在综合性大学的生物类专业，由于生命科学领域的内容太多，且微观化是大趋势，本实验的课时安排难以十分充分——通常不超过36学时。如此，就存在一个尖锐的问题：如何在有限的课时内，生动而充分地展示本课程的魅力，让学生在较短的课堂教学时间中领略本学科的精髓，学到他们难以忘记的东西？这里，笔者结合多年以来在本课程教学中的经验谈一谈相关的教学内容安排和授课思路。

二、 教学内容的安排和授课思路

按照总共36个学时的内容，根据一周一次课，一次4到6个学时的安排，我们可以安排以下8个项目的实验：

（1）准备实验一：动物生理学机能实验自动化记录系统的使用；（2）骨骼肌活动特征：刺激强度、频率与骨骼肌反应的关系；（3）神经干活动特征：双相和单相神经干动作电位、神经干动作电位传导速度测定；（4）心肌活动特征：蛙心期前收缩和代偿间歇、心动图与心电图同步记录；（5）心脏活动调节：蛙心灌流；（6）准备实验二：哺乳动物的麻醉和基本手术操作；（7）循环系统活动及其调节：家兔心血管活动；（8）呼吸系统活动及其调节：家兔呼吸运动。

在“准备实验一”的课堂讲解中，应该介绍生理学在生命科学中的地位（这是考虑到有很多同学并没有同时选修生理学的理论课），本课程实验的特点。然后，借助张力换能器（或称“张力传感器”），演示机能实验系统对外界信号的引入，然后进行结果标记、存盘和反演等基本流程。同时，还要介绍实时记录和历史记录的窗口对比、界面前景和背景以及格线设置等基本操作。一些系统应用细节，如信号放大、低频滤波、高频滤波、区间测量等内容，可以留待后面的具体实验中，结合实例讲解。

骨骼肌的活动特征是首个正式的实验项目，标本制备比较简单。由于刺激强度和刺激频率对骨骼肌的影响的标本制备相同，这里进行合并安排。本节课需要结合骨骼肌的肌纤维的微观结构来讲解其对刺激反应的原理，另一个要点是说明骨骼肌作为生理兴奋性组织，对外界刺激反应的特点。

神经组织是这里大家接触的第二种生理兴奋性组织，藉此可以小结一下，让学生理解生理兴奋性组织的普遍特点。神经干实验的标本制作比较复杂，开始挑战大家的动手能力。另外，本实验可以同时采用青蛙和牛蛙（动作反应一快一慢）作为实验材料，比较它们神经干动作电位的传导速度，而让大家感受生理学实验直接反应宏观机能的魅力。

在心肌活动的特征实验项目中，我们再一次遇到肌肉组织。基于“期前收缩和代偿间歇”的实验内容，我们需要让学生了解心肌组织和骨骼肌组织对外界刺激反应的模式之不同，以及其中所蕴含的生理学意义。“心电和心动周期的同步记录”实验项，让学生直观了解“心电引起心动”这一生理学机制——由于其标本制备与期前收缩和代偿间歇实验完全相同，这里合并安排，也是遵循“有限课时内合理包括更多实验内容”的指导思想。

“蛙心灌流”项目的对象也是蛙心，但需要注意的是，这里的实验已经达到器官水平，而不是上一个项目的组织水平。这样的安排，一方面使学生了解到器官水平基于组织水平，另一方面又能注意到两个水平的不同。

哺乳动物（这里用的是家兔）相关的实验正式开始前，可以有“准备实验二”，主要让学生了解麻醉过程的复杂性，并熟悉高等动物手术（因为是活体，所以不应再称“标本制备”）的基本操作，为下面实验的顺利开展奠定基础。本节课中，需要讲解麻醉的意义、基本种类、麻醉过程中宁慢勿快和宁少勿多的原则等。实践证明，本准备实验作用明显，后面的实验的成功率大大提高，至少很少因为麻醉过程出问题而失败。不过，增加此准备实验，也意味着多使用一批家兔，不利于培养学生的实验动物学伦理观，也不利于学生体会类似医科人体手术的谨慎原则。所以，如果另外考虑到课时紧张的原因，也可去掉，但于正式实验中，更加需要对学生强调麻醉过程中的耐心，以避免“手术前失败”。

正式的哺乳动物实验项目，首先是心血管活动的调节。实际上，上述从心肌到心脏再到这里的心血管活动的连续三个实验项，一脉相承，让学生体会从组织水平到器官水平再到系统水平的关联和差异，是内容安排上紧凑高效的指导思想的完美体现。具体的，比如说，在蛙心灌流实验中，我们可以用“去甲肾上腺素”代替传统上使用的“肾上腺素”——它们在器官水平的效果是基本一样的，都是强心的；而在家兔心血管活动调节的实验中，我们可以告诉大家两者在系统水平作用效果的差异：去甲肾上腺素由于引起全身小血管的广泛收缩而大大增高血压（因而被作为临床上的“升压剂”），进而引起神经中枢参与的“降压反射”，其中反射弧中的心迷走传出神经作用于效应器“心脏”，产生抑制作用，可能会抵消去甲肾上腺素的强心作用。因而，临床上的“强心剂”不是去甲肾上腺素，而是肾上腺素（不会引起血管广泛收缩）。

呼吸运动及其调节也是系统水平的实验，它涉及几个重要的和前面实验相关联的知识点。首先，心脏的节律性来自心脏起搏点的自发产生的节律性电信号；而呼吸节律在系统水平产生，源于神经系统的一个闭环反射弧。其次，呼吸运动的调节所涉及反射弧（与呼吸节律产生的反射弧不是同一个）的传入神经在迷走神经干中行走；而上面的心血管活动调节涉及的反射弧的传出神经在迷走神经干中行走。这个对比生动地说明：一个神经干是由不同神经纤维组成——其中甚至它们的信号传递方向都不同。第三，心血管活动的调节中所涉及反射弧的机械感受器（与血压有关），是在颈动脉窦和主动脉弓的，而呼吸运动调节的反射弧的外周化学感受器（与CO2和O2浓度有关）也是在这两个部位，因而可以小结一下，让学生思考它们为何会在这两个位置，有何生理学机理？

三、 课程建設的要领

从上述课程内容安排，我们可以看出，由于课时的原因，我们略去了生理学的一些方面，比如涉及消化、泌尿、内分泌等生理过程的内容。但我们通过内容的紧密衔接和授课思路的活跃进行弥补，让学生能“窥一斑而见全豹”，充分领略本学科的独特性和魅力。

的确，我们需要做到课程中涉及的内容尽量关联、多对比和多小结。其中，在涉及相关的生理学机理时，可以和学生多作互动，让他们多思考。另外，为了体现本课程和医学紧密相关的特点，相关的讲解可以有生动的举例，比如，在讲麻醉的复杂性时可以联系麻醉致植物人、手术时需要专门的麻醉师等例子；在心血管活动实验时，可以讲解血压和天气以及血压和年纪的关系，如此等等。

总的来说，整个课程内容紧凑，知识丰富，课堂生动。学生方面，既有动手，又有动脑——身心愉悦又学有所得。如此，我们的教学目的就达到了，我们的课程建设就是成功的！

参考文献：

[1]王玢，左明雪.人体及动物生理学[M].高等教育出版社，2001.

[2]朱大年，王庭槐.生理学[M].人民卫生出版社，2013.

[3]刘少金，胡祁生.生理学实验指导[M].武汉大学出版社，2001.

[4]项辉，龙天澄，周文良.生理学实验指南[M].科学出版社，2008.

[5]朱大诚，陈秀琴.生理学实验教程[M].人民军医出版社，2009.

作者简介：

马文涛，湖北省武汉市，武汉大学生命科学学院。