自主創(chuàng)新性分子醫(yī)學(xué)實驗課程體系建設(shè)的探索與實踐

趙魯杭， 鄒 玲， 霍朝霞， 于曉虹， 翁登坡

（浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院，杭州310058）

0 引 言

新時代高等教育的目的是培養(yǎng)有知識、有能力、有素質(zhì)、有覺悟的新型建設(shè)人才，高校教育，以本為本，建設(shè)具有中國特色、世界一流的本科教育［1］，歸根到底還是人才培養(yǎng)機(jī)制的問題。提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量，建立高水平的人才培養(yǎng)體系，特別是學(xué)生的創(chuàng)新性思維和能力培養(yǎng)體系，應(yīng)該作為創(chuàng)新人才培養(yǎng)的主要著力點［2］。

科學(xué)實驗是獲取客觀知識最重要的途徑，高校的實驗教學(xué)是理論和實踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生實驗技能和創(chuàng)新能力的重要方式［3-4］。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)以驗證式教學(xué)為主，即學(xué)生按照指定的實驗內(nèi)容和指定的實驗技術(shù)路線完成實驗，不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主觀能動性，學(xué)生的參與度和探索熱情不高。這種實驗教學(xué)已不能滿足新時代人才培養(yǎng)的要求。信息時代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和社會經(jīng)濟(jì)的變革所帶來的沖擊，使得學(xué)生對自身能力的培養(yǎng)需求也發(fā)生了巨大的變化。堅持一切從社會和學(xué)生的需求出發(fā)，注重對學(xué)生創(chuàng)新能力、探索精神以及實踐能力的綜合培養(yǎng)具有重要的意義［5］。創(chuàng)新性實驗在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神，提高學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力方面發(fā)揮著不可或缺的作用［6］。因此，加強(qiáng)創(chuàng)新性實驗教學(xué)體系建設(shè)，促進(jìn)信息技術(shù)與實驗教學(xué)的深度融合，提高實驗教學(xué)質(zhì)量和實踐育人水平，推動實驗教學(xué)的改革與創(chuàng)新顯得尤為重要［7］。

1 分子醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)的現(xiàn)狀

我校基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院作為國家醫(yī)學(xué)類試點學(xué)院，教育部雙一流學(xué)科建設(shè)A類學(xué)院，在學(xué)科建設(shè)方面取得了顯著的成績，也擁有深厚科研實力的教師力量儲備。醫(yī)學(xué)院的人才培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)具有創(chuàng)新性能力的醫(yī)學(xué)研究性人才［8］，為服務(wù)于這個目標(biāo)，幾乎所有的實驗課程在加強(qiáng)實驗教學(xué)內(nèi)容綜合性和實驗技術(shù)先進(jìn)性的基礎(chǔ)上，增加了自主創(chuàng)新性實驗設(shè)計的實驗項目，目的是培養(yǎng)學(xué)生的文獻(xiàn)閱讀能力、實驗設(shè)計能力、自主創(chuàng)新能力和科研思維能力，但是多數(shù)學(xué)科的實驗教學(xué)尚未建立真正意義上的自主創(chuàng)新性實驗課程體系，主要原因是實驗課程設(shè)置的時間周期較短，通常一個學(xué)期最多設(shè)置8周課程，在這樣的時間空間里要完成自主創(chuàng)新性實驗項目的設(shè)計并加以實施是非常困難的。

分子醫(yī)學(xué)實驗是一門教改整合實驗課程，通過將生物化學(xué)、分子生物學(xué)及遺傳學(xué)等課程實驗教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合，形成了相互關(guān)聯(lián)、相互交叉的系列性、綜合性實驗教學(xué)內(nèi)容。通常分子醫(yī)學(xué)相關(guān)的自主創(chuàng)新性實驗內(nèi)容較多、耗時較長，在現(xiàn)有實驗課程體系下很難真正開展［9］。為使學(xué)生能夠在有限時間空間里學(xué)習(xí)和體驗自主創(chuàng)新性實驗的過程，需要對原有實驗課程體系進(jìn)行改革。為此，進(jìn)行了混合式教學(xué)模式下的學(xué)生自主創(chuàng)新性實驗課程體系建設(shè)的探索性實踐。

2 自主創(chuàng)新性分子醫(yī)學(xué)實驗課程體系改革

分子醫(yī)學(xué)實驗課程共64學(xué)時，8周課程，每周8學(xué)時。原實驗課程體系是56學(xué)時綜合性實驗（7周）+8學(xué)時自主創(chuàng)新性實驗設(shè)計的答辯及課堂討論。學(xué)生的自主創(chuàng)新性實驗只停留在理論設(shè)計、答辯和討論上，無法真正開展實踐活動。建立自主創(chuàng)新性實驗課程體系，通過對實驗技術(shù)方法進(jìn)行改進(jìn)，以及利用本實驗課程網(wǎng)站上豐富的線上實驗教學(xué)資源，通過線上線下混合式教學(xué)結(jié)合演示性教學(xué)等方式，在滿足實驗教學(xué)大綱要求的前提下，壓縮了綜合性實驗教學(xué)內(nèi)容的時間。自主創(chuàng)新性實驗課程體系設(shè)計為：32學(xué)時綜合性實驗教學(xué)內(nèi)容+32學(xué)時學(xué)生自主創(chuàng)新性實驗。在學(xué)期開始時布置自主創(chuàng)新性實驗任務(wù)，學(xué)生可以完全自主選擇實驗項目內(nèi)容，也可以在教師提出科學(xué)問題主題的情況下進(jìn)行相關(guān)實驗內(nèi)容的設(shè)計。學(xué)生在前4周進(jìn)行綜合性實驗項目的同時自行完成自主實驗項目的設(shè)計，經(jīng)答辯、修改后敲定實驗設(shè)計方案，于后4周完成自主性實驗項目的研究，包括實驗材料的準(zhǔn)備、實驗試劑的配制和實驗項目內(nèi)容的實施。

3 新舊分子醫(yī)學(xué)實驗課程體系教學(xué)內(nèi)容的比較

自主創(chuàng)新性分子醫(yī)學(xué)實驗課程體系壓縮了固定實驗教學(xué)內(nèi)容的時間，為自主性實驗的開展提供了時間空間（見表1）。

表1 兩種分子醫(yī)學(xué)實驗課程體系教學(xué)內(nèi)容的安排和比較

4 部分自主創(chuàng)新性實驗項目內(nèi)容及實施過程

4.1 教師引導(dǎo)的自主性實驗項目

由帶教老師提出科學(xué)問題和研究主題內(nèi)容，學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)，設(shè)計出實驗研究方案和并加以實施。

項目1小GTPase在自噬中的生物學(xué)功能。通過從小GTPase與自噬受體相互作用的角度，嘗試揭示自噬小體形成的分子機(jī)制。主要實驗內(nèi)容包括：①構(gòu)建小GTPase的原核和真核表達(dá)載體；②帶有GST標(biāo)簽的小GTPase重組蛋白的純化；③利用免疫共沉淀技術(shù)，分析小GTPase和受體的相互作用；④利用激光共聚焦顯微鏡技術(shù)分析小GTPase和自噬受體在哺乳動物細(xì)胞內(nèi)的亞細(xì)胞共定位，以進(jìn)一步證明二者在細(xì)胞內(nèi)的相互作用。

項目2特異性參與能量匱乏誘導(dǎo)自噬基因的機(jī)制研究。以模式生物釀酒酵母為研究材料，通過敲除不同的基因，顯微鏡觀察能量匱乏條件下自噬的發(fā)生情況，從而研究特異性參與能量匱乏誘導(dǎo)自噬的新基因。主要實驗內(nèi)容包括：①不同組選擇需要敲除的目標(biāo)基因（如BNA1-5、Ypt53、Gtr1、Mig1、Acs1、AIF1、Sir2和Rck2），分別設(shè)計同源重組引物；②利用PCR技術(shù)，擴(kuò)增同源重組片段并回收DNA片段；③利用同源重組技術(shù)，對目標(biāo)基因進(jìn)行靶向敲除；④通過提取酵母基因組DNA，檢測基因是否敲除；⑤利用熒光顯微鏡技術(shù)分析敲除基因?qū)δ芰繀T乏誘導(dǎo)自噬發(fā)生的影響。

4.2 學(xué)生完全自主選擇的實驗項目

首先由學(xué)生提出一個感興趣的科學(xué)問題，通過與老師溝通和討論，決定該問題是否具有研究的必要性和可行性。在確定自主研究項目主題后，學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)，制定詳細(xì)的實驗計劃和方案。通過課堂匯報、答辯和討論過程，修改和完善研究計劃后加以實施。部分自主性實驗項目有：①對成纖維細(xì)胞及胚胎干細(xì)胞（ES）中常見基因表達(dá)水平差異的測定；②茶氨酸與咖啡因?qū)毙跃凭伪Ｗo(hù)作用影響研究；③不同濃度CCCP對Hela細(xì)胞線粒體自噬的影響；④紅景天對小鼠紅細(xì)胞2，3-二磷酸甘油酸含量的影響；⑤蘋果中多酚氧化酶的提取及抑制劑對PPO活性的影響比較；⑥不同品系瓜果中SPS含量差異對甜度影響探究；⑦探究JP3 JP4蛋白在腦發(fā)育過程中的表達(dá)；⑧脫氫乙酸及其鈉鹽類物質(zhì)對蠶豆根尖細(xì)胞遺傳毒性的研究；⑨無機(jī)砷對NB4細(xì)胞LC3I和LC3II蛋白表達(dá)的影響。

4.3 自主性創(chuàng)新性實驗的實施過程

（1）由3～5個學(xué)生自由組合形成一個團(tuán)隊，并提出一個科學(xué)問題（可與老師探討所提問題是否具有科學(xué)研究的意義）。

（2）確定實驗項目研究主題后，團(tuán)隊成員分工合作，通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，確定實驗項目研究的方案。

（3）課堂上進(jìn)行開題報告，匯報實驗選題的基本思路和實驗方案，通過課堂討論，提出修改意見或建議。

（4）在開題報告的基礎(chǔ)上，帶教老師與每個實驗組的學(xué)生進(jìn)行反復(fù)地討論和修改，最終確定探究性實驗的實施方案。

（5）學(xué)生自主完成實驗項目的研究，包括實驗試劑的配制、實驗材料和器材的準(zhǔn)備及實驗操作等，并撰寫研究論文。

5 教學(xué)效果與建議

5.1 教學(xué)效果

一流的本科教育需要建設(shè)一流的課程，所謂一流就是需要體現(xiàn)“兩性一度”［10］，以培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力和高級思維能力為目標(biāo)，課程的項目內(nèi)容需要體現(xiàn)先進(jìn)性和創(chuàng)新性，而且要有一定的難度［11］，這也是建設(shè)自主創(chuàng)新性實驗課程體系的目標(biāo)和初衷。通過自主創(chuàng)新性實驗設(shè)計和實施，學(xué)生學(xué)習(xí)了什么樣的問題才是一個科學(xué)問題，并且學(xué)習(xí)和掌握了如何通過文獻(xiàn)檢索建立實驗方案，探究這個科學(xué)問題的實驗結(jié)果。整個項目的實施過程中，學(xué)生經(jīng)歷了獨立思考、分工合作、匯總思路、相互配合等心路歷程，在很大程度上培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力和團(tuán)隊合作精神。自主創(chuàng)新性實驗課程體系表面看似乎是壓縮了一些線下的實驗項目內(nèi)容，但學(xué)生在自主性實驗過程學(xué)到了更多的實驗技術(shù)和方法。自主創(chuàng)新性實驗完成后，除了要求提交實驗研究的論文外，每個學(xué)生還需要提交一份感想和體會，并對整個課程體系提出意見和建議。

課程結(jié)束后，通過問卷調(diào)查的形式針對整個自主創(chuàng)新性實驗課程體系的教學(xué)安排、對創(chuàng)新性思維和能力培養(yǎng)、對綜合實驗?zāi)芰ε囵B(yǎng)等方面的作用進(jìn)行調(diào)查。從回收的180份問卷調(diào)查的統(tǒng)計結(jié)果看，學(xué)生對自主創(chuàng)新性實驗課程體系的總體評價很高，實驗教學(xué)效果非常好（見圖1）。很多學(xué)生表示這是他們上過的最有意義的實驗課，自主創(chuàng)新性實驗項目就像是自己種植的小樹苗，看著它們不斷地長大并開花結(jié)果，即使有些自主創(chuàng)新性實驗最后的實驗結(jié)果不是很理想，但學(xué)生從中獲得了寶貴的經(jīng)驗教訓(xùn)，通過總結(jié)，加深了體會，也在學(xué)習(xí)中得到了鍛煉與成長。

5.2 自主創(chuàng)新性實驗課程體系可持續(xù)發(fā)展的建議

自主創(chuàng)新性實驗通常具有實驗過程耗時較長、實驗消耗經(jīng)費相對較高、實驗材料和試劑多樣、帶教老師工作量大、超課時工作等特點，還涉及實驗室的有序開放等問題，這些問題能否得到很好的解決關(guān)系到創(chuàng)新性實驗課程體系的可持續(xù)發(fā)展問題［12］。如何妥善地解決新的實驗課程體系實施過程中遇到的各種問題，有效地調(diào)動教師和實驗室工作人員開展創(chuàng)新性實驗教學(xué)的積極性，是每個高校教學(xué)管理部門需要認(rèn)真思考的問題［13-14］。建議對于開設(shè)自主創(chuàng)新性實驗的課程在實驗教學(xué)經(jīng)費上給予一定的增加，教師和實驗室工作人員的工作量增加一定的系數(shù)，健全和完善實驗室的有序開放或預(yù)約管理機(jī)制，不斷改進(jìn)和完善學(xué)生和教師的考核評價體系，確保創(chuàng)新性實驗教學(xué)課程的可持續(xù)發(fā)展。

6 結(jié) 語

加強(qiáng)高校創(chuàng)新性人才培養(yǎng)體制建設(shè)是新時代高校本科教育重要內(nèi)容之一，也是國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、科教興國戰(zhàn)略、人才培養(yǎng)戰(zhàn)略、科技強(qiáng)國戰(zhàn)略的必然要求［15］。實驗教學(xué)作為創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的重要途徑之一，不同的學(xué)科如何根據(jù)各自的特點，探索建立各具特色的自主創(chuàng)新性實驗課程體系，是值得認(rèn)真思考的問題。