3R原則在水產(chǎn)動物生理學(xué)實驗教學(xué)體系中的應(yīng)用

齊紅莉++宋學(xué)軍++毛海濤++王曉梅++井潤珍++白東清

摘 要：為了構(gòu)建新型的實驗教學(xué)模式，將3R替代原則引入到水產(chǎn)動物生理學(xué)實驗課程教學(xué)體系中，進(jìn)行了思維上的改革，開辟新的教學(xué)途徑。這些措施更有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析問題能力。

關(guān)鍵詞：水產(chǎn)動物 生理學(xué)實驗 3R原則

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（a）-0124-02

水產(chǎn)動物生理學(xué)實驗是水產(chǎn)養(yǎng)殖、海洋漁業(yè)科學(xué)與技術(shù)、水族科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課的必修課，是重要的專業(yè)基礎(chǔ)實驗課[1-2]。隨著新世紀(jì)海洋事業(yè)的迅速發(fā)展，天津市政府提出了“向海洋要資源”的口號， 天津農(nóng)學(xué)院的水產(chǎn)養(yǎng)殖、海洋漁業(yè)科學(xué)專業(yè)也迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。天津農(nóng)學(xué)院提出了培養(yǎng)都市沿海型農(nóng)業(yè)的專業(yè)性應(yīng)用人才來發(fā)展壯大海洋事業(yè)。借助此，我們在海洋漁業(yè)科學(xué)與技術(shù)、水產(chǎn)養(yǎng)殖專業(yè)學(xué)生進(jìn)行的實踐教學(xué)改革過程中嘗試對本門實驗課程體系進(jìn)行改革，從實驗教學(xué)思維不斷創(chuàng)新，將3R原則這一理念引入到水產(chǎn)動物生理學(xué)實驗教學(xué)中來，以提高實驗教學(xué)質(zhì)量。

1 何謂3R原則

3R原則即減少（reduction）、替代（replacement）和優(yōu)化（refinement）其英文字母的首字母的縮寫，是由Russell 和Burch 在1959年《The principle of human Experimental Technique》（人道主義實驗動物原理）中首次提出[3]。

2 3R 原則在水產(chǎn)動物生理學(xué)實驗中的運(yùn)用

水產(chǎn)動物生理學(xué)實驗是學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識結(jié)構(gòu)體系中一個重要組成部分， 它對學(xué)生以后完成專業(yè)學(xué)習(xí)和從事專業(yè)技術(shù)工作具有十分重要的意義[4]。將3R原則引入到本實驗教學(xué)中既可在實驗教學(xué)中充分注重動物福利，也可以使學(xué)生激發(fā)愛護(hù)實驗動物的意識，從而將3R原則推廣到本學(xué)科中去。

2.1 減少動物用量

減少（reduction）是指在可獲得同樣數(shù)量和質(zhì)量的動物試驗的同時，減少動物的使用但同時又可獲得足夠的試驗信息，近些年來對很多試驗方法進(jìn)行了修改和重組。簡單減少動物用量對水產(chǎn)動物生理實驗教學(xué)而言是個比較難達(dá)到的要求。學(xué)生每人1只實驗動物其教學(xué)效果不一定好，但是學(xué)校縮減教學(xué)經(jīng)費，因此每人一只實驗動物也不現(xiàn)實；3～4人共用一只實驗動物，減少了每位同學(xué)的動手機(jī)會，教學(xué)效果不好，更甭提達(dá)到相應(yīng)的教學(xué)目的。我們通過合理安排課程并重組實驗課程來實現(xiàn)減少實驗動物用量：對于在體實驗反射弧分析和反射時的測定；離體實驗尤其是電生理實驗使用同一種類動物的不同臟器，如蛙心起搏點的分析（蟾蜍的心臟），坐骨神經(jīng)腓腸肌標(biāo)本的制備（蟾蜍的大腿、小腿）。我們通過合理的安排實驗并重組實驗，先做在體實驗觀察反射弧及反射時的測定，然后再做在體解剖暴露蛙心后，觀察蛙心起搏點，最后取出操作時間要求較寬的另一實驗臟器（大腿和小腿）供坐骨神經(jīng)腓腸肌標(biāo)本的制備。制作好的坐骨神經(jīng)腓腸肌標(biāo)本我們先做生物電現(xiàn)象的觀察，閾刺激、閾上刺激與最大刺激，骨骼肌收縮特性，在骨骼肌收縮特性中我們還根據(jù)學(xué)生興趣來測定選做效應(yīng)時間的測定，這樣增加了實驗項目，學(xué)生自主實驗。通過合理的重組實驗課程調(diào)整實驗順序安排使5個實驗一起做，這樣原本在每個單獨實驗時作為原本丟棄的無用的動物臟器可以有效利用起來，因此減少了動物消耗數(shù)量近3/5。但實驗的時間比較長一般至少是6學(xué)時到8學(xué)時，因此在實驗教學(xué)安排中將實驗課集中全天上。按照每個學(xué)期需要開設(shè)的實驗課程來計算，在保證教學(xué)效果及質(zhì)量的同時，如果按照3R原則合理地重組實驗，可以減少實驗動物消耗近2/5～3/5。因而減少購買實驗動物的經(jīng)費1/2，將節(jié)省出來的經(jīng)費應(yīng)用于學(xué)生自主創(chuàng)新性實驗教學(xué)中去。

2.2 替代使用動物

替代（replacement）是指用離體培養(yǎng)的細(xì)胞、組織或器官或者是使用組織培養(yǎng)細(xì)胞、計算機(jī)模擬實驗替代神智清醒的脊椎動物進(jìn)行試驗[5]，而不用活體動物[6-8]，另外來說用人來替代實驗動物。

目前對于驗證性實驗，我們可以通過模擬實驗的方式來替代使用實驗動物。離體魚類心臟灌流實驗，這個實驗我們采用黃鱔作為實驗操作材料，但是魚心臟灌流操作要求比較規(guī)范，因此在做此實驗之前，我們讓學(xué)生通過模擬實驗來觀察藥物對離體蛙心灌流來了解此實驗的目的及主要原理及操作方法。學(xué)生通過模擬實驗掌握了實驗操作步驟及注意事項，把該實驗需要觀察的要點都領(lǐng)悟，同時發(fā)揮教師的當(dāng)場示范，再用黃鱔離體魚心做心臟灌流實驗，同學(xué)們可有足夠的體會，而實驗動物僅為原來的1/6。

在消化道平滑肌的生理特性的實驗中，引用了虛擬實驗[9]，學(xué)生直接通過計算機(jī)模擬系統(tǒng)進(jìn)行操作家兔腸道分離并連接麥?zhǔn)显〔郏谟嬎銠C(jī)模擬系統(tǒng)里直接添加藥物、機(jī)械牽拉、溫度對離體腸道平滑肌生理特性的影響。學(xué)生通過模擬實驗進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并通過軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及分析[10]。通過此實驗的操作，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性并減少了活體動物。因此通過此虛擬實驗，學(xué)生作為主體可以自主設(shè)計實驗步驟并對實驗流程進(jìn)行優(yōu)化，因此提高了學(xué)生對計算機(jī)操作系統(tǒng)及虛擬軟件的使用效率，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合分析問題的能力[11]。

2.3 優(yōu)化實驗

優(yōu)化（refinement）指通過完善和改良實驗步驟以減輕動物的痛苦和不安，來提高動物福利的方法。

水產(chǎn)動物生理學(xué)實驗的優(yōu)化是很有必要的，而大多數(shù)實驗并沒有達(dá)到優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)。在本實驗教學(xué)工作中，我們首次將動物福利這個概念灌輸?shù)綄W(xué)生中去，杜絕學(xué)生戲弄、虐待動物的現(xiàn)象。因此要求學(xué)生必須提前做好預(yù)習(xí)實驗內(nèi)容并撰寫預(yù)習(xí)報告，當(dāng)堂實驗課程結(jié)束立即上交預(yù)習(xí)報告，教師通過評閱預(yù)習(xí)報告來檢查學(xué)習(xí)預(yù)習(xí)情況，此部分內(nèi)容在整個實驗成績的20%。還通過提前觀看實驗教學(xué)影像熟悉實驗操作技術(shù)，通過虛擬實驗進(jìn)行優(yōu)化實驗流程，提高實驗成功率。另外在實驗動物購買后，暫養(yǎng)實驗動物，動物所處的環(huán)境的舒適性如暫養(yǎng)蟾蜍過程中我們采用隔時換冰瓶的方法來減少動物在暫養(yǎng)過程中環(huán)境溫度過高導(dǎo)致其由于環(huán)境濕度不夠而死亡。在實驗用鯽魚、鯉魚、黃鱔、烏鱧暫養(yǎng)過程中，要調(diào)控養(yǎng)殖用水溫度、溶解氧等水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到適宜環(huán)境。在抽取魚類血液過程中用紗布包住其眼部，用來減少其他實驗魚類的緊張情緒。endprint

因此，優(yōu)化是減少實驗動物不必要的不安情緒，這個理念的提出及應(yīng)用對實驗的準(zhǔn)確性也有所影響，因而需要實驗操作者具有熟練的實驗操作技能，并能將此養(yǎng)成習(xí)慣并應(yīng)用到相關(guān)的實驗中。

3 結(jié)語

3R原則進(jìn)入引入到我國的時間較晚，實驗動物及生理學(xué)專業(yè)以外的人對此知之甚少，而國外應(yīng)用3R原則在現(xiàn)代生命科學(xué)實驗中已成為主流，鑒于此魚類生理學(xué)教學(xué)組在水產(chǎn)動物生理學(xué)實驗教學(xué)中實施了3R原則。4年多的教學(xué)實踐表明，3R替代原則在水產(chǎn)動物生理學(xué)的實驗教學(xué)過程中是可行的。減少、替代和優(yōu)化，提高了學(xué)生的實驗操作技能，豐富了實驗教學(xué)內(nèi)容，將驗證性、綜合設(shè)計性實驗開設(shè)的成功率加大，開拓了學(xué)生的視野。替代原則中開設(shè)的虛擬實驗已經(jīng)開設(shè)了將近4年，此增強(qiáng)了學(xué)生實驗的成功率尤其是驗證及設(shè)計性實驗的，調(diào)動了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性。今后將3R原則與大學(xué)生自主創(chuàng)新性實驗進(jìn)行實驗進(jìn)行嫁接，使實驗室成為培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的重要基地[12-13]。在水產(chǎn)動物生理學(xué)實驗教學(xué)體系中引用3R原則是合理可行的，不但適應(yīng)了時代潮流中動物倫理學(xué)的發(fā)展要求，還有助于實驗項目的開設(shè)，推動了本學(xué)科發(fā)展，也順應(yīng)了高校教育中控制教學(xué)經(jīng)費中達(dá)到節(jié)能增效的要求。

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