生物醫學(xué)儀器課程內容及實(shí)踐教學(xué)探析

　　實(shí)踐性教學(xué)是理論教學(xué)的擴展和延深，對于增加學(xué)生對理論知識的理解和感性體會(huì )，怎樣對生物醫學(xué)儀器課程內容及實(shí)踐教學(xué)?

　　[摘要]傳統的儀器分析課程沒(méi)有涉及現代生物醫學(xué)儀器，因此，建設具有針對性和實(shí)用性的生物醫學(xué)儀器分析課程顯得非常必要�？梢栽谡n程內容上進(jìn)行基于基因或蛋白層面的檢測儀器、組織或細胞層面的觀(guān)察或檢測儀器、有機大分子或活性物質(zhì)層面的分析或分離儀器等三大部分的構建，并在實(shí)踐性教學(xué)上嘗試讓學(xué)生對設計性、創(chuàng )新性和挑戰性三個(gè)層次的進(jìn)行設計，進(jìn)一步對此課程建設進(jìn)行完善和系統化。

　　[關(guān)鍵詞]生物醫學(xué)儀器分析;課程內容體系結構;實(shí)踐性教學(xué)

　　國內外的儀器分析課程是建立在物理和化學(xué)基礎上的儀器分析方法，主要針對化學(xué)、材料、藥學(xué)、環(huán)境、食品等專(zhuān)業(yè)的學(xué)生設置。而新興的生物醫學(xué)工程學(xué)科，其研究領(lǐng)域包括生物醫學(xué)、生物力學(xué)和力生物學(xué)、生物材料、組織工程等�；�于生物樣品的特性，對生物醫學(xué)儀器的分析要求已深入到基因、蛋白、細胞等水平。傳統的儀器分析課程遠遠不能滿(mǎn)足學(xué)生進(jìn)行生物醫學(xué)科研的要求。[1]在高校中已設置的儀器分析課程中的教學(xué)內容已經(jīng)跟上生物醫學(xué)研究的發(fā)展。但隨著(zhù)生命科學(xué)和醫學(xué)的迅猛發(fā)展，人們對生物醫學(xué)儀器的應用能力的要求也越來(lái)越高，迫切需要具有針對性、實(shí)用性和先進(jìn)性的生物醫學(xué)儀器分析課程。[2][3]我們針對生物醫學(xué)工程專(zhuān)業(yè)的研究生開(kāi)設了生物醫學(xué)儀器分析這門(mén)課程。我們在對課程內容體系結構及實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節等方面不斷進(jìn)行探討和改進(jìn)，為本課程進(jìn)一步特色化、系統化、前沿化的建設奠定了一定的基礎。

　　一、課程內容體系建設

　　傳統的儀器分析課程主要涵蓋色譜法、電化學(xué)分析法、光學(xué)分析法、質(zhì)譜法等四大類(lèi)儀器分析方法。生物醫學(xué)儀器分析課程內容建設區別于以往普通儀器分析課程的內容設置，重點(diǎn)突出“生物醫學(xué)”的特點(diǎn)，以滿(mǎn)足解決生物醫學(xué)科學(xué)與工程領(lǐng)域的科學(xué)問(wèn)題的要求。課程內容設置既要服務(wù)于解決科學(xué)問(wèn)題，避免課程設置和實(shí)踐應用脫節，又必須在掌握生物醫學(xué)領(lǐng)域經(jīng)典的儀器和方法的同時(shí)，緊跟前沿領(lǐng)域的高端儀器和方法。因此本課程內容體系結構包括以下三個(gè)部分，如圖1所示，幫助學(xué)生通過(guò)儀器手段獲取不同層面生物樣本的定性、定量、形態(tài)及分布等信息從而解決生物醫學(xué)科學(xué)與工程領(lǐng)域的科學(xué)問(wèn)題。

　　(一)第一部分：基因或蛋白層面的檢測儀器

　　該部分重點(diǎn)介紹基于基因或蛋白的生物樣品的半定量或定量的檢測儀器�；�因水平的檢測儀器包括：經(jīng)典儀器———聚合酶鏈式反應、RNA電泳和核酸印跡分析，前沿儀器——實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀。蛋白水平的檢測儀器包括：經(jīng)典儀器———熒光酶標儀、蛋白質(zhì)印跡分析、酶聯(lián)免疫吸附測定分析，前沿技術(shù)——二維電泳。

　　(二)第二部分：組織或細胞層面的觀(guān)察或檢測儀器

　　該部分重點(diǎn)介紹基于組織或細胞的生物樣品的觀(guān)察或檢測儀器。組織或細胞層面的觀(guān)察儀器包括：經(jīng)典儀器———倒置顯微鏡、相差顯微鏡、微分干涉顯微鏡、熒光顯微鏡，前沿儀器———激光共聚焦掃描顯微鏡。細胞層面的檢測儀器：前沿儀器———流式細胞儀。

　　(三)第三部分：有機大分子或活性物質(zhì)層面的分析或分離儀器

　　該部分重點(diǎn)介紹基于有機大分子或活性物質(zhì)的生物樣品的分析或分離儀器。蛋白質(zhì)、核酸、氨基酸、多糖類(lèi)等生物大分子的分離或分析儀器包括：經(jīng)典儀器———高效液相色譜法、氣相色譜法，前沿儀器———超臨界流體色譜、毛細管色譜、高效薄層色譜等技術(shù)。這三部分的學(xué)習能讓學(xué)生掌握前沿生物醫學(xué)儀器分析手段，對生物樣品進(jìn)行定量、定性分析，觀(guān)察樣品形態(tài)、分布，對樣品進(jìn)行分離等，訓練學(xué)生解決科學(xué)問(wèn)題的能力，使學(xué)生掌握必備的理論知識、科研思維和實(shí)踐技能，提高科研能力。

　　二、實(shí)踐性教學(xué)的建設

　　實(shí)踐性教學(xué)是理論教學(xué)的擴展和延深，對于增加學(xué)生對理論知識的理解和感性體會(huì )，培養學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng )新精神，具有十分重要的作用。[4]它可以彌補單純理論教學(xué)的不足，提高將所學(xué)知識轉化為實(shí)際應用的能力，與理論教學(xué)環(huán)節相得益彰。而現有的儀器分析課程所設立的實(shí)驗項目大多為驗證性實(shí)驗，實(shí)驗方法較為固定，實(shí)驗內容與學(xué)生專(zhuān)業(yè)和研究方向脫節，不能及時(shí)更新。因此，本課程提出了設計性、創(chuàng )新性和挑戰性三個(gè)層次的實(shí)踐環(huán)節。

　　(一)設計性實(shí)驗

　　設計性實(shí)驗是指給學(xué)生基于經(jīng)典實(shí)驗的實(shí)驗項目，但不提供成熟的實(shí)驗步驟，由學(xué)生自主設計實(shí)驗計劃。設計性實(shí)驗不是簡(jiǎn)單重復的驗證性實(shí)驗，不能機械地套用做過(guò)的實(shí)驗來(lái)解決問(wèn)題，而是讓學(xué)生必須獨立思考，設計實(shí)驗方案，使其有發(fā)揮創(chuàng )造力的余地。要求學(xué)生在查閱文獻的基礎上，設計實(shí)驗方案，包括所用方法、原理、儀器和具體實(shí)驗步驟，經(jīng)指導教師審閱后進(jìn)行上機操作，完成整個(gè)實(shí)驗過(guò)程，記錄實(shí)驗結果，處理實(shí)驗數據，分析實(shí)驗結果，驗證實(shí)驗方案設計的可行性，最后寫(xiě)出規范的實(shí)驗報告。舉例：采用高效液相色譜法測定柑橘種子中的檸檬苦素的含量，樣品來(lái)自教師的教育部產(chǎn)學(xué)研結合項目，但樣品的濃度未知。由學(xué)生來(lái)設計實(shí)驗方案，確定高效液相色譜參數，對樣品進(jìn)行定量測試。

　　(二)創(chuàng )新性實(shí)驗

　　創(chuàng )新性實(shí)驗是指不限定實(shí)驗題目，給學(xué)生提供一個(gè)開(kāi)放的實(shí)踐平臺，由學(xué)生自主提出感興趣的實(shí)驗題目，實(shí)驗選題要求具有創(chuàng )新性、綜合性。學(xué)生通過(guò)文獻查閱，選擇合理的儀器分析方法，設計具體的實(shí)驗方案，共同討論方案的可行性，在設計好具體的實(shí)驗方案后，上機操作，獲取實(shí)驗結果。注重利用本學(xué)院的前沿科學(xué)研究項目來(lái)引領(lǐng)學(xué)生的創(chuàng )新性實(shí)驗。教師可以根據自己負責或參與的科研項目，提供樣品或科學(xué)問(wèn)題給學(xué)生，鼓勵學(xué)生研究自己導師的項目中的科學(xué)問(wèn)題或是由項目引申出來(lái)的科學(xué)問(wèn)題，緊跟學(xué)科前沿，并體現生物醫學(xué)研究應用的特色。通過(guò)引導學(xué)生自己設計創(chuàng )新性實(shí)驗，可以使學(xué)生更好地發(fā)現問(wèn)題、提出問(wèn)題和解決問(wèn)題。舉例：宇航員在失重情況下會(huì )產(chǎn)生骨質(zhì)疏松，那么在失重條件下成骨細胞會(huì )發(fā)生什么變化?這是由教師的自然科學(xué)基金項目引申出來(lái)的科學(xué)問(wèn)題。學(xué)生可采用多種生物醫學(xué)儀器，如流式細胞儀、實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀及激光共聚焦顯微鏡來(lái)研究成骨細胞的細胞周期、特異性基因及細胞形態(tài)等多方面的變化，綜合運用所掌握的儀器全面地探索細胞發(fā)生的變化，深入研究科學(xué)問(wèn)題。

　　(三)挑戰性實(shí)驗

　　挑戰性實(shí)驗是指學(xué)生挑戰生物醫學(xué)研究前沿領(lǐng)域或是教師的前沿科研項目中還沒(méi)有解決的科學(xué)問(wèn)題，通過(guò)生物醫學(xué)儀器手段探索這類(lèi)沒(méi)有答案的、高難度的科學(xué)問(wèn)題。挑戰性實(shí)驗給予學(xué)生沒(méi)有約束的思維空間，充分激發(fā)學(xué)生的潛能，為學(xué)生提供自由思索、探究的平臺，對于學(xué)生的超越性、創(chuàng )新性研究具有極大的推動(dòng)作用，非常有利于培養學(xué)生勇于探索、敢于創(chuàng )新的科學(xué)精神。舉例：細胞結構的三維重建是一個(gè)前沿熱點(diǎn)問(wèn)題，如何利用激光來(lái)重建細胞的三維結構更是沒(méi)有現成的方法可供參考。學(xué)生在理解激光共聚焦顯微鏡工作原理的基礎上，設計詳細的實(shí)驗方案來(lái)觀(guān)察細胞的亞顯微結構，并進(jìn)行細胞三維重建。通過(guò)多層次的實(shí)踐教學(xué)，提高了學(xué)生學(xué)習的參與程度和主動(dòng)性，取得了良好的教學(xué)效果。學(xué)生表示不僅僅掌握了實(shí)驗技能，更重要的是建立了獨立從事科研活動(dòng)所必需的科研方法、科研思維和科研精神，對于以后課題的科研工作充滿(mǎn)了信心，并滿(mǎn)懷期望。本課程與國內許多高校類(lèi)似課程相比，針對性強，具有鮮明的生物醫學(xué)特色，注意引入學(xué)科前沿的科學(xué)問(wèn)題，與教師的科研項目有機結合，強調對學(xué)生創(chuàng )新實(shí)踐能力的培養，提升學(xué)生的學(xué)術(shù)研究水平，對儀器分析在生物醫學(xué)工程專(zhuān)業(yè)方面的教學(xué)具有很大的意義。

　　[注釋]

　　[1]王芳群，衛星，李天博.生物醫學(xué)工程專(zhuān)業(yè)“醫學(xué)儀器”課程教學(xué)方法分析[J].中國電力教育，2010(184)：133-134.

　　[2]趙于前，湯井田，李凌云.從交叉學(xué)科角度談生物醫學(xué)工程教育改革[J].醫療衛生裝備，2004(6)：239-240.

　　[3]王志遠，陳武凡，何明娥.生物醫學(xué)工程專(zhuān)業(yè)研究生培養的實(shí)踐與探索[J].中國高等醫學(xué)教育，2006(4)：42-43.

　　[4]馬春排，李天鋼，李自毅，周秦武.生物醫學(xué)工程實(shí)踐教學(xué)體系的建設[J].實(shí)驗室研究與探索，2010(4)：103-105.

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