基于3R原則的生理學綜合實驗設計及應用

摘要：以蟾蜍為實驗動物，通過實驗項目設計與技術操作的重構與改進，探索僅用同一只蟾蜍連續開展10多個生理學實驗項目的綜合性實驗方法，從而一蟾多用，有效提高蟾蜍利用率，增加實驗項目，強化學生技術操作能力。

關鍵詞：生理學實驗；3R原則；蟾蜍

中圖分類號：G642.423 文獻標志碼：A

Abstract：Using a toad as the experimental animal， this article explored a method of the comprehensive physiological experiment via refactoring and improving experimental design and technical operations of ten physiological experimental programs. The experiment will effectively increase the utilization of the toad and the number of physiological experiment programs， and improve students' technical skills.

Key words：Physiological experiment；3R principal；Toad

生理學是一門實驗性的學科， 實驗教學中有許多項目是以蟾蜍為實驗對象，以往的生理學實驗，各實驗項目單獨開展，實驗動物損耗大，導致開展項目少，不能滿足學生實踐的需求。多年教學中發現，雖然生理實驗項目不同，但實驗動物、儀器等基本相同。因此，將十個生理學實驗進行排列重組，嘗試用一只蟾蜍設計由多個實驗組成的一個綜合性實驗，既減少蟾蜍用量，減少教學經費，減少實踐學時，又增加實驗項目、增加蟾蜍利用率和增加學生動手操作實踐機會，以滿足學生實踐需求。

1 以蟾蜍為實驗動物的生理學綜合實驗設計

1.1實驗設計原理 \"3R\"原則在國際上廣泛應用，它是指實驗中體現減少、優化和替代原則。僅用一只蟾蜍連續完成十個生理實驗，遵循3R原則。實驗前進行電腦虛擬仿真實驗替代動物實驗，同時減少實驗動物數量，實驗中反復強調實驗嚴謹性、手術過程要輕巧，少出血、減少創傷、將動物的痛苦降到最低。

1.2實驗設計方案 實驗設計為一個用一只蟾蜍同時開出十個實驗的生理學綜合性實驗。實驗涉及循環系統，神經系統、運動系統、消化系統、感覺器官等多系統的學習和實踐，并從整體到局部，從系統到器官，從在體到離體，全面感受生理學的研究方法。

實驗設計先利用蟾蜍的前庭器官，觀察破壞迷路后的效應，然后開展\"反射弧分析\"實驗，從整體水平，學習神經調節基本方式；之后從局部水平，用蟾蜍的不同臟器依次開展多個實驗。例如，利用蟾蜍心臟，開展\"蛙心起搏點分析\"等實驗，掌握心臟的生理功能。利用蟾蜍小腸，開展\"腸系膜微循環觀察\"實驗，觀察微循環的組成、分析影響因素。利用蟾蜍的大腿和小腿，開展\"刺激強度與反應的關系\"等實驗，了解肌肉神經特點和生物電活動。具體實驗方法和步驟，按下列順序進行（圖1）。

1.3實驗方法和操作要點 實驗前要有充分準備，例如虛擬實驗熟悉操作流程，操作前連接儀器支架等；實驗中樹立3R原則，每一步應注意操作要點，防止動物出血和過度損傷；實驗后數據及時記錄，以免數據混淆。實驗順序和操作要點見下表1。

2 一蟾十用的生理學實驗教學的應用方法

2.1課前虛擬實驗提高實驗實效性 僅用一只蟾蜍連續完成十個生理實驗，若中間操作失誤容易造成動物死亡，因此實驗難度系數增大。例如：\"離體蛙心灌流\"實驗操作難度大，要將蛙心插管經蛙的動脈圓錐插入心室，由于蛙心小而脆，若實驗操作不熟練，則很容易把蛙心戳破或插不進去，導致實驗以失敗而告終。所以，若要提高實驗的成功率，則學生在實驗前必須對整個實驗過程中的難點做到心中有數。實驗常常在實驗的過程中因動物死亡而無法繼續，虛擬實驗突破這一難點。

利用生理學虛擬實驗軟件無需額外投資、可反復練習的特點，開放實驗室，引導學生課前模擬各項實驗，人機互動規范實驗操作，熟悉各項實驗操作步驟。虛實結合使生理學多項實驗操作有條不紊，實現在有限的時間內增加實驗項目，能最大限度地發揮實驗教學的作用，減少實驗中途操作失誤導致的動物死亡，提高實驗操作的成功率，節省教學經費。

2.2課中示練結合，縮短學時 十個實驗連續的完成沒有重復，一般4學時即可完成全部實驗， 同等學時下增加實驗項目。

若學時少或學生動手能力差，按實驗性質的不同，可精選一部分例如\"反射弧分析\"、\"蛙心起搏點分析\"、\"刺激強度與反應的關系\"、\"刺激強度與頻率的關系\"和\"神經干復合動作電位的測定\"等經典實驗項目，由學生操作完成，一部分例如\"坐骨神經腓腸肌標本的制備\"、\"腸系膜微循環觀察\"和\"觀察破壞迷路后的效應\"等實驗項目由老師示教，可節省操作時間而觀察到更多的實驗現象，了解更多的活動規律。

也可根據專業不同，將與專業培養方向需求的實驗由學生操作，重點完成，其余的實驗項目由老師示教，觀察實驗現象，了解生理功能。

2.3課后向課外延伸 以蟾蜍為實驗動物，不僅可開設以上十個實驗，還應用在腎上腺激素、妊娠試驗、蟾蜍腹直肌實驗、骨的物理特性和解剖結構觀察等實驗項目。由于蟾蜍費用低，實踐活動可以在生理學課堂實踐教學形式開展，也可配合院校素質教育活動應用在第二課堂、興趣小組、操作技能比賽和考核等活動中。第一課堂和第二課堂結合，更有利于加深學生對課本知識的理解，觀察能力和動手能力的培養，活躍思維，培養學習興趣，提高學習動力。

3 結論

所有生理學理論知識均來自實驗，但由于生理學實驗學時少，僅能開出少部分實驗項目。通過開設以蟾蜍為實驗動物的綜合性實驗，提高生理學實驗教學質量。增加實驗項目，培養學生綜合運用知識和探索創新能力，從全方位、多系統的學習生理學。

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編輯/成森