3R原則在水產動物生理學實驗教學體系中的應用

齊紅莉++宋學軍++毛海濤++王曉梅++井潤珍++白東清

摘 要：為了構建新型的實驗教學模式，將3R替代原則引入到水產動物生理學實驗課程教學體系中，進行了思維上的改革，開辟新的教學途徑。這些措施更有利于培養學生的綜合分析問題能力。

關鍵詞：水產動物 生理學實驗 3R原則

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

水產動物生理學實驗是水產養殖、海洋漁業科學與技術、水族科學與技術專業課的必修課，是重要的專業基礎實驗課[1-2]。隨著新世紀海洋事業的迅速發展，天津市政府提出了“向海洋要資源”的口號， 天津農學院的水產養殖、海洋漁業科學專業也迎來了前所未有的發展機遇。天津農學院提出了培養都市沿海型農業的專業性應用人才來發展壯大海洋事業。借助此，我們在海洋漁業科學與技術、水產養殖專業學生進行的實踐教學改革過程中嘗試對本門實驗課程體系進行改革，從實驗教學思維不斷創新，將3R原則這一理念引入到水產動物生理學實驗教學中來，以提高實驗教學質量。

1 何謂3R原則

3R原則即減少（reduction）、替代（replacement）和優化（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 原則在水產動物生理學實驗中的運用

水產動物生理學實驗是學生學習專業知識結構體系中一個重要組成部分， 它對學生以后完成專業學習和從事專業技術工作具有十分重要的意義[4]。將3R原則引入到本實驗教學中既可在實驗教學中充分注重動物福利，也可以使學生激發愛護實驗動物的意識，從而將3R原則推廣到本學科中去。

2.1 減少動物用量

減少（reduction）是指在可獲得同樣數量和質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行了修改和重組。簡單減少動物用量對水產動物生理實驗教學而言是個比較難達到的要求。學生每人1只實驗動物其教學效果不一定好，但是學校縮減教學經費，因此每人一只實驗動物也不現實；3～4人共用一只實驗動物，減少了每位同學的動手機會，教學效果不好，更甭提達到相應的教學目的。我們通過合理安排課程并重組實驗課程來實現減少實驗動物用量：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），坐骨神經腓腸肌標本的制備（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）供坐骨神經腓腸肌標本的制備。制作好的坐骨神經腓腸肌標本我們先做生物電現象的觀察，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學生興趣來測定選做效應時間的測定，這樣增加了實驗項目，學生自主實驗。通過合理的重組實驗課程調整實驗順序安排使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量近3/5。但實驗的時間比較長一般至少是6學時到8學時，因此在實驗教學安排中將實驗課集中全天上。按照每個學期需要開設的實驗課程來計算，在保證教學效果及質量的同時，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費1/2，將節省出來的經費應用于學生自主創新性實驗教學中去。

2.2 替代使用動物

替代（replacement）是指用離體培養的細胞、組織或器官或者是使用組織培養細胞、計算機模擬實驗替代神智清醒的脊椎動物進行試驗[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范，因此在做此實驗之前，我們讓學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悟，同時發揮教師的當場示范，再用黃鱔離體魚心做心臟灌流實驗，同學們可有足夠的體會，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]，學生直接通過計算機模擬系統進行操作家兔腸道分離并連接麥氏浴槽，在計算機模擬系統里直接添加藥物、機械牽拉、溫度對離體腸道平滑肌生理特性的影響。學生通過模擬實驗進行數據采集并通過軟件進行數據處理及分析[10]。通過此實驗的操作，增加了學生學習的主動性并減少了活體動物。因此通過此虛擬實驗，學生作為主體可以自主設計實驗步驟并對實驗流程進行優化，因此提高了學生對計算機操作系統及虛擬軟件的使用效率，培養了學生的綜合分析問題的能力[11]。

2.3 優化實驗

優化（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。

水產動物生理學實驗的優化是很有必要的，而大多數實驗并沒有達到優化的標準。在本實驗教學工作中，我們首次將動物福利這個概念灌輸到學生中去，杜絕學生戲弄、虐待動物的現象。因此要求學生必須提前做好預習實驗內容并撰寫預習報告，當堂實驗課程結束立即上交預習報告，教師通過評閱預習報告來檢查學習預習情況，此部分內容在整個實驗成績的20%。還通過提前觀看實驗教學影像熟悉實驗操作技術，通過虛擬實驗進行優化實驗流程，提高實驗成功率。另外在實驗動物購買后，暫養實驗動物，動物所處的環境的舒適性如暫養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過程中環境溫度過高導致其由于環境濕度不夠而死亡。在實驗用鯽魚、鯉魚、黃鱔、烏鱧暫養過程中，要調控養殖用水溫度、溶解氧等水質指標達到適宜環境。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用對實驗的準確性也有所影響，因而需要實驗操作者具有熟練的實驗操作技能，并能將此養成習慣并應用到相關的實驗中。

3 結語

3R原則進入引入到我國的時間較晚，實驗動物及生理學專業以外的人對此知之甚少，而國外應用3R原則在現代生命科學實驗中已成為主流，鑒于此魚類生理學教學組在水產動物生理學實驗教學中實施了3R原則。4年多的教學實踐表明，3R替代原則在水產動物生理學的實驗教學過程中是可行的。減少、替代和優化，提高了學生的實驗操作技能，豐富了實驗教學內容，將驗證性、綜合設計性實驗開設的成功率加大，開拓了學生的視野。替代原則中開設的虛擬實驗已經開設了將近4年，此增強了學生實驗的成功率尤其是驗證及設計性實驗的，調動了學生主動學習的積極性。今后將3R原則與大學生自主創新性實驗進行實驗進行嫁接，使實驗室成為培養創新性人才的重要基地[12-13]。在水產動物生理學實驗教學體系中引用3R原則是合理可行的，不但適應了時代潮流中動物倫理學的發展要求，還有助于實驗項目的開設，推動了本學科發展，也順應了高校教育中控制教學經費中達到節能增效的要求。

參考文獻

[1] 馬恒東，黎德兵，濮潔，等.“動物生理學實驗”課程體系的構建[J].四川農業大學學報，2004，22（增刊）：84-86.

[2] 齊紅莉，宋學軍，李麗，等.水產動物生理學實驗教學改革與實踐[J].人力資源管理，2010（9）：218.

[3] Russell WMS，Burch RL. The Principles of Humane Experimental Technique[M]. London：Methuen，1959.

[4] 李紅，蔡巖，王永強.《水產動物生理學》實驗教學改革初探[J].安徽農學通報，2009，15（3）：190-195.

[5] 賀爭鳴，邢瑞昌，方喜業，等.論實驗動物福利、動物實驗與動物實驗替代方法[J].實驗動物科學與管理，2005（22）： 61-64.

[6] 伍海濤，邢增術，何佟.3R原則在實驗生理科學教學中的應用[J].海南醫學院學報，2008，14（6）：786-787.

[7] 瞿葉清，哈惠馨，郭玉琴，等.3R原則在醫學動物實驗工作中的應用[J].實驗動物科學，2010，27（6）：84-85.

[8] 余琦，楊佩剛，張春芳，等.3R原則在醫學實驗動物學教學中的應用[J].西北醫學教育，2007，15（6）：1128-1130.

[9] 齊紅莉，宋學軍，李麗，等.虛擬實驗在水產動物生理學中的應用[J].天津農學院學報，2010，17（2）：33-35.

[10] 韓琴，冷言冰，賈皓，等.3R原則與虛擬實驗室在預防醫學實驗教學中的應用[J].實驗技術與管理，2013，30（8）：152-154.

[11] 韓琴，劉新，冷言冰.3R原則在大學生開放性實驗項目中的應用分析[J].中國醫學倫理學，2012，25（3）：182-184.

[12] 張秀玲，孫永嶺，鄧世英，等.高校動物學實驗的動物福利及“3R”原則[J].教育探索，2012（1）：16-17.

[13] 林揚眉.3R原則在生理學實驗教學中的應用淺析[J].衛生職業教育，2010，35（8）： 135-136.endprint