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交叉學科畢業實驗設計探討

摘要:醫學類院校不同院系、不同專業之間建立交叉學科畢業實驗小組,打破學科壁壘,讓學生更多地參與涉及多學科的大型綜合實驗當中,不同專業的學生之間團隊協作,互相配合,交流學習,強化學生的創新性思維,拓展學生的實驗技能范圍,同時很好地節約了實驗成本。

關鍵詞:交叉學科;學科交流;畢業實驗

醫藥類院校學科眾多,雖然專業不同,但大部分專業知識相通,相互之間也需要借鑒學習,在對本科生科研能力和實驗技能的培訓當中,尤是如此[1-2]。國內外大學都在尋找各種方法在不同學科、不同專業、不同年級之間進行交叉學習的探討,試圖建立起富有成效的跨學科、跨專業的合作戰略[3-6]。以往在指導培養本科生科研能力的過程中,我們發現不同專業的學生各有所長,在某些綜合實驗的過程中,缺乏全面的、完善的科研能力,急需互相溝通學習。因此,我們嘗試在不同院系、不同專業之間建立交叉學科實驗小組,共同進行一系列科研工作,希冀學生能通過學科交流,互相學習,取長補短,提高學生的綜合科研實驗能力,取得更好的指導效果。讓不同專業的學生共同完成同一個大型實驗項目的實驗設計、實驗操作、結果分析和論文撰寫,可以最大限度地發揮各自所長和交叉學習,利用畢業實驗設計能夠很好地滿足上述要求[7]。畢業實驗設計是檢驗大學生理論知識和實驗操作技能的重要環節,也是對畢業生綜合素質培養的重要一環。因此,我們擬建立一個由不同專業的畢業生組成的交叉學科科研工作小組,采取團隊協作模式,完成畢業實驗設計。

1方法

1.1交叉學科。畢業科研工作小組的建立2014年6月-2018年6月,共培養4屆畢業生,建立了4個交叉學科畢業科研工作小組,每組6人,包括藥學小組、生物小組,4名來自藥學院專業(藥學、藥物制劑、中藥學)的同學為藥學小組,2名來自生物技術學院專業(生物工程、生物技術)的同學為生物小組,共同完成畢業實驗設計。藥學院和生物技術學院各有1老師加入,作為指導教師。1.2畢業實驗選題設計及實驗準備。自畢業實習任務下達開始,科研小組定期開展小組會議,討論分析實驗選題。首先,由2位指導教師初步設計一個大型跨專業實驗,其內容既涉及藥學專業又涵蓋生物學專業。本文將選題方向定為“天然植物中免疫活性物質的提取及藥理分析”。近幾年選定的植物分別為蒲公英、西蘭花、葡萄籽以及樺樹茸。實驗中涉及藥物提取制備的部分主要由藥學小組主導設計實驗流程,做好可行性分析;涉及藥效生物分析的部分主要由生物小組完成初步實驗設計及可行性分析。要求學生查閱大量參考文獻,各小組著重關注自身專業所涉及的實驗內容,進行細致的實驗方法、實驗流程設計規劃。每位組員分工將本專業涉及的實驗內容以PPT的形式進行輪流匯報討論,便于學習交叉學科實驗內容和實驗知識。最終確定畢業實驗的具體方向和實驗流程以及實驗分工。強調既是各有側重,又能相互學習、融會貫通。科研小組同步開展實驗的準備工作,購買實驗所需耗材、飼養動物、熟悉大型儀器的操作等。1.3交叉科研小組實驗階段。在題目方向選定后,首先進行的是“相關藥物的提取分析”。這一階段以藥學小組為主導,生物小組輔助,通力合作。在選題之初,小組成員通過查閱文獻,基本確定蒲公英、西蘭花、葡萄籽以及樺樹茸含有的與免疫活性有關的有效成分分別為蒲公英多糖、蘿卜硫素、原花青素和樺樹茸多糖。小組成員群策群力,藥學小組根據學到的專業知識和技能初步擬定整體實驗方案;生物小組的同學則從植物的形態結構、生理學以及遺傳學角度,豐富藥學小組同學的知識體系,更加有效地提取相關免疫活性成分。在藥物成功提取并檢測后,進入動物實驗階段。建立交叉學科科研小組,共同飼養動物模型及給藥,可以取長補短。各組同學輪流分工,相較單獨開展實驗大大減輕了每位同學的工作壓力,同時也熟練掌握了涉及動物飼養、給藥等各項實驗操作技能。最后,生物機能分析測定階段。實驗開始前,先進行小組討論,由指導教師剖析每個實驗的原理及步驟,每位學生學習并制作實驗流程PPT,再次開會討論,明確每個實驗項目的分工及主次。兩組同學合作完成實驗所涉及的多項生物機能指標的分析測定。因為主要涉及分子生物學的相關實驗,包括免疫組化、凝膠電泳、RT-PCR、Western-blot、ELISA、細胞培養、流式細胞儀等,這部分工作主要由生物小組主導,藥學小組輔助、學習并掌握。1.4數據分析,撰寫論文。每年5月的答辯前階段,實驗進入最終階段。同學們展開小組討論,總結分析實驗結果,解決實驗中出現的各種問題。根據各自專業,選取合適的實驗內容,撰寫畢業論文。論文撰寫過程中,藥學小組和生物小組可分別選取整體實驗中與自身專業相關的部分,各有側重,又相互交叉。不同專業同學分別選取整體大實驗中所涉及的與自身專業相關的1~2個小實驗項目進行重點論證,最終完成畢業論文設計。在此整個過程中,指導教師隨時跟進實驗進程,對實驗進行整合分析,促進兩組間的交流學習。

2結果

2.1交叉科研小組成功建立。科研團隊的建立,改變了過去畢業生單打獨斗,各自為政的孤立局面。化零為整,發揮集體創造力,團隊協作,互相借鑒學習,各小組均設計出了更全面、更多元化的畢業實驗。2.2交叉團隊實驗進展順利。實驗進行過程中,不同階段以不同小組為主導,充分激發了各小組成員的主人翁意識以及參與的積極性,團隊配合、學科交叉帶來了新思路、新方法,最終取得了令人欣喜的實驗結果。小組成員團隊協作,分別采用水提醇沉法、溶劑萃取法和Sevage法,輔以超聲波提取法,成功從蒲公英、西蘭花、葡萄籽以及樺樹茸中提取到相應的免疫活性成分:蒲公英多糖、蘿卜硫素、原花青素和樺樹茸多糖,并進行了純化和檢測。大規模進行動物飼養、造模的訓練,大大提升了每位學生的動物實驗操作能力,解決了單人進行大量動物飼養的壓力,也同時保證了實驗樣本的數量,為后續實驗的開展打下了堅實的基礎,這是以往單人完成畢業實驗操作所無法完成的。以往單人進行實驗指標的測定,大多只能完成1~2項,而此次交叉科研小組的建立,小組成員間密切協作,大大增加了實驗的全面性,如免疫活性的測定,就進行了包括胸脾指數、血清溶血素、鼠耳腫脹度、外周血白細胞計數以及白介素、腫瘤壞死因子、轉化生長因子、干擾素等的ELISA測定和RT-PCR測定,累計每組平均可完成6~8個功能指標的測定,從分子、細胞和整體水平對蒲公英多糖、蘿卜硫素、原花青素和樺樹茸多糖的免疫活性進行了全面的分析和研究,遠勝于以往學生獨自為戰的局面。每位學生除掌握了本專業涉及的實驗操作技能之外,也學習熟練了其他專業所涉及的主要實驗方法和技術,大大提高了他們的實驗能力和綜合科研素質,成果斐然。2.3數據分析和論文撰寫順利完成。論文撰寫階段,不同專業的學生選擇了適合自己的實驗內容及方向,順利完成數據分析和論文撰寫。最終均以優異成績通過論文答辯,其中兩人獲得院級優秀畢業論文,一人獲得校級優秀畢業論文并入選省級優秀論文。2.4整體畢業答辯成績理想。此次參與交叉學科畢業實驗小組畢業生共24人,同時選取獨立進行畢業實驗的畢業生30人,比較其畢業答辯成績,結果見表1。從表1不難看出,雖然指導教師相同,但是參加交叉學科小組的畢業生答辯優秀率更高,成績更好。

3討論

以往單人進行畢業實驗設計,只能進行相對簡單的小型實驗,內容簡單,結果單薄。一旦進行涉及不同學科領域的綜合性實驗,由于學科的單一性,學生掌握的知識僅限于該學科。因此,學生往往感覺壓力大,任務繁重,經常出現實驗結果不理想的情況,甚至因薄弱環節導致實驗完全失敗。建立交叉學科畢業科研小組,與以往的單人畢業實驗相比優勢明顯。每一個小組均圓滿完成畢業實驗任務,部分小組甚至超額完成既定目標。就為期一年的實驗過程來看,每一個環節都充分發揮了學科交叉的優勢。1)相關藥物的提取分析階段,該階段由藥學小組主導。藥學小組通過該階段的實驗工作,系統地對大學四年所學的藥物化學、藥劑學、藥理學、有機化學和無機化學等知識進行梳理,并通過實驗將其有機地整合在一起,這是對所得知識的一個升華,無論對以后的工作還是對考研都有很大的幫助;在這一階段,生物學小組的同學雖然只是輔助,但對他們幫助也很大,他們學習了從天然植物中尋找發現發揮藥效的基團,或者發現新藥,或者從藥物中分析出新的發揮藥效的活性基團,闡述藥物發揮作用的新機理;可以根據藥物理化性質,制成合適的給藥劑型,篩選合適的給藥方式,更快和更安全地發揮藥效,發揮最佳的治療效果。2)動物實驗階段,兩組共同完成。藥學學組開展藥理學的相關實驗,可以接觸到動物實驗,生物組的學生會學習動物學這門課程,也可以接觸到動物實驗。所以,兩個小組對動物實驗并不陌生;但是,他們對于動物的飼養、給藥、建模等技術的掌握并不系統。如每天給動物投放食物的量,給藥方式等,對于他們來說具有挑戰性。通過該階段的學習,兩個小組的學生對于動物的解剖結構和生理機能有了更深地認識,可以對解剖學、生理學、藥理學等相關學科知識查缺補漏。經過這一階段的指導培養,幫助小組成員順利通過相關專業的研究生考試,甚至表現優異。3)生物機能分析測定階段,該階段由生物學小組主導。生物學小組通過該階段的實驗工作,可以對所學的植物學、動物學、生物化學、分子生物學、微生物學、遺傳學等知識進行系統的梳理,將理論知識通過實驗進行驗證,實現知識的有機整合。作為輔助的藥學小組成員,他們所汲取的營養并不少于生物學小組,通過該階段的共同學習,他們可以熟練掌握分子生物學的相關實驗技能。如免疫組化、凝膠電泳、RT-PCR、Western-blot、ELISA、細胞培養、流式細胞儀等,對以后準備走向科研工作崗位的同學尤為重要。總之,通過建立交叉學科畢業實驗設計科研小組,通過學生團隊協作,不但可以順利完成各自畢業實驗,而且在此次大型實驗過程當中擴充了自己的知識領域,豐富了自己的實驗技能;更重要的是打破了傳統的學科壁壘[8-10],讓學生更多通過地參與大型實驗設計,進行探索性、創新性實驗,強化學生的創新性思維,培養出高素質的科學教育人才,是一種非常好的教學培養模式,后續我們將擴大交叉培養范圍。今后我們將投入更多的努力,完善交叉學科共同進行實驗工作的教學培養模式,圍繞跨學科教育進行不斷地探索,進一步完善這種新型的培養模式。

作者:劉 超 李 曉 高慧婕 單位:濟寧醫學院藥學院

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