自主创新性分子医学实验课程体系建设的探索与实践

赵鲁杭， 邹 玲， 霍朝霞， 于晓虹， 翁登坡

（浙江大学医学院，杭州310058）

0 引 言

新时代高等教育的目的是培养有知识、有能力、有素质、有觉悟的新型建设人才，高校教育，以本为本，建设具有中国特色、世界一流的本科教育［1］，归根到底还是人才培养机制的问题。提高人才培养的质量，建立高水平的人才培养体系，特别是学生的创新性思维和能力培养体系，应该作为创新人才培养的主要着力点［2］。

科学实验是获取客观知识最重要的途径，高校的实验教学是理论和实践相结合，培养学生实验技能和创新能力的重要方式［3-4］。传统的实验教学以验证式教学为主，即学生按照指定的实验内容和指定的实验技术路线完成实验，不利于激发学生的学习兴趣和主观能动性，学生的参与度和探索热情不高。这种实验教学已不能满足新时代人才培养的要求。信息时代科学技术的迅猛发展和社会经济的变革所带来的冲击，使得学生对自身能力的培养需求也发生了巨大的变化。坚持一切从社会和学生的需求出发，注重对学生创新能力、探索精神以及实践能力的综合培养具有重要的意义［5］。创新性实验在培养学生的创新思维、创新意识和创新精神，提高学生的创新实践能力方面发挥着不可或缺的作用［6］。因此，加强创新性实验教学体系建设，促进信息技术与实验教学的深度融合，提高实验教学质量和实践育人水平，推动实验教学的改革与创新显得尤为重要［7］。

1 分子医学实验教学的现状

我校基础医学院作为国家医学类试点学院，教育部双一流学科建设A类学院，在学科建设方面取得了显著的成绩，也拥有深厚科研实力的教师力量储备。医学院的人才培养目标是培养具有创新性能力的医学研究性人才［8］，为服务于这个目标，几乎所有的实验课程在加强实验教学内容综合性和实验技术先进性的基础上，增加了自主创新性实验设计的实验项目，目的是培养学生的文献阅读能力、实验设计能力、自主创新能力和科研思维能力，但是多数学科的实验教学尚未建立真正意义上的自主创新性实验课程体系，主要原因是实验课程设置的时间周期较短，通常一个学期最多设置8周课程，在这样的时间空间里要完成自主创新性实验项目的设计并加以实施是非常困难的。

分子医学实验是一门教改整合实验课程，通过将生物化学、分子生物学及遗传学等课程实验教学内容进行整合，形成了相互关联、相互交叉的系列性、综合性实验教学内容。通常分子医学相关的自主创新性实验内容较多、耗时较长，在现有实验课程体系下很难真正开展［9］。为使学生能够在有限时间空间里学习和体验自主创新性实验的过程，需要对原有实验课程体系进行改革。为此，进行了混合式教学模式下的学生自主创新性实验课程体系建设的探索性实践。

2 自主创新性分子医学实验课程体系改革

分子医学实验课程共64学时，8周课程，每周8学时。原实验课程体系是56学时综合性实验（7周）+8学时自主创新性实验设计的答辩及课堂讨论。学生的自主创新性实验只停留在理论设计、答辩和讨论上，无法真正开展实践活动。建立自主创新性实验课程体系，通过对实验技术方法进行改进，以及利用本实验课程网站上丰富的线上实验教学资源，通过线上线下混合式教学结合演示性教学等方式，在满足实验教学大纲要求的前提下，压缩了综合性实验教学内容的时间。自主创新性实验课程体系设计为：32学时综合性实验教学内容+32学时学生自主创新性实验。在学期开始时布置自主创新性实验任务，学生可以完全自主选择实验项目内容，也可以在教师提出科学问题主题的情况下进行相关实验内容的设计。学生在前4周进行综合性实验项目的同时自行完成自主实验项目的设计，经答辩、修改后敲定实验设计方案，于后4周完成自主性实验项目的研究，包括实验材料的准备、实验试剂的配制和实验项目内容的实施。

3 新旧分子医学实验课程体系教学内容的比较

自主创新性分子医学实验课程体系压缩了固定实验教学内容的时间，为自主性实验的开展提供了时间空间（见表1）。

表1 两种分子医学实验课程体系教学内容的安排和比较

4 部分自主创新性实验项目内容及实施过程

4.1 教师引导的自主性实验项目

由带教老师提出科学问题和研究主题内容，学生通过查阅文献，设计出实验研究方案和并加以实施。

项目1小GTPase在自噬中的生物学功能。通过从小GTPase与自噬受体相互作用的角度，尝试揭示自噬小体形成的分子机制。主要实验内容包括：①构建小GTPase的原核和真核表达载体；②带有GST标签的小GTPase重组蛋白的纯化；③利用免疫共沉淀技术，分析小GTPase和受体的相互作用；④利用激光共聚焦显微镜技术分析小GTPase和自噬受体在哺乳动物细胞内的亚细胞共定位，以进一步证明二者在细胞内的相互作用。

项目2特异性参与能量匮乏诱导自噬基因的机制研究。以模式生物酿酒酵母为研究材料，通过敲除不同的基因，显微镜观察能量匮乏条件下自噬的发生情况，从而研究特异性参与能量匮乏诱导自噬的新基因。主要实验内容包括：①不同组选择需要敲除的目标基因（如BNA1-5、Ypt53、Gtr1、Mig1、Acs1、AIF1、Sir2和Rck2），分别设计同源重组引物；②利用PCR技术，扩增同源重组片段并回收DNA片段；③利用同源重组技术，对目标基因进行靶向敲除；④通过提取酵母基因组DNA，检测基因是否敲除；⑤利用荧光显微镜技术分析敲除基因对能量匮乏诱导自噬发生的影响。

4.2 学生完全自主选择的实验项目

首先由学生提出一个感兴趣的科学问题，通过与老师沟通和讨论，决定该问题是否具有研究的必要性和可行性。在确定自主研究项目主题后，学生通过查阅文献，制定详细的实验计划和方案。通过课堂汇报、答辩和讨论过程，修改和完善研究计划后加以实施。部分自主性实验项目有：①对成纤维细胞及胚胎干细胞（ES）中常见基因表达水平差异的测定；②茶氨酸与咖啡因对急性酒精肝保护作用影响研究；③不同浓度CCCP对Hela细胞线粒体自噬的影响；④红景天对小鼠红细胞2，3-二磷酸甘油酸含量的影响；⑤苹果中多酚氧化酶的提取及抑制剂对PPO活性的影响比较；⑥不同品系瓜果中SPS含量差异对甜度影响探究；⑦探究JP3 JP4蛋白在脑发育过程中的表达；⑧脱氢乙酸及其钠盐类物质对蚕豆根尖细胞遗传毒性的研究；⑨无机砷对NB4细胞LC3I和LC3II蛋白表达的影响。

4.3 自主性创新性实验的实施过程

（1）由3～5个学生自由组合形成一个团队，并提出一个科学问题（可与老师探讨所提问题是否具有科学研究的意义）。

（2）确定实验项目研究主题后，团队成员分工合作，通过查阅相关文献，确定实验项目研究的方案。

（3）课堂上进行开题报告，汇报实验选题的基本思路和实验方案，通过课堂讨论，提出修改意见或建议。

（4）在开题报告的基础上，带教老师与每个实验组的学生进行反复地讨论和修改，最终确定探究性实验的实施方案。

（5）学生自主完成实验项目的研究，包括实验试剂的配制、实验材料和器材的准备及实验操作等，并撰写研究论文。

5 教学效果与建议

5.1 教学效果

一流的本科教育需要建设一流的课程，所谓一流就是需要体现“两性一度”［10］，以培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维能力为目标，课程的项目内容需要体现先进性和创新性，而且要有一定的难度［11］，这也是建设自主创新性实验课程体系的目标和初衷。通过自主创新性实验设计和实施，学生学习了什么样的问题才是一个科学问题，并且学习和掌握了如何通过文献检索建立实验方案，探究这个科学问题的实验结果。整个项目的实施过程中，学生经历了独立思考、分工合作、汇总思路、相互配合等心路历程，在很大程度上培养了学生的创新能力和团队合作精神。自主创新性实验课程体系表面看似乎是压缩了一些线下的实验项目内容，但学生在自主性实验过程学到了更多的实验技术和方法。自主创新性实验完成后，除了要求提交实验研究的论文外，每个学生还需要提交一份感想和体会，并对整个课程体系提出意见和建议。

课程结束后，通过问卷调查的形式针对整个自主创新性实验课程体系的教学安排、对创新性思维和能力培养、对综合实验能力培养等方面的作用进行调查。从回收的180份问卷调查的统计结果看，学生对自主创新性实验课程体系的总体评价很高，实验教学效果非常好（见图1）。很多学生表示这是他们上过的最有意义的实验课，自主创新性实验项目就像是自己种植的小树苗，看着它们不断地长大并开花结果，即使有些自主创新性实验最后的实验结果不是很理想，但学生从中获得了宝贵的经验教训，通过总结，加深了体会，也在学习中得到了锻炼与成长。

5.2 自主创新性实验课程体系可持续发展的建议

自主创新性实验通常具有实验过程耗时较长、实验消耗经费相对较高、实验材料和试剂多样、带教老师工作量大、超课时工作等特点，还涉及实验室的有序开放等问题，这些问题能否得到很好的解决关系到创新性实验课程体系的可持续发展问题［12］。如何妥善地解决新的实验课程体系实施过程中遇到的各种问题，有效地调动教师和实验室工作人员开展创新性实验教学的积极性，是每个高校教学管理部门需要认真思考的问题［13-14］。建议对于开设自主创新性实验的课程在实验教学经费上给予一定的增加，教师和实验室工作人员的工作量增加一定的系数，健全和完善实验室的有序开放或预约管理机制，不断改进和完善学生和教师的考核评价体系，确保创新性实验教学课程的可持续发展。

6 结 语

加强高校创新性人才培养体制建设是新时代高校本科教育重要内容之一，也是国家可持续发展战略、科教兴国战略、人才培养战略、科技强国战略的必然要求［15］。实验教学作为创新性人才培养的重要途径之一，不同的学科如何根据各自的特点，探索建立各具特色的自主创新性实验课程体系，是值得认真思考的问题。