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達爾文的進化論中曾提到,自然選擇不過是差異的幸存者或優惠變種的產生,這個過程每一代繼續下去,使得有機體逐漸對環境能夠適應的更好,當環境改變了其特性也跟著變,這種改變必具有生存的價值。
當不同地方的動物種群面對稍微差異的環境,彼此間就有分歧,最后,他們的分歧足以使彼此分開,形成不同的種,兩個或多個的種可能由一個祖先產生,通過了對改變了的環境的適應而分離,一個種群的動物和他們的祖先,也可足以變成不同的種。
theodosius dobzhansky曾給進化這樣的定義:“生物進化乃是生物與其生存環境之間相互作用的變化所導致的部分或整個生物種群遺傳組成的一系列不可逆的改變。它包括對新環境的適應輻射,對環境變化的調節,以及產生新型的生活方式去適應變化了的環境?!?/p>
讓我們看看動物是怎樣離開水的搖籃,開始登陸生活的。
當動物離開水這種稠密的液體,而讓自己到很輕的氣體—空氣,就會遇到體質上的巨大難題,先是呼吸,這是一種把生命所需要的氧輸入到血液中去的方式。魚類直接把水吸入口中,再通過鰓排出水來吸收其中的氧,魚鰓由充滿毛細血管的絲狀體組成,特別適于氣體交換。但直接從空氣中吸入氧氣就需要肺,這是一種能吸入空氣的器官,通過一層濕潤的膜使氧氣滲入血管中。
第二個問題是地心引力的影響。在水中,身體實際上沒有重量,但在空氣中卻不然,這就意味著在陸地上運動需要有強大肌肉產生的力量。魚在水中運動是靠側向的擺動——靠尾部發出的一種波浪形的扭動來前進的,但身體在陸地上運動,只有靠身體與地面產生的摩擦力來推動,所以需要一種能移動的支撐物——腿來將自己的身體抬離地面。
再有一個問題就是體溫的調節,水體在吸熱和散熱方面要比陸地和它上部的空氣來得慢。魚是冷血動物,能去它們游泳的水溫中正?;顒?;然而一個冷血的陸生動物卻必須設法對付溫度較大幅度的變化。
水生動物不可能貿然爬到陸地上生活,否則它們必然會因用偶鰭來支撐身體而疼痛不堪,要呼吸氧氣卻透不過氣來,被他自己的體重壓垮,半邊身體被太陽光烤的皮開肉綻,因干燥而劇痛的眼睛所窺視到的卻是一個充滿了它聽不見聲音的世界。
它們必須通過相應的改變來適應新的環境,兩棲動物就實現了這種適應。
兩棲動物是水生向陸生過渡的脊椎動物,由古代總鰭魚進化而來,它能夠開始登上陸地生活,主要是因為具有陸地生活所必須的三個條件:1.有肺,可以在空氣中進行呼吸。盡管兩棲動物肺的功能尚不完備,但其皮膚有黏液濕潤,可以補充肺臟功能的不足。2.早期的兩棲類身被骨甲或者硬質皮膜,能防止皮膚表面水分過分蒸發;現生的兩棲類則生活于陰暗潮濕處,并且分泌粘液,以減少水分蒸發。3.具有四肢,能夠在沒有水的浮力的陸地上支撐身體和運動。
兩棲動物初步適應了陸地生活,其骨骼,肌肉和生理功能與水生的祖先魚類相比,都有不少改變,但與更加進化的爬行動物比,其功能還有許多不完善的地方:
肺很簡單。沒有形成胸廓,它的呼吸只是借助于口咽腔底部的上下動作來完成,以口咽腔和肺共同完成氣體交換,還要靠薄的皮膚經常保持濕潤狀態和豐富的皮下毛細血管進行皮膚呼吸,才能滿足生理需要。本文由--收集整理
爬行動物比兩棲動物更好的適應陸地上干燥且變化劇烈的氣候等生活環境。
1.爬行動物的皮膚角質化程度加深,體表披有角質的鱗,皮膚干燥,缺少腺體。其皮膚已不具有呼吸的功能,而能有效地防止體內水分散失。
2.爬行動物的趾端有爪,由外皮角質層演變而來,便于在陸地上爬行。
3.爬行動物的骨骼比較堅實,大多為硬骨,分化程度更高。
4.爬行動物具有典型的五趾型的四肢,比兩棲動物的四肢更加堅強,適于支持身體在陸地上行動。蛇類還具發達的皮膚肌,用以牽動腹部的鱗片,以幫助爬行。
除骨骼構造特征之外,其軟體構造也具有某些特征,使其更適應陸地生活:
1.爬行動物具有三室心臟,其心臟中不僅心房已完全分隔,而且心室中也出現不完全的室間隔,即心室分為兩半,含氧血和缺氧血分開。
2.肺的呼吸功能更加完善,成體完全行肺呼吸。
3.繁殖方式對于陸地生活也取得了完全適應。爬行動物為體內受精,其幼體不經過變態,直接完成發育,通過羊膜卵擺脫了對于水生環境的依賴。
4.排泄系統也適應了陸地生活。一些在干旱地帶生活的爬行類,膀胱具有回收水分的能力,對于維持體內的水分作用非常大。有些居住在多鹽環境如海水中和干旱條件下的爬行動物,如蜥蜴,蛇和龜類,除了腎臟能排除體內多余的鹽分外,還發展了專門的鹽腺,可以排除體內多余的鹽分,以維持正常的新陳代謝的進行。
其中,需要提及爬行綱,鳥綱和哺乳綱等對陸生環境適應的一個重要體現——羊膜卵,這是脊椎動物征服陸地的一個重要的里程碑,正是由于羊膜卵的出現,才使這3個綱的脊椎動物能夠拜托對水中生活環境的依賴,得以在陸地上繁衍生息,終于成為陸地的統治者。
羊膜卵的外面包有一層石灰質的硬殼或者不透水的纖維質卵膜。其功能是防止卵受到機械損傷并避免卵內的水分蒸發和阻止細菌對卵的侵害。卵內有一個很大的卵黃囊,儲藏大量的營養物質,足以保證胚胎不經過變態而直接發育成幼體。
二.動物的結構特征對環境的適應
環節動物的分節現象,可能是由于他們的祖先適應當時生活環境形成的,他們的祖先可能是身體細長,具有體腔的動物,由于長期棲息在海底的泥沙或洞穴內,身體經常按不同部位進行有序列的收縮蠕動,久而久之,就形成了身體一部分體壁上的環肌和縱肌能相對獨立的收縮舒張,使身體分段,變短變粗,導致分節。
節肢動物為何海陸空廣泛分布?因其具有適應不同生存環境的結構器官,水生節肢動物靠鰓或書鰓呼吸,陸生種類是氣管或書肺,節肢動物的體表被有一層較厚的幾丁質外骨骼。
在傳統動物學實驗教學中,一般是教師先講解實驗的基本方法,演示實驗動物的解剖過程和主要結構,然后學生按照實驗操作完成實驗。這種填鴨式的教學方法,往往使學生產生依賴思想,無法培養學生獨立思考的習慣,也不利于學生綜合能力的培養。我們的教學方法是在前一次實驗結束后要求學生預習下一次實驗內容,使學生明確實驗的目的,初步了解實驗過程。我們還要求學生積極參與實驗的全過程,包括實驗前的準備工作和整個實驗操作過程。例如,在原生動物實驗前,安排學生到校園及其周邊采集水生動物,回到實驗室進行培養、分離;魚類系列實驗前,要求學生到市場調查常見的魚類及其分類。實驗過程中,教師不僅只講解實驗原理、目的和步驟,而且需要著重講解實驗的重點、難點和關鍵操作,以及實驗注意事項,學生分為2至5人一個小組為單位完成整個實驗。實驗中遇到的問題,一般不采取直接回答,而是逐步引導啟發學生,鼓勵學生獨立思考或互相探討,尋找問題的答案。
2.充分利用實習環節,提高實踐效果
堂上已講授了動物分類方面的知識,在實驗教學上就不再講解這方面的知識,既避免了與理論教學的重復,又縮短了教師的講解時間,使學生有更多的觀察、實驗操作和探索時間。在動物學實習過程中,我們先在動物園觀察和識別魚類、爬行類、鳥類和哺乳類動物的鑒別性特征,并進行分類,為了進一步把理論知識和野生動物聯系起來,然后到野生動物園觀察其形態特征、生活習性和棲息環境等。野外實習結束時要學生撰寫調查報告和專題報告,既豐富了所學的知識,也培養了學生的綜合能力,為今后從事社會工作奠定了良好的基礎。
3.改革實驗考核方法,注重學生綜合能力的培養
【關鍵詞】實驗動物學中醫藥院校教學改革
實驗動物學是一門研究實驗動物及動物實驗的綜合性新興學科,它融合了生物學、醫學、獸醫學、遺傳學等諸多學科的知識,具有很強的綜合性和交叉性,同時它的發展又推動了基礎醫學、臨床醫學、預防醫學和中醫藥學的發展,對科學研究尤其是生命科學研究起著越來越重要的作用,因而受到了相關部門的高度重視,也逐步步入了高等醫學院校的課堂,是中醫藥院校多數專業研究生必修的一門基礎課,也是部分中醫、中藥、藥學、生物工程、中西醫結合專業本科生的選修課程[1]。我院在研究生和本科生中開設這門課程也有近十年的歷史,這對于我院普及實驗動物學的有關知識和提高學生的動手能力起到了一定的推動作用。但由于教師隊伍的不專業(多為實驗動物中心的工作人員或病理、生理教研室的教師),加之教學大綱及教學內容的不統一、考核辦法的過時以及該課程是選修課的緣故,使得教學效果不好,流于形式化,達不到預期的目的,對學生動手能力的培養也就無從談起[2]。為此,筆者在實驗動物教學實踐中大膽進行教學改革,更新教學觀念,改革教學模式,改進教學方法與考試考核辦法,在我院中西醫結合專業研究生及中醫、中藥、藥學等本科班教學中取得了較好的效果。
1更新教育觀念,確立了理論與實踐并重的指導思想
在以前的實驗動物學教學過程中,我們基本上以講授實驗動物學的基本理論為主,忽視了實驗操作和動手能力的培養,學完后即進行理論考試,與當時開設這門課程主要為提高學生綜合素質和科研能力的初衷不符。因為實驗動物學是一門實踐性較強的學科,單純講授理論對于以往很少接觸實驗動物的學生來說,往往非常抽象,效果也不好。因此,在實驗動物學教學過程中,有必要更新教學觀念,確立以理論與實踐并重的指導思想,改過去的以理論學習為主為現在的以理論與實踐相結合為重點,改過去僅重視課堂學習為現在還重視實踐操作,采用更加行之有效的教學方法逐步提高實驗動物學的教學水平和教學質量,為學生進入實驗室和走上社會工作崗位打下良好的基礎。在具體實施過程中,要緊緊圍繞提高學生動手能力為目的這個中心,制訂切實可行的教學計劃,適當減少理論課時數,增加實驗課時數,使實驗課時占到總課時的40%左右。同時豐富教學內容,使實驗教學不單純停留在實驗動物的捉拿、保定、麻醉、采血、給藥等基本操作上,而是把科學設計實驗、選擇合適動物復制中醫證候動物模型進行相關的中醫藥實驗等綜合項目放在學生的實驗課上,確保學生動手能力的提高。
2豐富教學內容和改革教學方法,探索適合本學科特點的新的教學模式
實驗動物學的主要內容包括如何培養出高質量的符合各種實驗要求的實驗動物以及如何利用這些符合要求的實驗動物合理地設計、開展動物實驗并獲得準確可靠的實驗結果。對于中醫藥院校的畢業生,他們未來大多是實驗動物的使用者。因此,對如何培養標準的實驗動物的內容可略講,而對如何利用實驗動物進行科學實驗的內容要詳講。在教學內容的選擇上根據學生的具體情況要有所側重。對研究生來說,重點要講授實驗動物的選擇和應用、動物模型的復制技術、影響動物實驗效果的因素及其控制、相關的動物實驗方法、最新的法規和動物實驗的進展,增加學生實驗動手的機會,提高實驗課程的深度和難度;對本科生來說,重點要提高學生的學習興趣,著重講述實驗動物學的新技術、新進展(轉基因技術、克隆技術、基因敲除技術)、實驗動物的一般操作技術等。堅持以基礎知識為根本,側重相關知識、前沿知識的原則,通過對實驗動物學知識的學習,使學生對實驗動物的教學內容和方法,對其歷史、現狀、前沿等方面的知識有整體的了解。在教學過程中根據不同的教學內容采用不同的教學方法。除傳統的教學方法以外,還采用演示法、參觀法、實驗法等[3],以提高教學效果。
2.1演示法實驗動物學的內容十分豐富,在信息化的今天,實驗動物學課堂教學就不能再停留在單純的黑板加粉筆上,而應該充分利用現代化的教學輔助手段,不然的話會造成教師努力講,學生認真聽,但收效不大的現象,為此,教師在講授這門課程時,不能一味地采用講授、描述等傳統方法幫助學生理解和記憶,還應靈活運用各種現代化的教學輔助手段,如投影、幻燈、多媒體課件等,把要講的內容形象化,視、聽并用,以增強學生的感性認識,同時又有助于調動學生的學習積極性。如介紹實驗小鼠的常用品種、品系時,可以將KM小鼠、DBA小鼠、C57BL/6小鼠、615小鼠的圖片通過多媒體展示出來,并結合圖片介紹它們的生物學特性及在生物醫學中的應用,使學生能形象、直觀地理解和記憶,加深對不同品種、品系小鼠的認識,改變過去認為實驗小鼠就只有單純白色,而沒有黑色、野生色、灰色等的錯誤觀念;再如介紹該學科較前沿的轉基因和克隆技術時,也可以通過多媒體向學生展示嵌合體小鼠、綠色熒光小鼠、移植技術使身上能長出人耳朵的裸鼠及動物無性繁殖(即克?。┑膭游铮ぐl學生學習本課程的興趣。
2.2參觀法實驗動物的環境控制是實驗動物學一個十分重要的內容,但在講授屏障環境時,涉及到屏障環境的溫、濕度調節系統、通風凈化系統、消毒隔離系統以及屏障環境系統內要做到人流、物流、動物流“三流”分開時,在課堂上講,教師往往難以講清楚,學生也難以聽懂。如能根據教學目的,組織學生到實地參觀并講解,那么效果將十分好。屏障系統除感染性實驗室以外,一般多為正壓,學生通過實地參觀進入實驗室時開啟每一扇門迎面吹來的氣流就可以切身感受到屏障環境內不同區域存在著的壓差;通過實地參觀,可以更好地理解屏障環境要進行人、物及動物分流的重要性,了解消毒隔離系統的操作規程。為今后走上工作崗位,進入實驗室工作掌握第一手感性資料。
2.3實驗法在實驗動物學的實驗教學中,教師應盡量以學生為主體,自己僅充當指導與協作者,讓學生多動手、動腦,以激發學生的興趣,培養其知難而進的勇氣。讓其獨立完成實驗的各個步驟,從而提高學生學習這門課程的積極性和動手能力。對于諸如捉拿、保定、麻醉、采血、給藥等基本操作技術,在進行示范之后,要讓學生親手操作,對于學生因將動物抓得太緊引起動物窒息死亡和灌胃灌到氣管里導致動物死亡等的錯誤操作要及時予以糾正;對于不同動物為何要采取某種采血和給藥的方式。如小鼠采血為什么多采用尾靜脈和摘眼球采血而不用心臟采血,主要原因是因為動物小,心率太快,無法進行心臟采血,讓學生在實踐中找答案。這樣在教師指導下,既能讓學生熟練掌握實驗技術,培養實際操作技能,又能對一些實驗方法有更深的了解。
當然,實驗動物學教學除了以上方法以外,還可以采用討論或問題式教學方法。倡導以教師為主導、學生為主體、形式多樣、生動活潑的師生雙向交流、教學相長的教學模式,積極營造“平等、和諧、求知、創新”的課堂教學氛圍,充分調動教與學的積極性[4]。如對某抗腫瘤藥物的實驗研究可以同學生一起討論為什么要選擇這種動物(如裸鼠)而不選擇別的動物,同時還可以對造模接種的部位、給藥的方式及藥效的評價等進行探討,讓學生對抗腫瘤實驗研究從實驗設計開始到實驗結束全過程有一個全面的認識,為全面提高學生素質打下堅實的基礎。
3加強考試考核改革,培養“高分高能型”的科技人才
多年來,在我國人才培養中經常會出現學習成績很好,畢業后工作能力一般的所謂“高分低能型”人才現象,造成這種“高分低能”現象的主要原因是考試考核重理論輕實踐、重分數輕能力的結果。對于實驗動物學教學同樣存在這種情況,學生通過該課程的學習是否對實驗動物學的基本知識有比較系統的了解,能否應用實驗動物學的基本知識去分析和解決問題,能否熟練地開展有關動物實驗,能否對動物實驗的各個環節進行嚴格的控制和科學的處理,既能反映學生“學”的效果,也能反映教師“教”的水平。以前多是通過理論考試,根據學生的分數來評定學生“學”的效果和教師“教”的水平。不可否認,這樣的評價方法有一定的科學性、合理性和可操作性,但對像實驗動物學這樣一門實踐性較強的學科就有一定的局限性。為了避免出現“高分低能”現象,培養“高分高能”人才,在本學科的教學改革過程中,加強了考核辦法的改革,對理論考試的基本概念部分可通過問答、思考、判斷題等形式考查;對綜合應用部分可提出某個科研設想,由學生自行設計,并根據其設計方案評分,同時加強實踐基本操作考核,將實驗成績單列,并將實踐動手能力考核成績提高到該門課程總成績的40%。綜合評定學生的學習效果。
盡管在實驗動物學教學改革方面做了一些工作,但仍存在許多亟待探索和解決的課題,如本課程內容及相關基礎課(生理、病理、藥理實驗課)合并的改革;編寫全國中醫藥院校統一的教科書;建立專業化的實驗動物學教學隊伍;開設教師進修培訓基地,加強實驗動物學科建設等。我們期望中醫藥實驗動物教學工作能夠得到教育行政管理部門及廣大實驗動物科技工作者的高度關注。
【參考文獻】
[1]鄒移海,黃翔,連至誠,等.中醫實驗動物學[M].廣州:暨南大學出版社,1999:11.
[2]黃文華,張燈成.與大學生探討實驗動物學在醫學研究中的重要性[J].西北醫學教育,2002,10(4):243.
實驗動物學在本校是該專業的一門學科基礎選修課,通過實驗動物學的課程教學和實驗教學,使學生掌握實驗動物學的基本理論知識和基本實驗技能,了解實驗動物學對于生命科學發展的重要意義,了解國內外實驗動物學科的發展狀況及相應法律法規,培養學生的科研創新能力和解決實際問題的能力,使學生養成科學嚴謹的實驗態度和良好習慣。要求學生能掌握實驗動物學的基本理論知識,樹立良好的倫理觀念,熟悉動物實驗的基本操作,對實驗動物有深入的了解,能夠正確地選擇實驗動物進行實驗。
2實驗動物學理論教學的改革
2.1貫徹實驗動物標準化、實驗動物倫理與福利、實驗動物管理政策與法規的理念
隨著實驗動物管理的不斷完善,課題申報、鑒定、文章發表都需要提供相關實驗動物的倫理資料證明,對實驗動物倫理福利與標準化的要求也日趨嚴格。因此,在授課過程中應加強實驗動物倫理觀念的灌輸與標準化的介紹。不同國家對實驗動物管理和立法有不同的尺度,但都是圍繞保障動物福利和實驗動物質量兩個方面進行的[3-4]。自1988年我國先后了國家和地方法規100余項,《廣東省實驗動物管理條例》于2010年10月1日起正式實施,是指導本省實驗動物管理具體做法的地方法規[5],因此在實驗動物管理法規介紹中,不僅要讓學生對國內外的實驗動物立法有一定的認識,還要重點解讀關于廣東省實驗動物管理法規與實施現狀。
2.2在保證實驗動物基本知識系統學習的前提下,側重前沿知識的更新
實驗動物技術正朝基因工程技術發展,國內多家大學與研究所都相繼建立了先進的模式動物研究平臺,如南京大學模式動物研究所的“國家遺傳工程小鼠資源庫”,北京大學的“轉基因/胚胎冷凍平臺”、“人類疾病實驗動物平臺”等。實驗動物教學必須隨著實驗動物研究的發展趨勢及時地調整、改革才跟上形勢。新的實驗動物教學應該使學生既要掌握基本概念和理論知識,熟悉實驗動物的實驗技術,還要進一步了解實驗動物的發展方向、動態及在生命科學中的應用。講授基因工程動物制作技術及應用,介紹基因工程動物的制做流程、最新的模型種類、相關單位在該研究方向的研究進展等,并鼓勵學生多看實驗動物方面的研究文獻,讓學生對基因工程動物的研究方向有一定的認識,并了解國內外相關的研究機構。
2.3科研案例教學培養學生的科研創新思維
實驗動物學的理論知識廣泛,學習起來容易感覺枯燥,而且很難將理論與實際應用聯系在一起,導致教學效果不理想。通過科研案例,使抽象的理論變得生動、具體,既提高學生的積極性,又能培養學生的科研創新思維??蒲邪咐虒W應如何實施?授課教師通過收集有關實驗動物的科研項目以及文獻資料中具有代表性的科研案例給學生舉例講解;隨后擬一個研究方向,組織學生動手設計科研課題,由學生自己制訂研究的目的、內容與方案,若條件允許可進行方案實施;最后,學生將得到的結果進行總結論述,由授課教師進行打分評價。使學生在實驗過程中加深對基本概念和理論知識的理解,從而提高其分析問題和解決問題的能力,將教學和科研有機地結合起來。
3實驗教學的改革
3.1強化基本動物實驗技術的操作在實驗動物教學中,動物實驗技術是教學內容的重點之一,所占課時的比重較大,在本校實驗動物實驗課的學時與理論課學時都為16學時。作為生物專業技術的人才,動物實驗技術是必備的實驗技術之一,因此動物實驗課要求學生對基本的動物實驗操作技術必須熟練,堅實的動物實驗基礎是一切高深動物實驗的技術儲備。實驗動物的基本實驗內容,包括正確的抓取、固定、處死方法,各種給藥途徑,體液的采集和手術方法,不同種屬的動物麻醉方法及急救方法等。若經費足夠的條件下,在實驗動物的選擇除了大小鼠、豚鼠、兔子外還應適當增加大動物的實驗內容,如犬或豬,讓學生熟悉不同動物的生理學、解剖學特性與正確的基本實驗操作,該部分課程設置為12個學時。
3.2鍛煉動物模型的制作能力,增加實驗設計環節
為結合前沿學科的發展,培養學生的創新思維,最后4個學時讓學生結合實際應用,自主設計和完成一個實驗方案,做一些疾病模型,如腫瘤模型、中風模型、皮膚移植模型等,以培養學生的科研思維和操作能力。實驗設計過程由學生查閱資料,擬定具體實驗方案和步驟。實施過程中鼓勵學生獨立思考與團隊交流,每一步實驗都要求學生仔細觀察記錄,實驗結束后在教師的指導下及時整理、統計實驗數據,分析實驗結果。通過這一實驗環節,不僅能驗證學生基本實驗操作的熟練程度,還能培養學生的科研思維,解決與分析問題的綜合能力。
3.3完善動物實驗平臺的建設
標準化的實驗動物飼養條件和環境質量控制是保證實驗動物質量合格的重要條件,也是保證動物實驗條件穩定的前提。隨著科學研究的發展,對實驗動物的要求越來越高,重視實驗動物的飼養和研究平臺建設,不僅能提高實驗教學質量,對于實驗動物學科的發展及科研實力的提升更具有重要意義。由于本校沒有專用的動物飼育室與動物實驗設施,對實驗動物的教學與科學研究的發展構成了較大的障礙。為了滿足本專業學生的培養要求,應爭取上級部門的資金投入,籌劃實驗動物標準化平臺的建設項目,建立屬于佛山科學技術學院的實驗動物中心,為教學與科研供應高質量的實驗動物與提供標準化的實驗環境設施。
4結語
教師的科研課題往往具有較強的創新性、設計性和綜合性,如何讓學生既完成有關實驗教學內容,又參與到教師的課題中,值得研究與探索。我校實驗動物學教研室承擔了生物技術專業、醫學實驗技術專業等多門課程的教學任務,多門課程中均有不同的動物實驗內容。因此,我們減少了基礎生物學、比較解剖學、比較生理學、實驗動物學等課程的實驗教學課時,專門開設了動物實驗技術課程,期望通過這門課程使學生系統地學習動物實驗原理、技術和方法,并切實培養學生的動手能力和實驗技能,使學生對人體解剖學、生物學、生理學等課程所學到的理論知識得到進一步的理解和鞏固。但僅憑有限的課時,無法全部掌握紛繁復雜的動物實驗技術。因此,在學生掌握有關課程的基本理論知識的基礎上,讓學生通過動物實驗技術課程掌握常規動物實驗方法,學會觀察和分析,然后結合教師的有關科研工作,將一個科研項目劃分為幾個小的開放性實驗模塊,根據學生的知識儲備和科研興趣,選擇適合自己情況的科研內容,并以此組成幾個科研興趣小組,讓參與的學生在這類實驗中得到切實的鍛煉,也為其完成畢業論文奠定基礎。
1.綜合性開放性實驗模式的內容。以裸鼠皮下抑制腫瘤模型的建立及相關藥物分子的活性評價課題為例,該模型的制備過程中所涉及的實驗操作眾多,能夠較完全、系統的培養學生的科研能力,使本科生能夠接觸不同層面的知識。根據實驗內容的需要以及本科生課內學時有限性的特點,將該課題項目分解為不同的課題小組,例如:細胞培養課題小組;腫瘤移植動物模型小組;藥物抑制腫瘤生長的評價組等,然后每個學生根據所學知識以及興趣愛好,選擇自己的實驗內容并組建“課外科研興趣小組”。確定實驗內容后,學生自己查詢文獻并寫出詳細的實驗方案,通過指導教師與學生共同商討,進一步完善實驗設計方案。確定實驗方案之后,在指導老師的督促和指導下開展實驗,同學之間、組與組之間相互交流協作,共同完成。實驗過程中學生及時做好實驗記錄,例如細胞的生長狀況、動物的精神狀態等,測量細胞生長抑制率,繪制腫瘤生長曲線等主要的結論性數據指標,動物組織標本的獲取和處理等。在所得試驗數據的基礎上,學生自己歸納總結所得的實驗數據,得出科學合理的實驗結論,撰寫了規范的實驗報告。在撰寫實驗報告的基礎上,有意識的傳授學生論文寫作的基本知識與規范。這一實驗項目是老師的課題,要解決的問題明確,不占用課內學時,不額外增加教學經費,既全面提升了學生的動物實驗技能,也鍛煉了學生的思維創新能力。
2.綜合性開放性實驗體現出的育人優勢。綜合性開放性實驗是通過更加新穎、靈活的綜合性、創新性實驗內容,使實驗教學從單純的理論驗證和單元性的基本操作訓練,提高到理論知識的綜合運用和實驗技能的有機結合上來。與驗證性實驗只是簡單的照搬步驟的重復不同,綜合性實驗能夠顯著提高學生學習的主動性和創造性,是一個持續的、動態變化的實驗過程,培養了學生的自學創新能力、科學思維能力和知識的綜合運用能力。首先,該實驗模式迫使學生變被動的圍繞實驗內容的生搬硬套為主動的探索性學習。傳統的試驗模式中,同學們大多不作預習,“習慣”于按既定的實驗步驟做下來,得出教材上所給出的結論即完成任務,因此多數學生對現有的一些實驗興趣不高,對待實驗課也是應付了事,積極性不高。動物實驗過程中需要多位學生相互協作,實際上不少同學都是在旁邊觀看,不愿自己動手,更談不上主動思考。本次所設立的開放性實驗內容,教師只給出實驗的主題———裸鼠皮下抑制腫瘤模型的建立及相關藥物分子的活性評價,并將整個實驗分為3個興趣小組,在學生分組后,其他一切全都放手給他們去做。為了做好實驗,展示自己的能力,學生的積極性空前高漲。同學們主動地帶著問題去查資料、找文獻,思考實驗中的某些細節,并且能夠積極地與教師進行溝通,極大的調動了學生學習的積極性和主動性。其次,實驗模式的改變引導學生更注重知識的活學活用以及各學科之間的相互聯系,克服了學生對知識理解片面化、孤立化的缺點。綜合性實驗培養了學生的實踐動手能力和利用所學知識進行綜合分析、解決實際問題的能力,培養了同學之間相互協作的團隊精神。在此次實驗的實施過程中,同學們開始思考不同設計方案的優缺點,以及不同方案中可能遇到的問題和相應的解決方案等。另外,通過本實驗的實施,將以前教材上所學到的抽象的知識更加直觀的展現到學生面前,例如,對于細胞的形態、生長特點以及細胞的傳代和凍存、實驗動物的飼養、觀察、抓取、給藥方式直至動物模型的建立以及動物的解剖、組織標本處理等基本知識和技能,通過自己的實際觀察和動手操作,同學們不僅掌握了“腫瘤細胞體外培養”、“腫瘤細胞的實驗動物移植瘤模型”等相關內容,同時復習了基礎生物學、生物化學、分子生物學等有關課程的內容;還了解了藥理學等方面的知識,燃起了學習新知識的熱情。再者,源于科研項目的綜合性實驗,培養了學生嚴謹的科學態度和初步的科研能力。生命科學實驗的特點決定了學生必須認真做好每一步實驗過程,否則任何一步小的錯誤不僅影響了自己小組的實驗內容,也會耽誤其他小組的試驗進度,甚至會導致整個實驗的失敗。同時,通過規范撰寫實驗報告,鍛煉了縝密的思維能力和良好的寫作能力,培養了學生深入分析和討論問題的能力。通過對結論的分析,使學生懂得實驗結果與理論分析并不是完全一致的,從而學會如何正確看待理論與實際,如何正確對待書本與實踐。
二、展望
《動物生物化學實驗》的課程安排是由10個小實驗和1個綜合性的大實驗組成的,每個實驗從表面上看都有很強的獨立性,相互之間聯系不大,但其實不然,整個實驗的安排有內在的聯系,組成了一個統一的整體,使學生在學習實驗理論、培養動手能力的同時,對整體動物生物化學的理論課程有了更加深入的理解和認識。為了達到好的教學效果,在每次實驗前進行講解時,都要首先明確每個實驗的目的,使大家能更好的理解為什么要做這個實驗,這個實驗有什么實際或者理論上的應用。目的明確了,才能使大家理解更深,知識掌握也更全面。除了明確每個實驗的目的外,在給學生講解實驗的時候,還需要把看似獨立的一個一個的小實驗,放到實驗的整體背景下,讓學生對每個實驗存在的地位和目的有整體上的把握,盡量減少“只見樹木、不見森林”情況的出現。根據實際效果來看,通過把每次實驗的背景和意義都講解清楚,學生對實驗課的理解就更深入,減少了每個具體實驗學習的時候都明白但在整個實驗課都學完后又糊涂的現象,提升了整體的教學效果,也加深理解相關的理論知識。
二、做好預習,認真準備
學習知識的時候,預習是必不可少的一個環節,很多時候學生在學習理論課的時候,還能夠進行預習,但對實驗課的課前預習重視不夠。每次實驗結束后,筆者都把下一次要做的實驗告訴大家,在下一次實驗前需要預習,預習的重點有兩個方面:一個是實驗的基本原理,因為實驗是與理論課相結合的,所以實驗的基本原理學生基本很容易就可以掌握。預習的重點就更側重另外一個方面:實驗步驟。預習不僅僅是把實驗步驟簡單看一下,了解一下要做的實驗過程,筆者要求大家能把實驗步驟總結出來,最好能做成一個簡易的流程圖,在不看課本實驗報告的時候能夠把實驗步驟背出來。比如在《動物組織中DNA的提取》實驗中,至少讓大家總結出來實驗步驟是取組織破碎細胞去除RNA去除蛋白質和其他雜質沉淀DNA。這樣在進行實驗時,學生就會對整個實驗有所了解,有效地避免了很多學生看一個步驟,做一個步驟,最后不了解自己到底做了什么的情況出現。實際上預習可以看作是學生對實驗課理論知識的準備,除了理論知識準備外,還需要作實驗材料、實驗試劑以及器材的準備,而實驗試劑及器材的準備在實驗教學中往往容易被忽略,因為這些一般都是實驗教師提前準備好的。學生做實驗的時候基本都是按照實驗步驟,找到相應的已經準備好的試劑器材取用,往往對試劑或者器材本身的作用和特點忽略掉。筆者在上課時常常告誡大家:“做實驗和做菜很相像,做菜的功夫固然重要,但是食材的準備隱含的東西在某種程度上更為關鍵”。例如蛋白質鹽析實驗中最重要的是飽和硫酸銨試劑,大家取用的時候常常發現燒杯玻棒包括手上經常會粘上白色粉末狀物質,這個試劑筆者常常讓學生在上一個實驗結束的時候,挑兩個同學當面配置,這樣大家對飽和硫酸銨試劑的配置過程就有了了解,對于飽和硫酸銨中硫酸銨的量有了直觀認識,有助于大家理解鹽析的原理,下次取用試劑時也會注意到很多細節,比如取用過后迅速洗干凈容器等,養成一個良好的習慣,認真的實驗準備對提高實驗教學能帶來事半功倍的效果。
三、嚴謹操作,緊抓細節
記得筆者上大學實驗課的時候,筆者的老師就教導我們“實驗課最重要的不是獲得了一個好的實驗結果,也不是學會了操作一個儀器,最重要的是養成了一個好的習慣,一個科學的做實驗的習慣”。筆者對這個思路是非常認同的,實驗理論可以學習,實驗操作經驗可以慢慢積累,唯有實驗習慣很多時候一養成是陪伴終身的。那么如何培養好的實驗習慣呢?筆者的做法是從細節入手,從一進入實驗室開始,就從細節上對大家嚴格要求,從最基本的桌面整潔做起,試劑歸類放置好,并在實驗過程間隙隨時整理。整個實驗過程是由一個一個儀器的小操作集合而成的,如果僅僅籠統的要求大家認真做實驗,并不能起到很好的效果。在做實驗前,筆者會把重點儀器的實驗規范教給大家,比如移液器的用法、離心機的用法等,尤其在大家進行操作的時候,筆者會不斷巡視,發現問題及時糾正,有些共性的容易犯錯的地方,再召集大家強調一下。很多儀器在多個實驗中都會用到,這樣經過多次使用鞏固以后,基本做到了每個學生對儀器都能按照正確操作流程進行操作,養成了一個良好的習慣。
四、課后報告,完善總結
1.資料來源 20__年1月~6月正式出版發行的三類(基礎醫學類、藥學類、綜合類)醫學核心期刊[1],共51種期刊1617篇研究論文。2.分析內容 分別統計51種核心期刊中刊載動物實驗論文期刊所占比例;統計刊載動物實驗期刊中論著、實驗研究、研究論文欄目中動物實驗論文數及所占比例;所統計論文中使用各種實驗動物的分布情況;統計論文書寫中反映的獲得資助情況,根據論文中腳注,按國家級資助、省部級資助、軍隊資助、高等院校資助、未注資助分類統計;分析論文中寫明使用動物級別及動物來源論文數及比例。
二、結果
1.三類核心期刊中動物實驗期刊數及其中動物實驗論文數 由表1可見該三類期刊中動物實驗研究論文較多。基礎醫學類占期刊總數85,醫藥類、綜合類分別占85、72,平均80。該類期刊中動物實驗論文數占論文總數:基礎醫學為50、醫藥28、綜合類35,平均39。
2.論文中各種實驗動物分布 從表2可知我國實驗動物研究使用了大鼠、小鼠、兔、豚鼠等10余種,其中大鼠使用分布最高,小鼠次之,兔、豚鼠、犬使用也較常見。
3.論文書寫中獲得資助情況 各類研究占比例最高的是未注明資助的項目,為53.1,其次為國家級資助項目、省部級資助項目、軍隊、高等院校資助項目(見表3)。
4.論文中寫明動物級別次數及比例、動物來源數及比例 1617篇論文中629次使用動物,多數能寫明動物種類、體重、性別、數量,有366次寫明了動物來源(約58),僅有38次(約6)寫明了動物級別[2],其中普通動物(一級動物)7次,清潔級(二級動物)17次,無特殊病原體動物(三級動物)16次,無菌級(四級)0次。
三、討論
21世紀是一個充滿創新的信息時代,作為信息傳播媒介的科技期刊更是一種多功能的復合型信息傳播工具,是直接地、系統地傳播科技知識和創新成果的載體。實驗動物是醫學研究的基礎和支撐條件,也是衡量一個國家生命科學技術發展水平的重要標志。十幾年來我國醫學實驗動物事業在法規的制定、科學管理、專業建設、科研水平、動物質量等方面都有了很大的發展和提高,但仍存在著差距?;A醫學、藥學、綜合醫學是醫學中使用實驗動物較多的學科,通過20__年發行的在各專業享有較高聲譽的核心期刊中相關信息的分析,注意到以下幾方面的問題:
1.正確認識實驗動物科技工作的重要性 從我們的分析中可見,基礎醫學、藥學、綜合性醫學期刊中涉及實驗動物的期刊數、論文數和比例都很高,平均為80、39??梢娮鳛橹匾幕A學科之一的實驗動物學起著舉足輕重的作用。下個世紀,人與自然、人與健康的諸多問題在某種程度上,要靠生命科學研究來解決。在世紀之交的當今世界,要在生命科學研究領域中做出具有國際先進水平的科技成果,就要充分認識實驗動物工作對科研工作的重要性,加強實驗動物工作,使實驗動物科學水平更好地適應生命科學發展的需要。
2.因地制宜發展實驗動物工作 從論文分析中可見,目前我國動物試驗用量最大的是大鼠、小鼠、兔、豚鼠等動物,一些動物用量很小。因此我國既要有較具規模的大型實驗動物中心,而一般的實驗動物中心要根據實際需要,不搞小而全、低水平重復,要確保飼養設施、飼養動物都達到醫學實驗動物的要求。