分子生药学实验教学模式初探

张夏楠，赵 欢，马 晗，吴晓毅，高 伟

（1.首都医科大学中医药学院，北京 100069；2.首都医科大学药学院，北京 100069）

分子生药学是一门极富前瞻性的交叉学科，具有分子生物学与中药学相结合、基础与应用相结合、方法先进性与实用性相结合的特点[1-2]。与分子生物学最显著的区别在于，分子生药学是应用分子生物学手段解决中药真伪优劣的问题，具有很强的实践性和应用性[3]。因此，实验教学是分子生药学教学中必不可少的一个环节。受教学课时、实验条件、教师专业背景等限制，大多数院校开展的分子生药学实验教学多为验证性实验。鉴于近些年分子生药学得到飞速发展，研究内容和涉及的领域越来越广，迫切需要培养分子生药学专门人才，进行深入研究和探索分子生药学领域的相关课题，因此，进一步培养学生的专业性和创新性是分子生药学教师应着力探索的内容。在已有实验条件和教学积累的基础上，开展综合性、探究性实验是适应高等教育改革发展的需要，是分子生药学实验教学走向深入的体现。我校在开设分子生药学课程以来，在实验教学方面做了很多尝试，现将我校在分子生药学实验教学体系建立方面所做的探索与实践介绍如下。

1 实验教学体系的构建

实验教学的目标是以分子生药学学科需求为基础，在开设基本分子生物学实验的基础上，锻炼学生实际应用所学知识和技术解决中药研究中的问题的能力。我校分子生药学课程教学主要分为两个层次，一方面作为我校中药学及相关专业研究生的必修课程，开展理论知识、学科研究进展讲授，进行经典实验操作，共计36学时，其中理论课18学时，实验课18学时；另一方面，依托学校开设的综合实验课程以解决问题为目标，综合应用各种所学知识和手段解决中药研究中的问题。此外，依托学校开展的第二课堂和学生科研项目，带动具有科研热情学有余力的学生，以课题形式综合安排实验内容，汇报实验进展，撰写总结报告。

2 实验教学体系的建设

我校开展分子生药学实验主要依托中医药学院分子生药学与中药资源学科研实验室和中医药学院实验教学中心。我院实验教学中心是专门针对本科生进行实验的开放场所，经过近些年的发展，已配备PCR仪、电泳仪、核酸定量仪、高速离心机、倒置荧光显微镜、凝胶成像系统、超低温冰箱、恒温培养摇床、生物安全柜等开展分子生药学实验的基础仪器设备，能够满足学生基础分子生药学实验需求。依托以上教学、科研平台的支撑，我校在开展技能培养型和验证性实验的基础上，不满足于现状，整合设备、技术和教师资源，陆续在综合性实验和设计性实验上进行了探索和尝试。

2.1 开展验证性实验夯实基础操作

2.1.1 开展验证性实验的目标 分子生药学是实际应用性很强的一门学科，仅通过理论讲授很难真正了解实验操作的原理及操作方法。因此需要开展常规验证性实验促进学生对基础操作的熟练掌握，如核酸的提取分离、PCR仪的使用、琼脂糖凝胶电泳等。开展验证性实验旨在夯实学生的基本操作技能，对基础实验涉及的原理、方法、数据处理等内容有基本认识，同时学会对实验中出现的现象进行分析，学会应用所学知识查找问题原因。如在进行大肠杆菌中质粒提取实验时，有的实验组琼脂糖凝胶电泳结果出现1条条带，有的组出现3条，对于这样的实验现象如何解释、现象背后的原理是什么，这需要学生自己查找文献找出答案。因此，通过实验课可以锻炼学生思考问题、解决问题能力，培养学生严谨的科学态度和实事求是的研究精神，为今后进行科研活动奠定良好基础。

2.1.2 优化实验内容 由于分子生药学实验上游技术涉及大量基因工程操作，因此围绕基因工程的基本过程，设计了植物基因组DNA提取与定量分析、大肠杆菌质粒DNA提取、载体构建、大肠杆菌感受态细胞制备与转化、转化子的筛选与鉴定等实验。这些实验内容紧密相关，是从事分子生药学研究进行植物、微生物遗传转化、合成生物学等科研内容的基础操作。因此，在实验过程中，向学生强调这些实验的连贯性和整体性，使学生充分认识到每个实验的重要性，并且规范实验操作过程。考虑到分子鉴定是分子生药学研究的重要组成内容之一，同时也是分子生药学应用性的突出表现，因此在进行大量前期预实验基础上，选择《中华人民共和国药典》中记载的乌梢蛇分子鉴定实验作为学生验证性实验中分子鉴定部分的代表性实验，其实验过程稳定性好、操作简便，实验时长也适合作为一次独立实验。此外，对于某些重点或难以把握的实验技术，将预实验过程拍摄图片或录制短视频，制作多媒体课件，使学生对实验过程有真实的感受，激发实验兴趣，避免因初次操作不规范导致实验失败现象。

2.2 开展综合性实验锻炼科研实践能力

2.2.1 开展中药学专业综合实验的目标 综合实验的目的是以问题为导向，要求学生综合应用所学知识，在短期内学习去解决一个小型课题。我校中药学专业综合实验是面向中药学专业四年级本科生的一门实验课程，此时学生已经具备了一定的中药专业技术，学习了药用植物学、中药鉴定学、中药化学等专业知识，初步具备综合应用各门实验技术的能力。由于分子生药学涉及的研究方法多样，笔者选择其中有代表性的科研方向，设计综合性课题，使学生更深入了解如何应用分子生药学技术解决中药资源问题，锻炼学生实践能力，激发学生探索兴趣。

2.2.2 优化综合性实验内容 笔者所在教学团队在中药学专业本科生知识体系基础上综合考量并引入分子生药学技术，设计综合性实验，如丹参毛状根转化体系的建立及评价、桃仁与苦杏仁的分子鉴定两个代表性课题。植物遗传转化是鉴定药用植物功能基因常使用的方法，药用植物丹参作为一种药用模式植物，其毛状根遗传转化体系的建立操作简单、稳定，利用GFP标签初步筛选阳性毛状根转化子操作简便、阳性率高，HPLC法测定丹参毛状根中丹参酮含量方法体系成熟，可以作为应用植物基因工程研究药用植物次生代谢途径的典型代表案例。而桃仁与苦杏仁在形态上较为接近，尤其经过炮制后的饮片更难区分，实验过程综合了中药传统鉴定中的形态与显微鉴定方法，学习使用超景深数码显微镜观察样品的微性状特征，并在立体成像模式中测量大批市售药材样品形态数据。再利用正置偏光显微镜观察样品粉末中石细胞形态与数量区别。最后选用通用ITS序列引物对标准药材中提取的基因组DNA进行扩增，分析比对ITS序列的特异性差异位点设计鉴别引物，提取样本DNA，应用PCR扩增方法进行鉴定。综合性实验将植物遗传转化、中药分子鉴定融入教学内容中，完善学生知识体系，引导学生了解分子生药学在中药研究中的应用，取得较好的教学效果。

2.3 开展设计性实验培养独立创新的科研精神

2.3.1 开展设计性实验的目标 对于已经具备一定专业基础知识，且需要培养实际应用能力的学生，传统的验证性实验能够使其具备进行分子生药学科学研究的基本实验技能，增强学生的动手能力，而设计性实验则能够锻炼学生独立思考、自主解决中药鉴定、资源保护与开发等实际问题的能力，同时在自主查阅文献的过程中深入了解分子生药学研究领域的前沿技术与科研进展，拓展知识宽度，激发科研创新精神。

2.3.2 优化整合设计性实验内容 鼓励对分子生药学感兴趣的学生申请本校开展的“第二课堂”和“学生科研”项目，组成课题小组并确立组长，以课题形式应用分子生药学原理和技术，解决某些科研问题。课题内容由学生和教师共同讨论设定，可以是学生自己感兴趣的题目，也可以是教师现有科研课题的延伸，如功能基因的克隆及功能分析、原生质体获取及遗传转化体系建立、应用Crisper/Cas9技术进行基因敲除及同源重组等。课题小组通过查阅文献了解课题背景及目前的前沿进展，定期召开组会，安排时间进行基本理论知识培训、基本操作及仪器使用方法培训。学生在课余时间参与课题实验，及时汇报实验结果。实验教师指导学生在小组内讨论分析问题原因，制订解决办法，同时协助制订下一步实验规划，制订预期目标，及时协调解决实验中及实验外场地、仪器、安全等问题。通过课题形式进行设计性实验，能使学生真正参与科学研究过程，发挥其主观能动性，主动思考、主动探索，提高学生科研兴趣。

3 建立合理的实验成绩考评体系，全面评价学生能力

3.1 明确实验教学考查目标

实验教学的重心是动手操作，教学评价不能单以实验报告作为最终评价结果，教师应对学生在整个学习过程中对知识理解、实验操作、实验态度，甚至文献掌握等各方面进行综合评价，使考核公正客观地反映学生的整体学习效果。

3.2 优化实验教学考查内容

在实验教学效果评价上，注重全面考查学生素质，对于验证性实验，考查内容包括平时成绩（包括实验态度，如出勤、纪律和预习等）、实验操作成绩和实验报告，并按比例赋予分值。综合设计性实验考查内容还包括撰写综述、实验记录、实验论文、结题报告。实验论文和结题报告是总结综合设计性实验的最终结果，要求学生按照科研论文的格式记述材料和方法、结果分析和讨论等。

3.3 及时反馈实验教学效果

教师对学生实验过程、操作、学习态度等逐项进行评分，同时，学生也针对整个教学过程填写教学质量评价表，对实验教学准备、实验教学效果进行评分，并提出自己的意见建议，发表学习感想，对教师进行教学反馈等，帮助教师进一步优化教学内容，改善教学手段，提升教学效果。最终教学效果的评价内容包括实验计划书、实验研究报告、实验记录、总结汇报PPT、教学活动登记表及支撑材料、个人心得体会、课程教学质量评价表等。

4 结语

笔者所在教学团队在分子生药学实验课程建设过程中，紧密结合分子生药学理论教学，优化整合设计实验内容，并建立了合理的实验教学效果考评机制。通过实验的开展促进学生动手能力的提高和对理论知识的掌握[4]。然而，教学中也存在一些问题，一方面分子生药学实验涉及的实验仪器较为昂贵，试剂耗材价格比较高，有些实验不能让每一位学生亲自动手；另一方面，教师自身科研水平和教学水平也限制了实验教学效果[5]。随着分子生药学研究快速发展，研究方法更新也越来越快，这对实验教师的教学也提出了更高要求，因此建议将本学科教师自身科研内容融入实验教学中，尤其是综合设计性实验，使学生了解目前先进科研进展，帮助学生尤其是研究生尽快上手，奠定科研基础。