中醫藥院校細胞工程實驗課程改革的探索

劉穎 徐文娟 何平

[摘要]細胞工程實驗是中醫藥院校生物制藥專業學生的一門專業必修課。傳統教學中實驗學時較少、與實際應用相脫離，且缺少與中醫藥的有機結合。本文以我校目前進行的細胞工程實驗課程改革為基礎，分析改革的意義、目的、必要性以及取得的進展，并對未來的課程發展做出展望，以期為更好地在中醫藥院校中開展細胞工程實驗課程提供參考。

[關鍵詞]細胞工程;生物制藥;中醫藥;改革

[Abstract] Cell engineering experiment is one of the most important compulsory courses for college students majoring in biopharmaceutics at traditional Chinese medicine universities. In the traditional teaching method， the credit hours are very limited， the experimental contents break away from the practical application and lack the combination with Chinese medicine. Based on the innovation of cell engineering experiment in Beijing University of Chinese Medicine， this paper analyzed the meaning， objective， necessary， and progress of this innovation， and discussed the course development in the future， in order to lay a foundation for the innovation of cell engineering experiment in traditional Chinese medicine universities.

[Key words] Cell engineering; Biopharmaceuticals; Traditional Chinese medicine; Innovation

細胞工程是指應用細胞生物學和分子生物學的方法，通過類似于工程學的步驟，在細胞整體水平或細胞器水平上，按照人們的意愿來改變細胞內的遺傳物質以獲得新型生物或特種細胞產品的一門綜合性科學技術[1]。廣義的細胞工程包括所有的生物組織、器官及細胞離體操作和培養技術。狹義的細胞工程則是指細胞融合和細胞培養技術。細胞工程是生物工程的重要組成部分，與酶工程、蛋白質工程、發酵工程、基因工程以及生化工程彼此聯系、相互影響，廣泛涉及到農業、醫藥、環境、輕工業、食品、能源等多個領域[2]。因此許多綜合性大學及農林院校的生物工程專業、生物制藥專業都將其作為本科生學士學位必修課程開設[3]。

細胞工程實驗課有助于加深對細胞工程基礎理論的理解，是對課堂教學效果的進一步鞏固和提升[4]。該課程具有實踐性強的特點，對學生動手能力的培養、科研思維的訓練以及創新能力的培養都大有裨益。因此，我校生物制藥專業自2003年招生以來，雖然課程體系幾經調整，但細胞工程實驗課一直是本科生的專業必修課程。

中醫藥院校的生物制藥專業，應培養適應中醫藥發展需要，具有較高的科學素養和創新能力，能利用現代生命科學與技術從事中藥生物技術相關領域的科學研究、產品開發和產業經營的專門人才[5]。因此，中醫藥院校生物制藥專業的主干課程應體現中醫藥特色，與中藥發展相結合。雖然國內外已經出版了一些有關細胞工程的實驗教程[6]，但內容多以植物細胞工程及動物細胞工程的基本操作為主，并沒有體現與中醫藥的有機結合。因此，本文結合中醫藥院校生物制藥專業本科生的培養特點和要求，以及本校生物制藥學科建設的實際需求，對細胞工程實驗教學的內容及授課方式進行探討，以期為該課程的教學改革以及生物制藥學科建設提供參考。

1生物制藥專業細胞工程實驗傳統教學模式

我校生物制藥專業細胞工程的課程設置為54學時，其中36學時為理論課，18學時為實驗課（第五學期）。實驗課程每次3學時，分別開設以下6個內容：①植物組織培養實驗室介紹及玻璃器皿的清洗;②植物組織培養基的配制及高壓滅菌;③植物愈傷組織的誘導;④植物細胞懸浮培養;⑤動物細胞培養液的配制及過濾除菌;⑥動物細胞的傳代培養。

細胞工程實驗課的傳統教學重點是培養學生的無菌操作[7]，所開設的6次課程中有4次需要進入超凈工作間進行實踐操作。授課教師做好課前準備，包括：超凈工作間的紫外線消毒、接種器械的高溫高壓滅菌、玻璃器皿的消毒等。在課堂教學過程中授課教師首先講解實驗目的、原理、材料及步驟，并配合動作示范;然后學生分組進入超凈工作間進行實驗，教師從旁指導，并給每個學生的操作打分;實驗結束后學生提交實驗報告，教師結合操作成績和實驗報告給出學生的實驗成績。該教學模式簡單，易于量化，框架清晰，但學時有限，且實驗均為驗證性實驗，學生掌握的知識點單一，缺乏對理論知識的系統性認識，也不利于激發學生的科研興趣。

此外，傳統的細胞工程實驗教學中主要注重植物細胞工程與動物細胞工程的基本操作[8]，并未利用中醫藥院校的傳統優勢，體現中醫藥特色。雖然實驗結果的重復性良好，但不利于啟發學生的創新性思維，為將來從事相關科學研究打好基礎[9]。

2細胞工程實驗教學改革的探索

為解決傳統細胞工程實驗中存在的上述問題，激發學生的創新性思維，變被動學習為主動學習，更好地將細胞工程理論知識付諸實踐，同時體現中醫藥特色，與中藥發展相結合，筆者嘗試對細胞工程實驗教學進行了探索性改革。

2.1激發學生創新思維，變驗證性實驗為探索性實驗

傳統細胞工程實驗中，植物細胞工程部分采用已知配方的MS培養基對胡蘿卜小塊組織進行愈傷組織誘導，該實驗條件成熟，操作可控，90%以上的學生均能觀察到正確的實驗現象[10]。但不利于學生深刻理解細胞脫分化的理論基礎，也不利于學生主動獲取知識及獨立設計實驗能力的培養。因此，我們將驗證性實驗轉變為探索性實驗。在理論教學課堂上布置好實驗教學的改革方案，請學生自由結組，每組選擇一種藥用植物為外植體材料，查閱文獻并根據課堂學習的理論知識自行設計實驗方案。最終，30名學生自行結成5組，分別以甘草、柴胡、一葉萩、金銀花、銀杏為實驗材料，將誘導培養基中生長素與分裂素的種類及配比作為重點考察對象，設計正交實驗。然后由各組學生按照自己設計的實驗方案分工合作，配制培養基并完成外植體接種，匯總實驗結果并提交實驗報告。

傳統的動物細胞工程實驗采用DMEM培養基對Hela細胞進行傳代培養，也存在植物細胞工程中類似的問題，即：操作模式化，且缺乏與中醫藥的聯系。因此，筆者結合自己的日常科研工作對動物細胞工程實驗進行了調整。對以上5組學生分別提供Hela、BGC823、A549、U87、K562等腫瘤細胞系，同時提供大宗藥材甘草中的兩種最常見黃酮類化合物甘草苷及異甘草苷，由學生自行設計MTT實驗方案，在學習培養動物細胞的基礎上嘗試進行中藥成分的細胞毒活性篩選，并掌握MTT的基本實驗方法。每組同學分工合作，匯總實驗結果、分析實驗數據，并提交實驗報告。

2.2鼓勵學生開拓，變傳統細胞工程實驗為中醫藥特色實驗

傳統細胞工程實驗中未考慮到中醫藥大學的培養特色，因此實驗安排參照綜合性大學細胞工程的實驗內容[11]。筆者在本次實驗改革中，強調將細胞工程理論知識付諸實踐，同時體現中醫藥特色，與中藥發展相結合。因此，在植物細胞工程實驗中學生選擇外植體材料的范圍是北京中醫藥大學藥草園中的藥用植物甘草、柴胡、一葉萩、金銀花和銀杏。在獲得愈傷組織后，有興趣的同學可利用課余時間對其進行擴大培養，并鼓勵學生依據藥典方法對愈傷組織中的有效成分進行含量測定。此部分內容為拓展性訓練，一方面可以幫助學生更好地理解細胞工程理論課中植物細胞大規模培養及其應用的相關知識，另一方面可以與中藥發展相結合，探索離體培養累積藥效成分的可能性，為緩解中藥的資源壓力提供新的思路。而在動物細胞工程部分增加的MTT實驗也可以增強學生對于“抗癌”這一詞匯的實際體會，了解體外實驗在新藥開發中的作用和意義。以上拓展性實驗也可以增強學生的學習興趣，變被動學習為主動學習，有利于獨立思考的培養及動手能力的提高。

2.3促進學生能力提升，變傳統性評價為綜合性評價

傳統細胞工程實驗課的評價方式為教師結合操作成績和實驗報告給出學生的實驗成績[12]，但進行實驗課程改革后，原有的評價方式不足以反映學生的實際能力與學術水平。因此，筆者對課程的評價方式進行了修訂，從實驗方案設計及撰寫、實驗操作技術以及實驗結果報告三個方面進行綜合性評價。對于實驗方案，要求每組提交紙質版的實驗設計方案，并采用PPT的形式對實驗方案進行詳述，教師評價和組間互評并行，各自權重為50%。實驗方案的評價指標列于表1中，PPT的評價指標列于表2中。對于實驗操作，要求組內成員協同配合，有序完成方案中的全部操作，由教師對每組的實際操作進行評價，評價指標列于表3中。對于實驗結果，采用實驗報告的形式進行匯報，由教師對實驗結果進行評價，評價指標列于表4中。

3細胞工程實驗教學改革的效果評價

3.1探索性實驗有利于學生綜合科研能力的培養

在傳統的細胞工程實驗中，由教師提供實驗材料、講解實驗原理、演示實驗操作，學生只需要被動接受[13]，而細胞工程實驗教學改革中要求學生以小組為單位自行設計實驗，學生需主動查閱資料、獲取知識，并合理運用知識進行實驗設計，這有利于學生獨立科研能力的培養。實驗從設計到完成需綜合運用細胞工程中的多個知識點，可以幫助學生將知識點有機串聯，從而系統性的掌握知識。學生在設計實驗、PPT匯報及完成實驗的具體過程中均以小組為單位，組內成員需協同配合、有條不紊的完成全部工作，這有利于學生團隊意識的培養。實驗設計方案及實驗報告均以書面形式提交，要求學生撰寫規范、條理清晰、文字流暢，這有利于學生科研論文寫作水平的提升。

3.2探索性實驗有利于激發學生的科研興趣及創新性

在探索性實驗開設過程中，學生通過自主選題、自行設計實驗，可有效提高學生的科研思維能力和實驗操作技能[14]。探索性實驗的內容與本課程重要的理論知識相對應，是學習鞏固理論知識的重要手段，又與行業需求相對接，具有良好的實用性。因此，對于本次教學改革，學生表現出濃厚的興趣，并能夠積極利用課余時間走進實驗室，學生在實驗過程中會遇到各種各樣的問題，在教師的指導下，通過自身的努力解決問題，并順利完成實驗，從而激發學生的科研興趣，并培養其創新性思維，而這些正是探索性實驗的意義所在。

3.3 綜合性評價更合理的考核學生的學習成效

在應用探索性實驗進行細胞工程實驗教學改革過程中，實驗結果并不是評價學生實驗能力的唯一指標，更重要的是實驗的過程[15]。因此，筆者將多種評價方式相結合，對實驗設計、實驗過程以及實驗結果進行綜合評價，同時采用教師評價和相互評價相結合，在評價中還注重對學生在實驗過程中表現的職業素養、創新能力、團隊意識進行評價。這種綜合性的評價方式有助于激發學生的積極性，啟迪學生思考，培養學生學以致用的精神，更為合理地對學生的學習成效進行考核[16]。

4展望

在細胞工程實驗課堂上，應用探索性實驗大大提高了學生的實驗積極性，學生通過查閱文獻，利用各種教學資源，自主設計實驗、匯報PPT、開展實驗并提交報告，提高了學生自主學習能力和解決問題的能力，有利于培養學生的創新能力。但也應看到具體操作過程中存在的一些問題和困難，有些學生已經習慣了按部就班地完成實驗并取得陽性結果，突然改成自行設計實驗，會略顯能力不足、難以勝任。因此，教師應合理規劃教學實驗內容，做到難易適中，兼顧創新性與完整性，一方面培養學生自主處理問題的能力，另一方面關注學生自信心的培養。

[參考文獻]

[1]李志勇.細胞工程[M].北京：科學出版社，2010：7.

[2]張銀.生物技術在制藥工程中的應用[J].化工設計通訊，2019，45（2）：192.

[3]高強國，楊勁，李玉紅.生物技術專業細胞工程課程設計與實踐[J].中國醫藥導報，2017，14（28）：137-139.

[4]張英，李莉，祝萬菊，等.基因與細胞技術大實驗教學改革探析[J].黑龍江畜牧獸醫，2014（9）：189-191.

[5]邢黎明，于遠望，唐志書，等.制藥工程專業本科課程體系研究[J].中國中藥雜志，2012，37（14）：2186-2189.

[6]葉希韻，孫劍華.細胞工程實驗課程拓展型教學體系的建立[J].實驗室研究與探索，2008，27（11）：96-97，112.

[7]李波，焦德志，孫嬰寧.高校生物技術專業基因與細胞工程大實驗教學的實踐[J].黑龍江畜牧獸醫，2017，（7）：259-261.

[8]李莉，張麗穎，張英，等.淺談反轉課堂教學在《細胞工程》綜合實驗中的應用與實踐[J].生命的化學，2017，37（4）：669-673.

[9]傅明輝，張宏梅.基于OBE教育模式的細胞工程實驗教學改革的探討[J].廣東化工，2018，45（18）：193-194.

[10]郭云貴，唐業剛，王澤瓊，等.著眼應用人才培養打造動物細胞工程高效課堂[J].黑龍江畜牧獸醫，2018（7）：242-243.

[11]徐德宏，譚朝陽.中醫藥院校醫學細胞生物學教學改革探索[J].中國繼續醫學教育，2017，9（8）：5-7.

[12]鄭斌，董華澤，朱金苗.制藥工程實驗教學的改革探索與實踐[J].教育教學論壇，2018（15）：275-276.

[13]夏覓真，薛紹禮，王怡，等.動物細胞工程實驗教學改革[J].基礎醫學教育，2018，20（12）：1100-1102.

[14]楊旭，錢紅梅，程立寶.園藝植物組織培養實驗教學改革與創新探索[J].西南師范大學學報（自然科學版），2019（9）：129-132.

[15]張清祥.探索實驗教學載體，培養學生實踐創新能力[J].實驗技術與管理，2012，29（2）：130-133.

[16]侯潔，張翠麗，吳大暢，等.提高生物制藥專業本科生創新能力的教學改革方法初探[J].中國醫藥導報，2013，10（27）：143-145.

（收稿日期：2019-10-28? 本文編輯：陳文文）