創(chuàng)新能力培養(yǎng)的綜合性實驗設(shè)計實踐

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［摘要］培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力是高校素質(zhì)教育的重要任務(wù)之一，而實驗教學(xué)中綜合性、設(shè)計性實驗的開設(shè)對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和建構(gòu)系統(tǒng)化知識體系具有重要作用?！翱蒲蟹床附虒W(xué)”是打破陳舊的實驗教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計綜合性實驗的重要手段。將開設(shè)兩年的課外實踐創(chuàng)新項目中的創(chuàng)新性實驗“人類苦味受體TAS2R38基因多態(tài)性分析”引入到臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)本科生的醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)實驗教學(xué)中，作為綜合性實驗項目，從人類PTC嘗味的表型鑒定到單倍型分析，使學(xué)生深入理解基因型和表型之間的聯(lián)系，豐富了實驗教學(xué)的項目類型，激發(fā)了學(xué)生對實驗課程的學(xué)習(xí)興趣，初步培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。

［關(guān)鍵詞］創(chuàng)新能力；綜合性實驗；改革

醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)是生命科學(xué)領(lǐng)域重要的基礎(chǔ)學(xué)科，是遺傳學(xué)與醫(yī)學(xué)相結(jié)合的邊緣科學(xué)[1]，是本科臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。實驗在醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)教學(xué)中具有重要作用，經(jīng)典的醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)實驗教學(xué)項目有正常人染色體核型分析、減數(shù)分裂標(biāo)本制備與觀察、人類正常性狀和PTC嘗味能力的遺傳分析等[2]，教學(xué)項目類型單一、實驗內(nèi)容陳舊。實驗教學(xué)除了掌握基本操作和實驗技能外，更應(yīng)該注重實驗內(nèi)容的研究性和前沿性。相對于目前單一的驗證性實驗，綜合性實驗不僅能檢驗學(xué)生對基礎(chǔ)理論的掌握程度，也能培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力[3]?！翱蒲蟹床附虒W(xué)”是改善實驗教學(xué)現(xiàn)狀的有效措施。本文將開設(shè)兩年的課外實踐創(chuàng)新項目中的創(chuàng)新性實驗“人類苦味受體TAS2R38基因多態(tài)性分析”引入臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)本科生的醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)實驗教學(xué)中，作為綜合性實驗項目，力爭將實驗教學(xué)與大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)結(jié)合起來。現(xiàn)就該實驗的教學(xué)思路、設(shè)計和實施方案、教學(xué)效果等進(jìn)行探討。

一、教學(xué)思路

科研和教學(xué)是高校教師的基本職責(zé)，而大部分青年教師面臨著如何處理科研和教學(xué)關(guān)系的問題。如何將科研與教學(xué)有機(jī)結(jié)合、相輔相成，實現(xiàn)科研與教學(xué)的統(tǒng)一發(fā)展是本研究的基本思路。長期以來，實驗教學(xué)的實驗項目類型單一，項目之間知識點獨立，難以讓學(xué)生形成系統(tǒng)的知識架構(gòu)，更談不上創(chuàng)新性思維。本次改革的教學(xué)思路就是從實驗教學(xué)入手，更新經(jīng)典的驗證性實驗，將科研的思路融入其中，綜合不同課程的知識點，設(shè)計成綜合性實驗，以期培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力。筆者在調(diào)研上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院的課程整合實施方案時，發(fā)現(xiàn)該校將醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)和組織胚胎學(xué)的部分內(nèi)容有效整合在一門課程中。實踐證明，整合課程是教學(xué)內(nèi)容改革的必然趨勢，促進(jìn)相關(guān)內(nèi)容的縱向整合和橫向整合，以幫助學(xué)生正確理解遺傳現(xiàn)象的本質(zhì)[4]。與整合課程相對應(yīng)的實驗教學(xué)，也急需整合各課程的知識點，更新目前的實驗項目，開展綜合性實驗。

二、實驗設(shè)計及實施方案

本文設(shè)計的綜合性實驗的授課對象為臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生，實施時間為大三上學(xué)期，采用一人一組的教學(xué)方式，設(shè)置12學(xué)時。該實驗基于醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)實驗教學(xué)中傳統(tǒng)的PTC嘗味能力的遺傳分析實驗，屬于群體遺傳學(xué)的知識點。傳統(tǒng)的實驗學(xué)習(xí)目標(biāo)包括掌握不完全顯性的概念，學(xué)習(xí)基因型頻率和基因頻率的計算；加深理解群體遺傳平衡定律，并掌握卡方檢驗的方法；初步培養(yǎng)群體調(diào)查能力。實驗步驟主要包括配置不同濃度的PTC溶液，學(xué)生自測或者互測嘗到PTC苦味的濃度編號，判斷自己的基因型（TT，Tt或tt），之后統(tǒng)計全班的基因型，進(jìn)行遺傳學(xué)分析，包括計算基因型和基因頻率，卡方檢驗群體是否處于平衡等內(nèi)容。傳統(tǒng)的實驗內(nèi)容基本上包括了遺傳學(xué)和統(tǒng)計學(xué)的知識，但是，在目前醫(yī)學(xué)教育改革提倡課程整合的大趨勢下，該實驗顯得教學(xué)內(nèi)容陳舊、涉及學(xué)科較少、滲不透遺傳現(xiàn)象的本質(zhì)等問題。在高中學(xué)習(xí)階段，同學(xué)們對T和t這一對等位基因的理解比較深刻，但是，從DNA層面來理解T和t的區(qū)別是大學(xué)階段的學(xué)習(xí)重點。筆者在改革實驗之前，進(jìn)行了為期兩年的論證和實踐，帶領(lǐng)課程團(tuán)隊成功開設(shè)了4期基因克隆與功能研究課外實踐創(chuàng)新課程。該課程涉及了NCBI數(shù)據(jù)庫的介紹和使用、基因序列的查找和分析以及常用分子生物學(xué)技術(shù)等內(nèi)容，分為理論和實踐教學(xué)，得到了學(xué)生的一致好評[5]。我們將課外實踐創(chuàng)新課程上的科研小項目“人類苦味受體TAS2R38基因多態(tài)性分析”引入到醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課程的實驗教學(xué)中，改變該實驗的弊端，即學(xué)生無法從分子角度理解T和t這對等位基因的區(qū)別，更加無法理解單倍型的概念。改革后的綜合性實驗項目結(jié)合了醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)和生物信息學(xué)等知識，其中生物信息學(xué)及其相關(guān)軟件的使用更是學(xué)生平時上課接觸不到的知識，豐富了實驗教學(xué)內(nèi)容的同時，開拓了學(xué)生的科研視野，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識具有較大的作用。具體的實施方案是將傳統(tǒng)的PTC嘗味能力的遺傳學(xué)分析作為前期實驗內(nèi)容，后期聯(lián)合人類苦味受體TAS2R38基因多態(tài)性分析形成一個綜合性實驗。實驗?zāi)康陌ㄕ莆誅NA提取的原理和步驟，掌握PCR反應(yīng)的基本原理，熟悉PTC嘗味能力決定基因TAS2R38的結(jié)構(gòu)和功能，熟悉基因決定性狀、單倍型等概念。實驗前期準(zhǔn)備工作包括學(xué)生在老師的輔導(dǎo)下從NCBI網(wǎng)站下載人類TAS2R38基因的序列和設(shè)計擴(kuò)增基因序列的引物。實驗步驟包括使用DNA提取試劑盒提取學(xué)生自身的唾液DNA、PCR擴(kuò)增TAS2R38基因序列、瓊脂糖電泳檢測PCR產(chǎn)物、PCR產(chǎn)物進(jìn)行3730測序、測序結(jié)果的分析等。實驗結(jié)果包括畫出TAS2R38基因的結(jié)構(gòu)圖、基因CDS和肽鏈序列長度及引物所在位置、PCR擴(kuò)增結(jié)果圖并標(biāo)明片段大小、全班測序序列的比對結(jié)果、分析T和t等位基因的差異位點、單倍型的類型并計算單倍型頻率等（圖1）通過以上綜合性實驗流程，學(xué)生將深入理解人類基因的結(jié)構(gòu)和序列，并深刻體會遺傳現(xiàn)象的本質(zhì)和基因決定性狀的基本概念，有利于學(xué)生對科學(xué)研究有系統(tǒng)、綜合的認(rèn)識，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性和科研積極性。

三、教學(xué)效果總結(jié)

為了解學(xué)生對本次綜合性實驗開設(shè)的滿意度，在課程結(jié)束后，我們通過問卷調(diào)查的方式進(jìn)行教學(xué)效果評價。同一班級的學(xué)生（2018級臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)151名學(xué)生）分別對開設(shè)綜合性實驗的醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)和未開設(shè)綜合性實驗的生物化學(xué)的實驗教學(xué)進(jìn)行滿意度測試。結(jié)果顯示，90%的學(xué)生對醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)實驗教學(xué)較滿意，94%的學(xué)生對醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)實驗課程中開設(shè)綜合性實驗較滿意。而未開設(shè)綜合性實驗的生物化學(xué)課程，僅有78%的學(xué)生對實驗教學(xué)較滿意，15%的學(xué)生對實驗教學(xué)一般滿意，7%的學(xué)生對實驗教學(xué)不太滿意（圖2、圖3）。之后通過教師與學(xué)生面對面的交流，學(xué)生提出具體的意見和建議。①每個人提取自己的DNA并利用自己設(shè)計的引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增和測序，給學(xué)生實驗操作的機(jī)會，避免了多人小組實驗中部分學(xué)生不參與實驗的缺點，實驗技能顯著提高，也增進(jìn)了學(xué)生和教師的交流。②醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)綜合性實驗設(shè)計多門專業(yè)基礎(chǔ)課程的實驗內(nèi)容，學(xué)生對知識的掌握更加系統(tǒng)化。③教師對綜合性實驗的設(shè)計中包含了教師引導(dǎo)學(xué)生獨立思考，學(xué)生參與到實驗前期準(zhǔn)備中，激發(fā)了學(xué)生對實驗課程的熱情。④接觸到了課堂以外的科研實驗內(nèi)容，初步培養(yǎng)了學(xué)生對科研的興趣。綜上所述，將“人類苦味受體TAS2R38基因多態(tài)性分析”引入到醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課程的實驗教學(xué)中，綜合了多學(xué)科的基礎(chǔ)知識和實驗手段，讓學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)和領(lǐng)會了遺傳現(xiàn)象的本質(zhì)，模擬了科學(xué)研究的基本流程，培養(yǎng)了學(xué)生實踐技能、科研思維與創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)

［1］單長民,武玉永,楊軍厚,等.醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課程的優(yōu)化整合與實踐［J］.中國優(yōu)生與遺傳雜志,2015,23(6):133-134.

［2］王修海,單長民,楊康鵬.醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)實驗指導(dǎo)(第3版)［M］.北京:科學(xué)出版社,2012.

［3］梁可,徐英輝,余巧,等.基于學(xué)科交叉的藥學(xué)實驗教學(xué)模式的改革與實踐［J］.食品與藥品,2017,19(1):14-15.

［4］顧明敏,陸振虞,黃雷,等.醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課程建設(shè)的探索與實踐［A］.中國遺傳學(xué)會,首都師范大學(xué),安徽師范大學(xué).高等院校遺傳學(xué)教學(xué)改革探索［C］.中國遺傳學(xué)會,首都師范大學(xué),安徽師范大學(xué):中國遺傳學(xué)會,2010:5.

［5］翟立紅,鄭康鵬,任家鑫,等.本科課外實踐創(chuàng)新課程的教學(xué)與體會—以《基因克隆與功能研究》為例［J］.中國衛(wèi)生產(chǎn)業(yè),2019,16(13):117-118.

作者：肖娟 陳華波 陳雪嬌 姚勁松 翟立紅 單位：湖北文理學(xué)院醫(yī)學(xué)院