以科研思维为导向的基础医学综合性实验设计与实践

陈 川， 殷嫦嫦， 张义平， 周许峰， 曹 俊， 王丽丽， 吴 伟， 余文敏， 邬亚华， 柯秀梅

(九江学院 基础医学院， 九江 332000)

分子生物学、细胞生物学和生物化学是现代基础医学教育中的必修课，已成为生命科学的前沿学科和带头学科。此外，它们的基本理论都建立在实验观察上，是实验性很强的学科[1-3]。因其理论和技术已渗透到基础医学和临床医学的各个领域[4]，故其实验教学在当前基础医学教学的重要地位日益显著[1]。

当前，以上3门学科的实验课程依然存在许多弊端，主要问题如下：1)附属于理论教学，侧重于演示现象，验证课堂理论[5-6]。2)以单个独立的、内容简单的实验形式开展，缺乏综合性和设计性实验。导致当前难以锻炼学生独立承担实际工作的能力，不利于培养学生的创新性思维[7]。3)教学模式上基本是“填鸭式”，学生仅限于被动学习，导致学生对实验课程兴趣不强，完全是“为做实验而做实验”[8]。4)花费大量时间与精力，却与预想的实验效果有较大差距。为围绕高素质应用型人才的培养目标[9]，转变旧的传统教育观念，打破现行课程框架，重新构建新型基础医学实验教学体系等改革势在必行[10]。

鉴于上述问题，结合当前我校学生的特点，综合分子生物学、细胞生物学和生物化学3门学科的实验教学。本教研室设计了“双氧水诱导人正常肝细胞LO2凋亡的检测”的综合性实验(具体流程见图1)，并取得较好的教学效果。

1 综合性实验的设计思路

1.1 以临床问题为中心是本综合性实验设计的主线

临床上有多种原因可导致过氧化物产生引起细胞凋亡导致的器官功能障碍，从而引起退行性病变等疾病，使得细胞凋亡一直是医学界的研究热点。鉴于此，我们用过氧化物的典型代表H2O2诱导人正常肝细胞LO2凋亡，在细胞及分子水平检测人正常肝细胞LO2的凋亡，将目前开设的以“细胞凋亡”为主线的生物化学、分子生物学和细胞生物学相关联实验进行综合。

1.2 结合实际，采用虚实结合的方式

在该综合性实验中，部分实验环节耗时过长且不适合群体实验，如诱导细胞凋亡过程、荧光显微镜观察、流式细胞术检测、RT-PCR及抗体的孵育等。针对上述实验教学内容，其必要的实验内容由实验人员和指导老师共同完成，而对于其复杂的变化过程和原理应用虚拟仿真教学平台，让学生能充分而熟练地掌握实验内容。在实验设计过程中，对于可提高学生动手能力且适合群体实验的环节，必须要求学生动手参与，让学生动手能力得到提高。整个实验教学过程中，根据实验的特点做到虚实结合。

1.3 注重经典，结合实践

本综合性实验的设置既保留了经典操作技术，又使学生多接触当前科研常用的技术手段。例如，采用经典DNA提取方法，有利于学生通过实验过程充分了解原理[11]。避免使用市面上操作简单试剂盒，导致实验结束后对实验原理一知半解。在检测细胞凋亡的形态特征和RNA水平变化时，采用当前应用最为广泛的流式细胞术和RT-PCR，虽然这部分内容为示教内容，但是能够让学生了解当前科研中常用的检测方法，并在今后能学以致用。

1.4 强调教学，结合科研

在设计综合性实验的过程中，充分结合指导老师的科研课题，运用老师科研课题中常用的技术和方法[12]。使得学生的基本实验技能得到培养，其科研能力也得到了较大地提升。并且能将所学的基本技能应用到科研工作当中，可显著提高学生学习的积极性。

图1双氧水诱导人正常肝细胞LO2凋亡检测的具体流程

Figure 1 The exact process of comprehensive experiment on the detection of apoptosis of cancer cells induced by hydrogen peroxide

2 综合性实验的内容

本综合性实验内容的选择是以临床问题为导向，结合科研课题展开教学。将教师科研中常用且操作简单的实验技术开发为供学生操作的实验，对于不适合群体操作的步骤可采用示教和虚拟实验教学，实验材料和内容均来源于教师的科研课题。本综合性实验(具体流程如图1所示)选取人正常肝细胞LO2，应用H2O2诱导该细胞发生凋亡。首先，通过荧光显微镜和流式细胞仪观察人正常肝细胞LO2发生调亡的细胞形态和生化特征变化(示教内容)；其次，应用经典的方法提取DNA和RNA(学生动手实验项目)，通过PCR(学生动手实验项目)和RT-PCR(示教内容)检测人正常肝细胞LO2中DNA和RNA的变化情况；最后，通过Western Blot检测人正常肝细胞LO2中凋亡相关蛋白的变化(其中SDS-PAGE电泳为学生动手实验项目，转膜、抗体的孵育和条带显影应用虚拟实验教学)。本综合性实验重点强调连贯性和整体性，让学生对细胞凋亡研究的整体过程有清晰的认识。

3 综合性实验的教学效果

3.1 提高了学生的科研兴趣

本实验项目综合了生物化学、细胞生物学和分子生物学等实验操作技能，运用H2O2诱导人正常肝细胞LO2发生凋亡，通过不同水平检测凋亡的LO2细胞中生化特征变化。整个实验过程强调多门学科的相互交叉，融合了多门学科的常规操作，系统完整地培训学生的基本实验操作技能和科研思路。与此同时，培养了学生的创新意识，为今后从事相关科学研究奠定基础。更为重要的是提高了学生的科研兴趣，学生积极主动地参与教师的课题研究和各种科研技能大赛，因此还获得多项国家级和省级科研技能大赛奖项。

3.2 充分培养了学生的科研思维

通过本综合性实验的培训，学生对细胞凋亡相关研究思路有较清晰地认识，其相关实验技能已基本掌握，避免了学生仅掌握相关实验技能的理论知识，而不能在实际过程中运用。为此，实验结束后学生解决相关科研问题的能力得到明显地提升，科研思维得到了培养，具有急于应用到科研中的迫切心理，大大提高了学生查阅相关文献资料的积极性，不断地提出科研假设和制定相关问题的解决方案。例如，本校许多科研竞赛项目都是学生的科研思路，并能给出自己解决问题的方案。

3.3 实现了教学与科研的资源共享

为进一步提高教学质量和效率，提高科研资源的利用率，本教研室充分利用科研平台的优越资源，将许多大型精密仪器应用于实验教学过程中。例如，本实验项目中应用了荧光显微镜、流式细胞仪、荧光定量PCR、转膜仪和凝胶成像系统等大型科研仪器。为此，通过本实验项目的开展，既可以提高科研设备的利用率，也大幅度提高教学的质量和效率。与此同时，让学生能够熟练地掌握科学研究中常用的仪器设备，为日后的学习和工作奠定扎实的基础。

3.4 培养了学生的团队意识

随着现代社会的发展，任何职业都需要团队意识，强调集体的智慧，科学研究更是如此。因此，本实验项目每2个学生一组，整个实验过程需要同学们密切配合，分工合作，共同制定实验步骤。通过共同完成实验，逐步培养了学术团队意识，让学生相互交流、相互帮助、相互学习、共同进步，相互指出各自的缺点，并学习他人的优点。避免了单打独斗，故步自封。

4 结语

近年来，随着生命学科的发展，实验手段不断地丰富。然而各个学科的实验课程相对独立，实验课程设置也有待更新[13-14]，且迫切需要培养学生的科研思维和综合技能。以临床问题为中心，综合生物化学、分子生物学和细胞生物学等3门学科的实验内容，采用学生动手、教师示教和虚拟实验等多种教学模式，教学效果得到明显提升。此外，充分培养了学生的科研思维，实验操作技能、团队合作和解决实际问题的能力都得到了充分的提高，从而培养出具有综合技能的创新型应用人才，为今后的学习和科研工作奠定了扎实的基础。