分子醫(yī)學(xué)開放性實驗教學(xué)管理體系的探索

任媛媛，孫曉明，蘇超，孫亞楠，劉靈，田姍姍，高星杰，張緯

黨的十九大報告明確指出，創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動力，是建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系的戰(zhàn)略支撐。教育部《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高校實踐育人工作的若干意見》中明確提出要強(qiáng)化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，深化實踐教學(xué)方法改革[1,2]。開放式實驗教學(xué)是深化實驗教學(xué)改革、培養(yǎng)創(chuàng)新人的重要途徑之一[3,4]。

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，面向本科生開放[5]，充分體現(xiàn)了“以學(xué)生為主體，學(xué)以致用”的教學(xué)理念，充分激發(fā)學(xué)生的自覺性、獨立性、積極性、主動性和創(chuàng)造性，有利于提高學(xué)生的自學(xué)能力、實踐能力和創(chuàng)新意識。在醫(yī)學(xué)專業(yè)教學(xué)計劃之外實施開放性實驗教學(xué)，對卓越醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)尤為重要[6]。因此，針對如何提高實驗教學(xué)質(zhì)量、提升實驗室 建設(shè)水平，實現(xiàn)資源的合理配置、高效共享等問題，很多高校進(jìn)行了開放性實驗室的建設(shè)[7-10]。

作為實驗室的管理人員，筆者在對多年實驗室工作進(jìn)行總結(jié)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我校實驗室的管理與教學(xué)特點，深刻分析我校實驗室的現(xiàn)狀與存在的問題，采取具有針對性的措施，使實驗室達(dá)到真實有效的開放，為學(xué)生的實驗學(xué)習(xí)提供更好的平臺。

一 開放式實驗教學(xué)模式的作用和意義

（一）開放性實驗教學(xué)有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)多是灌輸式教學(xué)，內(nèi)容多為單一驗證和演示性實驗，缺乏整體性和綜合性，不能滿足培養(yǎng)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生整體科研思維需要。課堂上教師根據(jù) 實驗人數(shù)和試驗臺數(shù)進(jìn)行分組，各組學(xué)生根據(jù)實驗講義，在老師的指導(dǎo)下，完成操作步驟，由于課時有限，實驗項目多，大量采用驗證性實驗使學(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，不能讓學(xué)生將所學(xué)到的理論知識應(yīng)用到實驗中去，教學(xué)質(zhì)量大打折扣。這種實驗?zāi)Ｊ綄s束了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[11]。

開放性實驗教學(xué)強(qiáng)調(diào)“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)”，打破統(tǒng)一培養(yǎng)模式的僵局，不受課時數(shù)和時間連貫性的限制，可以開展具有探索性的綜合設(shè)計性實驗項目，其核心在于“研究”。實驗項目有些由教師提出，學(xué)生自主申請，教師選擇參與學(xué)生，或由學(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，自主選擇實驗方法，自主選擇實驗試劑及儀器、最終自主完成實驗操作并對實驗結(jié)果進(jìn)行分析處理[12]。這個過程能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，提高學(xué)生的實踐動手能力。

（二）開放性實驗教學(xué)促進(jìn)教學(xué)改革

實驗室的開放會使得參與教師認(rèn)識到實驗教學(xué)過程中的不足，加速實驗教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段的改進(jìn)，根據(jù)開放實驗的目標(biāo)，逐步完善實驗設(shè)備、設(shè)施及耗材的投入和使用，促進(jìn)實驗教學(xué)水平的提高，提高校實驗室的教學(xué)服務(wù)質(zhì)量[13]。

（三）開放性實驗教學(xué)有利于實驗室教學(xué)資源的有效整合

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)，實驗室中的儀器設(shè)備只有在上實驗課時才能使用，其余時間處于閑置狀態(tài)，場地和設(shè)備利用率低；一些有效期較短的試劑在教學(xué)完成后仍有剩余卻只能廢棄，造成浪費。而一些想要解決在學(xué)習(xí)中遇到的問題或?qū)崿F(xiàn)某些設(shè)計思想的學(xué)生卻找不到實驗場所，無法做提高性和研究性的實驗。開放性實驗室的管理模式，可以克服上述弊端，使實驗場地、儀器設(shè)備及各種實驗材料等得到充分利用。

二 開放式實驗教學(xué)模式的建設(shè)

（一）開放內(nèi)容

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)計實驗題目的創(chuàng)新型實驗項目。面向不同學(xué)生的興趣愛好所開展的開放性實驗，是以學(xué)生為主、教師啟發(fā)與引導(dǎo)為輔的一種實踐教學(xué)模式，最大程度地滿足學(xué)生自主學(xué)習(xí)的需求，為學(xué)生提供一個能夠充分發(fā)揮自主性、創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)環(huán)境。建設(shè)與理論教學(xué)改革相協(xié)調(diào)的實驗教學(xué)體系，構(gòu)建具有先進(jìn)管理體制的實驗平臺，從而適應(yīng)高等教育深化改革的要求，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神培養(yǎng)，提高學(xué)生科學(xué)研究的實踐能力。

（1）創(chuàng)新型實驗項目，學(xué)生根據(jù)自己的興趣自主確定實驗項目。以學(xué)生查閱文獻(xiàn)→自主確定實驗項目→提交實驗方案→教師進(jìn)行可行性指導(dǎo)→預(yù)約實驗室、相關(guān)儀器設(shè)備和試劑耗材為主要模式。鼓勵學(xué)生結(jié)合生活中的實際問題，運用所學(xué)知識，開展創(chuàng)新行實驗項目，自行命題并自主完成。

（2）指定型實驗項目，教師給定實驗項目，或利用教師的科研項目進(jìn)行試驗性研究。以教師發(fā)布實驗項目→學(xué)生查閱文獻(xiàn)→提交實驗方案→教師進(jìn)行可行性指導(dǎo)→預(yù)約實驗項目為主要模式。這類實驗主要以科技競賽為導(dǎo)向，鼓勵學(xué)生參加國家或?qū)W校組織的創(chuàng)新競賽活動，為大學(xué)生提供課外科研實踐平臺[14]。

（3）教學(xué)計劃內(nèi)實驗項目，主要面對本學(xué)期上實驗課程的學(xué)生及其他對該實驗感興趣的學(xué)生，部分學(xué)生因有事請假實驗課缺課或課上實驗結(jié)果不理想自覺補(bǔ)課等因素需要在課程外完成實驗教學(xué)任務(wù)，進(jìn)一步加強(qiáng)實驗技能培訓(xùn)。

（二）開放對象

根據(jù)目前學(xué)校及實驗室的實際情況，實驗室前期的開放主要針對基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)五年制在校學(xué)生。在管理制度、軟硬件條件和師資隊伍方面的條件更加成熟以后，逐步向?qū)ζ渌麑I(yè)的在校學(xué)生開放。對于創(chuàng)新型實驗項目，因?qū)嶒瀮?nèi)容較多，實驗工作量大，鼓勵學(xué)生以小組為單位申報，一般每組3-5人，并選出實驗小組長，負(fù)責(zé)任務(wù)的分配以及和指導(dǎo)老師和實驗室工作人員的溝通。

（三）開放時間

實驗室除了完成教學(xué)任務(wù)，原則上要保證在工作時間足時開放，可分為預(yù)約開放和定時開放模式。對于綜合設(shè)計性實驗，選用預(yù)約開放模式；而教學(xué)實驗有固定的時間可以開放，選用定時開放模式。隨著開放性實驗室管理制度的完善，在保證實驗室和學(xué)生安全的前提下，將來會考慮對高年級有一定科研基礎(chǔ)的學(xué)生實行全天開放，需要實驗組長申請，指導(dǎo)教師根據(jù)實驗內(nèi)容等情況綜合考慮。

（四）開放條件

（1）儀器設(shè)備：分子醫(yī)學(xué)實驗室依托基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)國家級實驗教學(xué)示范中心，在“中央財政支持地方高校改革發(fā)展”投資中得到了全面提升，引進(jìn)一批能滿足設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗教學(xué)要求的先進(jìn)儀器設(shè)備，并且有獨立的細(xì)胞間，完全具備科研實驗室的條件。對于開放性實驗室沒有配備的大型儀器或貴重儀器的使用，可以通過設(shè)備處的科研儀器設(shè)備預(yù)約平臺提前進(jìn)行預(yù)約。

（2）資金：主要是科研項目基金，教改項目基金以及學(xué)生自己申請的項目經(jīng)費。鼓勵教師將實驗項目與科研課題掛鉤，把科研項目的一部分以創(chuàng)新性實驗項目的形式分配給學(xué)生。同時要對嚴(yán)格控制試劑耗材的使用，因此對于學(xué)生申請預(yù)約的實驗，一定要進(jìn)行可行性分析，杜絕浪費。

（3）高素質(zhì)的師資隊伍：開放式實驗項目多是創(chuàng)新性、綜合性項目，較常規(guī)驗證性實驗，更容易出現(xiàn)復(fù)雜的問題。且學(xué)生經(jīng)驗不足，儀器設(shè)備的使用易出現(xiàn)損壞或者浪費的現(xiàn)象，故需要指導(dǎo)教師具有豐富的綜合知識和全心全意為學(xué)生的服務(wù)意識，對教師的教學(xué)能力、科研能力、因材施教能力和全心全意為學(xué)生服務(wù)的精神都提出了更高的要求。

（4）安全：開放性實驗室的建設(shè)需要進(jìn)一步完善實驗室的安全制度，建立開放性實驗室安全準(zhǔn)入考核機(jī)制，對初入實驗室的學(xué)生進(jìn)行安全考核，考核合格后方可進(jìn)行實驗室的網(wǎng)上預(yù)約。定期開展安全培訓(xùn)和消防演習(xí)等，提升學(xué)生的事故應(yīng)急處理能力。各實驗室安裝門禁系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，以確保實驗室安全管理。

三 開放性實驗室信息化管理系統(tǒng)

實驗室實行開放，不僅要保證實驗室開放的時間，還要保證實驗室的利用效率。而實驗室和實驗人員的安全是開放的前提。開放性實驗室的設(shè)立，實驗人員的流動性大，實驗的不確定性，實驗設(shè)備損壞率增加，導(dǎo)致日常管理難度加大、安全不可控因素增加、安全風(fēng)險等級提升等安全問題，實驗室的開放與實驗室的安全存在著直接沖突。因此，需要建立一整套開放性實驗室管理系統(tǒng)，以確保開放性實驗室的正常運轉(zhuǎn)。

（一）建立開放性實驗室安全準(zhǔn)入考核機(jī)制

利用超星慕課平臺建立“開放性實驗室安全與儀器設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化操作培訓(xùn)”課程，將實驗室安全和常規(guī)科研儀器標(biāo)準(zhǔn)化操作等知識，以幻燈片或示范短片的形式展 現(xiàn)給學(xué)生，結(jié)合章節(jié)測驗和綜合考試，學(xué)生考試合格后，在預(yù)約系統(tǒng)上提交成績單方可進(jìn)行開放性實驗室的預(yù)約申請。實驗室安全內(nèi)容部分包括常規(guī)安全和專業(yè)安全。常規(guī)安全是指實驗室消防設(shè)備的使用如滅火器的使用、防火安全、水電安全等；專業(yè)安全包括危險化學(xué)品的安全使用、生物廢棄物處置、實驗操作過程中安全防護(hù)等。常規(guī)科研儀器安全操作主要是針對本實驗的常規(guī)儀器設(shè)備，如離心機(jī)、移液器、PCR儀、超凈工作臺、生物安全柜等。利用超星慕課平臺建立的課程考核機(jī)制，不受時間和空間的限制，學(xué)生直接掃描二維碼即可學(xué)習(xí)，并且與實驗室預(yù)約掛鉤，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

（二）建設(shè)開放性教學(xué)實驗室網(wǎng)上預(yù)約管理系統(tǒng)

網(wǎng)上預(yù)約管理系統(tǒng)是針對學(xué)生自主設(shè)計或管理員發(fā)布的綜合設(shè)計性實驗以及教學(xué)實驗進(jìn)行預(yù)約。管理系統(tǒng)以“學(xué)生預(yù)約，管理員審核”的方式進(jìn)行管理，學(xué)生可以登錄開放性教學(xué)實驗室網(wǎng)上預(yù)約管理系統(tǒng)，查詢教學(xué)計劃安排的實驗課程教學(xué)時間之外實驗室開放的時間，以及實驗室具備的實驗條件，包括儀器設(shè)備、試劑、耗材以及教師發(fā)布的實驗項目，從管理系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)約，并且提交實驗方案，經(jīng)教師進(jìn)行可行性分析，實驗室管理人員確認(rèn)后，可以到實驗室進(jìn)行實驗課題研究。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，開放預(yù)約系統(tǒng)網(wǎng)站需要完成前臺預(yù)約和后臺管理兩部分。

圖1 分子醫(yī)學(xué)教學(xué)實驗室開放預(yù)約系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1. 前臺預(yù)約部分

（1）學(xué)生注冊及登錄

學(xué)生初次登錄系統(tǒng)可以進(jìn)行學(xué)生注冊申請，申請時需提交培訓(xùn)課程考試成績單，經(jīng)管理員審核通過后，方可通過用戶名和密碼登錄。

（2）預(yù)約管理功能

預(yù)約管理分為開放預(yù)約和定時預(yù)約兩種。開放預(yù)約是學(xué)生根實驗室和儀器設(shè)備空余情況，可選擇預(yù)約開放式設(shè)計性實驗項目，或指定式設(shè)計性實驗項目，均需提交實驗方案進(jìn)行可行性指導(dǎo)，管理員會及時將預(yù)約結(jié)果反饋給學(xué)生。定時預(yù)約內(nèi)容是固定的教學(xué)實驗項目，每學(xué)期每個實驗大約有一周時間可以選擇，用戶只需要在該實驗項目的時間段選擇空余教室即可。預(yù)約成功后，可以個人中心查看自己的預(yù)約信息，同時也可以取消未開始的預(yù)約。

（3）個人中心

學(xué)生在個人中心可以對自己的信息進(jìn)行維護(hù)，包括信息的更新、修改、添加等，可以查詢預(yù)約狀態(tài)或者取消預(yù)約。

2. 后臺管理部分

（1）信息管理

管理員可以對信息進(jìn)行不定期更新，讓用戶了解本學(xué)期實驗室及儀器設(shè)備空余更新情況，發(fā)布指定式綜合設(shè)計性實驗題目。

（2）注冊用戶管理

管理員可以對已經(jīng)注冊的學(xué)生進(jìn)行管理，對無故爽約三次以上學(xué)生進(jìn)行預(yù)約限制。

（3）預(yù)約管理

審核學(xué)生預(yù)約實驗情況，優(yōu)先安排信用度高的學(xué)生進(jìn)行實驗，如因?qū)嶒炇一騼x器設(shè)備不足造成無法審核通過的學(xué)生及時給予反饋說明。

（4）管理員的添加

一級管理員為實驗室管理人員，一級管理員可以添加教師作為二級管理員，二級管理員具有發(fā)布實驗項目、審核所發(fā)布實驗項目的的實驗方案、查看所發(fā)布實驗項目的預(yù)約情況等權(quán)限。

（5）匯總統(tǒng)計

對實驗室及儀器設(shè)備的預(yù)約情況進(jìn)行大數(shù)據(jù)統(tǒng)計，分析儀器設(shè)備的利用率等情況。

四 開放式實驗教學(xué)模式的實施

（一）實驗項目的選定

分子醫(yī)學(xué)實驗室開放式實驗教學(xué)模式的探索，將為以后的實驗教學(xué)改革提供參考和借鑒。分子生物學(xué)的教學(xué)實驗課程包括細(xì)胞傳代培養(yǎng)與轉(zhuǎn)染、細(xì)胞蛋白質(zhì)提取及濃度鑒定、蛋白質(zhì)免疫印跡技術(shù)、基因組DNA的提取與鑒定、PCR技術(shù)、質(zhì)粒提取與雙酶切鑒定。在開放式實驗教學(xué)模式中，要讓學(xué)生能夠運用所學(xué)的實驗技術(shù)進(jìn)行實驗設(shè)計，把理論與技術(shù)很好的運用到實際的科研工作中去。以腫瘤基因 p62 對人宮頸癌 Hela 細(xì)胞增殖的影響為例，作為指定性綜合設(shè)計性實驗，該項目是以 p62 靶基因，探討腫瘤發(fā)病機(jī)制的研究，該項目涵蓋了分子生物學(xué)教學(xué)實驗課的所有實驗技術(shù)，由于受課時和時間連續(xù)性的限制，不能作為教學(xué)課程開設(shè)，作為問題導(dǎo)向性實驗項目，由教師提出問題，學(xué)生查閱文獻(xiàn)，互相討論，提出實驗設(shè)計思路，構(gòu)建 p62 基因質(zhì)粒，進(jìn)行細(xì)胞轉(zhuǎn)染和篩選，用蛋白質(zhì)免疫印跡檢測 P62 蛋白的表達(dá)，通過CCK-8 檢測細(xì)胞增殖能力。實驗的設(shè)計涵蓋了生物化學(xué)，細(xì)胞生物學(xué)及分子生物學(xué)等多學(xué)科知識的融合，培養(yǎng)了學(xué)生的科研思維和創(chuàng)新能力，同時也使實驗室的儀器設(shè)備和試劑耗材等資源得到了充分的利用；“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[15,16]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(xiàn)，發(fā)現(xiàn)解決問題的方法，自主設(shè)計實驗，大大提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。教學(xué)計劃內(nèi)實驗項目，內(nèi)容是固定的教學(xué)實驗項目，學(xué)生可以直接通過預(yù)約進(jìn)行實驗。

（二）實驗項目的實施安排

（1）動員講解，設(shè)立分子醫(yī)學(xué)實驗室開放日，展望基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)發(fā)展的前景，使學(xué)生充分認(rèn)識到“創(chuàng)新探索”的意義，激發(fā)學(xué)生積極參與。（2）實驗室管理人員發(fā)布本學(xué)期實驗室空余時間。（3）教師發(fā)布指定式實驗項目和教學(xué)實驗項目。（4）學(xué)生通過超星在線網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行“開放性實驗室安全與儀器設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化操作培訓(xùn)”課程的學(xué)習(xí)，考核合格，進(jìn)行開放性實驗室預(yù)約。（5）學(xué)生以個人或小組進(jìn)行網(wǎng)上選題或提交實驗申請，同時需提交實施方案。（6）教師審核，對實施方案進(jìn)行可行性分析。（7）實驗室管理人員準(zhǔn)備實驗儀器、才哦做試劑及耗材。（8）學(xué)生按計劃開展實驗，期間遇見問題可以教師或?qū)嶒炇夜芾砣藛T探討解決方案。（9）學(xué)生自行總結(jié)實驗結(jié)果，并議論文的形式完成實驗報告。（10）組織學(xué)生匯報實驗并鼓勵學(xué)生形成實驗論文，最好能公開發(fā)表。

（三）實驗項目的實施效果

實驗項目從實驗選題，方案設(shè)計，操作到實驗報告均由學(xué)生自主完成，充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，激發(fā)了學(xué)生自主探索知識的能動性。在設(shè)計實驗方案的過程中，學(xué)生需要大量查閱文獻(xiàn)，鍛煉了文獻(xiàn)檢索及中英文文獻(xiàn)閱讀的能力。在實驗操作過程中，實驗技能明顯提高，并能夠?qū)⑹炀氄莆盏膶嶒灱寄苓\用到科學(xué)研究的工作中去。通過論文形式實驗報告的書寫，培養(yǎng)了學(xué)生科研思維能力。整個實驗項目實施過程中，培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，為今后的科研工作打下基礎(chǔ)。

五 結(jié)語

開放性實驗室管理系統(tǒng)安全、有效、持續(xù)的運轉(zhuǎn)，能夠?qū)W(xué)生、教師、儀器設(shè)備、實驗項目等集成一體，全方面覆蓋了實驗室日常管理工作，打破以往實驗教學(xué)模式和管理模式，合理使用和分配有限的實驗室資源，充分體現(xiàn)以人為本的現(xiàn)代化教育、教學(xué)理念，方便師生自主參與開放實驗項目，有效地輔助開放實驗教學(xué)靈活自主地安排實驗時間的特點，同時充分調(diào)動學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性，大幅度提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、實踐能力、創(chuàng)新能力，發(fā)揚學(xué)生的自我開拓精神。