李芳赫,劉玥蕓,李麗娜,張曉燕,張玉婷,張 前,魏 鵬

(北京中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)學(xué)院科研中心, 北京 102488;△通訊作者)

中醫(yī)藥發(fā)展離不開傳承,亦離不開創(chuàng)新,而創(chuàng)新離不開現(xiàn)代科技手段尤其是分子生物學(xué)實驗。分子生物學(xué)是遺傳學(xué)和生物化學(xué)等多交叉學(xué)科發(fā)展融合的結(jié)果,其核心是在分子水平上研究遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能。作為面向基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)及中醫(yī)藥學(xué)相關(guān)專業(yè)研究生開設(shè)的一門公共選修課,分子生物學(xué)實驗是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域科學(xué)研究必備的實驗技能。盡管中醫(yī)學(xué)與分子生物學(xué)是不同時代的學(xué)科產(chǎn)物,有著不同的思想體系,但二者間存在千絲萬縷的聯(lián)系。分子生物學(xué)實驗無疑是推動中醫(yī)藥走向現(xiàn)代化、世界化的催化劑。因此,如何整合和完善分子生物學(xué)實驗教學(xué)體系,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的創(chuàng)新、邏輯、獨立思考和自主學(xué)習(xí)能力,對中醫(yī)藥現(xiàn)代化發(fā)展至關(guān)重要。學(xué)生進一步學(xué)習(xí)基因研究技術(shù)等進階課程奠定良好基礎(chǔ)的同時,為中醫(yī)藥現(xiàn)代化創(chuàng)新提供必備的研究基礎(chǔ)和實踐支撐,全方位提升科研功底、科學(xué)素養(yǎng)和品德修為。

1 中醫(yī)藥院校醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)實驗的教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 理論和實驗體量大,但課時有限

由于分子生物學(xué)實驗涉及諸多分子生物學(xué)的基礎(chǔ)知識,而實驗會占據(jù)大部分課程時間。教師若僅講授實操步驟,難以使學(xué)生學(xué)習(xí)科研人員是如何進行實驗設(shè)計、掌握相關(guān)的分子生物學(xué)知識、理解實驗原理及試劑的作用。甚至有些重要的理論只能利用實驗操作間歇去闡述,理論課時明顯不足。而且分子生物學(xué)實驗的前沿性使其涉及較為龐大的實驗體量,因此實驗課時也較為有限,極大限制了學(xué)生實驗技能的擴展。以蛋白質(zhì)互作的實驗為例,就涉及表面等離子共振、融合蛋白沉降、蛋白沉降、免疫共沉淀、蛋白質(zhì)片段互補分析以及鄰近蛋白標(biāo)記等多種技術(shù)[1]。

1.2 教學(xué)內(nèi)容抽象,缺乏直觀理解

分子生物學(xué)具有多學(xué)科交叉融合、抽象性、前沿性等特點,既有綜合性很強的理論基礎(chǔ),又有廣泛的實驗應(yīng)用背景。但傳統(tǒng)教材涵蓋的知識點與現(xiàn)代科研實驗緊密關(guān)聯(lián)度相對較少,現(xiàn)代科研實驗亦無法涵蓋全面的分子生物學(xué)理論基礎(chǔ)。學(xué)生存在對理論知識興趣不高的現(xiàn)象[2]。其次,由于分子生物學(xué)知識點較抽象,碎片化信息過多,學(xué)生很多知識沒有消化,無法構(gòu)建知識框架體系,進而導(dǎo)致其理解偏差。

1.3 選課學(xué)生存在理論儲備不足且操作經(jīng)驗少的情況

郭淑貞等教師對中醫(yī)院校86名選修實驗課的學(xué)生分子生物學(xué)背景知識進行調(diào)研,發(fā)現(xiàn)90.7%的學(xué)生在選課前缺乏分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識,僅有少數(shù)學(xué)生系統(tǒng)了解相關(guān)理論背景[2]。這表明中醫(yī)院校學(xué)生的分子生物學(xué)基礎(chǔ)普遍較薄弱。此外,實驗操作機會有限。盡管課程限制了選課人數(shù),以期保證每位學(xué)生均有操作的機會,但為了精準(zhǔn)有效合理的分配課時,教師要提前購買試劑耗材、組織取材、制備樣品等,以期保證學(xué)生完全掌握某一實驗。但學(xué)生并未參與此過程,僅參與課程相關(guān)的實驗部分[2]。而學(xué)生在正式實驗時,則需要他們同時具備獨立檢索文獻、制定方案、制備樣品、統(tǒng)計實驗結(jié)果等綜合能力。加之部分學(xué)生尚未接觸過分子生物學(xué)實驗或既往使用經(jīng)驗不足,存在抵觸和依賴心理,對動手操作有畏難情緒或依賴有經(jīng)驗的學(xué)生完成,形成越畏難越依賴他人操作的現(xiàn)象[3]。

2 中醫(yī)藥院校分子生物學(xué)實驗教學(xué)體系的構(gòu)建與思考

2.1 實驗理論、實驗課時的增加

醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)實驗是緊密圍繞中心法則展開的實驗課程,故傳統(tǒng)實驗課時相對不足。若教師僅講授某一實驗原理及操作步驟,學(xué)生難以理解實驗背后的科研構(gòu)思。因此,教師在原有理論和實驗課時的基礎(chǔ)上應(yīng)增加理論課時[4],從DNA復(fù)制、損傷、修復(fù)、重組、轉(zhuǎn)錄后加工、蛋白質(zhì)合成等重要理論知識點進行詳細(xì)贅述,加強學(xué)生科研基礎(chǔ)功底,同時增加實驗課時。由于實驗操作機會有限,教學(xué)組可設(shè)計調(diào)查問卷,將未進行過實驗操作或?qū)嶒灢皇煜さ膶W(xué)生與有一定實驗基礎(chǔ)的學(xué)生進行分班教學(xué),更好地克服學(xué)生怵實驗的心理。

2.2 實驗教學(xué)內(nèi)容的完善

2.2.1 梳理教學(xué)內(nèi)容,構(gòu)建知識框架 分子生物學(xué)因涉及多學(xué)科交叉,涵蓋內(nèi)容廣泛,知識點復(fù)雜,基本概念繁多,對于中醫(yī)院?；A(chǔ)較薄弱的學(xué)生理解和掌握起來較為抽象和困難。因此,教師在教學(xué)過程中以中心法則為主線,有利于增加教學(xué)的整體性和連貫性[4,5],結(jié)合中醫(yī)基礎(chǔ)、中藥藥理學(xué)等相關(guān)中醫(yī)藥研究,將分子生物學(xué)重點知識與中醫(yī)藥科研進行梳理和聯(lián)系。按中心法則,課程具體可分為三部分內(nèi)容:①DNA復(fù)制,講解DNA復(fù)制的一般特性、DNA半保留復(fù)制實驗以及參與DNA復(fù)制的主要酶和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能,介紹PCR技術(shù)及其原理與DNA復(fù)制的關(guān)系、DNA測序技術(shù)的原理及作用。②轉(zhuǎn)錄和逆轉(zhuǎn)錄,講述mRNA、密碼子、反密碼子、cDNA、啟動子、終止子、外顯子和內(nèi)含子的含義。教師從PCR逐步引入RT-PCR、qPCR、qRT-PCR技術(shù)原理以及四者間的區(qū)別和聯(lián)系;重點講解qRT-PCR技術(shù)及原理。③蛋白質(zhì)翻譯,闡釋tRNA、rRNA、mRNA、蛋白質(zhì)、抗體的結(jié)構(gòu)和作用,介紹不同檢測蛋白質(zhì)方法的異同,如Western blot、免疫組化、免疫熒光、免疫共沉淀等蛋白質(zhì)檢測方法的原理、優(yōu)勢及區(qū)別,重點講解其中SDS-PAGE凝膠電泳、非連續(xù)系統(tǒng)及抗原抗體特異性反應(yīng)的原理及實驗操作。教師通過中心法則將各知識點串聯(lián)起來,方便學(xué)生對理論的理解,有利于學(xué)生熟悉掌握實驗原理,加深對文獻的理解,并能更好地設(shè)計課題,優(yōu)化實驗方案。

2.2.2 教學(xué)內(nèi)容和科研進展相結(jié)合 在分子生物學(xué)實驗教學(xué)過程中,教師將最前沿的科研成果和實驗方法有效融入教學(xué)實驗中,重點講解最常用的實驗方法以突出重點,還要涉及進階實驗以擴寬廣度。例如:教師在講解Western blot實驗時,可遞進介紹Western Blot技術(shù)的進展更新,從化學(xué)顯色法到化學(xué)發(fā)光/熒光法、In-Cell/On-Cell Western和單細(xì)胞Western Blot法,講述不同進展的優(yōu)勢和劣勢,擴展學(xué)生科研思路的寬度和廣度。同時,通過前沿文獻中圖表舉例分析,讓學(xué)生直觀理解圖表含義、教學(xué)實驗內(nèi)容及所對應(yīng)的結(jié)果,使其通過實驗教學(xué)的內(nèi)容體會實際面臨的科研過程,并設(shè)置課堂提問環(huán)節(jié)和布置課后思考題,讓學(xué)生切實感受到為自己而學(xué),加強了學(xué)生對課程的參與感和投入感。

2.3 分子生物學(xué)實驗教學(xué)模式的改革探索

2.3.1 教研結(jié)合,將前沿技術(shù)與科研實例引入教學(xué),做好課程規(guī)劃建設(shè) 結(jié)合學(xué)科前沿性強的特點,教師引入前沿文獻,結(jié)合文獻結(jié)果圖進行講解,形成以研究成果即實例為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)(CBL)教學(xué)模式。此舉一方面讓學(xué)生更直觀地觀察到實驗的具體應(yīng)用場景,增加其對實驗的整體印象;另一方面,可以提升學(xué)生的實驗思路,方便學(xué)生及時優(yōu)化或調(diào)整實驗過程,主動尋找實驗失敗或不理想的原因,及時調(diào)整實驗方案,增加其科研探索的自主性。同時,教研組整合現(xiàn)有教師資源和素材,吸引更多的青年教師加入分子生物學(xué)實驗教學(xué)團隊,做好課程規(guī)劃建設(shè),最終形成以科研實例為核心,以科研問題為導(dǎo)向,以授課教師為橋梁,以選課學(xué)生為主體的自主創(chuàng)新式教學(xué)模式[5]。

2.3.2 引入科研問題-實驗原理-視頻導(dǎo)學(xué)-實驗操作-結(jié)果分析結(jié)合,實現(xiàn)引導(dǎo)式教學(xué) 在分子生物學(xué)理論和實驗教學(xué)過程中,教師增加以科研問題為中心的學(xué)習(xí)(PBL)教學(xué)模式[5],采用科研問題-實驗原理-視頻導(dǎo)學(xué)-實驗操作-結(jié)果分析相結(jié)合的方式,實現(xiàn)實驗任務(wù)導(dǎo)向式教學(xué):①引入科研工作場景中經(jīng)常面對的問題,先讓學(xué)生思考,激發(fā)求知欲。②提前規(guī)劃板書內(nèi)容,可配簡圖,有利于學(xué)生了解知識構(gòu)架梗概。③通過多媒體教學(xué)設(shè)備,播放實驗操作視頻、實驗原理的動畫,使分子生物學(xué)中抽象的實驗變得更形象具體。④力爭讓每位學(xué)生親自參與實驗操作,增強學(xué)生操作能力。⑤進行結(jié)果分析,培養(yǎng)學(xué)生主動思考的能力,并要求學(xué)生正確對待結(jié)果,客觀分析數(shù)據(jù)。遺傳物質(zhì)是DNA的系列實驗,亦是科學(xué)家們忠于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒灲Y(jié)果進行客觀分析得出來的,未受到當(dāng)時權(quán)威觀點左右。若學(xué)生未得到理想的結(jié)果,教師鼓勵學(xué)生分析原因,使教學(xué)實驗過程更貼近真實的實驗過程。

2.3.3 多種教學(xué)模式融入分子生物學(xué)實驗教學(xué),提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新性 教師將虛擬仿真實驗系統(tǒng)和小規(guī)模限制性在線課程(SPOC在線課程)納入分子生物學(xué)實驗教學(xué)中,提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主導(dǎo)性,鍛煉學(xué)生主動學(xué)習(xí)和持續(xù)學(xué)習(xí)能力。虛擬仿真實驗系統(tǒng)中儲存海量的實驗教學(xué)資源,并可隨時擴充新實驗方法。學(xué)生可以對實驗相關(guān)課程進行預(yù)習(xí),對抽象的理論原理及實驗流程有更為直觀的觀感,同時培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力和創(chuàng)新性,有效緩解現(xiàn)有課時無法滿足的情況,并增加學(xué)生對整個實驗過程的熟悉程度[6]。

SPOC近年來也得到了快速發(fā)展。研究者通過對傳統(tǒng)教學(xué)和異步SPOC在線課堂授課的考試成績進行比較,發(fā)現(xiàn)開展異步SPOC在線課堂授課后學(xué)生的平均分整體提高,且優(yōu)良以上的比例大幅提高[7]。SPOC分為三大流程:①課前準(zhǔn)備:教師提前將在線教學(xué)資源上傳至平臺,讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)。②你問我答:學(xué)生對困惑問題進行提問,教師有針對性地講解,突出重點知識的講解,與學(xué)生進行互動。③課后延展:教師通過線下平臺,設(shè)置課后討論或小測驗,學(xué)生查閱資料后,進行知識延展學(xué)習(xí)或完成測試,方便學(xué)生對知識點的回顧和擴展。

2.3.4 借助生物信息學(xué)技術(shù),與分子生物學(xué)實驗相結(jié)合,促進生物大數(shù)據(jù)時代的發(fā)展 教師在分子生物學(xué)實驗教學(xué)過程中融入生物信息學(xué)相關(guān)理論教學(xué),幫助學(xué)生進一步理解、掌握及擴展分子生物學(xué)知識[8],例如在基因和蛋白質(zhì)教學(xué)中融入相關(guān)數(shù)據(jù)庫。又如,在介紹檢測蛋白質(zhì)常用技術(shù)如免疫印跡、免疫熒光時,教師可講解HPA數(shù)據(jù)庫(https://www.proteinatlas.org/)的應(yīng)用,尤其是蛋白質(zhì)在細(xì)胞、組織上的表達(dá)定位情況,可幫助學(xué)生了解相關(guān)蛋白較為前沿的研究,逐步將現(xiàn)代生物信息手段合理融入分子生物學(xué)實驗教學(xué)中,由單純的實驗研究轉(zhuǎn)向為生物信息和實驗研究相結(jié)合的科學(xué)研究,使科學(xué)研究更富有邏輯性、整體性和系統(tǒng)性,開拓學(xué)生科研思路。

2.3.5 強化分子生物學(xué)在中醫(yī)藥研究中的地位和作用,推動中醫(yī)藥現(xiàn)代化發(fā)展 中醫(yī)學(xué)以整體觀念、辨證論治為指導(dǎo),具有悠久的歷史和豐富的臨床經(jīng)驗。在中醫(yī)院校的分子生物學(xué)實驗教學(xué)過程,教師增加中醫(yī)藥相關(guān)的分子生物學(xué)實驗研究,強調(diào)現(xiàn)代分子生物學(xué)實驗在中醫(yī)藥研究中的地位及作用,有助于中醫(yī)院校的學(xué)生擴展科研視野,更好地用現(xiàn)代科技內(nèi)涵闡釋中醫(yī)基礎(chǔ)理論,推動中醫(yī)藥現(xiàn)代化發(fā)展;同時,加強教材建設(shè),開發(fā)制定適合中醫(yī)藥院校研究生使用的分子生物學(xué)理論和實驗教學(xué)大綱及教材,增加中醫(yī)藥院校學(xué)生科研思維的培養(yǎng),滿足學(xué)生后續(xù)科研工作的需要。

3 展望

目前各中醫(yī)藥大學(xué)均已為研究生開設(shè)了分子生物學(xué)實驗這門課程,得到了學(xué)生和導(dǎo)師的一致認(rèn)可。但現(xiàn)階段,本課程仍存在諸多不足:①理論和實驗課時有限。課程應(yīng)增加教學(xué)時長,同時教師應(yīng)給予學(xué)生更多動手操作的機會。②選課學(xué)生分子生物學(xué)基礎(chǔ)參差不齊,不少研究生在本科階段尚未接觸過分子生物學(xué),教學(xué)同步性較差。③教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式亟待改進。教師應(yīng)打牢基礎(chǔ),構(gòu)建知識框架;緊跟前沿,加強教研結(jié)合;引入虛擬仿真實驗系統(tǒng)等教學(xué)模式,推動中醫(yī)院校中醫(yī)藥實現(xiàn)現(xiàn)代化?；诖?教師在教學(xué)中采用以科研案例為開端,激發(fā)學(xué)生科研興趣,使學(xué)生“樂學(xué)”;以科研問題為導(dǎo)向,開拓學(xué)生科研思路,使學(xué)生“會學(xué)”;以分子生物學(xué)實操為基礎(chǔ),提升學(xué)生操作技能,使學(xué)生“學(xué)會”;以中醫(yī)藥發(fā)展為主旨,開闊學(xué)生科研視野,使學(xué)生“學(xué)通”。