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教育部提昇大學競爭力重點發展計畫

生物化學實驗課程改善計畫

Improving Biochemistry Laboratory Course

生化科技學系  微生物與生化學研究所

莊榮輝．王愛玉．楊健志

Summary:  說明生化科技學系重新籌設生物化學實驗課程之規劃理念及要點

本校新成立的生化科技系中，有 生化科學 (IBS) 以及 微生物與生化學 (微生所 mbc) 兩個研究所，分別開設兩門『生物化學實驗』課程，才足以因應台大總區每年超過三百名的選修人數。本計畫配合教育部『提升大學競爭力重點發展計畫』，徹底改進本所的生物化學實驗課程，以迎接生化科技系的成立，以及未來台灣生物科技的發展。本計畫提出五項工作目標，期能完全達到提升基礎生物化學實驗教學之最終目標。本工作小組有多次組織大型實驗課之實際經驗，深知要成就一個確實而有效的實驗課程，有許多必要的因素；除了任課教師對教育與科學要有十足的熱忱與使命感之外，還得有其他主客觀條件及環境之配合：

(1) 規劃良好的實驗課程內容，切合基礎教育的需求，並且編撰詳細而精確的教本。

(2) 經營實驗課需有良好管理與組織，以類似 ISO 9001 的控管方式監視各重要檢查點。

(3) 要有優良的主持與協助人力，尤其期望能有一主控整個課程的講師級教師。

(4) 有及時的經費補助，適時投入一個規劃完善的開課計畫，則可水到渠成。

前 言

1  本體   重新設計實驗課程單元與架構

2  教本   重新編撰課程講義為標準課本

3  編制   整編學生分組架構以有效管理

4  網站   建立生化實驗課程之專用網站

5  願景   重整生化實驗教學之配合事項

Linking

前  言

本計畫有五點工作目標。首先把目前的實驗課程內容，做一全面性的修改與增補，以便讓學生親身體驗現代生物化學實驗之精髓 (工作目標 1)。經過重整後的實驗課程，在仔細整編後，將正式付印成為標準實驗課本 (工作目標 2)。所有內容也將公佈在網站，讓所有需要者自由閱覽；同時也有上課網頁，隨時聯繫修課同學，使上課更有效率 (工作目標 4)。另外，建構實驗班級的分組架構，打造有組織、有效率的上課編制 (工作目標 3)，以便讓學生在最短時間內，成功地做完全程實驗，以定下日後研究工作的自信。為了順利達成上述各項目標，也列出配合的實驗室整修工作，以便本課程能夠全力順暢地開動 (工作目標 5)。本計畫在 2003 年九月試行第一次教學。

         在執行這些目標之時，我們也將特別強調以下三種行事原則：

(1) 套組化： 各實驗單元的試劑均以套組 (package) 方式供學生使用，以提高操作效率與結果的正確性。各組的基本實驗用具，也以套組方式，全部集中在該組實驗桌的固定抽屜， 所有小型儀器也都建制在該組桌面，學生領取鑰匙 check in 後即可開始進行實驗。

(2) 編制化： 雖然每班人數可能高至 40 人，但若能以小班編制的方式，每 8 名學生由一名兼任助教帶領，則還是可以達成小班教學的成效。兼任助教除了帶領學生外，也必須分工負責各種大小儀器的維護，事實上也是另一層次之教育目的。

(3) 圖表化： 以上的套組或編制都將建立表單來管理、組織，並為各關鍵點的控制手段；所有實驗內容也儘量以流程圖表示，養成學生繪製表單與閱讀流程圖的能力。

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(1) 重新設計實驗課程單元與架構：

整個生化實驗課程內容分成『蛋白質、專一性、核酸、其他分子』等四大項 (圖一)，分項內各實驗單元儘可能求其連貫，並避免與本系選修的『生物技術核心實驗』課程重疊。

        第一分項蛋白質的內容，由蛋白質抽取開始，純化雞蛋白的 CHOM (trypsin inhibitor)，學生將操作高速離心機以及透析，並且定量蛋白質 (P1)。所抽得 CHOM 可用為親和層析法的配體，以化學方法鍵結到幾丁質固相擔體，則可純化胰臟抽出物中的 trypsin (P2)。所得到的 trypsin 除了繼續以 SDS 膠體電泳檢定其純度與次體分子量外 (P3)，也可用為酵素動力學實驗的材料 (S2)；而 SDS 電泳也將接著進行蛋白質轉印，並以抗體偵測之 (S3)。 所使用的 CHOM 及 trypsin 抗體將事先製妥，以便進行上述 S3 的免疫偵測，以及 S1 的免疫電泳，則可展示抗體與抗原之間的專一性，此則為第二分項的主題。 (蛋白質部份實驗流程)

       核酸部份以大腸桿菌的 lacZ 基因為主角，連貫四個單元實驗。由大腸菌染色體 DNA 的抽取開始，繼而進行洋菜膠體電泳，檢定 DNA 的完整性與分子量，並以測定 UV 吸光值來定量、檢定純度及認識 hyperchromic effect (N1)。 第一個實驗得到的 DNA 將用在第二實驗中，以 polymerase chain reaction (PCR) 反應來選殖 lacZ 基因 (N2)，並用作為第三個實驗 Northern hybridization 的探針 (N3)。 RNA 部分除了讓學生學習 RNA 電泳及轉印技術外，藉由 lacZ mRNA 的分析，可驗證 lac operon 的調控機制。 第四個實驗 (N4) 之主題則是 recombinant DNA 基本工具的認識，包括質體特性、限制脢的使用與對細菌的轉形，並由藍白菌落的篩選，來說明 lac operon 在 recombinant DNA 上的應用。

        其他分子的分項中，將以薄層層析法分析各種脂質分子，並以化學方法呈色 (M1)。糖類與胺基酸則可用離子交換法進行分離，並以各別的分析方法檢測之 (M2)。此外，將定期登記使用本校電算中心，進行網際資料庫巨分子分析的實習，讓學生有基本的生物資訊學能力 (M3)。 若有時間，將讓學生組裝一個巨分子模型，以蛋白質的 a helix 最為有用，學生將可親身體會二級構造的立體特性，可能與電腦螢幕上的感覺完全不同 (M4)。

圖一  整個生物化學實驗包含有四大分項，每分項各有若干實驗單元。

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(2) 重新編撰課程講義為標準課本：

所有實驗課程將編有正式的實驗講義，每單元均依照一定格式編寫，分成基礎、操作、結果三大部分，每部份又可有二到三小節 (圖二)。在實驗大綱部份，預計都能夠畫出一張該單元的整體流程，以便讓學生有全貌的概念，不致迷失在試管與燒杯之間。

        操作部份將仔細列出所有藥品試劑、儀器用具等，而且一步一步把操作過程寫出，讓學生能確實跟隨，順利完成所有操作；特別要標出可能的危險事物，以免學生發生意外。在第一堂實驗課中，將指明所有實驗室的危險儀器、毒劇藥、器具等，以及可能發生危險的操作與動作，確實讓學生深植警戒心，以遠離災禍。

        另外將有附錄，收集常用的資料，以供學生參考；最後也將編有索引，方便查閱。

圖二  生化實驗操作課本的大體架構。

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(3) 整編學生分組架構以有效管理：

本系所擁有的學生生化實驗室在設計之初，就已經打下日後大班級上課的規模，以求在學生人數眾多的情況下，也能順暢運作；經過多年的經驗，本實驗室確可順利地開設多至 40 名的大班，可謂相當難得。

        如下圖所示的配置，兩兩相對的實驗桌 (bay to bay) 可編成 8 人為一組的小集團，我們稱為 小班 (圖三 A 至 E)，由一名碩士班助教帶領操作，三或五小班再組成全體實驗班級。因為與其他實驗課共用之故，上學期每大班可容納五小班 (A~E)，共有 40 名學生，下學期則只能容納三小班 (A~C)，共計 24 名。若上下學期各開有一班次，則一學年將可供 64 名學生修完本課程 (40 + 24)。

圖三  配合實驗室硬體設施，將學生編制成容易控管的組織。

        大班級的實驗課要有嚴密的管理制度，否則整個過程將混亂不堪；依多年經驗發現，每 8 名學生由一名兼任助教帶領，最為有效。這些兼任助教依規定由研究生兼任 (領有教育部補助)，並再由一名專任助教或講師統領，一起負責主要的實驗準備工作，每一實驗要求所有助教必須先操作一次，以確保試劑的品質。藥品試劑套組以及小型儀器，將以『組』為單位分發使用 (組產)，而大型儀器則以小班或大班為共用單位。

        課程的各個單元依照教師專長分配給三位任課教師，由當班教師帶領助教群，指揮整個實驗課的進行，並監督上課操作的過程與品質；而每年輪流由其中之一，總召各學期實驗課的啟動與檢討。

圖三A  各階層人員的編制，以達到最高的教學效率。

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(4) 建立生化實驗課程之專用網站：

網頁將成為教學的主流工具之一，本課程也把網頁作為與學生溝通的主要路徑之一。預定成立生化實驗網站 (BCX Web) 與生物化學講習課網站密切配合，得相輔相乘但應避免重複。

        初步規劃 BCX Web 的網站地圖如上，主要包括三大部分： (1) 全套實驗課本內容 (2) 上課期間各班專用首頁 (3) 對外推廣生化實驗教學。 而在所有網頁的適當地點，將隨時與講習課程連結，以便學生更容易把理論與實際操作結合。另外，儘可能與國外的相關教學或研究網站連結，可使台灣學生與國際同步接軌，這是最簡便、經濟的方法。

圖四  生化實驗課程網站的整體架構，本網頁說明整個課程的規劃方針與精神。

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(5) 重整生化實驗教學之配合事項：

為求長遠之永續經營，本實驗課程除了一邊建立流暢的教學外，同時也積極對軟硬體以及周邊環境進行改善，並對未來台灣生技產業的全面性發展，提出所能貢獻的可能願景。

          周邊改善：(1) 由於本校校總區擁擠，在空間上已不可能擴大，因此只能改善原有的空間利用，使得教學更有效率，配合人力的投入，就可以增班方式達到目的。(2) 將逐年把較舊的儀器更新，使學生能夠用到最新的儀器，而非只是說明或示範。(3) 將設法規劃出專任的教學講師，以便能更專業、更有效率地去執行、維持、改善這門重要的基礎實驗課程。

          未來願景：(1) 本課程內容應隨著現代生化科技的進步而改良，以培養出最具現代生化科技實力的學生，將可投入台灣的生技產業發展大軍。(2) 若本課程在若干年後證實其內容及管理都相當優良，則期望能進一步協助其他各大學生化相關科目的教學，以便全面地提升台灣的人力素質。(3) 本課程屬基本的生化實驗教學，根基於如此紮實的基礎課程，應可進一步規劃進階課程，編織成一個涵蓋生化科技上下游的完整教學網，並提供服務產業界的再進修計畫，將可全面性地提升台灣的生技產業實力。

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後 記：

本計畫的肇始與過程相當離奇。

        原本是在教育部補助各大學『提昇大學競爭力重點發展計畫』的名目下，由本校醫學院主導，經過仔細規劃後，決議提升校內的『基礎生物化學實驗』教學，並由校內各相關教學單位提出計畫。我們經『農化系』所提的計畫 (就是上面所提的內容) 送教育部審查後被完全否決，理由『農化系不是生物科技相關科系』據說是評審的意見。

        雖然如此，本計畫還是在醫學院與生化所的支持下，分得部份經費，開始第一年 (2002) 的改進計畫，充實許多基本的實驗設備，著手改進實驗內容，並且規劃本課程網頁。當興沖沖把網頁掛上去，想要連結到教育部的相關網頁，才赫然發現原來的發展計畫，已經沒有生物科技的項目，也就是說這個計畫已經不了了之。

        當然，沒有教育部的補助，我們還是會繼續把上述理想實現；尤其在面臨新的『生化科技 學系』之成立，面臨台灣的生物科技產業即將開始發展，生化科技教學的改進是絕對不能罷手。然而對這種方式的政策管理，實在無法令人認同；也對於高等教育的前途充滿憂心，因為我們將來還是得面對如此品質的法令與國家管理。

        台灣過去幾十年的成就，主要原因是『有高品質的人才』；而未來幾十年的生物科技發展若不能成功，也將肇因於『缺乏高品質的人才』。 主政者必須深思。

Linking:

生化科技學系 > 生物化學課程網頁 > 生物化學基礎

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