基础医学专业分子生物学实验教学改革

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摘要：基础医学专业旨在培养具有从事基础医学教育和科学研究能力的拔尖人才。为提高学生的实验操作技能和科研创新能力，天津医科大学生物化学与分子生物学系对基础医学专业的分子生物学实验课程进行了改革与实践。文章分析了前期分子生物学实验课程的不足，介绍了改革后教学内容的调整、仪器设备的改进、培养方式的提升以及教学效果反馈，并探讨了教改后仍存在的问题及拟解决方案。

关键词：分子生物学；基础医学专业；教学改革

1前期分子生物学实验课程存在的问题

1．1课程内容落后，实验设备陈旧

前期的分子生物学实验课程包括：凝胶层析法测定溴酚蓝Kav值、DNA提取、PCR技术、SDS－PAGE测定蛋白质分子量。除了DNA提取及PCR技术，其余两个实验在科研工作中的应用极少，不能很好地发挥联系课堂学习和科学研究的作用。另外，前期的教学实验设备比较陈旧，如传统的紫外可见分光光度计、国产垂直电泳槽等，操作复杂，性能落后，与目前更新换代极快的科研实验设备严重脱节，极大降低了实验课程的应用性，也削弱了学生学习和操作的积极性。

1．2课程设置缺乏连贯性和系统性

前期开设的分子生物学实验课程，通过一个个独立的实验演示分子生物学的基本原理和技术。这种实验策略虽然可以使学生很好地掌握独立的实验技术，但实验课程缺乏系统性和连贯性。学生虽然掌握了单个的实验方法，却不能理解每个实验技术之间的相互联系，不利于培养科研思维以及创新能力［4］。另外，当前分子生物学实验课程主要涉及DNA及蛋白质的相关操作，而缺乏RNA相关实验，整个实验体系不完整，使学生不能全面掌握分子生物学相关实验技术。

1．3教学方式死板，不利于调动学生的积极性

以往的实验教学往往重视实验操作的训练，而脱离了理论知识的讲解，使学生知其然而不知其所以然，无法调动学生的学习兴趣。而且实验教学与科研工作脱节，只注重讲解单个实验的相关知识，不注重相关技术的应用和延伸。而基础医学专业旨在培养具有从事基础医学教育和科学研究能力的拔尖人才，旧的教学模式不利于提高学生的科学素养［5］。学生进入科研实验室后还需要重新进行系统的培训。

2分子生物学实验课程的教学改革

2．1实验课程内容的更新

改革后，分子生物学实验课程包括：细胞传代培养及脂质体法转染（4学时）、细胞蛋白提取及BCA法测定浓度（4学时）、酚／氯仿／异戊醇法抽提基因组DNA及鉴定（4学时）、TRizol法提取总RNA及鉴定（4学时）、PCR技术（4学时）、蛋白免疫印迹技术（8学时），共28学时。更新后的课程内容涵盖了细胞、DNA、RNA及蛋白质相关的基本实验，丰富了实验内容，完善了实验教学体系，也是学生将来步入实验室后必备和常用的实验技能。实验顺序的安排符合科研工作中的实际情况。例如培养及转染后的细胞，用来提取蛋白、DNA及RNA，提取的蛋白是后续蛋白免疫印迹实验的样品，提取的DNA可以用做PCR实验的模板。通过连续的实验教学过程，让学生了解不同实验课程之间的紧密联系，增加了学生对实验课程的兴趣及自主意识，使学生对各个实验技术在科研工作中的运用有更深入的理解［6］。

2．2实验教学仪器设备的升级

在学院的大力支持下，本学系对实验室进行了改造升级，实验仪器也进行了更新换代。分子生物学实验室新建了细胞培养间，细胞培养间包含了缓冲间及无菌操作间，无菌操作间配备有通风净化系统和紫外消毒装置，可以保证操作间的无菌操作。细胞间还配备了生物安全柜、恒温CO2培养箱、倒置显微镜、荧光倒置显微镜、离心机、水浴箱、普通冰箱、液氮罐等，可以保证细胞培养实验的正常进行。蛋白免疫印迹系统进行了更新。过去使用的国产电泳槽操作复杂，还经常渗漏，延长了制胶的时间。本学期升级为伯乐电泳系统，操作方便，节省时间。另外，实验室还添置了化学发光仪，用于ECL显色检测，省去了在暗室用显影液、定影液进行显色检测，既绿色环保，又节省了空间和试剂耗材的消费。

2．3教学模式的改进

通过本次教学改革，将实验教学与科研工作紧密连接。在新的分子生物学实验教学过程中，要求教师不但要进行实验原理及操作过程的讲解，还要重视相关实验技术的延伸及应用，从而丰富学生的理论知识，开阔科研思路［7］。例如细胞转染技术，除了要求学生掌握脂质体转染的方法，还要求介绍磷酸钙转染法、慢病毒转染法、PEI转染法等科研工作中常用到的转染方法，并让学生掌握面对不同细胞如何选择合适的转染方法；蛋白的提取及浓度测定，除了BCA法，还介绍folin－酚试剂法及考马斯亮蓝法，并要求学生比较不同方法的优缺点；DNA、RNA的提取方法也不局限于教学大纲，并且要注重相关应用的介绍，如DNA的提取是SNP、ChIP、Southernblot、测序等实验的基础，高质量的RNA是后续Northern、体外翻译实验、RT－PCR、cDNA文库建立等实验的前提。PCR实验除了常规的实验方法，还要让学生学习利用数据库进行基因序列的查找、利用引物设计软件对目的基因进行引物设计、同源性对比及分析等，还要求给学生介绍RT－PCR、巢式PCR、荧光定量PCR、原位PCR等，开阔学生视野［8］。改革后的分子生物学实验课程主要是面对基础医学专业的学生，培养学生的科研创新能力尤为重要，因此，在教学过程中要积极调动学生的主观能动性。让学生充分利用本学系已建实验教学平台，在课前进行实验理论的学习及实验录像的观看［9］；课上采用引导式、讨论式教学，增加教师与学生的互动，鼓励学生自主设计实验，分析实验中的问题［10］。实验结束后，通过与老师讨论，总结实验成功的经验和收获，分析实验失败的问题和教训，并将讨论结果体现在实验报告中，从而有助于提升学生发现问题和解决问题的能力，为从事科研工作打下基础。

3教改后仍存在的问题及拟解决方案

通过本次实验课程的改革，虽然增加了课程的连贯性、综合性、完整性、科学性，但是仍然存在部分问题亟待解决。实际的科研工作中，许多实验的进行需要时间上的连续性，例如细胞的转染需要在传代的24h后；利用蛋白免疫印迹实验检测转染的外源基因的表达水平，需要在转染后的24－48h后；DNA、RNA的提取也需要提前培养好细胞等。而实际教学过程中，由于课时的限制，许多实验需要由负责实验准备的老师提前进行操作，实验才能顺利串联起来。例如细胞的培养及转染，需要实验老师提前准备好分别用于传代及转染的细胞，DNA、RNA及蛋白的提取也需要实验老师在课前分别准备相应的细胞。这样一方面使学生失去了系统锻炼的机会，增加了实验老师的工作量，另一方面，造成了试剂和耗材的浪费。为了解决这一问题，我们拟进行实验室的开放［11，12］。学生通过自主预习及与老师讨论，确定实验方案，然后通过网上预约平台，于课下时间预约使用实验室，做好正式实验课的准备工作［13，14］。另外，实际科研工作中，实验试剂、耗材的准备是由实验人员亲自准备。而目前的分子生物学实验课程还是沿袭前期实验课程的习惯，由实验准备老师于课前准备好所有试剂耗材，这样不利于培养学生良好的实验习惯及严谨的科研思维。而让学生自己进行实验准备，在操作层面也不现实。因此，我们拟通过建立虚拟仿真实验课程，一方面可以让学生接触一些时间、空间、经费、操作受限的实验，另一方面，学生可以进行实验的预习、实验准备及实验操作模拟练习。虚拟仿真与实际操作相结合，对于学生全面、系统的学习具有重要帮助［15，16］。

4教学效果反馈

改革后的分子生物学实验课程得到了基础医学专业学生的广泛好评。学生评价该实验课程内容丰富，安排紧凑，实验技术新颖。通过该课程的学习，学生基本掌握了分子生物学领域常规的实验技术、原理及应用，并培养了良好的实验习惯，树立了严谨的科研思维，提高了对科研工作的认知。大多数学生也表达了对后续开放实验室及虚拟仿真实验课程建设的浓厚兴趣，愿意参与其中。许多基础医学专业学生已进入科研实验室参与科研工作。相关实验室的负责老师也反映，学习了该课程后，学生的实验技能和科研思维有了显著提升。通过本次分子生物学实验课程的改革，我们更新了陈旧的实验内容，升级了落后的实验设备，改进了传统的教学模式，使整个课程体系更新颖、丰富、连贯、完整，获得了学生和老师的一致好评。我们针对改革中发现的问题，将进一步以学生为中心，以服务科研为目标，优化和创新该实验课程，为培养基础学科拔尖创新人才而努力。

参考文献：

［1］刘永明．分子生物学简明教程［M］．北京：化学工业出版社，2006：12．

［2］刘琦，王述森，高锦兰，等．研究生分子生物学实验技术教学的思考与实践［J］．中国医学教育技术，2018，32（5）：585－588．

［3］刘云，李三华，姜念，等．医学基础综合实验技术教学现状与对策［J］．基础医学教育，2018，20（11）：991－993．

作者：孙晓明 苏超 任媛媛 孙亚楠 刘灵 田姗姗 刘欣 张纬 单位：天津医科大学基础医学院生物化学与分子