分子生物学实验范文
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导语:如何才能写好一篇分子生物学实验,这就需要搜集整理更多的资料和文献,欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文,供你借鉴。
篇1
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)30-0058-02
分子生物学这门学科具有发展速度快、对生物的生存及自身发展意义远大等特点,是生命科学中最具影响力的学科之一,其研究领域也十分宽泛,包括核酸类、蛋白类等生物体中所有的大分子结构、表达、调控及其功能,将人们对生物体的认知水平由表观提升到分子水平,其发展程度因现代科学的进步而变得越来越活跃。对于生命科学这门学科及相关专业的本科生而言,对分子生物学实验技术的掌握及相关原理的熟练运用是必备的基本功,这也造就了分子生物学实验课不同于其他生命学科实验课的重要地位。
一、分子生物学实验课程的重要性
随着分子生物学在教学过程中的不断推进,越来越多的教学实践者意识到为了能够引起学生们对这门课的足够重视需要把实验部分的教学内容从单纯的理论教学中剔除出来,独立形成一门课程,设置与之相匹配的学分。这种做法不仅能让学生加固对理论知识的掌握,而且能让学生接触到更多的分子生物学实验内容,从而锻炼学生的实践动手能力。相比之下,在原来理论教学囊括实验教学的情况下,由于学分的限制及课时的约束,往往只能开设6个有代表性的演示实验;而实验教学脱离理论教学独立成科之后,则可以2~3个“综合性”实验来牵头,“综合性”实验又下设几个“子”实验组成完善的实验课体系。这就为学生创造了更多的实际操作机会,加深学生对理论知识的理解,提高学生动手能力及分析解决问题的能力,为以后的科研实践及专业课的学习奠定了基础。
二、分子生物学实验课程教学现状
由于各学校的教学硬件设施不同及实验课所具有的特殊性(周期性、成本大)等原因,一些较为重要的科研实验不好与教学实验相结合,实践中的分子生物学实验课存在着一些不足:教学形式过于单调,学生只能被动接收,不能发挥其积极性及主动性;验证性实验居多,实验方式单一,很难培养学生创新性;实验内容设计不够合理,过于单一,不能形成一个完整体系,不利于学生综合素质的提升。此外,分子生物学实验课对实验设备要求较高,实验材料过于昂贵,导致好多很有必要的实验不能顺利开展。这种教学模式将严重阻碍教学质量的提升,改革是大势所趋。
三、分子生物学实验课程教学改革方法
1.完善实验内容,对教材进行更新。分子生物学是一门升级换代较快的学科,其实验内容及实验操作技术也不断在更新完善,急需将陈旧的内容剔除并建立周期性更新的机制。在教学实践过程中有必要删除一些过时的实验技术,引进一些现在常用的实验技术。对于新的实验教材编写原则应是:可以使学生在实验操作中对基础知识加深理解,提高动手能力,分析、解决问题的能力等综合素质,可以让学生了解当前分子生物学的发展趋势及系统地学习分子生物学实验技术原理及方法。
2.实验准备工作要充分。分子生物学实验是一门精致的学科,其对实验条件如环境、仪器及材料等要求非常高,实验仪器的操作不当及实验试剂的略微偏差都可能导致实验结构的失败。对此,在进行实验教学之前,教师的预先实验是必不可少的。准备工作内容有:实验材料的制备(耗材、试剂、生物材料),器皿的洗涤,试剂的配制,仪器的准备及检查。通过预实验,教师可以对实验过程中可能出现的问题提前有所准备,并对实验结果有所掌握。
3.完善实验体系,开设综合性实验。与其他科目的基础实验有所不同,分子生物学实验有周期长、紧密结合性、连贯性等特点,很难在2~3课时内完成。因此,对分子生物学实验的课程设计要周密详尽,建立完整的体系,集中在一个比较大的时间段来完成。结合我们的教学实践,建议把分子实验课安排在周五下午和星期六、日进行,这样2~3天的时间能够给学生足够的时间完成一个较大的综合性实验,便于学生形成一个完整的实验概念和对理论知识体系有一个深入的了解,并加深学生对实验内容的印象,便于学生在短期内形成对分子生物学的实验方法及技能的认知。对于实验内容的编写,我们强调实验的完整性和条理性。如在基因工程部分将DNA重组技术为主线贯穿整个实验。教材在实验授课上的顺序是以基因分离克隆,片段与载体的连接,载体选择、酶切,质粒重组及转化,重组子表达及鉴定等,以基因工程的内容为主线。这样的实验内容编排,不仅能将实验内容更加丰富完整,而且整个实验变得更加有调理,前后衔接紧密,弥补了传统实验安排中的不足,使学生在实践过程中能对理论体系有更深的理解,增强了学生的动手能力及学习兴趣,变被动接收为主动探究,提升了学生的综合素质及创新思维。
4.丰富分子生物学的教学方式。对于传统的分子生物学教学模式,其中针对实验部分的内容、原理、方法一般都是教师通过文字语言对其进行描述,学生很难对其充分地理解和掌握,对于记忆也是死记硬背。若能将现代的多媒体设备广泛地应用到实验教学过程中,可以使较为难理解的知识变得更加具体和形象,便于学生更好地理解和掌握。为了配合实验教学,我们初步建立了分子生物学二维虚拟仿真实验室,以动画的形式对实验的原理和步骤进行展示。对于一些较为抽象和难理解的实验,教师可以借助动画演示来为学生讲解,不仅可以让学生更好地理解实验内容,还能活跃课堂气氛,丰富教学内容,激发学生的学习兴趣,从而使得实验教学效果得到有效的提高。
5.重视和培养学生的动手能力以及创新意识。通过实验课程,可以很好地锻炼学生的科研能力,并树立良好的科研作风。然而,由于学生人数较多,使得实验课程教学效果并不是很理想。为此,我们将学生分为多个小组,进行实验教学,这样可以很好地让学生学习和掌握分子生物学的实验原理和操作技能。
6.重视实验过程,考核采取综合成绩评定。鉴于对以前分子生物实验教学中所出现的问题进行分析和总结,我们将实验教学的效果考核视为工作的重点。具体的考核内容包括:实验态度、基本操作技巧、实验报告、实验综合效果,其成绩分为两个部分:采用百分制,平时成绩占70%,考试成绩占30%。其中,平时成绩的1/3,主要是对学生的上课出勤率和实验课上表现进行考核,如果旷课一次,则对其提出警告;如果次数达到两次以上,取消该生平时成绩;此外,平时成绩剩余的2/3是对学生所做的实验操作和实验报告两部分进行考核,如果在实验操作中出现失误或者没有得到实验结果,该生可向指导教师提出申请,可以跟着下一个班重新做实验,如果没有重做的学生则没有这部分相应的成绩。考试的形式,我们将根据课程特点将其分成操作考试和笔试两个部分,均在所有教学实验都结束之后再进行考试。其中,操作考试为学生在根据实验指导教师提出的题目进行现场的实验操作;笔试为实验指导教师根据上课的实验内容出一些实验原理题。通过采用此种教学考核方式,不仅可以有效地控制实验过程,还能转变学生的实验态度,督促其能够认真仔细地完成每一个实验,从而掌握相关的实验技能。
分子生物学实验的技能是学生必须要掌握的技能之一,为以后从事科研工作奠定实践基础。现如今,无论是社会还是高校,都越来越重视对复合型人才的培养,而我们所提出的这种实践教育理念与当代高校培养各种人才的主题都是十分契合的。笔者还希望能够通过对分子生物学实验课程的教学改革,可以抛砖引玉,给本院校或者其他院校的相关实验课程的教学改革提供一些参考。
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关键词:分子生物学 实验教学 教学改革
中图分类号:G4 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2013)09(b)-0050-01
分子生物学技术广泛应用于现代生命科学研究中的各个领域,它的高速发展推动了整个生命科学知识的快速更新。分子生物学是一门在实验基础上发展起来的学科,实验素质的培养及实验技能的训练对学生快速、准确吸收现代生物学的新成果、新知识、新发展及今后从事科研和实践工作都有着重要的意义。因此,“实践教育”在高校生物专业本科生的培养过程中尤为重要,无论是教授者还是受教者都应该重视分子生物学的实验课程。本科生分子生物学实验课程的合理安排和设计可提高学生的学习兴趣,促进他们对理论知识的理解和实验技能的提高。基于实验课的理论及实践在整个分子生物学教学过程中的重要性,及该学科高速发展的现状,有必要对实验课程的教学内容、授课方式等进行教学改革。
20世纪90年代,北京师范大学分子生物学教研组正式将分子生物学实验作为一门独立的课程,并作为生命科学各专业学生的专业必修课。单独开设分子生物学实验这门课后,在原有的基础上又增加了许多新的分子生物学技术和实验内容,学生通过此课程既学到了适应时代前沿的技术,又大大增加了他们的实践和动手能力[1]。这门课程的开设,从根本上转变了生命科学学生的知识结构,推动了教学内容现代化的进程。目前,国内一些高校已开设了分子生物学实验课[2]。通过对兄弟院校此门课程教学经验的借鉴以及在教授该课过程中的体验,本校分子生物学教学团队将原来的分子生物学课(双语)分成了两门独立的课程,即分子生物学原理(理论,双语)和分子生物学实验课。对分子生物学实验课程进行了以下教学改革。
1 分子生物学实验独立开课的必要性
在分子生物学的教学过程中,越来越多的教学工作者意识到,把实验教学内容从理论教学内容中剥离下来,形成一门独立的课程,设置固定的学分,更能够引起学生对该课程的重视。独立开课不仅让学生温习已学过的知识,而且还能接触到更多的分子生物学实验内容。例如,在实验教学与理论教学合并的情况下,由于教学时间和学分的限制,只能开设6个“验证性”的实验;而实验教学作为独立的课程之后,可以开设由2~3个“综合性”实验“牵头”,几个“子”实验组成的“实验类”。这种教学方式为学生创造了更多的操作机会,提高他们观察、分析问题的能力,加深他们对理论知识的理解,以及这些知识和技能如何在科研实践中应用。实验课的教学效果直接学生影响后续专业课程的学习。
2 实验课程的授课模式
经过教学团队的研讨,分子生物学实验课安排在分子生物学理论课后的学期开设,即大三下半学期,并采用2周集中实践的方式。这样安排有利于学生消化、吸收和巩固前面已学的分子生物学的知识,还有利于他们充分利用时间,系统性的完成综合实验,掌握分子生物学的实验操作技术。
3 实验内容的选择
实验内容是此门课程的核心和灵魂。合适的实验内容不仅能够引起学生的学习兴趣,还能够让他们更好的掌握相关的知识与技能,关系到学生是否真正具备将课堂上学到的实验技能应用到科研实践中[3]。因此,在实验内容的选择上应遵循以下三点:(1)尽量涵盖分子生物学基础实验领域;(2)体现现代分子生物学研究前沿的技术;(3)实验顺序的安排要符合科学研究由表及里,由浅及深的思路。在设计实验时,我们将整个实验课归纳成三类综合大实验,每类综合大实验下设与其相关的基础实验内容。以下将针对实验设计及讲解方式进行详细介绍。
如,综合大实验一:克隆基因。实验目的为理解并掌握分子克隆基因的实验流程及原理。在实验理论部分讲解时,需引导学生思考该实验的整体流程是什么?将会用到哪些基础实验?如,如何获得DNA(DNA的提取方法)?如何获得目的基因(PCR等技术)?根据思路,实验内容做如下安排:实验一,基因组DNA的提取以及DNA浓度和纯度的鉴定(第一天);实验二,PCR体外扩增基因及扩增产物的检测(第二天);实验三,PCR产物的纯化(第二天);实验四,重组质粒的构建和筛选(第二天,第三天);实验五,质粒DNA的提取(第四天);实验六,重组质粒的酶切鉴定(第四天)。在第一天将综合大实验一的总体目标,实验流程及基本原理进行介绍。通过这样安排,学生不仅容易理解实验的总体目的和每个基础实验之间的联系,还容易掌握每个基础实验的原理及其在科研实践环节中的作用。
4 考核方式
此次教改的目的是全面培养学生分子生物学实践技能,因此,侧重实验操作方面的考核内容。这部分内容可以通过以下两种方式考核:(1)通过实际操作的方式考核。挑选一些较为基础,且耗时不长又便于操作的实验如琼脂糖凝胶的制作,电泳上样,PCR反应体系的制备,蓝白斑平板挑阳性克隆,DNA浓度的检测等进行操作能力考核。(2)通过闭卷考试的方式考核。在考试中大大引入与实验操作相关的题目,如计算PCR反应体系或酶切体系中各组分的含量等。此外,生物实验室的安全管理尤为重要。因此,实验室安全知识如使用DNA染料时的注意事项,带菌培养皿及废液的处理,监管类生化试剂的存放及使用要求等也是该课程考核的重要内容。除此之外,还要通过学生的实验态度,实验报告等全方面考核学生,目的是为了让他们认真的参与这门课程。
分子生物学实验技能是学生今后从事科研和实践所需的必要基础技能之一。当今,社会和高校越来越注重实践型复合人才的培养,加强实践教育正切合了当代高校培养人才的主题。希望该课程的教学改革能够抛砖引玉,为本校或兄弟院校其它实验课程的教学改革提供参考。
参考文献
[1] 向本琼,桑建利.北京师范大学生命科学与技术实践教学创新体系:高校生命科学基础课程报告论坛文集[M].高等教育出版社,2007:338.
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关键词:中医 分子生物学 实验准备
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2013)09(a)-0126-01
随着分子生物学的迅猛发展,该技术已经渗透到基础医学和临床医学的各个领域,与医学联系日益紧密。中医院校的实验教学课程大多是实验性很强的专业课,而医学分子生物学实验大多是蛋白质和核酸等的定量实验,要求更严格,操作更复杂,实验难度更大,要保证实验课有序高质量完成,实验准备工作起着关键性的作用,环环相扣,不能疏忽大意。
为在中医院校普及和推广分子生物学技术,培养学生基本实验技能和理论联系实际的能力,我校基础医学院实验教学中心于2012年全面开展分子生物学教学实验的准备工作,现准备工作已经完成。经历我校分子生物学教学实验室从无到有的整体建设,从耗材购置到预实验进行,结合具体工作,谈一谈自己的体会。
1 提高自身业务能力
个人认为扎实的业务素质是实验准备工作必不可少的前提,我校本科分子生物学实验包括质粒的提取、基因组DNA的提取、PCR、转化等五个小实验,这些小实验之间具有连续性强、时间长等特点,要求实验准备工作人员必须具有扎实全面的理论基础和熟练的实验技能,掌握实验原理、方法步骤和试剂配制,熟悉掌握设备仪器的操作和注意事项,出现问题能及时解决,对不同实验结果有合理的解释。如电泳,胶的浓度很大程度上决定了图片漂亮与否,任何大小的DN段都有一个合适的浓度的胶,做PAGE时胶的浓度更为明显;这些是实验准备的重点,那么怎么寻找这些实验中的重点呢?那就要在预实验中仔细揣摩实验原理、步骤;再如转化会有多次失败,许多人认为是感受态做的不好或者是抗生素加过量,可是有一次的感受态是“粗放型”做的,最后效果却很好,这有可能是载体自我环化没连上,或者是热激时间过长;对于抗生素用量多的问题,则把平板在恒温箱里多放置一段时间仍仍然什么都没有(这时抗生素已经失效),这就不是抗生素的问题了,这些只有实验之后才能体会;有时候转化子太多,就不妨把平板室温下放置数小时,挑大菌落(质粒拷贝数多)去验证。最后,作为实验技术人员,要关注国内外实验技术新动态,改进实验方法,不断提高自身业务能力。
2 积极做好预实验
所谓预实验是指在进行实验教学或者是科学研究时,经常需要在正式实验之前先做一次实验,简称预实验[1]。它不仅仅是一个简单的准备过程,而且实验准备人员能通过这一过程摸索实验条件,确保实验顺利进行,同时许多新的实验方法和技巧都可以由预实验探索而来[2]。
每次实验都会因时间、室温、试剂批号及浓度和仪器的改变而出现不同的实验结果,所以每次实验前都要做好预实验。做好预实验首先需要注意环境的干净整洁,该灭菌的仪器和器皿是否准备充足,然后认真完成所需要的各种试剂的保存条件、稀释时的配比等。
其次是仪器设备的准备,实验前要仔细调试设备,这样才能确保实验的正常进行。比如我们实验室新买了一台离心机,空机转动很好,可是在预实验时发现放到里面的离心管顶部与机器有摩擦,及时与厂家联系进行维修解决了问题。其实预实验目的就是确定实验条件,寻找存在的问题及注意事项,确保实验课的正常进行。
3 加强各方面的协调工作是实验准备的保证
实验准备工作特点是接触面广,与学校教务处、设备科、学科教师、学生的关系密切,处理好以上几个方面的关系是搞好实验工作的重要保证。(1)设备科:分子生物学实验是一门新开实验,作为采购部门的设备科第一次采购某些耗材就有可能会发生理解上的错误,这就需要和设备科老师有良好的沟通,比如填写的购置计划只写着封口膜(全名叫无菌培养容器封口膜),在领取时设备科老师就先让供货商拿来一包样品(Para film),发现不对我们及时调货最终确保了实验的顺利进行;(2)学科教师:实验教学是教师和实验人员共同完成的教学任务,二者相互依赖,缺一不可,在实验准备中要求学科教师意见,互相尊重,密切配合;(3)学生:每次实验课前都要给本实验室的负责人交代清楚实验过程中的注意事项,有些必要的要打印出来贴在醒目处请学生注意。
4 加强日常管理
良好的实验室管理是保证实验顺利进行的基础。在实验过程中要做到以下几点。
4.1 实验仪器的管理
分子生物学操作中会涉及一系列仪器,管理不当或者使用不当导致实验失败、减少仪器使用寿命或损坏仪器,因此在进行操作前细致地了解各种仪器的使用方法及注意事项,是使后继实验事半功倍的一个必要准备。比如超低温冰箱和可调微量移液器,在超低温冰箱内储存的物品包装盒材质应为不锈钢、铝质或耐低温的硬质塑料。禁止使用纸盒、橡胶器皿、玻璃器皿以及软质塑料袋;尽量减少开门的次数和开门时间,以保证箱内温度的稳定;存取样品时动作应迅速,不能长时间打开冰箱。离开时务必确认冰箱已经关严。可调微量移液器在使用过程中动作要缓慢平稳,不使用时要调至最大值的刻度,使弹簧处于松弛状态以保护弹簧。实验结束后督促学生填写仪器使用情况表,如有故障要写明原因,以便及时联系维修人员进行检修。
4.2 实验材料的管理
实验室的安全最重要,分子生物学实验经常与毒性强,甚至是致癌的试剂接触,像氯仿、异戊醇、甲醛、乙醚等许多溶剂,都应在通风橱中使用,并且注意保护皮肤和呼吸道。另外一些致癌物或诱变剂,像溴化乙锭等,在操作中要注意防护,并注意使用后的处理。特别是一些试剂盒,一定要掌握相关知识后方可使用。实验室工作人员要列出每次实验的材料清单,每次实验课前组长按照清单一一清点,对于有毒及需要特殊处理的试剂要对学生交代清楚,同时要明确下课后按时把所有实验材料整理归位,老师检查合格后方可离开。
4.3 实验室卫生管理
从第一次上课就要强调实验室环境卫生的重要性,促使学生养成良好的卫生习惯。每次实验结束后值日生认真打扫卫生,并将实验室仪器、物品摆放整齐,为下一次实验创造良好的氛围。
分子生物学的准备工作繁琐而复杂,即使有几年的工作经验也难免会有疏漏,这就要求我们平时的经验非常重要。注意总结实验中注意事项,每次的物品准备都要有详细的记录,每学期实验项目一旦确定就不会改变,准备教师可以提前熟悉实验程序。娴熟的操作技能是保证实验准备得以顺利进行的重要条件,只有做到正确使用、熟练和规范操作,才能得到正确结果[3]。长此以往,可以改正不足,逐渐完善实验准备工作。
参考文献
[1] 孙蕊,于洪帅,丁宁,等.预实验在培养大学生综合素质中的作用[J].现代医药卫生,2008(22):151-152.
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关键词:分子生物学;实验教学;探索
中图分类号:G642.0文献标志码:A文章编号:1674-9324(2018)14-0250-03
一、引言
分子生物学是从分子水平研究生命本质的一门新兴边缘学科,其核心内容是在核酸与蛋白质水平上研究基因的复制、表达及其调控,它的发展为人类认识生命现象带来了前所未有的机会,也为人类利用和改造生物创造了极为广阔的前景[1]。分子生物学实验以生物化学、细胞生物学、药理学为基础,其基本理论知识和实验技术已经融合到生命科学的各个领域,并带动和推进了其他许多学科的发展。以吉林大学珠海学院化学与药学系省级实验教学示范中心为例,对分子生物学实验进行探索和实践。
二、传统分子生物学实验的现状
(一)实验课体系不够完整
传统的分子生物学实验是将一个连续的实验切割成多个独立的实验进行,如活化大肠杆菌、制备与转化感受态细胞、DNA质粒提取、基因组DNA提取等,21世纪的今天分子生物学发展迅速,我们应该与实际相结合开展PCR、蛋白质印迹和Southern杂交实验。训练学生使其掌握每个实验所涉及的理论知识、实验操作技能,分子生物学实验内容之间都有关联度和衔接性,但是由于时间限制,连贯性差,不利于形成一个完整、科学、合理的实验体系,不能对分子生物学实验有全面的认识。
(二)教学方法过于单一
在大学中实验课教学与理论课教学我们要区别对待,所以教师不能采用一味地灌输、填充式的教学,要改变以教师为中心的教学方法,不能仅仅依靠黑板、粉笔为工具的教学手段。教师思想上也要相应地做出改变,改变单向传递信息的模式,要从多角度、多方面地实施教学,充分利用现代多媒体网络技术,多种渠道传递信息。与学生课堂上讨论问题是重要的教学环节。在实验课堂引入分子生物学实验相关问题,联系身边实践和现代前沿的知识进行讨论,是吸引学生学习积极性的重要措施,也是对实验教师教学能力的考验。实验教学中进行的讨论,最好是围绕当天进行的实验内容展开,而且是一环扣一环,以保证在讨论中牢牢抓住学生的注意力,从而引发学生进一步的思考。
(三)分子生物实验课成本高
分子生物实验对设备性能要求高,大多数是进口的实验仪器与实验耗材,其价格偏高,巨大的资金预算会拖垮很多小型科研单位。实验时间长,由于资源有限,实验大部分以演示为主,由于分子生物学实验内容比较抽象,实验技术较难把握,学生没有动手练习,实验过程不能有真实的感受,降低了学生的动手能力。以“重组人白介素-18(rhIL-18)基因工程菌的构建”为例,涉及到的酶就有5种之多,如BglⅡ、PstⅠ、BamHⅠ、Taq酶、T4连接酶,相关的试剂盒:UNIQ-10柱式质粒抽提盒、DNA柱回收试剂盒。这些都无形中增加了实验课的成本。
三、分子生物学实验改革与实践
(一)实验资源优化分配
实验资源的优化分配,需要从涉及到的学科和课程内容方面进行交叉对比,特别是以教学为目的开设的实验室,要从学校学科发展的长远角度考虑,将教学需要与科研需求进行整合,将一些单独的、零散的规模较小的实验室规划为大型的、综合性的实验室,用这种方法来提高实验资源的综合利用效率。对于实验资源需要建立共享平台,合理分配各个专业的实验资源和利用情况,并且根据实验教学的需要进行合理的分配。例如风光光度计与药学综合实验共享,无菌操作台与发酵学实验共享,通过手机app查看课程安排,将实验室管理、资源管理、设备管理等信息共享,通过网络这个平台,加强教师和教师、教师与学生、学生与学生之间的信息资源共享,同时也有利于帮助管理人员更好地掌握实验资源的建设和利用情况,并且根据需要进行适当的分配,以此实现实验资源利用效率的最优化。同时,共享机制的建设也有利于消除专业之间的资源抢夺情况,有利于实现实验资源的优化配置。
(二)实验教学方法多元化
1.分子生物学实验,具有实验手段多元化,实验过程精细化的特点,实验中细节决定结果。而通过观看录像、虚拟仿真软件等多媒体形式能够把抽象的理论形象化,使实验的整个过程变得真实、形象;利用多种感观的刺激,使学生获取更多的信息,给学生创造一个真实的学习情境,切实帮助学生获得知识。
2.对实验室无法开设的实验,利用多媒体形式展示或操作软件,拓展学生视野,使学生了解到更多较前沿的、先进的分子生物学实验技术。
3.中心通过与本部(吉林大学)分子生物学精品课程网站进行實验资源共享与交流,使学生可以在手机上与更多高水平的老师交流沟通,从而使学习的手段更加多元化、丰富化,发挥学校本部的资源优势,从而达到资源共享的最优化。
4.实验方法的优化。为了让学生对分子生物学实验能有一个整体的认识,将“重组人白介素-18(rhIL-18)基因工程菌的构建”实验设计成一个连续4天的实验:
(三)实验考核体系的科学化、合理化
建立一个科学、合理的分子生物学实验课考核体系,不仅可以客观全面地评价学生成绩,也可以更好地展示教学效果。实验课的考核及评价体系可以分为4个方面:
1.平时成绩(10分),包括实验课平时表现、讨论问题,课堂上的纪律,实验药品与器材的摆放。
2.实验报告(25分),包括实验的题目、实验的原理、实验的仪器、试剂、详细的实验步骤、实验的注意事项等。通过上述的预习可以使学生对实验的操作过程更加熟练,从而避免实验中出现错误的、不规范的操作。实验报告中要求学生体现出在实验过程中存在的问题,实验结果有否偏差。通过查找文献资料、讨论、分析,对这些问题做出合理解释,并在教师的指导下得出正确的结论。
3.实验操作(35分)。实验操作的题目主要是对实验过程中操作内容的高度总结;提问部分主要从实验设计、实验的过程、鉴定实验结果等设计不同题目。
4.实验理论考核(30分)。试卷类型多元化,如填空题、问答题、论述题等。
四、总结
分子生物学实验课现在已经成为当今高等学校生命科学领域的一门十分重要的实验课程,也是我们认识微观世界与宏观世界的一种方法,分子生物学技术在动物科学领域以及环境科学领域都发挥着重要作用。学生在分子生物学实验中,要掌握相应的实验原理、方法,形成一个完整的体系。
参考文献:
[1]朱玉贤,李毅,郑晓峰.现代分子生物学[M].北京:高等教育出版社,2007.
[2]赵晓刚.中学开展分子生物学实验的探索与思考[J].生物学通报,2006,41(4):37-38.
篇5
关键词:分子生物学 实验技能 生命科学
分子生物学是在生物化学等学科的基础上发展并建立起来的。最早是由Warren Weaver提出首先在Harvey Lecture上应用的[1]。自20世纪50年代以来,分子生物学逐渐成为生命科学的前沿与生长点,其研究领域涵盖了遗传学、生物化学和生物物理学等学科,且分子生物学是一门生物学和化学之间跨学科的研究[2]。分子生物学是一门实验性很强的学科,不仅要通过实验去验证理论,更要从实验中得到一些启发,进而进行创新。这就要求学生要具有较强的观察力和动手能力,从而才能更好地掌握和发展现代分子生物学的技术和基本理论。传统的分子生物学课程及实验课程大多是一些基本原理的验证和一些常规的实验技能操作,对学生的实验技能训练比较单一,学生只能被动地掌握一些基本理论和实验技能,不能独立分析和处理实验中出现的问题,更是缺乏创新精神,实验课更是应付了事。为了切实提高学生的实验技能、思维及创新能力,有必要对现在的分子生物学及实验课程进行一些改变和改正。
首先我们从理论教学模式的改变和改正。现在的理论教学放在第一位的,实验教学依附于理论教学,作为验证理论的一种手段[3]。实验课程大多是理论教学中理论或定律的验证,各门相关生命科学课程的实验之间相对独立、缺乏联系,学生思维也被局限于各相应的理论课程。这种模式只适用于基本技能的训练,不适应创新能力的培养,不能激发学生的积极性和创造性。要改变这种教学模式,最起码的要求就是理论教学和实验教学有机结合,让学生在学习理论知识的同时进行一些基本实验的操作,让学生在理论课程及实验课程中多思考、多观察并多提问问题。分子生物学的实验大多是用眼睛看不到、用手摸不到的,这就要求我们老师在理论和实验课中尽可能地展示一些相关分子的模型,同时采用现场实验的方式给学生加以灌输,也可以让学生先动手做相关实验,以便激发学生的兴趣和思维,主动地去学习理论知识。同时按照国家素质教育的要求,以培养创新能力为主线,重新建立课程结构体系,实验教学环节尽可能独立开设实验课;对不具备独立开设的实验教学环节,努力按课程群设置实验课,使实验教学逐渐建立起与理论教学紧密配合又相对独立,由不同层次、不同系列的实验课程组成的实验教学体系。
其次是实验教学的模式改变。众所周知,现在大多学高等院校实验课的教学模式还是保姆式模式:即实验技术人员准备实验药品、调好实验仪器,配制实验试剂,教师板书好实验步骤及其原理,学生按部就班地按照实验步骤一步一步做实验,得出实验结果,写实验报告,交实验报告。这种实验教学模式让学生基本没有自主性,基本抹杀了学生的创新能力,无法提高学生的实验技能。要改变实验教学中这些传统的弊端,我们有必要从准备实验开始,让学生主动参加。为了让学生能更好地理解整个实验是怎么开展的,可以在教师辅导的前提下,让学生自己准备实验。例如质粒提取这个实验,让学生提前准备药品,调试仪器并配制一些实验溶液,等这些所有的都已准备完毕,学生对实验的整个流程都了解清楚。特别是一些药品的使用、仪器的使用规则印象特深刻,基本上能够做到安全地使用实验室,不仅能有效地防范实验事故的发生,同时能培养学生独立思考问题和解决问题的能力,激发学生的主动能动性。实验基本操作的规范也是分子生物学实验中相当重要的一环。在实验教学中,指导老师从始至终都要强调规范操作的必要性,同时还要指出操作中常易犯错的地方,同时让学生知道每个实验操作规范可影响实验结果,以及为什么会影响,比如分子生物学中移液器的使用,必须规范,不规范会致使实验数据的偏差以及假阳性。实验过程中,老师要不停的观察每组实验,碰到问题及时启发学生去解决,解决不了的问题老师可以引导学生,不要直接去帮学生解决问题,多让学生动手、思考,充分发挥学生的主观能动性。实验结果会因个人能力的不同差异显著,要让学生互相参与讨论实验结果,让学生相互谈谈自己是如何做出这样或那样的实验结果,这对发现学生做得好与不好有很大的帮助。另外实验教学中可以采用一些多媒体的手段,有助于学生理解一些抽象的概念和实验原理,使实验内容更加直观、生动、形象,有助于学生加深对分子生物学抽象内容的理解,可以极大地丰富了实验课内容,提高实验课的质量,使实验课内容变得更加生动、形象、引人入胜。
最后要从实验课内容上进行改革。传统的分子生物学实验课程中,每个实验的安排都是相对独立的,且大多是验证型实验,随着现代生物技术的迅速发展,本科生的实验教学内容有些滞后,不断涌现的新知识和新技术都没有安排到实验教学中,比如RNA干涉技术、分子标记等。鉴于以上几点,传统实验教学内容有必要进行相应地调整,以开拓学生的视野,提高学生综合运用知识的能力。首先将实验教学内容进行整体优化、筛选整合,将创新意识和创新能力的培养贯穿于整个实验教学的全过程。根据教学大纲,精选实验项目,既能保障了实验课与理论课、教学与实习的有机衔接,又能避免教学内容上不必要的重复,从而有效地利用了教学课时,增大了教学信息量,提高了实验课的效率。其次可以设置开放实验室并通过一些开放性课题,为学生提供了更多的自主实验的机会,调动学生的积极性,主动地去接触一些科学的课题,提高学生动手能力。在开放性实验题目的设立及内容的安排上,一要新颖,就是题目的设立及内容的安排要完全不同于本科生一般实验课的题目和内容;二要具有一定的特征,就是实验题目的设立及内容要充分体现实验室的特色;三是涉及的内容要多,在实验过程中让学生尽可能多的学习使用常规实验接触不到的仪器设备。开放实验的设置、内容和教学方法要不断更新和改进,才能适应科学技术日新月异的发展和对人才培养的需求。
本文通过分析目前高等院校分子生物学中实验教学存在的问题,指出了传统实验教学模式不利于发挥学生主观能动性的局限性。本文有针对性地提出了实验教学体系改革的思路,从理论课与实验课有机结合、实验课教学方法、教学内容等方面进行了探讨。旨在提高学生操作技能素质,全面实现教学培养目标。实验改革是现代生命科学发展的需要, 是高等学校发展的要求,也是全面提高大学生动手实践能力的需要。
参考文献:
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篇6
【关键词】医学检验 临床分子生物学检验 实验教学
随着基因组计划的顺利完成,后基因组时代逐步到来。分子诊断学进入了快速发展期,为检验医学的发展提供了新的机遇。随着分子生物学理论、技术和方法的临床应用,分子生物学技术以其不可比拟的强大功能逐渐成为临床检验诊断的重要手段之一。为了适应新世纪临床检验诊断的需要, 我校自2008年开始将其作为医学检验专业的一门重要的临床专业必修课进行开设。由于分子生物学技术发展迅速,种类繁多,对于4年制检验本科学生来说,时间紧张加上以往所学分子生物学知识较少,因此在讲授临床分子生物学检验这门课程时,我们选择性的讲授分子生物学中的基础知识(如基因的克隆、表达、调控等)以及与临床检验诊断关系密切的分子生物学技术。实验教学在加强学生的素质教育与创新能力培养方面起着理论教学不可替代的作用,因此在该门课程仅有66学时的情况下,实验课时开出了32学时。由于分子生物学实验课有其自身明显的特点:实验过程中的许多现象与结果往往比较微观,抽象,如何最大程度的提高学生的学习兴趣,使学生充分体会到奇妙的生命微观世界,又深刻认识到分子生物学实验在临床检验中的实用性和重要性,在充分调动学生学习积极性的基础上,巩固加深理论知识的学习,同时使其掌握分子生物学检验技术的基本操作技能和相关检验技术。结合近几年的实验教学,有关临床分子生物学检验实验教学的几点体会,现总结如下。
一、合理设计实验
根据本校医学检验本科生教学以及分子生物学技术的特点,将理论课与实验课接近1:1进行分配。在实验设计中高度重视能力培养,注重提高学生实践能力、创新意识及学习主动性。实验分为基础实验与综合性实验,基础实验主要学习基本实验技能,培养动手能力,如质粒DNA的提取、PCR扩增、DNA琼脂糖凝胶电泳等。综合性实验主要是将所学基础实验贯穿起来,让学生真正成为实验教学的主体,着力培养学生独立思考、创新和综合运用知识的能力,提高学生的实际操作和综合分析能力,如引物设计与PCR扩增实验,涉及到以往的引物设计、PCR扩增及DNA琼脂糖凝胶电泳等实验。除此之外,在实验课教学过程中,合理安排实验,各实验之间既独立, 又相互连贯, 前一个实验的结果是下一个实验的材料。如我们在设计DNA克隆实验时,主要包括分(分离、获取目的基因和载体),切(对目的基因和载体进行限制性酶切)、接(目的基因与载体连接)、转(重组DNA导入相应的受体细胞)、筛(筛选出含有重组体的受体细胞),在分、切、接、转、筛各实验中,前一个实验的结果恰好是下一个实验的材料,这样既可以充分节约资源,又体现了实验的连贯性。同时尽量开设与临床应用较密切的实验项目,如HBV核酸的荧光定量PCR检测等。在整个教学过程中,不仅教会学生如何去做实验,更要充分理解实验原理、并学会设计实验,同步培养学生的动手和思考能力,为其将来真正走进实验室做好充分的准备。
二、实验内容的选择
精心选择和合理安排实验内容,充分将系统性与实用性相结合,理论与实践相结合。使学生尽可能多的了解分子生物学技术在检验及医学研究中的应用。如我们开设的PCR扩增实验,就含有引物的设计、mRNA的提取及逆转、PCR体系配置及扩增、PCR产物分析等实验内容。在学生充份了解并熟悉普通PCR的基础上,我们进一步开设了目前临床检验中常用的HBV核酸的荧光定量PCR检测内容。实时荧光定量PCR可在PCR指数扩增期通过连续监测荧光信号强弱的变化来即时测定特异性产物的量,克服了普通PCR只有扩增结束后才能检测扩增产物的弊端,整个扩增过程动态观察,学生一目了然。通过普通PCR及荧光定量PCR实验,使学生对PCR的原理、操作、过程由抽象到具体,将学到的知识和技能融会贯通,而不是死记硬背。我们开设的DNA克隆实验,涵盖了DNA的提取,PCR扩增,限制性酶切,目的基因与载体的连接,感受态细胞的制备,重组子的转化及鉴定。通过实验使学生对深奥、难理解的DNA克隆过程有了深切体会,同时教学过程中充分发挥学生的主观能动性, 发挥他们的想象力和创新精神。实验过程中每4人一组,增加学生动手、动脑和团队合作精神,教师在实验过程中正确引导,严格把关, 使教学目标顺利完成。
三、实验教学过程
规范实验教学过程,注重实验教学经验的积累,把培养目标严格贯穿于整个教学活动中。实验课前,充分备课及预实验,熟练掌握整个实验操作流程,对实验过程中存在的或易出现的问题,及时纠正,以提高实验的准确率和成功率。技术人员与各带课教师之间在共用试剂及仪器上做好协调沟通,保证实验顺利进行。每学期第一次实验课,集中、重点讲解分子生物学中经常用到的仪器和设备(如微量加样器、分光光度计、离心机等)的使用及注意事项,并进行操作示教,要求人人操作规范,对于不合符规范的立即纠正,重点强化训练,直到人人过关,避免学生因操作不当而影响实验的整体性,以保证后续实验顺利完成。每次实验课,以15分钟左右的时间重点讲解实验原理、操作及注意事项,并提出相关的问题,但不给出明确结论,让学生带着问题动手操作,通过自己动脑、动手去解决问题,而不是简单的重复实验流程或操作步骤。实验过程中带教老师积极巡视指导,发现操作错误及时指出并予以纠正,从而提高其操作技能。实验结束前,通过学生讨论、带教老师点评的方式对本次实验出现的问题及实验结果进行归纳总结。使学生在整个实验过程中主动参与、乐于探究、勤于动手,自己寻找问题的答案;使实验课不再仅仅只是加深有关理论课的理解和掌握,而是在此基础上的进一步培养学生的动手能力和分析问题、解决问题的能力。课后带教老师根据学生实验中出现的问题,认真总结,进一步优化下次实验课的开设。
四、实验考核
为了避免实验课中,学生机械地按部就班完成实验步骤,对实验原理一知半解,对实验结果的分析缺乏独立总结和思考的能力。我们依据多项指标综合评定学生的实验课成绩,主要包括三方面:实验报告、实验操作技能考试和实验设计。实验报告要求学生掌握实验原理、熟悉实验流程、并对实验中出现的问题及实验结果进行讨论,并能够解决相关问题。实验操作技能考试内容包括所学所有实验操作,由学生随机抽取考核题目,这样可提高学生的动手操作和综合能力。实验设计,在每学期最后一次实验课进行,按照上课时的分组,每4人为一小组,要求学生提前查阅相关的文献资料,利用一学期的实验积累,从实验原理、材料、步骤等方面自行设计一个实验,课堂上每组提出自己的设计方案,带教老师对其进行指导及评价。通过实验报告、实验操作技能考试及实验设计三部分成绩,可以达到综合、客观地评价学生对实验理论的理解、掌握程度及动手操作能力及分析问题、解决问题的能力。
五、实验教学效果
对于以往较少接触分子生物学的医学检验专业学生来说,临床分子生物学检验理论深奥难以理解。经过一个学期的实验操作后,大部分同学反应,以前靠死记硬背的原理及操作步骤,现在变得清晰、易懂。如普通PCR扩增实验:通过引物设计、PCR体系配置、PCR仪参数设置、PCR产物琼脂糖凝胶分析等,使抽象、难懂的理论变得具体、真实、可见。同时分子生物学实验课往往前后贯通,通过实验课的学习,不仅掌握了重要的分子生物学实验技术,而且初步学到了一种研究思路和方法,这是一般零散实验难以达到的一种效果。如通过DNA克隆实验,学生掌握了引物设计、PCR扩增、质粒DNA的提取、限制性酶切、目的基因与载体的连接、感受态细胞的制备、转化、及阳性重组子的筛选和鉴定等。在此基础上,学生利用所学知识,可以独立设计相关的实验并进行实施,巩固和提高了学生的综合实验能力。同时通过实验教学使学生了解与实验相关的一系列同类技术,开阔思路,为后续学习和工作奠定坚实的基础。
六、存在的问题
由于本门课程内容抽象、深奥,时间有限,如何在较短的时间内选择最具有代表性、与临床检验诊断密切相关的实验;如何使临床分子生物学检验实验课更趋合理;如何通过实验教学提高学生综合能力与创新能力,上述均是我们今后积极探索并不断努力的方向。
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篇7
【关键词】 中药; 多药耐药; 分子生物学
目前,化疗是治疗恶性肿瘤的主要手段之一,而在化疗过程中易产生肿瘤的多药耐药,大大降低了其疗效。因此,如何解决多药耐药就成为了提高化疗疗效,改善患者生活质量的关键问题。多药耐药(multidrug resistance,MDR)是一个多基因参与的过程,涉及多种耐药相关蛋白[1]。不同肿瘤具有不同的耐药表型,可以是某种耐药基因表达,也可能是多种耐药基因同时表达的结果,而由于中药的多靶点作用,其可通过作用于多个耐药相关蛋白达到逆转多药耐药的作用。目前,中药抗多药耐药的作用研究已深入到分子水平。本文概述近年来中药在逆转多药耐药的分子水平的研究进展。
1 肿瘤多药耐药经典途径
P-gp蛋白介导的多药耐药是研究最多,机制最为明确的多药耐药产生途径,因此被称为多药耐药的经典途径。由MDR1基因编码的P-gp蛋白ATP依赖性的药物泵,其是通过水解ATP提供的能量,将进入细胞内的药物泵出细胞,使得细胞内药物浓度不断下降,最终使药物细胞毒作用减弱甚至丧失出现耐药[2]。中药下调P-gp蛋白的实验研究较多,下面就分体外与体内实验分别阐述。
1.1 体外实验研究解霞等[3]对川芎嗪(TMP)逆转多药耐药机制的研究显示MCF-7/ADM 细胞P-gp蛋白表达率为(90.60±0.41)%,而加入非细胞毒性剂量川芎嗪后,耐药细胞P-gp的表达率则降为(69.10±1.65)%(P
1.2 体内实验研究李贵海等[6]粉防己碱对获得性多药耐药小鼠S180肿瘤细胞相关蛋白的调控研究显示单纯应用DDP的模型组,其P-gp蛋白的表达为13.13±5.33,而粉防己碱无毒性高低剂量组其表达分别降为7.41±3.35和9.22±2.36,且其抑制率显著提高,揭示逆转耐药的机制可能与其降低P-gp蛋白的表达有关。
另据实验报道,中药三氧化二砷、ECCG、甲基莲心碱、补骨脂素等也可下调P-gp蛋白的表达而达到逆转多药耐药的作用[7~10]。
2 多药耐药的非经典途径
由MDR1基因编码的P-gp蛋白过度表达介导的药物外排是产生MDR的经典机制,除此外,MDR还与多药耐药相关蛋白(MRP)、肺耐药相关蛋白(LRP)、谷胱甘肽S转移酶、拓扑异构酶、细胞凋亡等多种非经典机制密切相关。
2.1 MRP介导的多药耐药多药耐药蛋白1(MRP1)属于ATP结合的盒式(ATP-binding cassette,ABC)运输蛋白家族成员,它可以通过细胞膜转运多种抗肿瘤药,从而限制抗肿瘤药进入细胞[11]。
徐萌等[12]用汉防己甲素逆转肺癌耐药实验研究发现经汉防己甲素处理12,24,36 h后MRP蛋白表达量的表达分别为32.21±4.79,30.56±4.58,25.55±7.58,而对照组则分别为53.42±7.42,52.98±10.35,60.98±9.37,差异有非常显著性意义(P
另外,王利等[14]葛根素逆转人胃癌裸鼠原位移植瘤多药耐药性的体内实验研究显示5-FU联合葛根素组MRP蛋白阳性表达率为37.5%,显著低于对照组生理盐水组(82.5%)及单纯5-FU组(74%)(P
2.2 谷胱甘肽介导的多药耐药多药耐药的产生机制复杂多样,其中谷胱甘肽S-转移酶活性的增强是产生多药耐药的重要机制。肖希斌等[15]的研究显示K562/A02细胞GST-π的PCR扩增带亮度较强,而经甲基莲心碱(Nef)处理组PCR扩增带亮度明显减弱,提示Nef在mRNA水平上抑制GST-π基因的mRNA转录,蛋白质印迹检测结果亦显示,未经药物处理的K562/A02组的蛋白杂交带,明显强于K562/A02+Nef组,表明Nef能抑制GST-π蛋白的表达。
苗立云等[16]青蒿琥酯逆转K562/A02细胞耐药性机理的研究显示K562/A02细胞内GSH呈现高表达(P
2.3 核转录因子介导的多药耐药核转录因子(NF-κB)在细胞增殖和凋亡中起关键调控作用,而目前有研究显示其在多药耐药的产生中也扮演着重要的角色,陈进伟等[17]K562/A02耐药细胞NF-κB活性测定的研究发现活化后K562/A02细胞NF-κB表达明显增强(P
2.4 LRP及拓扑异构酶介导的多药耐药肺耐药相关蛋白(LRP)与拓扑异构酶亦是近期研究较多的耐药介导介质。LRP作用机制是通过降低药物的核质分布比率和通过囊泡、胞吐作用将药物排出细胞[19]。拓扑异构酶(TopoⅡ)是调控DNA拓扑状态的酶类,据研究发现,TopoⅡ质和量的改变会直接影响与DNA的结合,导致药物诱导产生的裂解复合物形成减少,从而导致耐药。孙付军等[20]研究发现苦参碱可以逆转小鼠S180肿瘤细胞获得性多药耐药,其研究表明经其诱导后LRP、TOPOⅡ小鼠瘤体中可呈稳定高表达,而给予小鼠100mg/kg苦参碱后的瘤体中两种蛋白的表达率分别降低为(10.76±6.28)%和(8.58±4.1)%,与对照组相比呈现显著性(P
2.5 降低细胞内CA2+浓度Ca2+是细胞内一个重要的调节细胞生长、分泌和传导等机制的信使,自从Tsuruo等初次发现MDR表型的肿瘤细胞内游离Ca2+浓度增高以来,许多实验证明耐药肿瘤细胞中Ca2+浓度高于非耐药肿瘤细胞,又有学者证实钙拮抗剂可逆转细胞对药物的耐药性。蔡宇等[23]补骨脂素对HL60/HT耐药细胞逆转及对细胞内Ca2+浓度影响研究发现耐药株HL60/HT细胞内Ca2+浓度明显高于敏感株HL60(P
2.6 凋亡相关基因介导的多药耐药Bcl-2家族是细胞凋亡的关键调控物,其中Bcl-2相对分子量为26 000,蛋白水平与肿瘤细胞的MDR相一致,其过表达的肿瘤细胞凋亡受抑制,同时对阿霉素、长春新碱、顺铂等多种化疗药物耐药,其机制可能在于其产物可以稳定细胞生存,抑制多种因素,包括化疗药物诱导的细胞凋亡,从而使细胞产生耐药[25,26]。
艾小红等[27]甲基莲心碱逆转肝癌HepG2/thermotolerance细胞对阿霉素耐受性的作用发现HepG2/thermotolerance细胞较HepG2细胞高表达Bcl-2蛋白,而甲基莲心碱能够下调HepG2/thermotolerance细胞的Bcl-2表达。钟陆行等[28]参芪扶正注射液对K562/ADM多药耐药的影响研究显示K562/ADM 细胞Bcl-2基因呈现高表达,经10 μl/ml参芪处理后其表达为68.39±3.89,而正常对照组则高达(93.82±2.32),由此可见参芪扶正注射液可以明显下调Bcl-2表达率。
3 多靶点作用逆转机制
整体观念是中医的基本特点之一。从现代研究的角度看,可以体现在中药治疗肿瘤的多靶点作用。在逆转多药耐药中,中药的作用机制也并非只局限于某一点,而是一个综合的作用,这也正是中药在逆转多药耐药研究中越来越受到人们重视的原因之一。
3.1 体外实验研究侯华新等[29]用板蓝根高级不饱和脂肪酸对耐药肝癌细胞株BEL-7404/ADM逆转作用实验发现P-gp、MRP蛋白在Bel-7404/ADM 细胞中呈现高表达(与Bel-7404相比,P
3.2 体内实验研究董琳等[32]甲基莲心碱对胃癌多药耐药的逆转作用研究发现P-gp、MRP在 SGC7901/VCR细胞中呈现高表达(P
4 结论与展望
目前,研究发现多药耐药的产生主要存在以下几个方面的机制:①P-gp蛋白介导的耐药,另多药耐药相关蛋白(MRP)及肺耐药相关蛋白(LRP)的异常表达也受到重视;②酶系统异常,包括GSH,GST,DNA拓扑异构酶(TOPOⅡ)和PKC活性改变;③bc1-2基因高表达是抑制肿瘤细胞凋亡、导致肿瘤耐药的重要因素。而综合国内文献发现,中药对多药耐药的逆转作用亦是多渠道、多途径的,往往也是通过对不同耐药途径的综合调控作用而实现的。
不过,我们通过对近几年的文献研究可以发现中药在逆转多药耐药研究中亦存在一定的问题,其主要体现在以下几个方面:①研究多偏重于单体,而对复方研究较少,难以体现中医辨证施治的特点;②对机制的研究多偏重于经典途径,而对非经典途径研究相对较少;③中药对多药耐药的逆转作用往往是多方面的,而有些文献报道多只对单个耐药相关蛋白表达进行研究,不免存在以偏概全之嫌;④亟需探索中药研究的新方法,从而来弥补中药成分复杂给实验带来不稳定性。
总之,通过对近5年的相关文献分析,我们发现中药在逆转多药耐药的研究中已深入到分子生物学水平。其逆转作用往往是通过对不同的耐药蛋白的综合作用而实现的。由于中药成分的不单一性,使其作用往往不局限于某单一靶点,而是体现于多个靶点。其是通过多靶点的综合作用,从而可以从多角度、多层次来发挥逆转多药耐药的作用,另外中药体现出了毒副作用小,作用显著的优点而愈加受到国内外学者的关注。中药逆转剂的进一步研究推广势必有益于化疗疗效的提高和晚期癌症患者的生活质量的改善。
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关键词:分子生物学;产学研结合;教学改革
1引言
分子生物学是一门以中心法则为基础,以研究核酸、蛋白质等生物大分子的结构与功能以及其在生命发生发展过程中作用的科学[1],属于技术类学科。目前已经成为生物类、医学类、农学类专业教学的核心课程之一[2]。在生命科技人才培养、社会医疗以及生活服务方面均起着举足轻重的作用。随着社会对人才需求的进一步提升,分子生物学的教学改革已经引起广大分子生物学教师的注意,例如在教学手段上,慕课[3]、翻转课堂[3]、虚拟课堂[4]、线上线下教学衔接[5]已经有广泛的探索;在教学考核方式上,强调过程考核,加大实验考核比例[6];在教学内容上,强调通过版块教学,避免重复教学以及加强思政教学,培养学生学习热情等[7]。分子生物学的教学改革已经取得较好的效果,但是每个学校/专业分子生物学所面临的问题不完全一致,因此将根据贵州大学水产专业分子生物学教学具体实际进行教学改革的探讨。
2分子生物学教学存在的问题分析
2.1分子生物学内容繁杂,各个章节衔接不紧密
分子生物学是一门前沿学科,具有知识点杂、涉及面广以及更新速度快等特点,单纯根据教学大纲进行教学,很难将各个知识点进行串联。该校分子生物学教学主要针对大三学生,在大二年级开设过生物化学以及基因工程等课程,然而之前的生物化学以及基因工程等课程均为选修课,并非所有学生都会选修,导致进入分子生物学教学时,全班同学的基础水平不一致,面临繁杂的内容,要同时兼顾基础好的同学和没有选修过生物化学以及基因工程的同学,并在有限教学课时内,讲好分子生物学难度相当大。同时分子生物学教学内容之间也缺乏有效地衔接,以朱玉贤教授主编的《现代分子生物学》为例[1],全书共分为11个章节,各个章节知识量大,内容翔实,但是章节与章节之间的衔接并不紧密,例如生物信息传递过程中,怎么提炼出原核生物转录与真核生物转录的联系与区别;比较原核生物和真核生物的表达调控,甚至需要跨章节进行比较,如何有效地将这些内容衔接起来,方便学生进行比较学习,加深记忆与理解,提高教学质量,也是需要解决的问题。
2.2分子生物学内容过于抽象
分子生物学属于典型的基础学科,具有看不见摸不着的特点。分子生物学所研究的DNA与蛋白质都是肉眼无法见到的,因此如何将看不见的东西,变为看得见摸得着的实物,让学生深刻理解也着实困难。以前理论课上主要通过flash动画或者视频,将DNA、蛋白质的结构以及功能等进行形象化,让学生理解,然而一旦关掉视频,进入纯理论探讨,多数学生又回到原点,回到用分子生物学技术去解决实际问题时,又无从下手的情况。
2.3实验教学方式单一,实验设计零碎
实验教学是实现将不可见DNA、蛋白质变成可见的物质的一个重要过程,但是以往通常按照讲授式教学法进行教学,为了追求较好的实验结果,往往对试验方法、实验步骤等细化讲解,并将配置好的试剂耗材交于学生,然后学生按部就班进行实验操作,最后得到统一的结果,有些甚至直接观看老师进行实验操作,进行演示实验,这样严重影响学生理解实验的本质,学生缺乏相关思考,难以培养科技创新意识。此外,受教学学时的影响,分子生物学实验必须在2节课(90min)内完成,这就要求老师将一个完整的分子生物学实验人为切割成多个小实验,各个小实验中间间隔时间长(1~2周),这样不仅会破坏实验的完整性,无法通过实验将理论教学有效衔接起来。
3开展产学研结合教学的必要性
产学研的深度融合是深化科技体制改革的重要内容,通过高校与企业进行产学研合作对于推动高校科研成果的快速转化具有重要作用。水产专业是一门以应用为主的学科,要求培养适应经济社会发展需要,具有较好专业知识和技能,能在水产养殖生产相关行业从事技术管理、研发推广、产品营销、饲料检测等工作,富有创新意识,通专兼备,知行合一的高素质专门人才。因此开展产学研结合教学是培养水产人才的必由之路。大学生作为未来企业科技发展的中坚力量,大学生能力强,则企业的活力强,科技部、教育部也一再要求广大科研工作者将科研写在祖国大地上,因此,教学也必须围绕这一目标进行,加快推进产学研结合教学的探索。
4产学研教学模式开展分析
分子生物学是一门应用基础学科,如何实现产学研结合,一直困扰着广大教师,根据笔者多年教学以及与企业合作的经验看,可以从以下3个方面着手。
4.1开展模块教学,串联教学内容
分子生物学内容繁杂,为了更好地开展教学,帮助学生梳理教学内容,有必要进行版块教学,根据教材安排的11个章节,将所有内容分为4大版块(表1)根据不同的教学版块,选择不同的教学方式,讲述遗传信息的转录与翻译版块中,首先通过安排学生课前查阅资料与预习,课程中通过大量使用flash动画等模式,加深学生对转录与翻译的理解,同时对原核生物和真核生物的转录与翻译的联系与区别进行列表式的对比讲授,加深学生理解;对于实验版块,主要通过视频+讲授的形式进行授课,可以让学生对大部分的实验有感性认识,然后通过实验教学,加深部分实验的理解;对于分子生物学应用教学,主要通过案例教学,在案例中进行理论知识的讲解;发展历史与前沿主要通过学生查阅资料,进行小组讨论和老师总结的方式进行教学,同时结合相关科研论文进行讲解。
4.2联系生产实际,强调分子生物学技术应用
需求与兴趣是最好的老师,为了将课程内容更好地加以衔接,可以通过设置学生感兴趣的案例进行教学,例如讲水产养殖过程中的“饥饿补偿”以及女生减肥过程中的“越减越肥”现象,组织学生讨论基因的表达调控,并讨论如何指导并应用于贵州省水产养殖;结合该省气温低,水产动物生长慢的现象,组织学生通过查阅资料讨论如何进行耐低温品种的选育(杂交和群体选育),并向学生讲述选种过程中分子标记技术的应用以及比较基因组学的知识,推动学生将专业知识快速与生产实践结合起来。
4.3结合教师科研,开展综合实验教学
为了通过实验进一步衔接理论教学,建议设置综合性探索实验。而综合性探索实验往往需要耗时1~2d,因此建议将分子生物学教学时间调整为周六、周日进行,确保实验时间完整。同时为了培养学生的科技创新意识,可以实行小组教学,并结合教师的科研内容进行,确保实验的探索性。基于上述因素,将分子生物学实验设置为2个综合性实验,第一个为DNA水平实验,主要为鱼类微卫星位点的开发,包括DNA的提取、水平凝胶电泳检测、PCR扩增、垂直凝胶电泳检测以及后续的银氨染色与脱色的过程。第二个实验为RNA水平实验,主要研饥饿补偿后某个基因的差异表达,包括RNA的提取、水平凝胶电泳检测、荧光定量PCR技术等,并通过设置不同是实验鱼以确保实验结果的差异性,提高学生探索问题的兴趣,但是因为该实验需要较多的经费支撑,因此必须结合教师的科研进行。
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[关键词] 中药学研究生;分子生物技术;知识结构;医学教育
[中图分类号] G643 [文献标识码] C [文章编号] 1674-4721(2012)02(c)-0153-02
Improve the knowledge structure of graduates by strengthening the study of molecular biotechnology
WANG Lili DAI Liping CHEN Suiqing
Pharmacy College of Henan University of TCM, Zhengzhou 450008, China
[Abstract] In order to improve the knowledge structure, research and innovation ability of graduates who major in traditional Chinese medicine, a variety of ways and means were performed to enhance their study in molecular biotechnology, these ways include basic theory strengthening, experimental ability training, cooperation with enterprise etc..
[Key words] Graduate; Molecular biotechnology; Knowledge structure; Medical education
几千年来,中医药已形成独特的、系统的医药学理论,其中,中药学传统理论是中药体系中不可或缺的重要组成部分,是中药学教育的核心体系。但是如果我国的医药教育尤其是中药研究生教育仍停留在传统的中药学知识教育的层面上,将会面临知识结构落伍的困境。目前,大量在读硕士研究生已逐渐成为中药科技创新体系中的生力军,因此,研究生教育关系到国家自主创新能力的提升,意义重大[1]。当今分子生物技术、基因工程技术的发展日新月异,为中药的发展增添了新的驱动力。以中药材为例,分子生物技术在中药栽培、育种,建立动植物基因库,稀缺天然成分的转化,贵重药材的分子鉴别,药材的种质资源研究等方面取得了重大进展。因此,加强对现代分子生物学技术的研究,从基因水平上对中药材进行分析和鉴别,是现代研究生需要掌握的一项基本技能。在《中国药典》2010年版中已经收载了蕲蛇和乌梢蛇的聚合酶链式(PCR)的鉴别方法[2],由此可见,生物技术已经成为中药研究生教育的必修课。为了培养和促进研究生对现代生物技术的掌握,本研究室为中药学专业研究生开辟了多条途径,以期能够完善其知识结构,提高其科研能力和水平。
1 加强基础生物学课程的学习
由长期在科研和教学一线工作的教师来进行《现代生物技术》、《分子生药学》和《生物工程技术概论》等基础课程的讲授,注重基础理论知识和基本理论的讲解。由于生物技术发展迅速,时效性较强,任课教师应及时查阅国内外该学科的新进展、新技术、新方法,并对这些新技术、新方法进行大致分析与介绍,突出其在中药研究中的意义,尽可能使课程内容与最新的前沿研究同步,使研究生尽可能接触最新的研究进展,拓宽科研思路。同时,本学科的发展和分子生物技术的结合应该作为重点内容来讲述。以中药质量标准为例,分子生物学手段特别是DNA分子遗传标记技术,可从分子水平鉴别药材主流品种及其种下等级的遗传背景差异,为生药品种标准化提供先进可行的方法和稳定可靠的标准,进而为中药质量标准规范化奠定坚实的基础。近年分子诊断技术也广泛应用于生药的鉴别中,限制性片段长度多态性(RFLP)分析、随机扩展多态性DNA(RAPD)分析、扩增片段长度多态性(AFLP)技术等的出现,为生药的鉴别特别是贵重药材的鉴别提供了分子水平的依据。与此同时,应该培养研究生的阅读能力,为其介绍国内外一流的分子医药学期刊及网站,加强其文献检索的能力,扩大其眼界和知识面。
2 通过多种途径,培养研究生的动手能力
动手能力是科研能力的重要保证之一,是实验研究能力和实验创新能力的基础。为了提高研究生的实际操作能力,使研究生在理论学习阶段提前进入实验室进行实际操作训练。本校中药学实验室开展了分子中药鉴定、细胞培养等多个方向的研究生课题,使研究生在学习理论知识的同时,了解PCR扩增、蛋白质电泳、植物愈伤组织培养、细胞培养等的基本原理和操作规程,从而提高理论和实际动手能力,在实际操作中,发现问题,解决问题,提高科研能力和水平。以PCR扩增为例,首先需要了解微量移液器、PCR扩增仪等仪器的使用方法,该实验实际操作过程繁琐,试剂种类较多,试剂量是以微升进行计量,加入量有时肉眼难以看到,对操作者要求较高。因此,必须对研究生进行实验操作规程和技能的训练,培养其观察和分析问题的能力,使其能够独立解决实验过程中出现的异常现象和问题,增强科研实践和创新能力。
3 加强与外单位科研院所合作交流
定期选派研究生赴中国医学科学院等合作单位进行中药生物工程技术方面的学习与交流,鼓励和支持研究生参加高水平学术交流活动,为研究生提供更多更优质的创新平台与机会。充分利用校外优质资源, 扩大学校与政府、科研院所、企事业单位的研究生联合培养,加强教育科研资源的整合,科学发挥科研中心的高层次教育功能,加强与生物医药公司的合作,形成产、学、研一条龙,共同培养中药行业需求的高层次应用型、复合型人才。
4 组织研究生到生物制药企业、农业生物园区等参观见习
为了使研究生加深对生物药品生产过程的了解,应该组织研究生到生物制药企业进行参观见习,提供企业和研究生深层次交流的机会。通过这样的交流,研究生可以更多的了解企业需求,针对企业生产过程中需要的知识进行学习调整,使研究生明确如何适应企业要求找到适合自己的岗位,为以后顺利就业打下基础。企业也可以把技术革新等方面的需求反映给研究生,增强研究生的创新实践能力,为其研究思路指明方向。通过参观学习,可以开拓研究生的思维,刺激其学习兴趣,增强其在实用技术方面创新的能力。这样既增加研究生的就业机会,也使企业得到充足的人才储备,达到校企双赢。
研究生学习阶段的一个重要任务就是拓宽研究视野,结合自己的研究方向及时更新和调整知识结构,及时把握本学科发展的大致方向与研究方法。随着现代生物工程技术的发展,一批新兴的交叉学科应运而生,中药的研究也面临着诸多挑战[3-4],生物工程技术发展使中药栽培、中药鉴别等达到了分子及细胞水平,因此,加强分子生物技术的学习,对中药学研究生知识结构的构建有着重大意义。
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关键词:分子生物学;教学改革;实验教改
中图分类号: G642.0 文献标识码: A 文章编号: 1674-0432(2013)-08-92-2
引言
分子生物学是在分子水平研究生命现象本质及其规律的一门新兴学科,它是研究核酸等生物大分子功能、形态结构特征及其重要性和规律性的学科,是人类从生物分子水平上真正揭开生物世界奥秘,由被动适应自然界转向主动地改造和重组自然界的学科[1]。近些年来分子生物学已日益渗透到生物学的各个领域之中,并产生了巨大的影响。而分子生物学实验技术也已成为生物学、医学、农学等学科站在新的高度和角度揭示生命奥秘的重要手段。分子生物学的理论掌握和实验操作是掌握分子生物学精髓的重要途径。因此,从培养学生能力出发科学地创建分子生物学理论和实验体系、选择适当的实验教学方法及客观地评定学生实验课成绩,会对分子生物学理论课理解和实验教学的效果产生重要的影响。高等学校传统的分子生物学实验教学[2]往往只是结合各自的实验室条件开展有局限的分子生物学实验教学,缺乏科学的实验体系,忽略合适实验方法的选择,缺少对实验教学效果全面、客观、系统的评估,这些都不利于学生学习兴趣和创新能力的培养。而高校是孕育和培养创新型人才的摇篮。实验教学作为高校教学体系的一个重要组成部分,是培养学生科学思维、创新意识的重要途径[3]。本文就分子生物学课程教学的改革阐述一些观点和体会,以期为提高分子生物学教学质量及培养创新型和素质型人才提供一定的参考。
1 分子生物学教学改革具体的措施
1.1 教学体系的优化
分子生物学是在生物化学和遗传学的基础上发展而来[4]。随着分子生物学研究的快速发展,分子生物学已经成为一门独立的学科。很多分子生物学教材的内容与生物化学、细胞生物学、分子遗传学、遗传学等课程重复较多,例如DNA 和染色体的结构,RNA转录和蛋白质翻译等课程内容在分子生物学、生物化学和分子遗传学方面都有一定篇幅的介绍,重复的课程内容占用了大量的教学课时。因此,为了避免课程教学的重复,通过与生物化学、遗传学,细胞生物学,分子遗传学等课程的教师交流与研讨,对相关课程内容进行了具体而系统的优化,明确课程之间的有机衔接,突出了分子生物学的教学重点。在“RNA转录和蛋白质翻译”这部分的教学内容中进行了相应的优化,生物化学注重讲述转录和翻译的基本过程、而分子生物学则注重介绍具体的分子机制,又如原核和真核转录起始复合物的形成过程及分子机制的教学内容生物化学和分子生物学也进行了相应的侧重。
1.2教材的优化选择
通过多年的教学实践过程,选取适合本科生学习的分子生物学教材,对于学生系统的掌握本课程的理论知识及最新研究动态至关重要。课程设置之初选取阎隆飞主编的《分子生物学》第二版,之后开始侧重理论课与实验课的有机结合,选用朱玉贤等主编的《现代分子生物学》,它的知识体系较为完整,内容较前沿,尤其是第三版将分子生物学研究法分为了两章,分别讲述了DNA、RNA及蛋白质操作技术和基因功能研究技术,突出强调了分子生物学实验技术和原理,同时对基因组与比较基因组学也做了较大幅度的修改和充实[5]。这些内容均体现分子生物学的最新技术和研究成果,同时也满足学生了解分子生物学最新进展和考研的需要。为避免教材单一的局限性,还为学生推荐阎隆飞编著的《分子生物学》(第二版),LewinB主编的《Gene Ⅷ》,吴乃虎主编的《基因工程原理》(第二版)等书籍作为参考教材,并在教师的指导下有针对性地学习,这样不仅满足了大多数学生考研的需求,同时也加深了学生对分子生物学学习的兴趣及教学难点和重点的理解,取得了较好的教学效果。
1.3教学方法与教学手段的改善
在教学方法上,除了采用传统的教师讲授方法之外,为发挥学生作为教学主体的能动性,根据具体的教学内容安排启发式,讨论式等多种教学方法,让学生参与到教学过程中。如在讲授分子生物学研究法时,在班级内以各个学习小组为单位进行研究讨论会,以学生为主体讨论他们感兴趣的分子生物学实验技术,鼓励学生主动思考,自由发表他们的观点,通过讨论的方式测试相应的知识,以学生乐于接受的方式完成对知识的学习。本课程通过多种教学方法的有机结合,充分调动了学生的学习兴趣,分子生物学课程也因此受到学生的好评。近几年来学生考研选择生物化学及分子生物学作为专业课的人数日益增加并且考研专业课成绩逐年上升。
在教学手段上,采用传统教学与计算机辅助教学 CAI相结合的方法。计算机辅助教学 CAI 应用于高等学校教育已成为主流趋势,它的优势在于可以通过文本、图形、动画、音频、视频、仿真软件等多种媒体最大限度地整合教学资源,形象直观地进行教学内容的呈现[6],使学生通过多种展示方法理解并掌握课程的难点。如在“DNA高级结构” 这部分教学内容中,学生对DNA的分子结构感觉很抽象,在教学过程中通过图片和视频等手段使学生对此结构有了具体的感知。又如在“DNA复制,RNA转录,翻译和真核和原核生物的基因表达调控”的教学内容中,仅通过传统课堂讲解,学生无法理解,通过多媒体的方法,利用动画、视频和图片对其涉及的微观机制进行相应的演示,使学生理解其具体过程和分子机制,提高了学生学习的积极性。
2 分子生物学实验教学的改革措施
2.1加强实验教学条件建设,构建良好的实验教学平台
分子生物学是20世纪中期随着核酸的发现及结构和功能的研究发展起来的新兴学科,研究基础较为薄弱。我校前身是师范类院校,对物理、化学、数学、计算机等传统学科侧重较多。自2004年我校升级为本科院校,由师范类院校转变为综合类院校,学校增加了对各学科的实验教学投入。分子生物学实验室先后配备了Eppendorf PCR扩增仪、Eppendorf梯度PCR扩增仪、高效制冰机、UVP凝胶成像系统、Millipore超纯水系统、Eppendorf台式高速离心机、sigma大型高速冷冻离心机、日本三洋超低温冰箱、分子杂交仪等先进仪器,满足了分子生物学基础实验和综合性实验课程的开设要求,为学生的实验教学与科研构建了一个良好的平台,为我院分子生物学实验课教学改革提供了有力的支持。通过上述平台由我院学生参与的分子生物学方向科研实验在国家级挑战杯竞赛中取得了良好的成绩。
2.2 实验教学体系的优化
之前由于实验条件的限制,我院分子生物学实验教学主要以基础性和验证性实验为主。随着实验条件的改善,逐步在实验设计上加大综合性、设计性实验、所占的比例。实验内容的选取也根据生物科学、生物技术专业的不同专业特点设置相应的实验教学内容。根据生物科学师范类专业的特点,在注重分子生物学基础验证实验的同时开设与分子生物学快速发展相结合的综合性实验。在生物技术专业的实验教学上则注重选取以实践操作为主的操作性和设计性实验。
在实验教学体系的优化中应注意各个实验内容之间的衔接与关联[7]。实验教学内容中建立好各实验之间的衔接对学生系统思维的培养具有重要意义,有利于学生对所学实验操作内容的理解和熟练掌握以及实验技术逻辑体系的建立。我院在实验课内容开设的顺序为基因组DNA的提取,聚合酶链式反应获得目的片段,电泳检测,大肠杆菌活化、感受态细胞的制备,质粒 DNA 提取,DNA 片断酶切,目的片段与载体的连接,转化等,当学生预习实验时,会注意到各实验内容之间彼此承接与关联。前面实验效果的好坏直接影响到下一个实验的正常进行,以此来培养学生在分子生物学实验操作过程中的系统性与逻辑性。
2.3分子生物学实验教学方法的探索
合理的实验教学方法可以使实验内容取得预期的实验效果,在实验教学方法上注重深入浅出的阐述原理,重点在实验环节的解析。针对学生的兴趣特点在教学方法上做了以下几点改进。一、把学生分成多个实验小组,每组选出一人辅助实验教师完成实验的准备工作。在学生准备实验的过程中发现问题。二、发现问题后,在实验课讲授的过程中,教师对问题有针对的讲解与演示,强调标准的操作方法及实验中各环节的注意事项。并将实验过程做成电子课件指导学生正确操作。三、在实验过程中注意实验操作主体的差异性指导。教师在实验课讲授和演示结束后,注意观察学生的操作过程,针对学生存在的普遍问题,给予及时纠正和指导;对于少数同学存在的个别问题个别指导。这样既保证学生实验操作的准确性,又达到在有限的时间内完成实验教学任务的要求。
2.4分子生物学实验课成绩评定方式的改进
科学、有效评价学生实验理论及操作技能是提高实验教学质量强有力的措施[8]。在分子生物学实验成绩评定中采用多样化考核手段,主要从两个方面评定:一、实验理论的评定,主要通过实验报告考察学生对实验原理和步骤的掌握和理解。通过结果分析考查学生对整个实验的理解与掌握。二、实验操作技能的评定。在实验过程中,各实验小组不同学生实验态度以及对实验教学内容的理解思考差异很大。鼓励那些大胆对实验步骤提出疑问的同学,同时激励其他的同学,在成绩评定中不同学生的评定会有所区别。
3 结语
如何教好分子生物学课程,提高学生的学习兴趣,改变学生为了考试而学习的观念,提高教学效果,是摆在所有分子生物学理论及实验教学工作者面前的一个共同问题[9-10]。通过以上的改革和探索。无论及教学,考研,科研还是就业都取得了一定的成效。为了更好地提高分子生物学的教学效果,希望能够与各高校的分子生物教师进行交流和合作,进一步优化分子生物学理论和实验教学的课程体系及教学方法和手段。从学生作为教学主体出发,发挥学生的主动性和能动性,以期培养出更高质量的高校毕业生。
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