食品毒理學課程綜合實驗教學設計探析
食品毒理學是農業院校食品專業的基礎課程,它與化學、生物化學、微生物學、生理學、實驗動物學,統計分析等專業課程都有密切的聯系。同時,它也是一門理論與應用密切結合的課程。要培養出合格的食品安全專業技能型人才,必須使學生通過毒理實踐活動,學習、了解毒理學理論知識,并掌握必要的實驗技能。
一、綜合性毒理學實驗的構思
目前,在大部分農業院校的食品專業中,食品毒理學的實踐教學并沒有得到足夠的重視。很多農業院校并沒有開設相應的毒理學實驗課。即使有少部分學校開設了實驗課,這些實驗課往往從屬于理論教學,實驗均為驗證性內容,缺乏探索性和創新性實驗。教學方式以教師講授為主,學生缺乏動手的機會,這種教學模式無法調動學生的主觀能動性、提高學生的創新性,更無法讓學生掌握必要的毒理學實踐技能。因此,模擬毒理學評價程序與實驗環境,設計并開展食品毒理學評價的綜合實驗,既能讓學生掌握必要的毒理學技能,又能調動學生的興趣與創新能力,同時又節約了實驗成本,并能有效地整合相關課程的理論知識和技能。
二、綜合性實驗的項目設置
綜合性實驗項目的確定原則上參照《食品毒理學安全性評價試驗程序》(2002)(以下簡稱程序),但要結合實際實驗條件及教學環境,選取亞急性毒性實驗用以教學。長期的慢性實驗雖然更貼近實際應用,但不利于組織教學,也容易出現安全隱患。實驗內容的確定應根據學生的實際情況及實驗室硬件設施確定。此外,《程序》中的毒理學實驗用于毒理學評價,雖接近食品毒理學評價的實際應用,但不利于學生科研創新及科研素質的提高。綜上所述,本次綜合實驗按照《程序》及亞急性毒理學科研實驗一般過程,將整個綜合實驗過程分解成了7個試驗(見表1)。實驗項目的設計是根據天津農學院具備的實驗條件設計的,具有較強的科學意義及實踐意義。如,血清SOD及MDA反應了機體的抗氧化作用,是許多毒理學科研實驗及動物實驗常選用的指標,用以解釋毒物的毒性機制。其中SOD采用羥胺法,MDA采用TBA法,都是經典的生化實驗,通過這兩個指標的檢測,可以鍛煉及強化學生科學實驗的能力;AST及ALT反應機體的肝功,而尿素和肌酐則反映機體的腎功。這兩類指標都可采用全自動生化分析儀檢測,檢測方法既方便又快捷。學生不僅可以掌握這兩類指標的意義,還可以通過測定這兩類指標接觸全自動生化分析儀等精密儀器,增強學生學習的興趣,拓寬知識面。
三、綜合性實驗實施
(一)實驗分組
以天津農學院2011級食品質量與安全專業為對象,該專業分為1班和2班,每個自然班為30人,兩班以60人計,共分為4個大組,每大組保持在15人左右比較合適,當教學人數過多時,應增加分組,保證實驗教學效果。實踐證明,人數太多會影響到實驗教學效果。每大組分4小組,3~4人/小組;大組及小組各指派組長一名;每小組分配實驗動物4只,根據設計實驗的特點,考慮到實驗動物的敏感性和意外死亡等狀況,可能導致實驗結束后沒有實驗動物,應適當增加每個小組的受試動物,盡量多安排一些實驗動物,增加學生的動手機會。
(二)受試物選擇
各綜合毒性實驗項目均設計為亞急性(2周),應根據專業特點選取代表性的食品或食品源性毒物。受試對象的確定可在教師的指導下,由本組成員通過查閱相關文獻確定。教師在設計過程中不能直接為學生指定受試毒物,而是應該通過引導的方式指導學生選定受試毒物。一般毒物的來源應該選擇水產食品源性的毒物。在學生制定毒物的過程中,對毒物選擇、劑量分組及染毒方式進行指導,使學生在制定毒物的過程中,掌握文獻檢索的方法,培養學術討論的習慣及掌握科研思維,最重要的是培養學生養成獨立自主的科研習慣。
(三)染毒實施
選定化學物后,要在模擬的動物房中進行染毒操作。在這個環節中,要組織好學生進行染毒操作,既要保證每一個學生都有操作的機會,又要維護實驗室的秩序,還要考慮到在較長的染毒過程中學生的安全問題,預防學生被實驗動物咬傷。本實驗染毒過程中采用的辦法是:每天在固定的時間由大組長帶一名學生,在老師的指導下,獨立完成每天的染毒操作。
(四)指標選擇
綜合實驗重要環節是測定染毒后的實驗動物的指標。經過查閱大量文獻,本次設計的綜合實驗選取了四類指標。一是一般指標:包括動物行為及一般狀態、攝食量、攝水量、動物增重、臟器重量級臟器系數等、二是肝功指標:谷草轉氨酶、谷丙轉氨酶、三是抗氧化指標:T-SOD、MDA;四是腎毒指標:尿素、肌酐;具體綜合實驗項目設置見25頁表1。本次設計的綜合實驗指標的選擇既參考了《程序》的規定,也查閱了大量的中英文文獻,是目前相關科研中常用的毒理學實驗指標。
(五)數據統計分析及結果報告
數據整理和統計分析是動物實驗,甚至是科研實驗中的重要環節,數據整理和統計分析是整個實驗設計過程的中心環節,只有熟悉整個實驗設計才能正確分析實驗結果,而現在的實驗教學過程中,往往忽略了這個環節,或者數據處理與實驗割裂開來。如,天津農學院食品質量與安全專業本科生設置了食品實驗設計與統計分析理論課程,該課程雖然講述了數據的處理及統計方法,但學生缺乏實踐環節。因此,本次綜合實驗的最后,設置了2課時,培養學生對取得的數據進行整理和統計分析的能力。雖然現在有較多的統計處理及分析軟件,如,SPSS、SAS等軟件,但為了讓學生熟悉整個實驗設計及熟練掌握相關統計方法,本次實驗沒有采用統計軟件對數據進行處理,而是讓學生通過運算的方式對數據進行統計分析。根據綜合實驗設計的類型,本次綜合實驗重點考察了學生對統計描述,如,均數及標準差的計算;統計推斷,如,完全隨機設計資料的方差分析及SNK法進行多重比較;統計結論的正確表達;這些內容也是科研實驗中經常使用的知識。通過這次綜合實驗,培養了學生科研實驗的數據處理及統計分析能力。
四、綜合性實驗教學評價
對綜合實驗教學效果的考核采用綜合評價法。將整個實驗過程分解成若干個實驗,對每個實驗都確定了考核項目和比重,從學生的出勤、態度、實驗技巧、實驗報告、數據的準確性等幾個方面對學生進行綜合評價。結果見表2。五、結語本次項目設計的綜合實驗內容,不僅以實際毒理評價工作為目的,還有意培養學生的科研素質。通過本項目的實施,學生不僅提高了動物實驗技能,還熟悉和掌握了科研設計的方法和關鍵內容,如,毒物的選擇與論證、劑量分組、染毒的時間及方法、數據的分析與統計等內容。在傳統的實驗課程中往往重技能培訓而輕科研設計。本項目的實施將實驗技能的培訓與科研設計進行了有機的整合,提高了學生的實驗技能和綜合素質。
作者:李燕杰 何慶峰 尉曉慶 張愛琳 單位:天津農學院食品科學與生物工程學院
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