醫(yī)用生物化學(xué)實驗教學(xué)改革探討

1、醫(yī)用生物化學(xué)實驗教學(xué)改革探討 摘要:醫(yī)用生物化學(xué)是高等醫(yī)學(xué)院校的主干基礎(chǔ)課程之一，其實驗教學(xué)在生物化學(xué)的教學(xué)中起著重要作用。為提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力，培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新型人才，天津醫(yī)科大學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)系就醫(yī)用生物化學(xué)實驗課程進行了改革實踐與探索。闡述了前期醫(yī)用生物化學(xué)實驗教學(xué)存在的問題，提出了課程在優(yōu)化實驗內(nèi)容、多種教學(xué)模式相融合、更新儀器設(shè)備、鼓勵學(xué)生參與實驗準(zhǔn)備、完善成績評價體系等方面的改革。實踐表明，改革后的實驗教學(xué)可有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)新能力，實驗教學(xué)質(zhì)量顯著提高。 關(guān)鍵詞:醫(yī)用生物化學(xué)實驗;教學(xué)改革;翻轉(zhuǎn)課堂;PBL教學(xué);開放式實驗教學(xué) 醫(yī)用生物化學(xué)是我?；A(chǔ)醫(yī)學(xué)

2、、臨床醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、口腔及護理等專業(yè)本科生必修的一門基礎(chǔ)課程，是聯(lián)系基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)的重要學(xué)科。實驗教學(xué)作為醫(yī)學(xué)生物化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的一部分，在整個教學(xué)過程中占有重要地位，不僅可以加強理論與實踐的結(jié)合，鞏固基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)操作技能，更是培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生科研能力、創(chuàng)新能力和整體素質(zhì)的重要渠道1。因此如何利用實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，滿足學(xué)生對新知識的需求，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、實踐能力和科研能力，值得教學(xué)工作者進行深入思考和探究。 1醫(yī)學(xué)生物化學(xué)實驗教學(xué)中存在的弊端 11教學(xué)內(nèi)容陳舊受傳統(tǒng)教學(xué)理念的影響，長期以來，實驗教學(xué)一直依附于理論教學(xué)，驗證性實驗占主導(dǎo)地位，而缺少綜合性、設(shè)計性、開放性實驗，開設(shè)的

3、實驗內(nèi)容都較為陳舊，包括凝膠層析法分離血紅蛋白與魚精蛋白、蛋白質(zhì)的提取及定量測定、動物組織核酸的提取與鑒定、食物中維生素C的提取與定量、溫度、pH、激活劑和抑制劑對酶活性的影響、肝糖原的提取與鑒定、血清蛋白醋酸纖維素薄膜電泳和瓊脂糖凝膠電泳法分離乳酸脫氫酶同工酶。其中動物組織核酸的提取與鑒定，僅停留在簡單粗提和定性反應(yīng)上，缺乏定量方法的掌握，且實驗中使用硫酸，二苯胺等多種揮發(fā)性化學(xué)試劑;蛋白質(zhì)的定量測定，課堂上直接為學(xué)生提供血清蛋白樣品而非自己從組織或細胞中提取，且定量操作方法和儀器不夠精確，操作步驟需要改進;食物中維生素C的提取與定量操作簡單并且在臨床和科研工作中應(yīng)用極少;瓊脂糖凝膠電泳法分

4、離乳酸脫氫酶同工酶電泳使用載玻片進行凝膠電泳，操作技術(shù)陳舊。12儀器設(shè)備陳舊且配置不足實驗教學(xué)設(shè)備陳舊，跟不上生物技術(shù)的發(fā)展，與科研實驗設(shè)備嚴(yán)重脫節(jié)2。實驗室常規(guī)配備的儀器主要是離心機、水浴鍋、分光光度計、電泳儀等常規(guī)儀器，且年代久遠，基本已經(jīng)被科研實驗室淘汰，比如蛋白質(zhì)的定量測定目前已使用更精確更節(jié)省樣品和時間的酶標(biāo)儀，而傳統(tǒng)教學(xué)實驗仍在使用分光光度計;實驗過程中仍在使用移液管加樣，微量取樣無法保證精確度，而科研中已使用移液器，學(xué)生在實驗課中不僅要掌握前沿實驗技術(shù)方法，也應(yīng)該熟悉先進科研儀器的使用，這樣才能更好地調(diào)動其學(xué)習(xí)的積極性，充分發(fā)揮實驗課的價值，此外一些大型精密儀器的缺乏也會限制實驗

5、內(nèi)容的更新，因此儀器設(shè)備的配備和更新迫在眉睫。13教學(xué)模式被動以往的實驗教學(xué)模式多采用填鴨式教學(xué)模式3，上課前由老師準(zhǔn)備實驗試劑和調(diào)試儀器設(shè)備，課堂上學(xué)生被動接受老師講解，參照實驗教材按照固定的實驗步驟完成實驗，課后完成實驗報告的書寫，實驗現(xiàn)象、結(jié)果分析不透徹，甚至出現(xiàn)抄襲實驗報告的現(xiàn)象。這種模式下學(xué)生缺乏對實驗設(shè)計的審視和思考，缺少對實驗結(jié)果差異的分析，無法獨立思考解決實驗中出現(xiàn)的問題，約束了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性，不利于學(xué)生動手能力、創(chuàng)新能力和實驗技能的培養(yǎng)，與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)院校培養(yǎng)復(fù)合型醫(yī)學(xué)人才的目標(biāo)差距甚遠。因此，采用多元化教學(xué)方法提高實驗教學(xué)效果，勢在必行4。 2醫(yī)學(xué)生物化學(xué)實驗課程的改

6、革措施 21調(diào)整實驗教學(xué)內(nèi)容。(1)優(yōu)化基礎(chǔ)教學(xué)實驗。從適應(yīng)臨床醫(yī)學(xué)和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)科學(xué)發(fā)展需要的角度出發(fā)，更新后的實驗課程既包含驗證性實驗又包含綜合性實驗，涵蓋了蛋白質(zhì)、核酸、酶和糖類等重要生物物質(zhì)，包括唾液淀粉酶活力測定及溫度、pH、激活劑和抑制劑對酶活性的影響、肝糖原的提取與鑒定、血清蛋白醋酸纖維素薄膜電泳、蛋白質(zhì)的提取及定量測定、SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳測定蛋白質(zhì)分子量、質(zhì)粒DNA的提取及鑒定、質(zhì)粒DNA的濃度測定與雙酶切鑒定。這些實驗既具有代表性又符合科研需求，學(xué)生通過這些實驗可以掌握電泳儀、離心機、酶標(biāo)儀、Nanodrop2000、凝膠成像儀等生化儀器的使用方法，學(xué)會了大分子物質(zhì)的分離

7、純化和含量測定分析方法。實驗過程中2名學(xué)生1組，每位學(xué)生都有動手的機會，又能培養(yǎng)其團隊合作意識，允許學(xué)生根據(jù)具體的實驗內(nèi)容和實際情況合理安排，比如在蛋白質(zhì)的提取及定量測定實驗中，學(xué)生可以選擇考馬斯亮藍法、雙縮脲法和BCA法測定同一蛋白質(zhì)的濃度，比較3種方法的優(yōu)缺點，對實驗結(jié)果做出合理分析。質(zhì)粒DNA的提取及鑒定取代了原來的動物組織核酸的提取與鑒定，操作上使用目前科研中常用的質(zhì)粒小提試劑盒，與后續(xù)質(zhì)粒DNA的濃度測定與雙酶切鑒定環(huán)環(huán)相扣，學(xué)生提取的質(zhì)粒DNA會在下一次課進行濃度測定和雙酶切，這無形中使得學(xué)生認(rèn)真對待每一次實驗，增加了學(xué)生對實驗的興趣和結(jié)果的期待，同時也培養(yǎng)了學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)的學(xué)習(xí)態(tài)度

8、。(2)增加設(shè)計性教學(xué)實驗。設(shè)計性實驗要求學(xué)生能夠?qū)⑸锘瘜W(xué)和分子生物學(xué)理論與實驗技術(shù)運用到實際的科研工作中去，目前開設(shè)的有腫瘤基因p62表達質(zhì)粒構(gòu)建及其對人宮頸癌Hela細胞增殖的影響、酒精代謝關(guān)鍵酶乙醛脫氫酶2(ALDH2)的基因多態(tài)性分析兩個實驗。以腫瘤基因p62表達質(zhì)粒構(gòu)建及其對人宮頸癌Hela細胞增殖的影響為例，由教師提出實驗題目，學(xué)生查閱文獻，互相討論，提出實驗設(shè)計方案開展實驗，涉及的實驗技術(shù)包括引物設(shè)計、PC、質(zhì)粒構(gòu)建、質(zhì)粒提取及濃度測定、細胞轉(zhuǎn)染、蛋白質(zhì)的提取與定量測定、蛋白質(zhì)免疫印跡、CCK-8等，由于實驗具有連貫性，這就要求學(xué)生合理安排時間，培養(yǎng)了學(xué)生的科研思維和創(chuàng)新能力。

9、由于場地、課時和時間連續(xù)性的限制，目前該實驗主要針對基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè)“朱憲彝”班開設(shè)，其他具有一定科研基礎(chǔ)的學(xué)生可以進行開放性實驗預(yù)約選修。每個實驗項目的內(nèi)容、時間、指導(dǎo)老師等信息統(tǒng)一錄入實驗教學(xué)預(yù)約平臺，學(xué)生根據(jù)專業(yè)需求和興趣進行選擇。此外，鼓勵學(xué)生結(jié)合臨床實際，開展創(chuàng)新型設(shè)計實驗，由學(xué)生自主選題設(shè)計實驗方案，經(jīng)教師可行性分析討論后，予以實施，鼓勵學(xué)生申報大學(xué)生創(chuàng)新性課題，為學(xué)生提供創(chuàng)新實驗活動基地。設(shè)計性實驗部分既能鍛煉學(xué)生的科研能力、創(chuàng)新能力，又能鍛煉學(xué)生的學(xué)術(shù)論文寫作能力，為學(xué)生的科研工作搭建了很好的平臺。22改革傳統(tǒng)教學(xué)模式。(1)翻轉(zhuǎn)課堂。翻轉(zhuǎn)課堂是教師利用現(xiàn)有的信息技術(shù)手段，重新調(diào)整

10、課內(nèi)外時間，將創(chuàng)建好的教學(xué)視頻、動畫、圖片或課件等課前發(fā)送給學(xué)生，學(xué)生課前觀看，課堂上教師再針對性進行講解5。我系將生化實驗課程及實驗室精密儀器的使用操作制作成15min左右的視頻短片，錄制視頻時對操作的關(guān)鍵點給予近鏡頭，生動直觀的展示實驗內(nèi)容。做好的課程短片配套實驗講義和實驗報告放在超星學(xué)習(xí)通上，每學(xué)期上課的學(xué)生通過二維碼進班級群，學(xué)生可以在課前通過電腦或手機隨時隨地進行預(yù)習(xí)，每個學(xué)生完成理論知識和操作要點的學(xué)習(xí)方可取得相應(yīng)的分?jǐn)?shù)，計入綜合成績，并且?guī)熒梢栽诰€答疑和討論。課堂上以提問的方式檢查學(xué)生課前預(yù)習(xí)的情況，根據(jù)學(xué)生的回答再提出問題，節(jié)省了課堂講授環(huán)節(jié)的時間，讓學(xué)生有更多的時間操作和思

11、考，并且避免了學(xué)生的不規(guī)范操作，提高了學(xué)生實驗的成功率。實驗結(jié)束后，通過分析討論實驗結(jié)果，出現(xiàn)與預(yù)期不符的情況，做好分析總結(jié)，尋找原因。(2)PBL教學(xué)。PBL教學(xué)法是以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維以及解決問題的能力6。實驗教學(xué)前可以先提出問題，在做“腫瘤基因p62表達質(zhì)粒構(gòu)建及其對人宮頸癌Hela細胞增殖的影響”實驗時，先提出問題:目前科學(xué)前沿對腫瘤基因p62的研究進展，怎樣在腫瘤細胞中進行p62基因功能的研究，研究該基因功能的臨床意義等。這就需要學(xué)生在課前充分查閱文獻，了解國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。經(jīng)小組討論給出科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒灧桨?。課堂上，各小組通過PPT以類似開題

12、報告的形式進行講解，教師根據(jù)設(shè)計方案的目的性、科學(xué)性、創(chuàng)新性和可行性進行提問，引導(dǎo)同學(xué)一起對實驗方案進行修訂，指導(dǎo)學(xué)生完成實驗，這樣就可以充分調(diào)動學(xué)生參與實驗的積極性并引導(dǎo)學(xué)生對實驗的內(nèi)容步驟等進行思考，使學(xué)生更好地通過實驗教學(xué)理解生物化學(xué)的理論知識，將實驗教學(xué)與理論學(xué)習(xí)很好地結(jié)合起來。(3)案例教學(xué)。在實驗課前給學(xué)生布置相關(guān)的臨床案例，讓學(xué)生結(jié)合理論知識進行分析探討，讓學(xué)生理解實驗課程的臨床意義7。例如血清蛋白中各類蛋白的百分比對于肝、腎疾病和多發(fā)性骨瘤髓的診斷具有重要意義，在做“醋酸薄膜電泳分離血清蛋白質(zhì)”實驗前，給出案例，讓學(xué)生根據(jù)肝病的血清蛋白電泳圖譜，結(jié)合血清蛋白和PA測定的數(shù)據(jù)，對

13、肝病患者做出早期臨床診斷。這種教學(xué)模式將實驗課程與理論知識和臨床案例相結(jié)合，讓學(xué)生帶著興趣做實驗，使學(xué)生變被動為主動，激發(fā)了對實驗課學(xué)習(xí)的熱情。(4)開放式實驗教學(xué)。開放式實驗教學(xué)是在完成正常教學(xué)任務(wù)的前提下，將實驗時間、儀器設(shè)備、實驗場地、實驗項目、試劑耗材等資源通過教學(xué)實驗預(yù)約平臺，面向本科生開放8，使學(xué)生帶著問題進入實驗室，得到老師的指導(dǎo)9，充分體現(xiàn)了“以學(xué)生為主體，學(xué)以致用”的教學(xué)理念。開放式實驗教學(xué)更能突出學(xué)生參與實驗的主動性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造熱情4。實驗項目建設(shè)要體現(xiàn)學(xué)生的自主性，同時又要滿足不同層次學(xué)生的需要，因此既要設(shè)立可供學(xué)生選擇的指定性實驗項目，又要允許學(xué)生自行提出和設(shè)計實驗

14、題目的創(chuàng)新型實驗項目。實驗項目可由教師提出、學(xué)生自主申請，也可由學(xué)生自主選題、選擇指導(dǎo)教師。其過程均是在教師指導(dǎo)下，學(xué)生設(shè)計實驗方案，自主完成實驗操作，具體操作過程中發(fā)現(xiàn)問題細心觀察，主動思考，并對實驗結(jié)果進行分析處理，培養(yǎng)了學(xué)生分析問題和解決問題的能力10-11。例如“酒精代謝關(guān)鍵酶乙醛脫氫酶2(ALDH2)的基因多態(tài)性分析”是學(xué)生自主設(shè)計的開放式實驗項目，通過對催化酒精代謝中間產(chǎn)物乙醛氧化分解的關(guān)鍵酶ALDH2的遺傳多態(tài)性分析12-13來檢測不同人對酒精的耐受程度。該項目貼近生活，學(xué)生通過查閱文獻，自主設(shè)計實驗，大大提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。23更新實驗教學(xué)設(shè)備。我院生化與分子生物學(xué)系提供

15、教學(xué)實驗室4間，細胞房1間，承擔(dān)生物化學(xué)和分子生物學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)實驗、設(shè)計實驗和開放實驗教學(xué)任務(wù)。在學(xué)校和學(xué)院的大力支持下，實驗室進行了大規(guī)模改造，淘汰了部分陳舊設(shè)備，配備了熒光顯微鏡，凝膠成像分析儀、細胞破碎儀、酶標(biāo)儀、伯樂電泳儀、生物安全柜、Nanodrop2000超微量分光光度計、恒溫金屬浴、化學(xué)發(fā)光儀、移液器等配置較高的儀器設(shè)備，提高了實驗操作的便利性和結(jié)果的精確度。儀器的數(shù)量盡可能滿足學(xué)生上課需求，為每位學(xué)生提供動手操作的機會。此外，學(xué)生還可在實驗室預(yù)約平臺上，根據(jù)實驗室空閑情況預(yù)約開放性和設(shè)計性實驗，大大提高了教學(xué)實驗室儀器設(shè)備的利用率。24調(diào)整實驗準(zhǔn)備工作。以往實驗課程的準(zhǔn)備工作和

16、預(yù)實驗是由教師完成，不利于學(xué)生科研思維和科研習(xí)慣的培養(yǎng)14。為了逐漸改變這一狀況，鼓勵學(xué)生參與課前準(zhǔn)備，學(xué)生通過實驗教學(xué)預(yù)約平臺預(yù)約，在教師和實驗人員的指導(dǎo)下，參與實驗的準(zhǔn)備工作，比如蛋白質(zhì)的提取及定量測定實驗，需要提前進行細胞的培養(yǎng)和傳代;質(zhì)粒DNA的提取及鑒定實驗，需要提前做轉(zhuǎn)化搖菌;每學(xué)期的教學(xué)實驗開課前都要進行預(yù)實驗，可以由學(xué)生在老師的指導(dǎo)下完成，這無形中增加了學(xué)生動手的機會，使學(xué)生對實驗內(nèi)容有一個完整的理解和認(rèn)識，并且實驗準(zhǔn)備很大程度上影響著實驗結(jié)果，學(xué)生的參與能夠充分發(fā)揮其主觀能動性，發(fā)現(xiàn)問題，引發(fā)思考，進而激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣，更突出了學(xué)生在教學(xué)中的主體地位15。25完善成績評價體系。

17、以前的生物化學(xué)實驗課程成績主要由統(tǒng)一的實驗報告結(jié)合學(xué)生的考勤、實驗操作按一定比例進行綜合評價。這就存在組內(nèi)或組間同學(xué)互相抄襲實驗報告的情況，且一個班30名學(xué)生，教師很難客觀評價每位學(xué)生的操作是否規(guī)范。改革后的成績考核主要分2種:對于基礎(chǔ)教學(xué)實驗考核，包括課堂表現(xiàn)和實驗報告的書寫。教學(xué)中采用“教師提問+學(xué)生解答”或“學(xué)生講解+教師總結(jié)”的模式，實驗報告將不再統(tǒng)一模板，要求學(xué)生在實驗過程中做好數(shù)據(jù)記錄，并對實驗結(jié)果進行分析，重點考核課前預(yù)習(xí)、課程參與度、實驗操作和實驗數(shù)據(jù)分析的科學(xué)性;對于設(shè)計性實驗考核，實驗報告要求學(xué)生以科研小論文形式撰寫，考核時應(yīng)注重查閱文獻、實驗方案設(shè)計、操作實施以及論文撰寫

18、的規(guī)范性。這種分類考核的方式，保證實驗成績考核的客觀性和全面性，較真實反映了學(xué)生的綜合素質(zhì)，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。26重視教學(xué)細節(jié)安排。(1)根據(jù)不同專業(yè)需求，開設(shè)不同層次的實驗課程。實驗教學(xué)改革之后，學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)興趣明顯提高，積極參加課堂上的師生互動、總結(jié)討論環(huán)節(jié)，課堂氣氛非常活躍，教學(xué)效果明顯改善。通過問卷調(diào)查了解到，學(xué)生對實驗教學(xué)改革認(rèn)可度較大，但各種問題依然有待解決。目前我校有7個學(xué)院14個專業(yè)開設(shè)了醫(yī)用生物化學(xué)實驗教學(xué)，很顯然，不同專業(yè)對教學(xué)內(nèi)容及深度要求不一。但由于實驗教學(xué)課時偏少，實驗準(zhǔn)備任務(wù)較重，造成不同專業(yè)的實驗課程內(nèi)容相同。根據(jù)專業(yè)特色和需要對教學(xué)大綱進行修

19、訂勢在必行。比如基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)5+3“朱憲彝”班，是我校為培養(yǎng)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)學(xué)科創(chuàng)新拔尖人才開設(shè)的專業(yè)，對醫(yī)用生物化學(xué)課程的學(xué)習(xí)應(yīng)更加深入，因此在完成基礎(chǔ)教學(xué)實驗后，還需要必修設(shè)計性教學(xué)實驗，將前沿的科學(xué)研究方法和技術(shù)引入教學(xué)中，進一步強化學(xué)生的科研思維，培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)的科研能力，為今后投身基礎(chǔ)研究工作打下堅實的基礎(chǔ);臨床5+3、口腔5+3、藥學(xué)等專業(yè)的學(xué)生，必修基礎(chǔ)教學(xué)實驗，對部分科研感興趣及后續(xù)考研或工作有需求的學(xué)生可以繼續(xù)選修設(shè)計性教學(xué)實驗;而護理、康復(fù)治療等專業(yè)只要選修其中與疾病診斷相關(guān)的實驗課程。(2)實驗內(nèi)容步步遞進?；A(chǔ)教學(xué)實驗課程中，蛋白質(zhì)的提取及定量測定實驗提取出的蛋白樣品可以用作蛋白免疫印跡實驗的樣品，但由于課時的限制，課程中安排了SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳測定蛋白質(zhì)分子量，學(xué)生在這兩次課程中掌握了蛋白提取定量以及電泳的方法后，可以通過實驗教學(xué)平臺預(yù)約蛋白免疫印跡實驗，進行后續(xù)的目的蛋白的檢測;質(zhì)粒DNA的提取及鑒定實驗中提取的質(zhì)粒，除了完成后續(xù)濃度測定與雙酶