醫學(xué)分子生物學(xué)實(shí)驗教學(xué)論文

　　前言

　　目前，分子生物學(xué)實(shí)驗技術(shù)已經(jīng)成為探討生命科學(xué)基本問(wèn)題的最常見(jiàn)的手段，經(jīng)典的DNA提取、質(zhì)�？寺『吞崛�、核酸電泳、膠回收、蛋白提取與WesternBlot等常規分子生物學(xué)實(shí)驗技術(shù)成為醫學(xué)和生物學(xué)本科生需要掌握的基本技能[1-5]。然而，傳統的教學(xué)傾向于孤立的講解和指導這些實(shí)驗方法，側重按照實(shí)驗步驟完成實(shí)驗本身，僅僅是培養了學(xué)生的動(dòng)手能力，而忽略了這些技術(shù)究竟能解決什么問(wèn)題，以及如何在實(shí)際科研中具體應用這些方法。事實(shí)上，后者對學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題更為重要，應該是培養的重點(diǎn)[6]。以基于問(wèn)題學(xué)習（Prob-lem-BasedLearning，即PBL)的教學(xué)模式在國內外已經(jīng)得到普遍認同與廣泛應用[7-10]。然而，在分子生物學(xué)實(shí)驗教學(xué)中該方法存在一定難度，限制了其推廣和應用。因為，單獨一個(gè)技術(shù)往往解決不了一個(gè)真正的科學(xué)問(wèn)題；此外，一個(gè)科學(xué)問(wèn)題往往又涉及太多實(shí)驗方法，是本科實(shí)驗教學(xué)常規實(shí)驗技術(shù)難以全面覆蓋。另外，以問(wèn)題導向，往往涉及多個(gè)實(shí)驗，在實(shí)驗材料準備等方面也提出更高要求。從這個(gè)角度，選擇合適的科學(xué)問(wèn)題，并加以科學(xué)引導成為PBL在分子生物學(xué)實(shí)驗教學(xué)中的難點(diǎn)問(wèn)題[11]。本研究針對本科實(shí)驗教學(xué)中出現的上述問(wèn)題，嘗試通過(guò)證明"突變β-catenin促進(jìn)結腸癌細胞增殖"，將DNA提取、質(zhì)�？寺『吞崛�、核酸電泳、蛋白提取與WesternBlot等常規分子生物學(xué)實(shí)驗有機整合起來(lái)，探討這種"PBL教學(xué)法"在分子生物學(xué)實(shí)驗教學(xué)中的應用和具體效果。

　　1醫學(xué)分子生物學(xué)實(shí)驗課PBL教學(xué)科學(xué)問(wèn)題的設置

　　針對教學(xué)大綱中涉及的DNA提取、質(zhì)�？寺『吞崛�、核酸電泳、蛋白提取與WesternBlot等要求，啟發(fā)并引導同學(xué)證明"突變β-catenin促進(jìn)結腸癌細胞增殖"這一科學(xué)問(wèn)題。具體分為：

　�。�1）證明部分結腸癌細胞中存在β-catenin基因突變；具體實(shí)驗技術(shù)包括細胞培養、DNA的提取、PCR、膠回收和測序；

　�。�2）證明突變的β-catenin促進(jìn)細胞增殖。具體實(shí)驗技術(shù)包括DNA提取、PCR、載體構建、質(zhì)粒提取、細胞轉染、WB和細胞增殖實(shí)驗。其中細胞培養、測序、載體構建、細胞增殖實(shí)驗為示教或者觀(guān)看錄像；其余的實(shí)驗則為學(xué)生具體操作。

　　2以"突變β-catenin促進(jìn)結腸癌細胞增殖"為例的PBL實(shí)驗教學(xué)實(shí)施及效果

　　我科室承擔臨床醫學(xué)本科生分子生物學(xué)實(shí)驗課的教學(xué)。以往實(shí)驗課的教學(xué)內容包括DNA提取、質(zhì)�？寺『吞崛�、核酸電泳、膠回收、蛋白提取與WesternBlot等，這些實(shí)驗技術(shù)相對孤立的講解和實(shí)施。學(xué)生雖然能夠掌握每個(gè)實(shí)驗技術(shù)本身，但是對這些實(shí)驗技術(shù)之間的聯(lián)系及利用它們解決科學(xué)問(wèn)題缺乏深層的思考和理解。近年來(lái)，我科室嘗試以科學(xué)問(wèn)題為導向，試圖將這些實(shí)驗技術(shù)整合到一起，在培養學(xué)生動(dòng)手能力的同時(shí)，培養分析、解決科學(xué)問(wèn)題的能力。在具體實(shí)施時(shí)，任課教師首先介紹結腸癌的發(fā)病率及β-catenin突變在結腸癌演變中發(fā)揮重要作用。然后，拋出問(wèn)題：如何證明"突變β-catenin促進(jìn)結腸癌細胞增殖"。在引導下，將問(wèn)題歸結為如何證明結腸癌細胞中存在β-catenin基因突變以及如何證明突變的β-catenin促進(jìn)細胞增殖。在此基礎上，將實(shí)驗設計為：

　　1）提取結腸癌HCT116細胞基因組DNA（結腸癌細胞株HCT116含有β-catenin突變），并通過(guò)PCR擴增β-catenin突變區域；

　　2）電泳PCR產(chǎn)物并膠回收、測序并分析測序結果；

　　3）觀(guān)看載體構建錄像，提取突變型β-catenin表達載體，酶切鑒定；

　　4）示教細胞培養和基因轉染；

　　5）提取蛋白，Westernblot實(shí)驗驗證轉染效率；

　　6）示教MTT檢測細胞增殖。每堂課開(kāi)始時(shí)，回顧前一個(gè)實(shí)驗的內容；結束時(shí)，提出下一個(gè)實(shí)驗及目的。通過(guò)隨堂觀(guān)察學(xué)生的積極性，分析實(shí)驗記錄完成的質(zhì)量以及期末考試檢測對實(shí)驗技術(shù)本身的理解和運用能力，評價(jià)PBL教學(xué)的效果。結果顯示，使用PBL教學(xué)后，學(xué)生的積極性大幅度提高，主要表現為學(xué)生預習和復習的比例增加，回答問(wèn)題的準確率提高，期末考試成績(jì)比以往也顯著(zhù)提高。90%的學(xué)生對該PBL教學(xué)的非常認可，滿(mǎn)意度很高，大部分學(xué)生都認為PBL教學(xué)提高了學(xué)習效率，調動(dòng)了學(xué)習主動(dòng)性和針對性，對分子生物學(xué)實(shí)驗和理論都有了很好的認識。

　　3PBL教學(xué)在分子生物學(xué)實(shí)驗教學(xué)中的優(yōu)勢和存在問(wèn)題

　　"突變β-catenin導致Wnt信號異常、進(jìn)而促進(jìn)結腸癌細胞增殖"是一個(gè)常見(jiàn)的、廣為認可的科學(xué)問(wèn)題[18-21]，以此為問(wèn)題的PBL教學(xué)，系統整合了教學(xué)大綱要求的常見(jiàn)分子生物學(xué)實(shí)驗方法，全面生動(dòng)的進(jìn)行分子生物學(xué)實(shí)驗教學(xué)，使得孤立的實(shí)驗方法變得系統，并貼近實(shí)際應用，提高了學(xué)生的主動(dòng)性、積極性，提高了學(xué)習效率，改善了教學(xué)效果。我們通過(guò)實(shí)際教學(xué)，總結出以"突變β-catenin促進(jìn)結腸癌細胞增殖"為問(wèn)題，開(kāi)展PBL教學(xué)的優(yōu)越性和存在的問(wèn)題，討論如下：

　　3.1以"突變β-catenin促進(jìn)結腸癌細胞增殖"為問(wèn)題的PBL教學(xué)

　　增強學(xué)生對知識的整體把握和運用作為一門(mén)實(shí)驗科學(xué)，運用分子生物學(xué)技術(shù)解決實(shí)際臨床和科研工作是根本目的�；�于"突變β-catenin促進(jìn)結腸癌細胞增殖"的課程設計，從教學(xué)效果上，首先鞏固了理論知識，貼近了未來(lái)臨床和科研工作，增強了學(xué)生學(xué)習的興趣。授課時(shí)，老師在講解理論背景的同時(shí)，不斷啟發(fā)學(xué)生自己提出問(wèn)題、解決問(wèn)題，最后由老師總結、點(diǎn)評。同時(shí)老師將指出這一機制實(shí)際的發(fā)現過(guò)程，通過(guò)這種啟發(fā)和比較的教學(xué)方法，培養學(xué)生整體思考和解決問(wèn)題的能力，為今后臨床和科研工作打下良好的基礎。

　　3.2PBL教學(xué)需要選好科學(xué)問(wèn)題

　　通過(guò)作者的實(shí)踐表明，選好合理的科學(xué)問(wèn)題是整合大綱規定的實(shí)驗技術(shù)、調動(dòng)學(xué)生學(xué)習積極性的關(guān)鍵。隨著(zhù)分子生物學(xué)理論和技術(shù)的發(fā)展，有些科學(xué)問(wèn)題可以通過(guò)更加先進(jìn)的實(shí)驗技術(shù)加以闡釋?zhuān)�完全開(kāi)放或復雜的科學(xué)問(wèn)題，可能將學(xué)生引入復雜的實(shí)驗技術(shù)，超越本課程的要求和大部分學(xué)生的學(xué)習能力，反而起不到預期的效果。另一方面，過(guò)于簡(jiǎn)單的科學(xué)問(wèn)題，無(wú)法調動(dòng)學(xué)生的興趣，也不能整合多個(gè)實(shí)驗技術(shù)，失去了整合和系統的優(yōu)勢。

　　3.3PBL教學(xué)需要要充足的準備時(shí)間和配套的教學(xué)資源

　　由于PBL教學(xué)模式要求以學(xué)生為主體、強調自主學(xué)習，學(xué)生必須根據教師提出的問(wèn)題進(jìn)行分析，查閱大量的資料，整理、組織所得到的結果。要取得預期的教學(xué)效果，學(xué)生需要充分調研結腸癌的發(fā)病率、發(fā)病機制、基因突變等理論知識，同時(shí)要提前預習和熟悉實(shí)驗步驟。只有在理論和操作都有一定程度的理解的基礎上，才能有時(shí)間和精力理解這些方法內在的聯(lián)系，也才能在掌握實(shí)驗技術(shù)本身的基礎上實(shí)現活學(xué)活用。實(shí)驗教學(xué)中，PBL教學(xué)需要準備的不僅是科學(xué)問(wèn)題本身，還需要準備解決科學(xué)問(wèn)題本身所需的實(shí)驗試劑和設備。從這個(gè)角度，選題的時(shí)候就必須考慮實(shí)驗試劑的可行性。"突變β-catenin促進(jìn)結腸癌細胞增殖"需要特殊的實(shí)驗材料為β-catenin突變的細胞株，HCT116就屬于這樣一個(gè)細胞株，在分子生物學(xué)實(shí)驗室屬于常見(jiàn)細胞株，且104-105個(gè)細胞就可以滿(mǎn)足一個(gè)小組的實(shí)驗需求，因此容易保證實(shí)驗材料的供給。針對這樣的科學(xué)問(wèn)題，實(shí)驗材料準備是可行的；但相比傳統的組織DNA提取，實(shí)驗試劑的準備工作量增加很多。實(shí)際操作中，可以考慮采用臨床驗證過(guò)的組織標本�；�于"突變β-catenin促進(jìn)結腸癌細胞增殖"的PBL教學(xué)中需要一些實(shí)驗銜接不同實(shí)驗技術(shù)教學(xué)之間的空檔，如基因轉染、載體構建等。這些內容有學(xué)生獨立完成需要較高的實(shí)驗平臺和試劑保障，所以采用示教和視頻觀(guān)摩的方式，即保證了完整性，又降低了難度和保障需求。最后，PBL實(shí)驗教學(xué)前后步驟（實(shí)驗）之間緊密聯(lián)系，一個(gè)實(shí)驗的失敗會(huì )導致后續實(shí)驗的失敗或中斷。這就要求：第一，教員在實(shí)驗試劑準備方面要充分，及時(shí)準備好備用樣本，保證實(shí)驗繼續；第二，實(shí)驗的每一個(gè)階段，要有嚴格的對照和質(zhì)量控制，保證及時(shí)發(fā)現問(wèn)題，尋找針對性補救措施。

　　4PBL應用于醫學(xué)分子生物學(xué)實(shí)驗課教學(xué)的展望

　　應用PBL進(jìn)行醫學(xué)分子生物學(xué)教學(xué)，能夠有效將需要掌握的分子生物學(xué)問(wèn)題有機的整合起來(lái)，解決傳統教學(xué)的孤立地講授各個(gè)實(shí)驗方法的弊端，提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習的主動(dòng)性，增強了學(xué)生靈活運用知識的能力。但PBL用于實(shí)驗教學(xué)同樣面臨一些問(wèn)題。例如，如何選擇合適的科學(xué)問(wèn)題，使得盡量涵蓋所要教授的方法的同時(shí)，又不引入太多其它實(shí)驗方法；如何準備相應的實(shí)驗器材和試劑、特別是如何解決學(xué)生前一個(gè)實(shí)驗失敗導致的后續實(shí)驗無(wú)法繼續的問(wèn)題。如何合理設計科學(xué)問(wèn)題、充分準備實(shí)驗設備和試劑、綜合使用示教和操作，在保證教學(xué)進(jìn)度和內容的基礎上提升教學(xué)質(zhì)量將是PBL教學(xué)發(fā)展的方向和主要解決的問(wèn)題。

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