3R原则在水产动物生理学实验教学体系中的应用

1、124科技创新导报 ScienceandTechnologyInnovationHerald3F 原则在水产动物生理学实验教学体系中的应用齐红莉宋学军毛海涛王晓梅井润珍白东清(天津农学院水产学院天津市水产生态及养殖重点实验室天津 300384)摘要：为了构建新型的实验教学模式，将 3F 替代原则引入到水产动物生理学实验课程教学体系中，进行了思维上的改革，开辟新的教学途径。这些措施更有利于培养学生的综合分析问题能力。关键词：水产动物生理学实验 3R原则中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2014)04(a)-0124-02水产动物生理学实验是水产养殖、海洋渔业科学

2、与技术、水族科学与技术专业课的必修课，是重要的专业基础实验课1-2。随着新世纪海洋事业的迅速发展，天津市政府提出了“向海洋要资源”的口号，天津农学院的水产养殖、海洋渔业科学专业也迎来了前所未有的发展机遇。天津农学院提出了培养都市沿海型农业的专业性应用人才来发展壮大海洋事业。借助此，我们在海洋渔业科学与技术、 水产养殖专业学生进行的实践教学改革过程中尝试对本门实验课程体系进行改革，从实验教学思维不断创新，将 3R 原则这一理念引入到水产动物生理学实验教学中来，以提高实验教学质量。1 何谓 3R 原则3R 原则即减少(reduction)、替代(replacement)和优化(refinement

3、)其英文字母的首字母的缩写，是由 Russell 和 Burch 在 1959 年TheprincipleofhumanExperimentalTechnique(人道主义实验动物原理)中首次提出同。使用同一种类动物的不同脏器，如蛙心起搏点的分析(蟾蜍的心脏)， 坐骨神经腓肠肌标本的制备(蟾蜍的大腿、小腿)。我们通过合理的安排实验并重组实验， 先做在体实验观察反射弧及反射时的测定，然后再做在体解剖暴露蛙心后，观察蛙心起搏点，最后取出操作时间要求较宽的另一实验脏器(大腿和小腿)供坐骨神经腓肠肌标本的制备。 制作好的坐骨神经腓肠肌标本我们先做生物电现象的观察，阈刺激、阈上刺激与最大刺激，骨骼肌收缩

4、特性，在骨骼肌收缩特性中我们还根据学生兴趣来测定选做效应时间的测定，这样增加了实验项目，学生自主实验。 通过合理的重组实验课程调整实验顺序安排使 5 个实验一起做，这样原本在每个单独实验时作为原本丢弃的无用的动物脏器可以有效利用起来，因此减少了动物消耗数量近 3/5。但实验的时间比较长一般至少是 6 学时到 8 学时，因此在实验教学安排中将实验课集中全天上。 按照每个学期需要开设的实验课程来计算，在保证教学效果及质量的同时，如果按照3R 原则合理地重组实验，可以减少实验动物消耗近 2/53/5。因而减少购买实验动物的经费 1/2，将节省出来的经费应用于学生自主创新性实验教学中去。2.2 替代使

5、用动物替代(replacement)是指用离体培养的细胞、组织或器官或者是使用组织培养细胞、计算机模拟实验替代神智清醒的脊椎动物进行试验5678，而不用活体动物6-8，另外来说用人来替代实验动物。目前对于验证性实验， 我们可以通过模拟实验的方式来替代使用实验动物。 离体鱼类心脏灌流实验，这个实验我们采用黄鳝作为实验操作材料，但是鱼心脏灌流操作要求比较规范， 因此在做此实验之前， 我们让学生通过模拟实验来观察药物对离体蛙心灌流来了解此实验的目的及主要原理及操作方法。 学生通过模拟实验掌握了实验操作步骤及注意事项，把该实验需要观察的要点都领悟，同时发挥教师的当场示范， 再用黄鳝离体鱼心做心脏灌流实

6、验，同学们可有足够的体会， 而实验动物仅为原来的 1/6。在消化道平滑肌的生理特性的实验中， 引用了虚拟实验9，学生直接通过计算机模拟系统进行操作家兔肠道分离并连接麦氏浴槽，在计算机模拟系统里直接添加药物、机械牵拉、温度对离体肠道平滑肌生理特性的影响。学生通过模拟实验进行数据采集并通过软件进行数据处理及分析10。通过此实验的操作，增加了学生学习的主动性并减少了活体动物。 因此通过此虚拟实验， 学生作为主体可以自主设计实验步骤并对实验流程进行优化， 因此提高了学生对计算机操作系统及虚拟软件的使用效率， 培养了学生的综合分析问题的能力11。重动物福利， 也可以使学生激发爱护实验动物的意识，从而将

7、3RM 则推广到本学科中去。2.1 减少动物用量减少(reduction)是指在可获得同样数量和质量的动物试验的同时， 减少动物的使用但同时又可获得足够的试验信息， 近些年来对很多试验方法进行了修改和重组。 简单减少动物用量对水产动物生理实验教学而言是个比较难达到的要求。 学生每人1 只实验动物其教学效果不一定好，但是学校缩减教学经费， 因此每人一只实验动物也不现实；34 人共用一只实验动物，减少了每位同学的动手机会，教学效果不好，更甭提达到相应的教学目的。我们通过合理(上接 124 页)是可行的。减少、替代和优化，提高了学生的实验操作技能，丰富了实验教学内容，将验证性、综合设计性实验开设的成

8、功率加大，开拓了学生的视野。替代原则中开设的虚拟实验已经开设了将近 4年，此增强了学生实验的成功率尤其是验证及设计性实验的，调动了学生主动学习的积极性。今后将3R 原则与大学生自主创新性实验进行实验进行嫁接， 使实验室成为培养创新性人才的重要基地12-13。在水产动物生理学实验教学体系中引用 3R 原则是合理可行的，不但适应了时代潮流中动物伦理学的发展要求， 还有2.3 优化实验优化(refinement)指通过完善和改良实验步骤以减轻动物的痛苦和不安， 来提高动物福利的方法。水产动物生理学实验的优化是很有必要的，而大多数实验并没有达到优化的标准。在本实验教学工作中， 我们首次将动物福利这个概

9、念灌输到学生中去，杜绝学生戏弄、虐待动物的现象。因此要求学生必须提前做好预习实验内容并撰写预习报告，当堂实验课程结束立即上交预习报告， 教师通过评阅预习报告来检查学习预习情况， 此部分内容在整个实验成绩的 20%还通过提前观看实验教学影像熟悉实验操作技术，通过虚拟实验进行优化实验流程，提高实验成功率。另外在实验动物购买后，暂养实验动物，动物所处的环境的舒适性如暂养蟾蜍过程中我们采用隔时换冰瓶的方法来减少动物在暂养过程中环境温度过高导致其由于环境湿度不够而死亡。在实验用鲫鱼、鲤鱼、 黄鳝、 乌鳢暂养过程中， 要调控养殖用水温度、溶解氧等水质指标达到适宜环境。 在抽取鱼类血液过程中用纱布包住其眼部

10、， 用来减少其他实验鱼类的紧张情绪。因此，优化是减少实验动物不必要的不安情绪， 这个理念的提出及应用对实验的准确性也有所影响， 因而需要实验操作者具有熟练的实验操作技能，并能将此养成习惯并应用到相关的实验中。3 结语3RM 则进入引入到我国的时间较晚，实验动物及生理学专业以外的人对此知之甚少，而国外应用 3R 原则在现代生命科学实验中已成为主流， 鉴于此鱼类生理学教学组在水产动物生理学实验教学中实施了3R 原则。4 年多的教学实践表明，3R 替代原则在水产动物生理学的实验教学过程中(下转 126 页)助于实验项目的开设，推动了本学科发展， 也顺应了高校教育中控制教学经费中达到节能增效的要求。参

11、考文献1马恒东,黎德兵，濮洁,等.“动物生理学实验”课程体系的构建J.四川农业大NO.10andTechnologyInnovationHerald创新教育125科技创新导报 ScienceandTechnologyInnovationHerald|2014NO.10ScienceandTechnologyInnovationHerald126科技创新导报 ScienceandTechnologyInnovationHerald创新教育例子启发学生，寄存器距离 CPU 近,虽然容量小,但是使用方便，存取速度快;而存储器容量大，但是进行数据存储时，存取速度慢，而且需要知道明确的地址。通过这个实例

12、，不但加深了学生对寄存器和存储器存取方法的认识,而且提高了学习相关知识点的兴趣。再比如,CPU 对存储器的操作方式分为读和写两种方式，很多学生分不清读操作和写操作的数据流向。如果将 CPU 比作大脑，当我们在读书的时候，是把书上的数据往脑子里读,同理从存储器向 CPU 传送数据时，称为为存储器读；我们在写字时，是把脑子里的事往书上写，同理由 CP 向存储器传输数据时，称为存储器写。通过这种实例启发学生,还可以理解I/O指令中,IN输入指令为读外设，OUT输出指令为写外设指令。如果能把学生难以理解或记忆的知识用日常生活中的实例加以启发讲解，再抽象的问题学生也会产生浓厚的兴趣，形成习惯后，学生会自

13、发联想生活实际去理解问题，从而变被动接受为主动学习，课堂效果良好。3 调整实验大纲，因材施教改变实践教学模式,提高学生实际动手能力理论是实践的基础，微机原理这门课程不但具有很强的理论性，而且具有很强的实践性和应用性，很多理论知识只有通过实践教学才能得以真正理解。如果只是单纯的进行理论分析，就会让学生觉得枯燥乏味,逐渐缺乏参与与学习的积极性同。传统的实验往往采用实验箱，学生通过简单连线和运行现有程序对芯片进行功能验证,即使是综合设计性实验也是如此。在这种实验氛围下，学生对于较难的软硬件问题不愿动脑筋思考,更加缺乏自主创新的意识,所以势必要对实验大纲和实验模式加以改革。3.1 成立学研小组，以小组

14、为中心，开展各项实践项目，达到实践目的以往的实验往往将学生分为 2 人一组，学生按部就班照着教师，按照实验指导书的步骤完成实验，结果导致大部分同学的实验报告是同一版本，没有达到锻炼学生动手能力的目的。在实践教学改革中，我们打破以教师为核心的单一教学模式，让学生自发成立学研小组,由教师指导，开展与课程相关知识内容的程序设计和芯片与电路相结合的应用设计创新，通过小组学习和讨论、实践，不断深化理论知识，锻炼动手能力增强创新意识;于此同时,新增一些综合实验和自主创新实验，以学研小组为中心鼓励学生独立完成从实验方案到芯片选择及程序填写的全过程；在毕业设计和生产实践等实际动手环节环节适当增加与微机原理相关

15、的课题,给学生适当的展示机会,切实达到实践的目的。3.2 结合课本知识，在实践中扩充知识面，提高学生综合开发能力和开发兴趣很多学生在学习过程中反映接口芯片应用系统分析及设计技术这部分知识点难以理解,只能死机硬背一些芯片的引脚功能和工作方式，实际应用起来觉得无从下手。 而且很多课本上介绍的接口芯片在市面上实际应用已经很少，甚至不再生产了，这就导致在使用此类芯片时，只能靠实验箱内部集成的现有设计，这样大部分对理论知识理解都不够透彻的学生就无法真正学会芯片的应用，自主创新就更难了。 授课教师可以利用市面时下流行的系统开发工具，根据教学要求,针对学生接受能力设计具有实践性的案例,拓宽学生知识面。例如,

16、在课本中定时器/计数器介绍的是8253A可编程定时器/计数器,教师在讲解该芯片应用的同时，还利用实践课为学生介绍了 SONIX 微控器开发系统,利用该开发系统就可以制做计时器了。 微控制器开发系统根据应用系统的需求，可集硬件实际及软件调试和修改的完成于一身，它实际上也是一种计算机系统，是专门用来开发微控制器应用系统的工具，它通常由一台 PC 机、一个通用在线仿真器和一个编程器(也称烧学学报,2004,22(增刊):84-86.2 齐红莉,宋学军,李丽,等.水产动物生理学实验教学改革与实践J.人力资源管理,2010(9):218.3 RussellWMS,BurchRL.ThePrinciple

17、sofHumaneExperimentalTechniqueM.London:Methuen,1959.4 李红，蔡岩,王永强.水产动物生理学实验教学改革初探J.安徽农学通报,2009,15(3):190-195.5 贺争鸣,邢瑞昌,方喜业,等.论实验动物福利、 动物实验与动物实验替代方法J.实验动物科学与管理,2005(22):61-64.6 伍海涛，邢增术，何佟.3R 原则在实验生理科学教学中的应用J.海南医学院学报,2008,14(6):786-787.7 瞿叶清,哈惠馨,郭玉琴，等.3R 原则在医学动物实验工作中的应用J.实验动物写器)等组成,如图 1 所示。 设计人员借助于 P(机上

18、运行的系统开发软件，就可以输入、删除、编辑用户程序，也可以把用户程序汇编成目标代码通过LPT 口传送到仿真器，并通过仿真器在线运行和调试用户程序。编程器可以对微控器片内 R0M 进行编程和校验。教师利用课余时间购买相关硬件器材，焊接了硬件电路板，将所需的程序烧录入芯片设计了时钟定时器。 并且在实验课上给学生讲解了SONIX 开发工具及使用方法,详细说明案例设计步骤及用到的相关硬件和内部的汇编程序，并让同学们了解了计时器的设计方法和编译原理，极大地提高了学生实验开发的兴趣及深入研究的积极性，综合开发能力也通过该案例有了实质性提高。4 结语随着计算机科学技术的迅猛发展，社会对人才要求越来越高，这就不断地向我们提出新的目标和要求。 微机原理 课程教学改革从教学内容，教学方法及实践手段几方面着手,采取多种途径提高学生对知识的掌握能力及实际动手能力和创新能力。通过教学改革，学生提高了兴趣，增强了学习的主动性,教学质量也得到了提高，教学效果良好。今后还应鼓励优秀学生参加创新设计竞赛，进一步锻炼自身的应用设计能力。参考文献1 冯博琴.微型计算机原理与接口技术M.3 版.北京:清华大学出版社,2001.2 华艳秋.微机原理与接口技术课程一体化教学改革的探讨J.科技创新导报,2011(34)