科研反哺教学在生物化学实验中实践

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[摘要]开放性实验是高校实验教学的一种新模式。将科研反哺教学理念引入到生物化学开放性实验中，指导教师可以充分利用学校科研资源，并将前沿性科研成果引入到开放性实验项目中，激发了学生的学习兴趣，拓宽了学生的眼界和知识储备，丰富了学生的实验技能，培养了学生的科研素养和创新能力，为将来学生从事科研工作打下坚实的基础。

[关键词]开放性实验；科研反哺教学；生物化学实验；教学改革；教学模式

生物化学作为医学专业的重要基础课程，是在分子水平上阐明生命活动规律及机制、揭示生命现象本质的一门科学。许多疾病的病因、发病机制都需要从分子水平上进行阐述，而疾病的预防、诊断和治疗亦依赖于生物化学不断更新的技术和方法。作为医学相关专业的本科生，只有在学习和掌握生物化学知识、了解人体正常生命活动分子机制的基础上，才能正确理解人体的各种生理现象及病理过程，为疾病的预防、诊断与治疗提供理论依据[1]。生物化学亦是一门实践性很强的课程。生物化学实验与生物化学理论课相辅相成，在生物化学教学中发挥着重要作用。传统的生物化学实验教学中，教学内容和形式比较单一，实验内容多为验证性实验，更新较慢，缺乏创新性；学生根据教师讲授的实验原理，按部就班地完成实验操作，撰写实验报告，学生学习处于被动状态；学生科研意识薄弱、自主学习、独立思考和探索的能力得不到充分发挥。以问题为导向的大学生开放性实验作为传统实验教学的补充和延伸，成为高校实验教学改革的新模式，是培养高素质创新型复合人才的一种有效途径[2]。为了适应新形势下创新型医学本科人才培养的要求，本文拟将科研反哺教学的理念应用于生物化学开放性实验项目中，以期实现理论教学、实验教学与科研实践的深度融合，激发学生的学习兴趣和科研热情，为培养学生科学思维、实践能力、科研创新意识、综合分析问题能力和团队协作意识奠定基础。

1基于科研反哺教学的开放性实验在生物化学实验教学中的重要性

近年来，我国“双一流”大学的建设不断推进，为促进创新型国家建设，高校肩负着培养高素质、高水平、创新性和专业性人才的重大责任。面向不同年级学生开设开放性实验，对培养学生自主学习能力、实践动手能力和创新思维能力起着十分重要的作用。开放性实验是以问题为导向的研究性实验，多学科实验内容交叉，旨在实现以学生为主体的课外探究性实践性学习[3]。生物化学是生命科学领域发展迅猛的前沿学科之一，每年都有令人瞩目的科研成果见诸报道。目前已开展的生物化学开放性实验项目，选题比较陈旧，不能与时俱进，缺乏系统性和创新性。作为指导教师，若能及时把握生物化学学科的最新研究进展并将科研成果合理引入到大学生开放性实验项目中，可以帮助学生了解最前沿的生物化学研究热点和新技术新方法，激发学生的学习兴趣和科研热情[4]。学生利用课余时间系统地完成一个开放性实验，对科研的基本过程和基本方法将会有更深入的了解，学生的自主学习、综合设计、分析问题和解决问题的能力，以及团队合作和勇于创新的意识均将得以显著提升，这对于培养学生的科研创新能力和科研素质至关重要，方便学生能够顺利地与未来从事科研相关的工作或学习接轨[5]。

2基于科研反哺教学的开放性实验在生物化学实验教学中的实施

苏州大学医学部实验中心每学期均面向各年级本科生开设开放性实验项目。开放性实验项目由指导教师设计提出，学生以兴趣为出发点进行自主选题并成立学习小组，以小组为单位完成实验项目。本文将以作者面向苏州大学医学部医学专业本科生开设的“基于质谱的肿瘤细胞蛋白质表达谱分析及应用”的开放性实验项目为例，详述科研反哺教学在生物化学开放性实验项目中的具体实施过程。

2.1实验项目的选题

生物化学理论课中，学生学习了蛋白质组学的基本知识。蛋白质组学(Proteomics)一词，源于蛋白质(Protein)与基因组学(Genomics)的组合，意指“一个基因组所表达的全部蛋白质”，包括一种细胞、组织乃至一种生物所表达的全部蛋白质。通过对正常个体及病理个体间的蛋白质组比较分析，我们可以发现某些疾病特异性表达的蛋白质，它们既可成为新型药物设计的分子靶点，亦可为疾病的早期诊断提供分子标志物[6]。近年来，科研工作者陆续开展了以蛋白质组等多组学整合为基础的生命组学研究，为基因组提供了更接近表型的验证和解释，为癌症早期发现、良恶性诊断、分型和个性化用药、疗效监测和预后判断等提供了更精确、更可靠的信息，使精准医学更加精准。作者多年来致力于肿瘤蛋白质组学和代谢组学的相关研究。基于此，作者拟向医学专业本科生开设题为“基于质谱的肿瘤细胞蛋白质表达谱分析及应用”的开放性实验项目，将理论学习和实践应用相结合，期望学生在项目实施过程中了解蛋白质组学的研究内容和研究热点，掌握蛋白质组学的研究方法和研究思路，在未来从事的医学相关工作中能够“活学活用”，应用蛋白质组学技术解决医学难题为人类健康事业做出应有的贡献。

2.2实验项目实施的条件

近年来，苏州大学医学部投入大量资金用于实验中心和科研平台的建设，为培养具有实践能力和创新思维的人才，医学部鼓励实验中心富有精湛技能的教师和富有创新精神的优秀科研骨干教师组建团队，充分利用医学部实验中心和科研平台的资源，面向不同年级学生开设开放性实验项目。因此，本项目的实施依托苏州大学医学部实验中心和作者课题组实验室。本项目所涉及的细胞培养、蛋白质提取和酶解、肽段纯化等所需的耗材和仪器由作者课题组实验室提供。蛋白质质谱分析所需的ThermoLTQOrbitrapElite高分辨质谱仪由苏州大学医学部质谱平台开放使用[7]。学生在医学部实验中心和作者课题组实验室完成实验，医学部实验中心老师全程协助作者以保障实验项目的顺利实施。

2.3实验项目的实施

指导教师开设的开放性实验项目在医学部实验中心网站公布后，学生根据自己的兴趣自主选择实验项目进行报名。我们从中筛选出32名学生，利用周末时间进行开放性实验项目的实施，总计32个实验学时。首先，针对开放性实验的主题，指导教师向学生讲解蛋白质组学的背景知识，尤其是蛋白质组学的研究内容、研究方法及其在医学领域的应用。引导学生思考自己专业领域内的哪些问题可以应用蛋白质组学来解决，比如临床专业学生提出可以尝试比较健康人和肿瘤患者体液中的蛋白质组来筛选肿瘤标志物；药学专业学生提出可以通过比较正常组织和肿瘤组织的蛋白质组来筛选药物靶向蛋白，以此培养学生注重知识迁移的能力。其次，文献阅读是学生独立开展科研工作的必备技能。指导教师向学生介绍开放性实验的实验目的和实验内容，引导学生利用学校资源进行文献检索和下载，通过文献调研进行实验方案的思考和设计，以此激发和培养学生的学习兴趣和科研探索能力。随后，将学生进行自由分组，每组4名学生，以组为单位开展实验。各组学生通过查阅文献和组内讨论，亦可向指导教师课题组研究生请教，提出初步的实验方案，主要包括：实验目的、实验材料、实验仪器、操作步骤、实验注意事项等。开课教师逐一与每组学生交流讨论后确定最终实验方案。实验方案设计的过程可充分体现开放性实验“学生为主体”“问题为导向”的教育宗旨，激发学生的好奇心，充分发挥学生的学习主观能动性、探索创新和团结合作的精神。关于开放性实验中涉及的仪器，比如超净工作台、细胞培养箱、低温离心机、恒温混匀仪和酶标仪的使用，指导教师课题组的研究生将负责对各组学生进行仪器使用安全和维护的相关培训。最后，各组学生根据最终实验方案进入实验操作阶段。实验过程中，指导教师和课题组的研究生全程进行指导，规范学生操作，随时解决学生的疑问。实验结束后，指导学生进行实验数据分析、总结和讨论，并撰写实验报告。实验报告中，学生需要针对实验过程中操作失误的原因进行剖析，针对实验数据反映出的科学意义进行提炼，亦可针对整个实验项目的实施向指导教师提出自己的意见和想法。通过本实验项目的实施，学生结合生物化学理论课关于蛋白质组学知识的学习，深入理解并系统掌握了蛋白质组学研究中所涉及的细胞培养，从细胞内提取蛋白质组，SDS-PAGE电泳分离蛋白质，蛋白质胶内酶解，肽段纯化，以及质谱分析鉴定蛋白质的原理和技术，学习了应用蛋白质组学解决医学相关课题的研究思路。在本实验项目的实施过程中，学生通过文献调研提出自己设计的实验方案，团结合作完成本实验项目，其科研素养得以全面训练。同时，学生有机会与研究生面对面进行接触交流，揭开了科学研究的神秘面纱，让学生自信地踏入未来与科研相关的工作和学习中。

3结语

开放性实验是高校实验教学的一种新模式，亦是评估高校教学工作水平的主要指标之一，对于培养学生实践能力、分析解决问题能力，提升团队合作和创新意识起着十分重要的作用。苏州大学医学部自开设开放性实验项目以来，师生参与度很高。但传统开放性实验的科研资源有限，选题缺乏创新性。我们提出将科研反哺教学理念引入到生物化学开放性实验中，鼓励富有创新能力的优秀科研骨干教师与实验技术人员相结合，依托苏州大学医学部的科研环境及硬件条件，开放课题组科研实验室，并将前沿性科研成果引入到开放性实验项目中，让学生参与到完整的科研过程中，激发了学生的学习兴趣，拓宽了学生的眼界和知识储备，丰富了学生的实验技能，培养了学生的科研素养和创新能力，为将来学生从事医学相关的科研工作打下坚实的基础。

参考文献

[1]黄春霞．新医学模式下医学生物化学教学的探索与实践[J]．教育教学论坛，2017，28：135-136．

[2]刘霞，徐明，杨雪玲，等．开放性实验教学在医学本科专业教学中的作用[J]．教育现代化，2018，5(35)：272-274．

[3]袁雷，张二豪，禄亚洲，等．基于创新能力培养的生物化学实验教学改革与思考[J]．广东化工，2021，48(15)：280-281．

[4]王德娟．生物化学实验教学中科研素质的培养[J]．教育教学论坛，2020，26：338-339．

[5]闫荣玲，李常健，廖阳，等．生物化学前沿研究动态及其在课堂教学中的应用[J]．生物学杂志，2018，35(3)：115-117．

[6]何海洋，吴玉章．蛋白质组学课程教学内容和方式改革探索[J]．现代医药卫生，2014，30(11)：1727-1728．

[7]孙爱丽，刘艳，张泽明，等．大型仪器参与开放性实验教学的机制初探[J]．科教导刊(中旬刊)，2020，26：48-49．

作者:郭琳 顾范博 王亚荣 单位:苏州大学基础医学与生物科学学院 苏州大学医学部实验中心