药学分子生物学实验教学实践*

姚飞虹，彭群龙，邓胜军，张 辉，谭 斌，黄红英

(湘南学院，湖南 郴州 423000)

分子生物学主要研究内容是生物体内核酸和蛋白质等生物大分子的化学结构组成、遗传信息传递过程中各生物大分子之间如何相互作用，进而阐明生命现象的本质。分子生物学的发展迅猛，至今诺贝尔化学、生理医学奖获得者在其研究中都离不开分子生物学理论与实验技术。尤其是分子生物学实验新技术不断涌现，结合化学、生物化学、药学知识应用于临床检验、疾病治疗方面，帮助人们了解自己的健康以及疾病相关机制等，有着分厂重要的意义。而对于药学专业学生来说，药学分子生物学作为专业基础课程之一，分子生物学的理论与实验技术涉与药理学、药物毒理学、药物化学、药剂学、生物药剂与药代动力学等课程密切相关，针对分子生物学实验课程的特点、我校实际情况，探索合适的分子生物学实验教学方法，以提高学生的基础实验技能与综合运用知识能力。

1 分子生物学实验特点

根据我校药学专业的培养目标，药学专业分子生物学课程主要开设基础分子生物学实验，适当开设综合、设计型实验项目。分子生物学实验过程中所用试剂、仪器设备等是实验成败的关键因素，具体来说实验的特点如下：

1.1 分子生物学实验所用溶液特殊

分子生物学实验中涉及生物体内细胞生物大分子的提取分离、纯化，对实验所用试剂有特殊要求，实验前需要知道这些溶液组成、pH值、离子浓度、化学有效成分等；如几种电泳缓冲溶液的母液、工作液、保存液之间的区别，除此之外，学生还需要学会溶液的配制，这些基础知识与操作方法关系实验的成败、所获得生物大分子的完整性、纯度、浓度，因此对学生在无机、有机、物理化学的基本操作有一定要求，那么如何恰当地检验、引导补充学生对这部分的实验操作技能的掌握情况是笔者需要探索的。

1.2 分子生物学实验仪器设备要求精密度高

分子生物学实验中涉及的生物大分子的操作，操作程序复杂繁琐，往往要求适宜温度、时间短，因此要求仪器设备的精密度高，如离心分离物质时往往是微量、快速、低温，需用高速冷冻离心机并配备专用转子；PCR反应中模板高温变性、退火、延伸三个不同阶段温度不同，需要PCR仪，这些仪器温控精确、温度升降时效准、准确度高，相对普通离心机、水浴锅精密度高且价格更昂贵，同时需要一定面积的场地才能保证正常运转，如这对于地方本科院校来说，投入成本相对高。

1.3 分子生物学实验中涉及较多危险化学试剂

在提取核酸物质时需要分离去除多糖、蛋白等，常用氯仿、苯酚、异丙醇等;此外电泳时核酸分子染料常用溴化乙锭，分离用试剂常有挥发性对呼吸道有刺激性、对皮肤有腐蚀性，溴化乙锭嵌合DNA，具有致突变性；因此实验中如何保证人身安全、实验后如何处理废弃化学试剂，是实验教学中不可缺少的重要部分之一。

1.4 分子生物学实验操作时间长、过程繁杂

分子生物学实验中涉及细胞培养、细胞破碎、样品离心、沉淀、结晶等，操作繁琐，需要时间长，因此一个实验需要安排2～3个时间段开出，那么在有限的课时下如何缩短实验时间并操作完实验，是笔者需要探索的。

2 药学分子生物学实验教学探索实践

传统的实验教学模式是教师演示、板书、讲解，学生按步骤操作、记录、计算、撰写实验报告，存在着因为人数多、时间短、掌握关键操作不牢，实验成功率低，学生易产生厌学情绪。针对这些现象结合分子生物学实验特点，笔者尝试优化分子生物学实验教学内容、其他多种教学方式、改进实验考核方式等，以增进学生学习兴趣，提高药学分子生物学教学质量[1]。

2.1 招募学生参与实验准备[2]

实验前招募5～6名同学参与实验准备工作，配制实验中所用试剂，要求实验时，只能使用本组试剂进行操作，最后按照结果评分，这样学生更愿意认真参与，也能真正体会到分子生物学所用试剂特殊性的原因，如质粒提取试剂有Tris·Cl(三羟甲基)氨基甲烷缓冲液、1% SDS(十二烷基硫酸钠)、0.5MEDTA(乙二胺四乙酸二钠)等，在溶液配制中，使学生熟悉溶液配制和pH值测定，以及实验用水的级别和如何对溶液进行灭菌。因此进一步夯实学生的基础化学、生物实验技能，利于后面的综合性实验操作和应用，培养学生的自主能动性。

2.2 重视实验室安全教育环节[3]

分子生物学实验过程中涉及危险化学品、精密仪器较多，因此存在有三大类安全隐患：(1)对危险化学品使用不当造成的危害认识不到位；(2)对实验室设备、物品使用放置不当造成的危害认识不到位；(3)实验后的废弃物处理不当造成的危害认知不到位。为了保证实验正常进行，减少实验过程与实验后实验室的安全风险。笔者试图在学期开学后第一周，开展实验室安全教育讲座。主要内容有如：稀硫酸配制、稀盐酸的配置、离心机、超净工作台等使用，实验室废弃物的分类、收集、处理，有毒有害物质的使用、处理方法，生物有害物质的统一处理，如何做好个人防护等，通过讲座中的实验室安全测试，加强学生对实验室安全知识的掌握，同时也辅助学生进入药学实验进行其他课程实验。

2.3 优化实验教学内容

实验项目类型分为：验证型、综合型、设计型，验证型实验如：DNA/RNA浓度测定等；综合型实验如：感受态细胞制备、质粒转化、质粒DNA的限制性酶切、质粒提DNA取及鉴定、琼脂糖凝胶电泳、PCR反应及产物分析等。设计型实验主要有：PCR法获得目的基因、蛋白质的SDS-PAGE电泳、western blot等。

根据实验之间的联系、药学专业培养方向、在有限课内学时数的情况下优化课内教学实验项目。开设以下课内实验：DH5α感受态细胞制备、质粒转化筛选、质粒提取鉴定。由于分子生物学与药理学关系紧密，学校药学专业方向之一就是分子药理，开设选做的实验设计型项目：PCR法获得目的基因、蛋白质的SDS-PAGE电泳、western blot等。学生可以根据自己的兴趣选择，逐步实现了常规实验内容的普及，设计型实验内容的个性化。

2.4 教学方式多样化

由于分子生物学实验原理涉及知识点较多，实验时间有限，笔者适当利用现代信息技术、虚拟仿真平台等方式进行教学，介绍实验原理、方法步骤、注意事项、演示仪器使用方法等。

2.4.1 利用现代信息技术进行实验教学[4]

随着现代教育信息的快速发展，网络资源日益丰富，笔者尝试拍摄实验视频、制作微课构建实验课程网络资源进行教学实践。

首先建立课程实验网络资源，进行线上线下结合教学，每个实验小节内，放有实验教师讲课微视频、实验原理、实验步骤、仪器使用等，课前布置实验预习任务内设4～8个问题，要求实验前完成。学生可以反复播放实验操作视频，理会实验操作原理，领悟实验的关键步骤。这样让学生在实验课时主要精力与时间用于实验操作的细节或关键步骤上，学生实验成功率得以提高、更好地激发学生的实验兴趣，巩固相关的分子生物学实验原理的掌握，利于下次实验的开展。

2.4.2 开设虚拟仿真实验[5]

分子生物学技术发展迅速，基础的分子生物学实验技能是关键，由于教学课时的限制，分子生物学实验与生物化学实验、基础化学实验之间关系紧密，笔者利用我校医学实验虚拟仿真平台，选择相关实验，要求学生完成实验的学习任务、思考题后，再进行虚拟实验。通过这种方式开设的内容主要有：实验室安全基本常识、分子生物学实验安全及常用仪器设备、移液枪的使用、琼脂糖凝胶电泳、PCR法获得目的基因、蛋白质的SDS-PAGE电泳等。通过学习和虚拟实验同学们复习了生物化学、化学相关操作，能更好、更快地进入课内实验。

学生线上自学，教师线下答疑，课内再实践操做，使学生对实验相关知识与操作要点的掌握更加牢固，同时缩短了实验时间，解决了部分实验设备昂贵，实验成本高的问题。

2.4.3 学生讲解实验

传统的实验授课方式是：教师讲解实验原理、方法，演示实验仪器使用，因为实验内容繁杂、学生人数多，学生容易开小差、产生厌学情绪。笔者尝试在开设感受态细胞制备及转化子筛选时，先招募学生参与实验准备、参与预实验，再由其中1位学生在正式开课时讲解给其他的同学，其积极性迅速提高，许多实验中可能发生的问题得以提前预控，学生实验的质粒转化成功率高，学生参与度增加了、实验成就感增强，同时也激发了学生的学习兴趣，教学效果改善明显[6]。

2.5 加强实验考核

实验考核主要检验学生掌握实验原理和操作技能情况，传统的考核成绩主要由平时成绩与实验技能考核成绩组成。笔者根据药学专业培养目标调整实验考核办法，增加实验考核项目，把实验考核贯穿于实验教学过程中[7]，在考查实验前预习、实验操作记录、实验结果及分析的同时，增加实验教学活动加分项，学生授课加4分、学生参与准备加2分、虚拟实验完成后加2分、完成开放性实验加2分，这样调动学生实验的主动性，培养学生自主学习的能力，利于学生的实验技能掌握。

2.6 鼓励学生参与教师科研

分子生物学实验技术作为医药领域的主要研究方法之一，发展迅速、应用广泛、不可缺少。我校药学学科是省级“十三五”应用特色学科，依托省级药理学重点实验室，任课教师指导下开展科学实验项目研究，如天然产物活性成份筛选和药理机制研究、体外生物活性成分的表达等，教师在课堂中布置任务，学生们课后自行查找资料结合药学专业知识以及已有条件与老师交流，逐步做好实验研究的主要内容、设计方案等。培养学生应用分子生物学知识与天然药物化学、药理学的相互结合应用的能力，学生创新的能力，团队意识，实现教学与科研相互促进共同发展[8]

3 结 语

药学专业分子生物学实验教学还处在初步探索和实践中，在课程实验教学中从实验安全教育、教学内容、教学方法、考核方式等方面进行了有益尝试的，加深了学生对药学分子生物学在药学领域中重要地位的了解，夯实了学生的分子生物学理论知识，提高学生的实践操作能力，在实验教学的各个环节中，充分体现出对学生自主能动性、发现问题、解决问题能力的培养。笔者还有待不断提高教师自身教学、科研素养和能力，不断提高学生综合应用知识能力、突出药学专业特色，使得药学分子生物学实验教学在专业人才培养中发挥出更好的作用。