創(chuàng)新能力培養(yǎng)的綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)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(shí)驗(yàn)教學(xué)中綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和建構(gòu)系統(tǒng)化知識(shí)體系具有重要作用。“科研反哺教學(xué)”是打破陳舊的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)的重要手段。將開設(shè)兩年的課外實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目中的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)“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(shí)驗(yàn)教學(xué)中，作為綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(shí)驗(yàn)教學(xué)的項(xiàng)目類型，激發(fā)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)興趣，初步培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

［關(guān)鍵詞］創(chuàng)新能力；綜合性實(shí)驗(yàn)；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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)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(xiàng)目類型單一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊。實(shí)驗(yàn)教學(xué)除了掌握基本操作和實(shí)驗(yàn)技能外，更應(yīng)該注重實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的研究性和前沿性。相對(duì)于目前單一的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，綜合性實(shí)驗(yàn)不僅能檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)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]。“科研反哺教學(xué)”是改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀的有效措施。本文將開設(shè)兩年的課外實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目中的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)“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(shí)驗(yàn)教學(xué)中，作為綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，力爭(zhēng)將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)結(jié)合起來(lái)?，F(xiàn)就該實(shí)驗(yàn)的教學(xué)思路、設(shè)計(jì)和實(shí)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(wèn)題。如何將科研與教學(xué)有機(jī)結(jié)合、相輔相成，實(shí)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(zhǎng)期以來(lái)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目類型單一，項(xiàng)目之間知識(shí)點(diǎn)獨(dú)立，難以讓學(xué)生形成系統(tǒng)的知識(shí)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(shí)驗(yàn)教學(xué)入手，更新經(jīng)典的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，將科研的思路融入其中，綜合不同課程的知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)成綜合性實(shí)驗(yàn)，以期培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)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(shí)施方案時(shí)，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(shí)踐證明，整合課程是教學(xué)內(nèi)容改革的必然趨勢(shì)，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(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，也急需整合各課程的知識(shí)點(diǎn)，更新目前的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，開展綜合性實(shí)驗(yàn)。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)施方案

本文設(shè)計(jì)的綜合性實(shí)驗(yàn)的授課對(duì)象為臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生，實(shí)施時(shí)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(shí)。該實(shí)驗(yàn)基于醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中傳統(tǒng)的PTC嘗味能力的遺傳分析實(shí)驗(yàn)，屬于群體遺傳學(xué)的知識(shí)點(diǎn)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)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(jì)算；加深理解群體遺傳平衡定律，并掌握卡方檢驗(yàn)的方法；初步培養(yǎng)群體調(diào)查能力。實(shí)驗(yàn)步驟主要包括配置不同濃度的PTC溶液，學(xué)生自測(cè)或者互測(cè)嘗到PTC苦味的濃度編號(hào)，判斷自己的基因型（TT，Tt或tt），之后統(tǒng)計(jì)全班的基因型，進(jìn)行遺傳學(xué)分析，包括計(jì)算基因型和基因頻率，卡方檢驗(yàn)群體是否處于平衡等內(nèi)容。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本上包括了遺傳學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)的知識(shí)，但是，在目前醫(yī)學(xué)教育改革提倡課程整合的大趨勢(shì)下，該實(shí)驗(yàn)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(wèn)題。在高中學(xué)習(xí)階段，同學(xué)們對(duì)T和t這一對(duì)等位基因的理解比較深刻，但是，從DNA層面來(lái)理解T和t的區(qū)別是大學(xué)階段的學(xué)習(xí)重點(diǎn)。筆者在改革實(shí)驗(yàn)之前，進(jìn)行了為期兩年的論證和實(shí)踐，帶領(lǐng)課程團(tuán)隊(duì)成功開設(shè)了4期基因克隆與功能研究課外實(shí)踐創(chuàng)新課程。該課程涉及了NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)踐教學(xué)，得到了學(xué)生的一致好評(píng)[5]。我們將課外實(shí)踐創(chuàng)新課程上的科研小項(xiàng)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(shí)驗(yàn)教學(xué)中，改變?cè)搶?shí)驗(yàn)的弊端，即學(xué)生無(wú)法從分子角度理解T和t這對(duì)等位基因的區(qū)別，更加無(wú)法理解單倍型的概念。改革后的綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(jì)學(xué)和生物信息學(xué)等知識(shí)，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(shí)上課接觸不到的知識(shí)，豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的同時(shí)，開拓了學(xué)生的科研視野，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)具有較大的作用。具體的實(shí)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(shí)驗(yàn)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(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)?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(shí)驗(yàn)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(jì)擴(kuò)增基因序列的引物。實(shí)驗(yàn)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(cè)PCR產(chǎn)物、PCR產(chǎn)物進(jìn)行3730測(cè)序、測(cè)序結(jié)果的分析等。實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)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(cè)序序列的比對(duì)結(jié)果、分析T和t等位基因的差異位點(diǎn)、單倍型的類型并計(jì)算單倍型頻率等（圖1）通過(guò)以上綜合性實(shí)驗(yàn)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(huì)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(duì)科學(xué)研究有系統(tǒng)、綜合的認(rèn)識(shí)，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(duì)本次綜合性實(shí)驗(yàn)開設(shè)的滿意度，在課程結(jié)束后，我們通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查的方式進(jìn)行教學(xué)效果評(píng)價(jià)。同一班級(jí)的學(xué)生（2018級(jí)臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)151名學(xué)生）分別對(duì)開設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)的醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)和未開設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)的生物化學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行滿意度測(cè)試。結(jié)果顯示，90%的學(xué)生對(duì)醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)較滿意，94%的學(xué)生對(duì)醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中開設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)較滿意。而未開設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)的生物化學(xué)課程，僅有78%的學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)較滿意，15%的學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般滿意，7%的學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不太滿意（圖2、圖3）。之后通過(guò)教師與學(xué)生面對(duì)面的交流，學(xué)生提出具體的意見和建議。①每個(gè)人提取自己的DNA并利用自己設(shè)計(jì)的引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增和測(cè)序，給學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的機(jī)會(huì)，避免了多人小組實(shí)驗(yàn)中部分學(xué)生不參與實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)多門專業(yè)基礎(chǔ)課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握更加系統(tǒng)化。③教師對(duì)綜合性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中包含了教師引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考，學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備中，激發(fā)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的熱情。④接觸到了課堂以外的科研實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，初步培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)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(shí)驗(yàn)教學(xué)中，綜合了多學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)手段，讓學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)和領(lǐng)會(huì)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(shí)踐技能、科研思維與創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)

［1］單長(zhǎng)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(shí)踐［J］.中國(guó)優(yōu)生與遺傳雜志,2015,23(6):133-134.

［2］王修海,單長(zhǎng)民,楊康鵬.醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)(第3版)［M］.北京:科學(xué)出版社,2012.

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［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(shí)踐［A］.中國(guó)遺傳學(xué)會(huì),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(guó)遺傳學(xué)會(huì),首都師范大學(xué),安徽師范大學(xué):中國(guó)遺傳學(xué)會(huì),2010:5.

［5］翟立紅,鄭康鵬,任家鑫,等.本科課外實(shí)踐創(chuàng)新課程的教學(xué)與體會(huì)—以《基因克隆與功能研究》為例［J］.中國(guó)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