基于3R原則的生理學(xué)綜合實驗設(shè)計及應(yīng)用

摘要：以蟾蜍為實驗動物，通過實驗項目設(shè)計與技術(shù)操作的重構(gòu)與改進，探索僅用同一只蟾蜍連續(xù)開展10多個生理學(xué)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(xué)生技術(shù)操作能力。

關(guān)鍵詞：生理學(xué)實驗；3R原則；蟾蜍

中圖分類號：G642.423 文獻標(biāo)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(xué)是一門實驗性的學(xué)科， 實驗教學(xué)中有許多項目是以蟾蜍為實驗對象，以往的生理學(xué)實驗，各實驗項目單獨開展，實驗動物損耗大，導(dǎo)致開展項目少，不能滿足學(xué)生實踐的需求。多年教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，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(xué)實驗進行排列重組，嘗試用一只蟾蜍設(shè)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(xué)經(jīng)費，減少實踐學(xué)時，又增加實驗項目、增加蟾蜍利用率和增加學(xué)生動手操作實踐機會，以滿足學(xué)生實踐需求。

1 以蟾蜍為實驗動物的生理學(xué)綜合實驗設(shè)計

1.1實驗設(shè)計原理 \"3R\"原則在國際上廣泛應(yīng)用，它是指實驗中體現(xiàn)減少、優(yōu)化和替代原則。僅用一只蟾蜍連續(xù)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(shù)量，實驗中反復(fù)強調(diào)實驗嚴(yán)謹(jǐn)性、手術(shù)過程要輕巧，少出血、減少創(chuàng)傷、將動物的痛苦降到最低。

1.2實驗設(shè)計方案 實驗設(shè)計為一個用一只蟾蜍同時開出十個實驗的生理學(xué)綜合性實驗。實驗涉及循環(huán)系統(tǒng)，神經(jīng)系統(tǒng)、運動系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、感覺器官等多系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和實踐，并從整體到局部，從系統(tǒng)到器官，從在體到離體，全面感受生理學(xué)的研究方法。

實驗設(shè)計先利用蟾蜍的前庭器官，觀察破壞迷路后的效應(yīng)，然后開展\"反射弧分析\"實驗，從整體水平，學(xué)習(xí)神經(jīng)調(diào)節(jié)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(huán)觀察\"實驗，觀察微循環(huán)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(yīng)的關(guān)系\"等實驗，了解肌肉神經(jīng)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(zhǔn)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(yīng)注意操作要點，防止動物出血和過度損傷；實驗后數(shù)據(jù)及時記錄，以免數(shù)據(jù)混淆。實驗順序和操作要點見下表1。

2 一蟾十用的生理學(xué)實驗教學(xué)的應(yīng)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(xù)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(shù)增大。例如：\"離體蛙心灌流\"實驗操作難度大，要將蛙心插管經(jīng)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(dǎo)致實驗以失敗而告終。所以，若要提高實驗的成功率，則學(xué)生在實驗前必須對整個實驗過程中的難點做到心中有數(shù)。實驗常常在實驗的過程中因動物死亡而無法繼續(xù)，虛擬實驗突破這一難點。

利用生理學(xué)虛擬實驗軟件無需額外投資、可反復(fù)練習(xí)的特點，開放實驗室，引導(dǎo)學(xué)生課前模擬各項實驗，人機互動規(guī)范實驗操作，熟悉各項實驗操作步驟。虛實結(jié)合使生理學(xué)多項實驗操作有條不紊，實現(xiàn)在有限的時間內(nèi)增加實驗項目，能最大限度地發(fā)揮實驗教學(xué)的作用，減少實驗中途操作失誤導(dǎo)致的動物死亡，提高實驗操作的成功率，節(jié)省教學(xué)經(jīng)費。

2.2課中示練結(jié)合，縮短學(xué)時 十個實驗連續(xù)的完成沒有重復(fù)，一般4學(xué)時即可完成全部實驗， 同等學(xué)時下增加實驗項目。

若學(xué)時少或?qū)W生動手能力差，按實驗性質(zhì)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(yīng)的關(guān)系\"、\"刺激強度與頻率的關(guān)系\"和\"神經(jīng)干復(fù)合動作電位的測定\"等經(jīng)典實驗項目，由學(xué)生操作完成，一部分例如\"坐骨神經(jīng)腓腸肌標(biāo)本的制備\"、\"腸系膜微循環(huán)觀察\"和\"觀察破壞迷路后的效應(yīng)\"等實驗項目由老師示教，可節(jié)省操作時間而觀察到更多的實驗現(xiàn)象，了解更多的活動規(guī)律。

也可根據(jù)專業(yè)不同，將與專業(yè)培養(yǎng)方向需求的實驗由學(xué)生操作，重點完成，其余的實驗項目由老師示教，觀察實驗現(xiàn)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(shè)以上十個實驗，還應(yīng)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(jié)構(gòu)觀察等實驗項目。由于蟾蜍費用低，實踐活動可以在生理學(xué)課堂實踐教學(xué)形式開展，也可配合院校素質(zhì)教育活動應(yīng)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(jié)合，更有利于加深學(xué)生對課本知識的理解，觀察能力和動手能力的培養(yǎng)，活躍思維，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)動力。

3 結(jié)論

所有生理學(xué)理論知識均來自實驗，但由于生理學(xué)實驗學(xué)時少，僅能開出少部分實驗項目。通過開設(shè)以蟾蜍為實驗動物的綜合性實驗，提高生理學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量。增加實驗項目，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識和探索創(chuàng)新能力，從全方位、多系統(tǒng)的學(xué)習(xí)生理學(xué)。

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編輯/成森