前言

目前，分子生物學實驗技術已經成為探討生命科學基本問題的最常見的手段，經典的DNA提取、質粒克隆和提取、核酸電泳、膠回收、蛋白提取與WesternBlot等常規分子生物學實驗技術成為醫學和生物學本科生需要掌握的基本技能[1-5]。然而，傳統的教學傾向于孤立的講解和指導這些實驗方法，側重按照實驗步驟完成實驗本身，僅僅是培養了學生的動手能力，而忽略了這些技術究竟能解決什么問題，以及如何在實際科研中具體應用這些方法。事實上，后者對學生分析問題、解決問題更為重要，應該是培養的重點[6]。以基于問題學習（Prob-lem-BasedLearning，即PBL)的教學模式在國內外已經得到普遍認同與廣泛應用[7-10]。然而，在分子生物學實驗教學中該方法存在一定難度，限制了其推廣和應用。因為，單獨一個技術往往解決不了一個真正的科學問題；此外，一個科學問題往往又涉及太多實驗方法，是本科實驗教學常規實驗技術難以全面覆蓋。另外，以問題導向，往往涉及多個實驗，在實驗材料準備等方面也提出更高要求。從這個角度，選擇合適的科學問題，并加以科學引導成為PBL在分子生物學實驗教學中的難點問題[11]。本研究針對本科實驗教學中出現的上述問題，嘗試通過證明"突變β-catenin促進結腸癌細胞增殖"，將DNA提取、質粒克隆和提取、核酸電泳、蛋白提取與WesternBlot等常規分子生物學實驗有機整合起來，探討這種"PBL教學法"在分子生物學實驗教學中的應用和具體效果。

1醫學分子生物學實驗課PBL教學科學問題的設置

針對教學大綱中涉及的DNA提取、質粒克隆和提取、核酸電泳、蛋白提取與WesternBlot等要求，啟發并引導同學證明"突變β-catenin促進結腸癌細胞增殖"這一科學問題。具體分為：

（1）證明部分結腸癌細胞中存在β-catenin基因突變；具體實驗技術包括細胞培養、DNA的提取、PCR、膠回收和測序；

（2）證明突變的β-catenin促進細胞增殖。具體實驗技術包括DNA提取、PCR、載體構建、質粒提取、細胞轉染、WB和細胞增殖實驗。其中細胞培養、測序、載體構建、細胞增殖實驗為示教或者觀看錄像；其余的實驗則為學生具體操作。

2以"突變β-catenin促進結腸癌細胞增殖"為例的PBL實驗教學實施及效果

我科室承擔臨床醫學本科生分子生物學實驗課的教學。以往實驗課的教學內容包括DNA提取、質粒克隆和提取、核酸電泳、膠回收、蛋白提取與WesternBlot等，這些實驗技術相對孤立的講解和實施。學生雖然能夠掌握每個實驗技術本身，但是對這些實驗技術之間的聯系及利用它們解決科學問題缺乏深層的思考和理解。近年來，我科室嘗試以科學問題為導向，試圖將這些實驗技術整合到一起，在培養學生動手能力的同時，培養分析、解決科學問題的能力。在具體實施時，任課教師首先介紹結腸癌的發病率及β-catenin突變在結腸癌演變中發揮重要作用。然后，拋出問題：如何證明"突變β-catenin促進結腸癌細胞增殖"。在引導下，將問題歸結為如何證明結腸癌細胞中存在β-catenin基因突變以及如何證明突變的β-catenin促進細胞增殖。在此基礎上，將實驗設計為：

1）提取結腸癌HCT116細胞基因組DNA（結腸癌細胞株HCT116含有β-catenin突變），并通過PCR擴增β-catenin突變區域；

2）電泳PCR產物并膠回收、測序并分析測序結果；

3）觀看載體構建錄像，提取突變型β-catenin表達載體，酶切鑒定；

4）示教細胞培養和基因轉染；

5）提取蛋白，Westernblot實驗驗證轉染效率；

6）示教MTT檢測細胞增殖。每堂課開始時，回顧前一個實驗的內容；結束時，提出下一個實驗及目的。通過隨堂觀察學生的積極性，分析實驗記錄完成的質量以及期末考試檢測對實驗技術本身的理解和運用能力，評價PBL教學的效果。結果顯示，使用PBL教學后，學生的積極性大幅度提高，主要表現為學生預習和復習的比例增加，回答問題的準確率提高，期末考試成績比以往也顯著提高。90%的學生對該PBL教學的非常認可，滿意度很高，大部分學生都認為PBL教學提高了學習效率，調動了學習主動性和針對性，對分子生物學實驗和理論都有了很好的認識。

3PBL教學在分子生物學實驗教學中的優勢和存在問題

"突變β-catenin導致Wnt信號異常、進而促進結腸癌細胞增殖"是一個常見的、廣為認可的科學問題[18-21]，以此為問題的PBL教學，系統整合了教學大綱要求的常見分子生物學實驗方法，全面生動的進行分子生物學實驗教學，使得孤立的實驗方法變得系統，并貼近實際應用，提高了學生的主動性、積極性，提高了學習效率，改善了教學效果。我們通過實際教學，總結出以"突變β-catenin促進結腸癌細胞增殖"為問題，開展PBL教學的優越性和存在的問題，討論如下：

3.1以"突變β-catenin促進結腸癌細胞增殖"為問題的PBL教學

增強學生對知識的整體把握和運用作為一門實驗科學，運用分子生物學技術解決實際臨床和科研工作是根本目的。基于"突變β-catenin促進結腸癌細胞增殖"的課程設計，從教學效果上，首先鞏固了理論知識，貼近了未來臨床和科研工作，增強了學生學習的興趣。授課時，老師在講解理論背景的同時，不斷啟發學生自己提出問題、解決問題，最后由老師總結、點評。同時老師將指出這一機制實際的發現過程，通過這種啟發和比較的教學方法，培養學生整體思考和解決問題的能力，為今后臨床和科研工作打下良好的基礎。

3.2PBL教學需要選好科學問題

通過作者的實踐表明，選好合理的科學問題是整合大綱規定的實驗技術、調動學生學習積極性的關鍵。隨著分子生物學理論和技術的發展，有些科學問題可以通過更加先進的實驗技術加以闡釋，完全開放或復雜的科學問題，可能將學生引入復雜的實驗技術，超越本課程的要求和大部分學生的學習能力，反而起不到預期的效果。另一方面，過于簡單的科學問題，無法調動學生的興趣，也不能整合多個實驗技術，失去了整合和系統的優勢。

3.3PBL教學需要要充足的準備時間和配套的教學資源

由于PBL教學模式要求以學生為主體、強調自主學習，學生必須根據教師提出的問題進行分析，查閱大量的資料，整理、組織所得到的結果。要取得預期的教學效果，學生需要充分調研結腸癌的發病率、發病機制、基因突變等理論知識，同時要提前預習和熟悉實驗步驟。只有在理論和操作都有一定程度的理解的基礎上，才能有時間和精力理解這些方法內在的聯系，也才能在掌握實驗技術本身的基礎上實現活學活用。實驗教學中，PBL教學需要準備的不僅是科學問題本身，還需要準備解決科學問題本身所需的實驗試劑和設備。從這個角度，選題的時候就必須考慮實驗試劑的可行性。"突變β-catenin促進結腸癌細胞增殖"需要特殊的實驗材料為β-catenin突變的細胞株，HCT116就屬于這樣一個細胞株，在分子生物學實驗室屬于常見細胞株，且104-105個細胞就可以滿足一個小組的實驗需求，因此容易保證實驗材料的供給。針對這樣的科學問題，實驗材料準備是可行的；但相比傳統的組織DNA提取，實驗試劑的準備工作量增加很多。實際操作中，可以考慮采用臨床驗證過的組織標本。基于"突變β-catenin促進結腸癌細胞增殖"的PBL教學中需要一些實驗銜接不同實驗技術教學之間的空檔，如基因轉染、載體構建等。這些內容有學生獨立完成需要較高的實驗平臺和試劑保障，所以采用示教和視頻觀摩的方式，即保證了完整性，又降低了難度和保障需求。最后，PBL實驗教學前后步驟（實驗）之間緊密聯系，一個實驗的失敗會導致后續實驗的失敗或中斷。這就要求：第一，教員在實驗試劑準備方面要充分，及時準備好備用樣本，保證實驗繼續；第二，實驗的每一個階段，要有嚴格的對照和質量控制，保證及時發現問題，尋找針對性補救措施。

4PBL應用于醫學分子生物學實驗課教學的展望

應用PBL進行醫學分子生物學教學，能夠有效將需要掌握的分子生物學問題有機的整合起來，解決傳統教學的孤立地講授各個實驗方法的弊端，提高教學效率和教學質量，促進學生學習的主動性，增強了學生靈活運用知識的能力。但PBL用于實驗教學同樣面臨一些問題。例如，如何選擇合適的科學問題，使得盡量涵蓋所要教授的方法的同時，又不引入太多其它實驗方法；如何準備相應的實驗器材和試劑、特別是如何解決學生前一個實驗失敗導致的后續實驗無法繼續的問題。如何合理設計科學問題、充分準備實驗設備和試劑、綜合使用示教和操作，在保證教學進度和內容的基礎上提升教學質量將是PBL教學發展的方向和主要解決的問題。

作者：楊國棟 韋夢影 盧曉昭 晉亮 王姍 單位：第四軍醫大學生物化學與分子生物學教研室