兽医学研究生分子生物学教学和实验的改革探索
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作者:王江 褚贝贝 杨国宇
摘要：分子生物学技术在现代畜牧业生产中发挥着越来越重要的作用，为了使兽医学研究生在分子生物学课程中加深对理论知识的理解，熟练掌握相关实验技术，为后续开展研究课题打下基础，文章从调整理论和实验内容、改革考核方法和完善多媒体教学等方面进行了分子生物学教学和实验改革的初步探索，以期为兽医学研究生进行科学研究打下坚实的基础。
关键词：分子生物学;兽医学研究生;理论实验教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）42-0271-03
分子生物学（Molecular Biology）是研究核酸和蛋白质等生物大分子的结构与功能，并从分子水平上阐述生物大分子之间相互作用及其调控机制的一门学科，是人类从分子水平上真正揭示生命本质，由被动适应自然界转向主动改造自然界的学科。分子生物学是新世纪的带头学科，目前发展最为迅速，正在越来越多地影响动物学、组织学、胚胎学、遗传学、发育学、解剖学、细胞学、病理学、生理学和病毒学等传统生物科学领域。
兽医学研究生是我国畜牧业发展的后备人才，把其培养成为具备良好的科研能力、创新思维和综合素质是当前研究生人才培育工作的重点。其中，分子生物学理论和实践能力对于兽医学研究生开展课题研究起到越来越重要的作用。随着研究生招生规模的不断扩大，兽医学科目前开设的兽医生物技术、动物疫病免疫防控、人兽共患病防控、细菌耐药机制和新型兽药研发和动物普通疾病诊疗的方向，都迫切需要研究生除了掌握分子生物學相关实验的原理和技术，更重要的是能够灵活使用所学技能，提高科研创新的能力，以解决兽医学临床实际问题。因此，只有通过不断地对理论和实验教学进行改革和探索，才能更好地提高学生兴趣、求知欲和科研能力。
一、兽医学研究生分子生物学理论和实验现状
在进行分子生物学理论和实验教学，以及指导研究生从事科研工作时发现，兽医学研究生的理论和实验操作能力都比较薄弱，来自不同院校的学生在本科阶段没有或者只有少数开设分子生物学的专业课程，真正系统接受过实验操作培训的学生非常少。所以，研究生在这种情况下很难快速适应以课题研究为主的科研生涯，存在动手能力差、实验成功率低、浪费试剂耗材的情况，不利于学生对科研兴趣的培养以及对课题的深入探索。
由于分子生物学的研究对象主要是围绕着核酸和蛋白质这两大分子，因此开展相关的实验操作对实验条件和仪器设备的要求很高。并且相应的试剂和耗材也比较贵，一些试剂对人体有危害，需要老师花精力在学生的纪律和安全上。分子生物学实验是一门精细的、需要每一步都做好质量控制的科学，如果没有处理好每一个环节的细节问题，实验非常容易失败，打击学生的科研热情和自信心。此外，兽医分子生物学实验中经常需要对各种细菌、病毒和病原微生物做鉴定，稍有不慎便会造成污染，导致实验失败，甚至产生生物安全问题。
对于研究生而言，真正参与一些从分析问题，到开始设计实验，最后再动手操作的综合型实验，会更加符合他们今后开展课题研究的实际，比简单的验证结果型实验更能培养他们了解实验体系和解决问题的能力。但受到人员、实验场地、仪器设备和昂贵试剂等条件的制约，一些实验通常只能让老师动手操作而学生观摩，使学生没有动手机会。
为了克服上述现实环节中存在的问题，我们应加强对兽医学研究生分子生物学实验改革的探索，创造有利于学生基础技能和热爱科研的实验环境，以便加快畜牧业发展急需的科研人才的培养步伐。
二、调整教学内容
在教学安排上，应由学院里从事相关科研课题的老师来任教，这样一方面能传授学生急需掌握的理论和实验技能，另一方面还可以把现有课题作为案例引入教学，使学生既掌握了今后能用得上的理论和实验技能，又能在学习和实验过程中了解最新的分子生物学前沿的知识和技术动态。由于教学和科研的需要，要求从事分子生物学的教学工作者时刻保持学习的状态，养成关注分子生物学领域最新发展动向的习惯，将权威杂志的新方法、新发现、新思路和新概念引入课堂。比如在讲授经典的同源重组介导基因敲除的原理和技术时，应该将其与目前正在广泛关注的CRISPR/Cas9基因敲除技术进行比较，使学生明白分子生物学技术的来源、产生、进展和应用，以及技术发展对现代兽医学和畜牧业发展带来的变革。
在理论教学上，采取讲授教材与新进展专题讲座相结合的形式，并且更加注重邀请国内外不同兽医领域的专家学者以及成功企业家开设专题讲座。通过举办各类型的学术讲座，使学生对研究领域和行业发展产生初步认识。目前，使用的教材是高等教育出版社出版的《现代分子生物学》第4版，由朱玉贤等编著。以基因重组为主线，让学生完成一篇“设计一种转基因生物”的论文，包括实验目的、实验原理、采用的技术手段、实验评价和理论上的经济或社会价值等多方面的内容。让学生带着解决问题的心态阅读教材、查找资料并主动向接触到的专家学者提问，真正使学生成为知识传授过程中的主体，从而弱化教师主动传播、学生被动接受知识的情况。
三、调整实验内容
对于实验内容的调整，应该与时俱进，加强实验内容的先进性、针对性和完整性。以往兽医研究生分子生物学实验内容一般由几个独立的分子生物学实验组成，如PCR，Western blotting，RNA提取，大肠杆菌转化等，学生完成几个实验后不能形成一个完整的科学研究的认识。因此，在分子生物学实验中的改革更要注重实验内容的相关性、系统性和完整性。
为了让学生对兽医分子生物学实验有一个完整的思路，我们以严重危害世界范围养猪业的猪繁殖与呼吸综合征病毒为例，它是一种以母猪繁殖障碍和生长期猪的呼吸道症状为特征的高度传染性病毒，目前尚无有效的防治措施。首先，向学生们介绍该病毒的起源、流行、危害、结构、变异和基因组等特征。然后，设计一个原核表达此病毒GP5蛋白的实验。学生在文献检索、设计实验以及其他如分子生物学试剂的订购、设计合成引物、病毒基因组提取、PCR、酶切连接到原核表达载体、序列测定、重组质粒转化至大肠杆菌、IPTG诱导重组蛋白的表达、Western blotting等一整套综合型实验中从头设计并全程参与。这些正是学生关心、急需掌握并且是即将面临的问题。因此，学生们对这样的实验安排产生了浓厚的兴趣和学习热情，等他们进入各个课题组后，能迅速适应科研环境，理解科研内容，尽早开展自己的课题研究。 四、改革考核方法
分子生物学理论和实验课程注重的是研究生科研能力的培养，旨在提高研究生的思考能力和动手能力，对学生在今后课题研究中发现问题、分析问题到最终解决问题产生启蒙和引导作用。因此，我们从研究生的论文写作、实验操作和实验报告等方面进行考核。论文写作考核：可以引导学生查找文献资料、了解行业背景、锻炼其写作能力和逻辑思维，督促学生熟悉一些科研网站如NCBI和知网，以及一些常用软件如Endnote等。实验操作考核：规范化实验操作是兽医学研究生必须掌握的基本功。例如扩增目的片段的PCR反应，需要在微量离心管中加入ddH2O、缓冲液、模板、上下游引物、dNTP和DNA聚合酶，然后在PCR仪器中进行变性、退火和延伸反应。如果学生不熟悉微量加样器的使用，各种反应物加量不准或者少加一种反应物，最终不仅会造成非特异扩增、降低扩增效率，甚至还会导致实验失敗。因此，强调并精准向学生演示每一步的基本操作尤为重要，并作为实验操作考核的评分标准。实验报告的考核：综合型实验的设计往往是一环扣一环，必须每一步做好质量控制，才能得到预期结果。比如质粒构建实验，首先要成功扩增目的片段，然后对目的片段和质粒载体进行酶切、连接、转入受体菌、酶切鉴定以及序列测定，任何一个环节出现问题，都不会拿到一个成功的重组质粒，这就要求学生思路清晰、态度认真、仔细操作才能完成。实验报告是学生实验操作的基础，能够反映学生的设计实验和思考能力，实验结果和相应的分析能够帮助学生总结成功和失败的经验，为今后课题的开展培养良好的习惯。
五、运用多媒体教学
分子生物学知识很多并且有的很抽象，而多媒体教学就是把抽象的文字信息转化为形象的图像和动画，从而启发学生的想象力，使学生把握教材的内涵，达到理解知识的目的。多媒体由于其“图、文、声、色彩和视听”并举，使课堂教学由静态的灌输变为动态的传播，学生耳闻其声，目睹其形，提高了教学效率，激发研究思考的热情，这是传统教学无可比拟的优势。分子生物学教师结合自己的研究结果，以及收集到的图片、视频资料，进行加工和完善，形成直观、系统和生动的分子生物学多媒体教学课件，提高学生的兴趣，加深学生对复杂的抽象的知识点的理解。如播放细胞内各细胞器之间生物大分子相互作用的动画视频，向学生们展示DNA的复制、转录、翻译的动画过程，以及一些实验室中的实验操作视频，将原本抽象的动态过程和不容易掌握的知识点变得形象、直观和生动有趣。在讲授每一个能够应用在现实生活中的分子生物学知识点时进行相关的举例说明。比如通过PCR技术扩增犯罪嫌疑人留在案发现场烟头上的DNA以破案的案例;利用SNP等技术进行亲子鉴定;以腺相关病毒为载体治疗基因突变病人的案例;以及利用反向遗传学构建口蹄疫疫苗形成巨大经济效益的案例。激发学生们学习并学好分子生物学的热情。同时，将更多医学和畜牧业先进的知识引入课件，让同学们通过动画、图片和实验录像了解这些知识和技术，增加教学的信息量，开阔他们的视野。
六、展望
社会的不断进步对畜牧业的发展提出了更高的要求，现代畜牧业的发展靠的是科学技术，而科技创新的核心在于人才培育。因此，只有不断地对分子生物学理论和实验课程进行改革探索，才能提高兽医学研究生的理论和科研水平，提高综合素质。在教学中必须以学生为主体，多创造学生思考和动手的机会，才能帮助学生更好地开展研究。这对加快培养造就一支创新能力强、综合素质高的兽医学人才队伍，对不断提高兽医学科技自主创新能力，促进畜牧业科技成果转化应用，具有重要的现实意义和长远的战略意义。
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