分子生藥學實驗教學模式初探

張夏楠，趙 歡，馬 晗，吳曉毅，高 偉

（1.首都醫科大學中醫藥學院，北京 100069；2.首都醫科大學藥學院，北京 100069）

分子生藥學是一門極富前瞻性的交叉學科，具有分子生物學與中藥學相結合、基礎與應用相結合、方法先進性與實用性相結合的特點[1-2]。與分子生物學最顯著的區別在于，分子生藥學是應用分子生物學手段解決中藥真偽優劣的問題，具有很強的實踐性和應用性[3]。因此，實驗教學是分子生藥學教學中必不可少的一個環節。受教學課時、實驗條件、教師專業背景等限制，大多數院校開展的分子生藥學實驗教學多為驗證性實驗。鑒于近些年分子生藥學得到飛速發展，研究內容和涉及的領域越來越廣，迫切需要培養分子生藥學專門人才，進行深入研究和探索分子生藥學領域的相關課題，因此，進一步培養學生的專業性和創新性是分子生藥學教師應著力探索的內容。在已有實驗條件和教學積累的基礎上，開展綜合性、探究性實驗是適應高等教育改革發展的需要，是分子生藥學實驗教學走向深入的體現。我校在開設分子生藥學課程以來，在實驗教學方面做了很多嘗試，現將我校在分子生藥學實驗教學體系建立方面所做的探索與實踐介紹如下。

1 實驗教學體系的構建

實驗教學的目標是以分子生藥學學科需求為基礎，在開設基本分子生物學實驗的基礎上，鍛煉學生實際應用所學知識和技術解決中藥研究中的問題的能力。我校分子生藥學課程教學主要分為兩個層次，一方面作為我校中藥學及相關專業研究生的必修課程，開展理論知識、學科研究進展講授，進行經典實驗操作，共計36學時，其中理論課18學時，實驗課18學時；另一方面，依托學校開設的綜合實驗課程以解決問題為目標，綜合應用各種所學知識和手段解決中藥研究中的問題。此外，依托學校開展的第二課堂和學生科研項目，帶動具有科研熱情學有余力的學生，以課題形式綜合安排實驗內容，匯報實驗進展，撰寫總結報告。

2 實驗教學體系的建設

我校開展分子生藥學實驗主要依托中醫藥學院分子生藥學與中藥資源學科研實驗室和中醫藥學院實驗教學中心。我院實驗教學中心是專門針對本科生進行實驗的開放場所，經過近些年的發展，已配備PCR儀、電泳儀、核酸定量儀、高速離心機、倒置熒光顯微鏡、凝膠成像系統、超低溫冰箱、恒溫培養搖床、生物安全柜等開展分子生藥學實驗的基礎儀器設備，能夠滿足學生基礎分子生藥學實驗需求。依托以上教學、科研平臺的支撐，我校在開展技能培養型和驗證性實驗的基礎上，不滿足于現狀，整合設備、技術和教師資源，陸續在綜合性實驗和設計性實驗上進行了探索和嘗試。

2.1 開展驗證性實驗夯實基礎操作

2.1.1 開展驗證性實驗的目標 分子生藥學是實際應用性很強的一門學科，僅通過理論講授很難真正了解實驗操作的原理及操作方法。因此需要開展常規驗證性實驗促進學生對基礎操作的熟練掌握，如核酸的提取分離、PCR儀的使用、瓊脂糖凝膠電泳等。開展驗證性實驗旨在夯實學生的基本操作技能，對基礎實驗涉及的原理、方法、數據處理等內容有基本認識，同時學會對實驗中出現的現象進行分析，學會應用所學知識查找問題原因。如在進行大腸桿菌中質粒提取實驗時，有的實驗組瓊脂糖凝膠電泳結果出現1條條帶，有的組出現3條，對于這樣的實驗現象如何解釋、現象背后的原理是什么，這需要學生自己查找文獻找出答案。因此，通過實驗課可以鍛煉學生思考問題、解決問題能力，培養學生嚴謹的科學態度和實事求是的研究精神，為今后進行科研活動奠定良好基礎。

2.1.2 優化實驗內容 由于分子生藥學實驗上游技術涉及大量基因工程操作，因此圍繞基因工程的基本過程，設計了植物基因組DNA提取與定量分析、大腸桿菌質粒DNA提取、載體構建、大腸桿菌感受態細胞制備與轉化、轉化子的篩選與鑒定等實驗。這些實驗內容緊密相關，是從事分子生藥學研究進行植物、微生物遺傳轉化、合成生物學等科研內容的基礎操作。因此，在實驗過程中，向學生強調這些實驗的連貫性和整體性，使學生充分認識到每個實驗的重要性，并且規范實驗操作過程。考慮到分子鑒定是分子生藥學研究的重要組成內容之一，同時也是分子生藥學應用性的突出表現，因此在進行大量前期預實驗基礎上，選擇《中華人民共和國藥典》中記載的烏梢蛇分子鑒定實驗作為學生驗證性實驗中分子鑒定部分的代表性實驗，其實驗過程穩定性好、操作簡便，實驗時長也適合作為一次獨立實驗。此外，對于某些重點或難以把握的實驗技術，將預實驗過程拍攝圖片或錄制短視頻，制作多媒體課件，使學生對實驗過程有真實的感受，激發實驗興趣，避免因初次操作不規范導致實驗失敗現象。

2.2 開展綜合性實驗鍛煉科研實踐能力

2.2.1 開展中藥學專業綜合實驗的目標 綜合實驗的目的是以問題為導向，要求學生綜合應用所學知識，在短期內學習去解決一個小型課題。我校中藥學專業綜合實驗是面向中藥學專業四年級本科生的一門實驗課程，此時學生已經具備了一定的中藥專業技術，學習了藥用植物學、中藥鑒定學、中藥化學等專業知識，初步具備綜合應用各門實驗技術的能力。由于分子生藥學涉及的研究方法多樣，筆者選擇其中有代表性的科研方向，設計綜合性課題，使學生更深入了解如何應用分子生藥學技術解決中藥資源問題，鍛煉學生實踐能力，激發學生探索興趣。

2.2.2 優化綜合性實驗內容 筆者所在教學團隊在中藥學專業本科生知識體系基礎上綜合考量并引入分子生藥學技術，設計綜合性實驗，如丹參毛狀根轉化體系的建立及評價、桃仁與苦杏仁的分子鑒定兩個代表性課題。植物遺傳轉化是鑒定藥用植物功能基因常使用的方法，藥用植物丹參作為一種藥用模式植物，其毛狀根遺傳轉化體系的建立操作簡單、穩定，利用GFP標簽初步篩選陽性毛狀根轉化子操作簡便、陽性率高，HPLC法測定丹參毛狀根中丹參酮含量方法體系成熟，可以作為應用植物基因工程研究藥用植物次生代謝途徑的典型代表案例。而桃仁與苦杏仁在形態上較為接近，尤其經過炮制后的飲片更難區分，實驗過程綜合了中藥傳統鑒定中的形態與顯微鑒定方法，學習使用超景深數碼顯微鏡觀察樣品的微性狀特征，并在立體成像模式中測量大批市售藥材樣品形態數據。再利用正置偏光顯微鏡觀察樣品粉末中石細胞形態與數量區別。最后選用通用ITS序列引物對標準藥材中提取的基因組DNA進行擴增，分析比對ITS序列的特異性差異位點設計鑒別引物，提取樣本DNA，應用PCR擴增方法進行鑒定。綜合性實驗將植物遺傳轉化、中藥分子鑒定融入教學內容中，完善學生知識體系，引導學生了解分子生藥學在中藥研究中的應用，取得較好的教學效果。

2.3 開展設計性實驗培養獨立創新的科研精神

2.3.1 開展設計性實驗的目標 對于已經具備一定專業基礎知識，且需要培養實際應用能力的學生，傳統的驗證性實驗能夠使其具備進行分子生藥學科學研究的基本實驗技能，增強學生的動手能力，而設計性實驗則能夠鍛煉學生獨立思考、自主解決中藥鑒定、資源保護與開發等實際問題的能力，同時在自主查閱文獻的過程中深入了解分子生藥學研究領域的前沿技術與科研進展，拓展知識寬度，激發科研創新精神。

2.3.2 優化整合設計性實驗內容 鼓勵對分子生藥學感興趣的學生申請本校開展的“第二課堂”和“學生科研”項目，組成課題小組并確立組長，以課題形式應用分子生藥學原理和技術，解決某些科研問題。課題內容由學生和教師共同討論設定，可以是學生自己感興趣的題目，也可以是教師現有科研課題的延伸，如功能基因的克隆及功能分析、原生質體獲取及遺傳轉化體系建立、應用Crisper/Cas9技術進行基因敲除及同源重組等。課題小組通過查閱文獻了解課題背景及目前的前沿進展，定期召開組會，安排時間進行基本理論知識培訓、基本操作及儀器使用方法培訓。學生在課余時間參與課題實驗，及時匯報實驗結果。實驗教師指導學生在小組內討論分析問題原因，制訂解決辦法，同時協助制訂下一步實驗規劃，制訂預期目標，及時協調解決實驗中及實驗外場地、儀器、安全等問題。通過課題形式進行設計性實驗，能使學生真正參與科學研究過程，發揮其主觀能動性，主動思考、主動探索，提高學生科研興趣。

3 建立合理的實驗成績考評體系，全面評價學生能力

3.1 明確實驗教學考查目標

實驗教學的重心是動手操作，教學評價不能單以實驗報告作為最終評價結果，教師應對學生在整個學習過程中對知識理解、實驗操作、實驗態度，甚至文獻掌握等各方面進行綜合評價，使考核公正客觀地反映學生的整體學習效果。

3.2 優化實驗教學考查內容

在實驗教學效果評價上，注重全面考查學生素質，對于驗證性實驗，考查內容包括平時成績（包括實驗態度，如出勤、紀律和預習等）、實驗操作成績和實驗報告，并按比例賦予分值。綜合設計性實驗考查內容還包括撰寫綜述、實驗記錄、實驗論文、結題報告。實驗論文和結題報告是總結綜合設計性實驗的最終結果，要求學生按照科研論文的格式記述材料和方法、結果分析和討論等。

3.3 及時反饋實驗教學效果

教師對學生實驗過程、操作、學習態度等逐項進行評分，同時，學生也針對整個教學過程填寫教學質量評價表，對實驗教學準備、實驗教學效果進行評分，并提出自己的意見建議，發表學習感想，對教師進行教學反饋等，幫助教師進一步優化教學內容，改善教學手段，提升教學效果。最終教學效果的評價內容包括實驗計劃書、實驗研究報告、實驗記錄、總結匯報PPT、教學活動登記表及支撐材料、個人心得體會、課程教學質量評價表等。

4 結語

筆者所在教學團隊在分子生藥學實驗課程建設過程中，緊密結合分子生藥學理論教學，優化整合設計實驗內容，并建立了合理的實驗教學效果考評機制。通過實驗的開展促進學生動手能力的提高和對理論知識的掌握[4]。然而，教學中也存在一些問題，一方面分子生藥學實驗涉及的實驗儀器較為昂貴，試劑耗材價格比較高，有些實驗不能讓每一位學生親自動手；另一方面，教師自身科研水平和教學水平也限制了實驗教學效果[5]。隨著分子生藥學研究快速發展，研究方法更新也越來越快，這對實驗教師的教學也提出了更高要求，因此建議將本學科教師自身科研內容融入實驗教學中，尤其是綜合設計性實驗，使學生了解目前先進科研進展，幫助學生尤其是研究生盡快上手，奠定科研基礎。