藥學分子生物學實驗教學實踐*

姚飛虹，彭群龍，鄧勝軍，張 輝，譚 斌，黃紅英

(湘南學院，湖南 郴州 423000)

分子生物學主要研究內容是生物體內核酸和蛋白質等生物大分子的化學結構組成、遺傳信息傳遞過程中各生物大分子之間如何相互作用，進而闡明生命現(xiàn)象的本質。分子生物學的發(fā)展迅猛，至今諾貝爾化學、生理醫(yī)學獎獲得者在其研究中都離不開分子生物學理論與實驗技術。尤其是分子生物學實驗新技術不斷涌現(xiàn)，結合化學、生物化學、藥學知識應用于臨床檢驗、疾病治療方面，幫助人們了解自己的健康以及疾病相關機制等，有著分廠重要的意義。而對于藥學專業(yè)學生來說，藥學分子生物學作為專業(yè)基礎課程之一，分子生物學的理論與實驗技術涉與藥理學、藥物毒理學、藥物化學、藥劑學、生物藥劑與藥代動力學等課程密切相關，針對分子生物學實驗課程的特點、我校實際情況，探索合適的分子生物學實驗教學方法，以提高學生的基礎實驗技能與綜合運用知識能力。

1 分子生物學實驗特點

根據(jù)我校藥學專業(yè)的培養(yǎng)目標，藥學專業(yè)分子生物學課程主要開設基礎分子生物學實驗，適當開設綜合、設計型實驗項目。分子生物學實驗過程中所用試劑、儀器設備等是實驗成敗的關鍵因素，具體來說實驗的特點如下：

1.1 分子生物學實驗所用溶液特殊

分子生物學實驗中涉及生物體內細胞生物大分子的提取分離、純化，對實驗所用試劑有特殊要求，實驗前需要知道這些溶液組成、pH值、離子濃度、化學有效成分等；如幾種電泳緩沖溶液的母液、工作液、保存液之間的區(qū)別，除此之外，學生還需要學會溶液的配制，這些基礎知識與操作方法關系實驗的成敗、所獲得生物大分子的完整性、純度、濃度，因此對學生在無機、有機、物理化學的基本操作有一定要求，那么如何恰當?shù)貦z驗、引導補充學生對這部分的實驗操作技能的掌握情況是筆者需要探索的。

1.2 分子生物學實驗儀器設備要求精密度高

分子生物學實驗中涉及的生物大分子的操作，操作程序復雜繁瑣，往往要求適宜溫度、時間短，因此要求儀器設備的精密度高，如離心分離物質時往往是微量、快速、低溫，需用高速冷凍離心機并配備專用轉子；PCR反應中模板高溫變性、退火、延伸三個不同階段溫度不同，需要PCR儀，這些儀器溫控精確、溫度升降時效準、準確度高，相對普通離心機、水浴鍋精密度高且價格更昂貴，同時需要一定面積的場地才能保證正常運轉，如這對于地方本科院校來說，投入成本相對高。

1.3 分子生物學實驗中涉及較多危險化學試劑

在提取核酸物質時需要分離去除多糖、蛋白等，常用氯仿、苯酚、異丙醇等;此外電泳時核酸分子染料常用溴化乙錠，分離用試劑常有揮發(fā)性對呼吸道有刺激性、對皮膚有腐蝕性，溴化乙錠嵌合DNA，具有致突變性；因此實驗中如何保證人身安全、實驗后如何處理廢棄化學試劑，是實驗教學中不可缺少的重要部分之一。

1.4 分子生物學實驗操作時間長、過程繁雜

分子生物學實驗中涉及細胞培養(yǎng)、細胞破碎、樣品離心、沉淀、結晶等，操作繁瑣，需要時間長，因此一個實驗需要安排2～3個時間段開出，那么在有限的課時下如何縮短實驗時間并操作完實驗，是筆者需要探索的。

2 藥學分子生物學實驗教學探索實踐

傳統(tǒng)的實驗教學模式是教師演示、板書、講解，學生按步驟操作、記錄、計算、撰寫實驗報告，存在著因為人數(shù)多、時間短、掌握關鍵操作不牢，實驗成功率低，學生易產(chǎn)生厭學情緒。針對這些現(xiàn)象結合分子生物學實驗特點，筆者嘗試優(yōu)化分子生物學實驗教學內容、其他多種教學方式、改進實驗考核方式等，以增進學生學習興趣，提高藥學分子生物學教學質量[1]。

2.1 招募學生參與實驗準備[2]

實驗前招募5～6名同學參與實驗準備工作，配制實驗中所用試劑，要求實驗時，只能使用本組試劑進行操作，最后按照結果評分，這樣學生更愿意認真參與，也能真正體會到分子生物學所用試劑特殊性的原因，如質粒提取試劑有Tris·Cl(三羥甲基)氨基甲烷緩沖液、1% SDS(十二烷基硫酸鈉)、0.5MEDTA(乙二胺四乙酸二鈉)等，在溶液配制中，使學生熟悉溶液配制和pH值測定，以及實驗用水的級別和如何對溶液進行滅菌。因此進一步夯實學生的基礎化學、生物實驗技能，利于后面的綜合性實驗操作和應用，培養(yǎng)學生的自主能動性。

2.2 重視實驗室安全教育環(huán)節(jié)[3]

分子生物學實驗過程中涉及危險化學品、精密儀器較多，因此存在有三大類安全隱患：(1)對危險化學品使用不當造成的危害認識不到位；(2)對實驗室設備、物品使用放置不當造成的危害認識不到位；(3)實驗后的廢棄物處理不當造成的危害認知不到位。為了保證實驗正常進行，減少實驗過程與實驗后實驗室的安全風險。筆者試圖在學期開學后第一周，開展實驗室安全教育講座。主要內容有如：稀硫酸配制、稀鹽酸的配置、離心機、超凈工作臺等使用，實驗室廢棄物的分類、收集、處理，有毒有害物質的使用、處理方法，生物有害物質的統(tǒng)一處理，如何做好個人防護等，通過講座中的實驗室安全測試，加強學生對實驗室安全知識的掌握，同時也輔助學生進入藥學實驗進行其他課程實驗。

2.3 優(yōu)化實驗教學內容

實驗項目類型分為：驗證型、綜合型、設計型，驗證型實驗如：DNA/RNA濃度測定等；綜合型實驗如：感受態(tài)細胞制備、質粒轉化、質粒DNA的限制性酶切、質粒提DNA取及鑒定、瓊脂糖凝膠電泳、PCR反應及產(chǎn)物分析等。設計型實驗主要有：PCR法獲得目的基因、蛋白質的SDS-PAGE電泳、western blot等。

根據(jù)實驗之間的聯(lián)系、藥學專業(yè)培養(yǎng)方向、在有限課內學時數(shù)的情況下優(yōu)化課內教學實驗項目。開設以下課內實驗：DH5α感受態(tài)細胞制備、質粒轉化篩選、質粒提取鑒定。由于分子生物學與藥理學關系緊密，學校藥學專業(yè)方向之一就是分子藥理，開設選做的實驗設計型項目：PCR法獲得目的基因、蛋白質的SDS-PAGE電泳、western blot等。學生可以根據(jù)自己的興趣選擇，逐步實現(xiàn)了常規(guī)實驗內容的普及，設計型實驗內容的個性化。

2.4 教學方式多樣化

由于分子生物學實驗原理涉及知識點較多，實驗時間有限，筆者適當利用現(xiàn)代信息技術、虛擬仿真平臺等方式進行教學，介紹實驗原理、方法步驟、注意事項、演示儀器使用方法等。

2.4.1 利用現(xiàn)代信息技術進行實驗教學[4]

隨著現(xiàn)代教育信息的快速發(fā)展，網(wǎng)絡資源日益豐富，筆者嘗試拍攝實驗視頻、制作微課構建實驗課程網(wǎng)絡資源進行教學實踐。

首先建立課程實驗網(wǎng)絡資源，進行線上線下結合教學，每個實驗小節(jié)內，放有實驗教師講課微視頻、實驗原理、實驗步驟、儀器使用等，課前布置實驗預習任務內設4～8個問題，要求實驗前完成。學生可以反復播放實驗操作視頻，理會實驗操作原理，領悟實驗的關鍵步驟。這樣讓學生在實驗課時主要精力與時間用于實驗操作的細節(jié)或關鍵步驟上，學生實驗成功率得以提高、更好地激發(fā)學生的實驗興趣，鞏固相關的分子生物學實驗原理的掌握，利于下次實驗的開展。

2.4.2 開設虛擬仿真實驗[5]

分子生物學技術發(fā)展迅速，基礎的分子生物學實驗技能是關鍵，由于教學課時的限制，分子生物學實驗與生物化學實驗、基礎化學實驗之間關系緊密，筆者利用我校醫(yī)學實驗虛擬仿真平臺，選擇相關實驗，要求學生完成實驗的學習任務、思考題后，再進行虛擬實驗。通過這種方式開設的內容主要有：實驗室安全基本常識、分子生物學實驗安全及常用儀器設備、移液槍的使用、瓊脂糖凝膠電泳、PCR法獲得目的基因、蛋白質的SDS-PAGE電泳等。通過學習和虛擬實驗同學們復習了生物化學、化學相關操作，能更好、更快地進入課內實驗。

學生線上自學，教師線下答疑，課內再實踐操做，使學生對實驗相關知識與操作要點的掌握更加牢固，同時縮短了實驗時間，解決了部分實驗設備昂貴，實驗成本高的問題。

2.4.3 學生講解實驗

傳統(tǒng)的實驗授課方式是：教師講解實驗原理、方法，演示實驗儀器使用，因為實驗內容繁雜、學生人數(shù)多，學生容易開小差、產(chǎn)生厭學情緒。筆者嘗試在開設感受態(tài)細胞制備及轉化子篩選時，先招募學生參與實驗準備、參與預實驗，再由其中1位學生在正式開課時講解給其他的同學，其積極性迅速提高，許多實驗中可能發(fā)生的問題得以提前預控，學生實驗的質粒轉化成功率高，學生參與度增加了、實驗成就感增強，同時也激發(fā)了學生的學習興趣，教學效果改善明顯[6]。

2.5 加強實驗考核

實驗考核主要檢驗學生掌握實驗原理和操作技能情況，傳統(tǒng)的考核成績主要由平時成績與實驗技能考核成績組成。筆者根據(jù)藥學專業(yè)培養(yǎng)目標調整實驗考核辦法，增加實驗考核項目，把實驗考核貫穿于實驗教學過程中[7]，在考查實驗前預習、實驗操作記錄、實驗結果及分析的同時，增加實驗教學活動加分項，學生授課加4分、學生參與準備加2分、虛擬實驗完成后加2分、完成開放性實驗加2分，這樣調動學生實驗的主動性，培養(yǎng)學生自主學習的能力，利于學生的實驗技能掌握。

2.6 鼓勵學生參與教師科研

分子生物學實驗技術作為醫(yī)藥領域的主要研究方法之一，發(fā)展迅速、應用廣泛、不可缺少。我校藥學學科是省級“十三五”應用特色學科，依托省級藥理學重點實驗室，任課教師指導下開展科學實驗項目研究，如天然產(chǎn)物活性成份篩選和藥理機制研究、體外生物活性成分的表達等，教師在課堂中布置任務，學生們課后自行查找資料結合藥學專業(yè)知識以及已有條件與老師交流，逐步做好實驗研究的主要內容、設計方案等。培養(yǎng)學生應用分子生物學知識與天然藥物化學、藥理學的相互結合應用的能力，學生創(chuàng)新的能力，團隊意識，實現(xiàn)教學與科研相互促進共同發(fā)展[8]

3 結 語

藥學專業(yè)分子生物學實驗教學還處在初步探索和實踐中，在課程實驗教學中從實驗安全教育、教學內容、教學方法、考核方式等方面進行了有益嘗試的，加深了學生對藥學分子生物學在藥學領域中重要地位的了解，夯實了學生的分子生物學理論知識，提高學生的實踐操作能力，在實驗教學的各個環(huán)節(jié)中，充分體現(xiàn)出對學生自主能動性、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題能力的培養(yǎng)。筆者還有待不斷提高教師自身教學、科研素養(yǎng)和能力，不斷提高學生綜合應用知識能力、突出藥學專業(yè)特色，使得藥學分子生物學實驗教學在專業(yè)人才培養(yǎng)中發(fā)揮出更好的作用。