医学研究生“激光扫描共聚焦显微技术”课教学方法研究

孙 玮 潘 峰 王丽婷 罗 婧 胡茂华 王芳

在生物学技术不断发展、更新的今天, 集激光、电子、光学及计算机技术于一体的激光扫描共聚焦显微技术作为新兴的、前沿的技术迅速地发展起来。此项技术可在细胞、亚细胞水平上，对固定的或活的生物组织、细胞及其他微小物质进行形态和功能的分析，是目前生物医学领域中最先进的荧光成像和细胞分析仪器。正因为如此，我校从2000年开始在研究生“仪器分析”课程中增加了“激光扫描共聚焦显微技术”。经过多年的研究生教学实践，在不断探索与改革的过程中积累了一些经验,取得了较好的成绩和教学效果。

1 教学内容把握前沿，注重知识的更新和扩展

激光扫描共聚焦显微技术作为生命科学领域中新兴的、前沿的技术是多学科发展的综合成果，是生物医学研究中最先进的荧光成像和细胞分析技术。选修“仪器分析”课程的研究生，对于这门课程的学习有着极大的兴趣。为了进行有目的的教学，并适应不同层次和不同专业研究生的实际需求，首先，要有一本系统的教材，而正因为激光扫描共聚焦显微技术是一门发展迅速的新兴的技术，所以没有供医学研究生用的现成的教材，只有一些简短的介绍和一些关于新技术应用的综述。鉴于这种情况，我们通过查阅大量的资料、最新的文献，并根据研究生的特点编写了从基本原理、仪器结构功能、样品制备以及在生物医学中的应用四个章节的《激光扫描共聚焦显微技术》教材。其次，我们采用由浅入深、新旧联系的教学方法。在本章教学之初，先复习以往所学习过的知识，然后将重点落实在这一领域中前沿的研究进展上，而医学硕士研究生大多已有较扎实的分子生物学及形态学的基础知识，这样的学习使他们能尽快掌握新知识、新进展和新技术，以便为今后开展课题研究打下基础。如针对以钙离子为中心的细胞信号系统成为各学科共同的研究课题,增设了胞内钙离子动态变化等应用；针对细胞凋亡的研究已成为热点，增设了原位检测细胞凋亡的共聚焦显微镜研究这一章节，并辅以本实验室积累的大量凋亡共焦图片,提高大家对凋亡的感性认识；针对活的生物组织、细胞内功能分析的不断深入，增设了FRAP(荧光漂白后恢复)、FRET(荧光共振能量转移)在共聚焦显微镜中的应用等教学内容，并辅以实例，加深理解。

2 探索科学的教学方法

2.1 理论与实践相结合的教学理念

理论与实践相结合,是学习和掌握任何科学与技术的基本原则[2]。激光扫描共聚焦显微技术的技术性和应用性很强,重在实践与应用，但理论知识的学习也是必要的。因为要熟练地将共聚焦显微技术应用于科研与临床,必需具备扎实的理论基础。医学研究生不同于大专生和本科生，也不是仪器的操作者，共聚焦显微技术只是作为课题研究的手段，因此理论知识的讲授要删繁就简，深入浅出地讲授一些必备的光学、电子学、计算机技术等，使学生在有限的时间里对共聚焦显微技术的基本原理,仪器的结构有一个基本的了解，而不必讲授共聚焦显微技术中包含的过于深奥的物理学、化学理论和高等数学公式推导。理论不可或缺，实际工作更为重要，以实际的研究工作为讲课的顺序,将共聚焦显微技术在不同的、具体的研究工作中体现出来,学生就能很清楚地理解该分析技术的特点及用途。

2.2 多种分析技术相结合

21世纪是高科技飞速发展的时代,是生命科学取得重大突破,人类健康素质迅速提高的时代。现代分析技术的发展呈高度分化和高度综合趋势,各分析技术互相综合、交叉、渗透和融合。激光共聚焦显微技术是生物医学形态及功能研究的重要组成部分，和其他分析技术有着内在的联系以及在实际应用中的侧重点和优势，如共聚焦显微技术和流式细胞技术同属荧光分析技术，前者具有较高的时间和空间分辨能力，形态、定位及动态分析优于后者，而后者在定量分析方面有着不可替代的作用。注重多种分析技术相结合十分重要。有助于研究生开拓性与创新性思维以及科研能力的培养，因此我们在讲授共聚焦显微技术的同时，还要简要地介绍其他的分析技术，如：多光子显微技术、流式细胞技术、电镜技术、原子力显微镜技术、扫描遂道显微镜技术以及激光共聚焦与其他方法联用技术等。这些技术在基础研究和临床应用方面都可以与激光共聚焦显微镜相互结合,互为补充。这些显微技术的结合应用将是医学形态与功能研究发展的必然。

2.3 采用灵活多样的教学模式及教学手段

根据硕士研究生知识结构的特点以及今后科研需求，在教学中合理取舍教材内容，大量加入我们在工作中的实例，与科研实践有机结合。共聚焦显微技术是对形象化要求很高的学科，在教学中灵活运用多媒体手段，将那些晦涩难懂的基木原理以及抽象的仪器结构.用生动的动画和简洁的图表表现出来，便于学生们对所学知识的理解。同时将激光共聚焦实验的大量实际图片资料以文字、数据、图形、影像、视频等多种多媒体的形式展现，信息含量大，图文并茂，更加体现共聚焦显微技术在形态及功能分析上的优势。学生看后印象深刻。同时扩展了课堂的信息量，提高了教学效率。教学实践证明，无论是理论教学还是实验教学，多媒体辅助激光共聚焦显微技术教学对扩大教学信息量；提高记忆效果，规范、全面地掌握实验操作方法，拓宽科研思路起到不可替代的作用。

3 尝试实验教学改革，培养综合能力

激光共聚焦显微技术是一门理论和实践紧密结合的应用型课程。此课程的特点是其研究对象复杂，样品前处理繁琐，涉及多门学科。对学生的科学态度、工作习惯、操作技术及综合知识和能力要求较高。因此.实验教学效果如何，直接关系到这门课程的学习及学生各方而能力的培养。以往采取的教学方法是将学生分组，将事先统一准备好的样品，面对仪器，由专职的分析人员结合平时工作经验从动物模型的建立、样品采集、储存、样品处理、方法选择、上机取图到数据分析讲解仪器结构、操作以及应用，虽然取得了一定的效果。但我们发现研究生进入课题研究的实验部分后，需要进行样品的分析时，往往会出现分析目的不明、取材不符合要求、样品处理不规范、甚至错误等，直接导致实验效果不理想，甚至失败。针对这些问题，为了让学生在有限的时间内接受严格的正规训练,培养真正的实验技能，我们设计了具有基础性、实用性、系统性、研究性强的实验内容。如：细胞内钙离子动态变化的检测，配制荧光探针及各种需要的试剂，观察细胞培养及生长情况，选择生长良好的细胞，对细胞内钙进行标记，继而用激光共聚焦显微镜采集细胞钙图像，动态观察钙的变化，利用软件进行荧光定量分析。根据所得的实验数据综合分析得出结论，最后完成实验报告。在实验课教学中让学生进行课题性的实验，这种教学模式具有很好的可操作性，以使学生在一段时间集中学习大量的实验基础技能，极大地提高了研究生进行科学研究的综合能力。

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