基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè)立體化醫(yī)學(xué)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)體系構(gòu)建

秦付軍，臧文巧，李 敏，唐 悅

(鄭州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院微生物學(xué)與免疫學(xué)系， 鄭州 450052； △通訊作者)

基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育是醫(yī)學(xué)教育的基礎(chǔ)[1]。在當(dāng)今醫(yī)學(xué)變革的大背景下，根據(jù)醫(yī)學(xué)教育長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的需要，鄭州大學(xué)從2015年開(kāi)始招收基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè)本科生，充分利用學(xué)?；A(chǔ)醫(yī)學(xué)培養(yǎng)的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，借鑒世界一流大學(xué)先進(jìn)培養(yǎng)模式，2019年立項(xiàng)“卓越拔尖人才培養(yǎng)計(jì)劃2.0”項(xiàng)目。該項(xiàng)目旨在培養(yǎng)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域國(guó)際化創(chuàng)新拔尖人才，從科學(xué)素養(yǎng)和人文底蘊(yùn)兩個(gè)維度強(qiáng)化培養(yǎng)具有寬厚科學(xué)基礎(chǔ)、扎實(shí)醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)技能[2]，富有創(chuàng)新思維和較強(qiáng)的醫(yī)學(xué)科研工作能力，同時(shí)愛(ài)國(guó)愛(ài)家的人才。

基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)拔尖人才學(xué)生的培養(yǎng)定位是使學(xué)生在未來(lái)成為基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)學(xué)科領(lǐng)軍人才，所以其培養(yǎng)目標(biāo)更應(yīng)凸顯出扎實(shí)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能和突出的解決科研問(wèn)題能力。為此基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課程體系不能用單一形式解決，需要構(gòu)建立體多組合的實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)體系，既高效傳授學(xué)生切實(shí)需要的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能，還能讓學(xué)生盡早沉浸于真實(shí)科研過(guò)程，幫助學(xué)生順利由知識(shí)、技能的學(xué)習(xí)者轉(zhuǎn)變進(jìn)入科研研究者的狀態(tài)[3,4]。

醫(yī)學(xué)微生物學(xué)是本科生在大二學(xué)期開(kāi)設(shè)的一門重要的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課，主要研究?jī)?nèi)容包括微生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)和機(jī)能兩大方面，知識(shí)層面與臨床傳染病學(xué)和流行病學(xué)等學(xué)科緊密聯(lián)系。鄭州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè)醫(yī)學(xué)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)體系包含了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)+綜合實(shí)驗(yàn)+大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目+畢業(yè)設(shè)計(jì)的立體化構(gòu)架、多層次的教學(xué)內(nèi)容、多元化的考核手段，旨在強(qiáng)化以學(xué)生為中心的創(chuàng)新教學(xué)理念，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)拔尖人才學(xué)生綜合素質(zhì)的不斷提升。

1 傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)合

1.1 扎實(shí)的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容依附于理論知識(shí)，有助于學(xué)生鞏固課本上的知識(shí)點(diǎn)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)課過(guò)程由教師主導(dǎo)講授，過(guò)程簡(jiǎn)潔清晰，可以高效地通過(guò)實(shí)驗(yàn)技能和基本儀器的使用培訓(xùn)，規(guī)范學(xué)生實(shí)驗(yàn)基本操作。在鄭州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè)醫(yī)學(xué)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)體系中保留了醫(yī)學(xué)微生物學(xué)中最重要的三個(gè)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的學(xué)習(xí)內(nèi)容：第一個(gè)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為細(xì)菌培養(yǎng)基的制備、細(xì)菌的接種方法。該實(shí)驗(yàn)要求同學(xué)們了解培養(yǎng)基的制作原則和方法，掌握細(xì)菌的分離培養(yǎng)技術(shù)，促進(jìn)學(xué)生系統(tǒng)掌握各類病原細(xì)菌的基本特性與實(shí)驗(yàn)診斷技術(shù)。第二個(gè)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容革蘭氏染色是一項(xiàng)經(jīng)典的細(xì)菌染色鑒別手段。該實(shí)驗(yàn)要求一定的動(dòng)手能力，非常適合鍛煉學(xué)生的無(wú)菌操作技術(shù)、染色技術(shù)和顯微鏡鏡檢技術(shù)。觀察是重要的科學(xué)研究方法。在第三個(gè)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，教師會(huì)講授顯微鏡各部分的名稱和作用、顯微鏡的使用方法及使用顯微鏡的基本步驟。學(xué)生在學(xué)會(huì)正確規(guī)范使用顯微鏡的同時(shí)養(yǎng)成愛(ài)護(hù)顯微鏡的習(xí)慣，在繪制細(xì)菌形態(tài)圖的過(guò)程中樹(shù)立實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

1.2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的運(yùn)用

虛擬仿真技術(shù)通過(guò)逼真模擬現(xiàn)實(shí)世界的事物和環(huán)境，形成一個(gè)智能化的課堂，有助于解決傳統(tǒng)教學(xué)中的短板[5,6]。我們?cè)趥鹘y(tǒng)醫(yī)學(xué)微生物的實(shí)驗(yàn)課堂上引入了3個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。學(xué)生借助電腦、平板等網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備，訪問(wèn)鄭州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院教學(xué)系統(tǒng)，通過(guò)身份認(rèn)證、登錄，點(diǎn)擊進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K，通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊和選擇開(kāi)展虛擬仿真沉浸式交互學(xué)習(xí)。例如流感病毒培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，還原真實(shí)流感病毒培養(yǎng)場(chǎng)景，呈現(xiàn)雞胚準(zhǔn)備、檢卵、定胚位、尿囊腔接種、培養(yǎng)及觀察、收獲尿囊液病毒完整全過(guò)程。

虛擬仿真技術(shù)擺脫了實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程對(duì)客觀實(shí)驗(yàn)條件的依賴。例如，人體痰液中結(jié)核分枝桿菌的檢驗(yàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)避免了在現(xiàn)實(shí)中接觸結(jié)核分枝桿菌等存在生物安全隱患的微生物，提高了高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)安全性。病毒雞胚培養(yǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)3D立體實(shí)驗(yàn)過(guò)程，在學(xué)生掌握該實(shí)驗(yàn)技術(shù)的同時(shí)也節(jié)約了實(shí)驗(yàn)成本。

2 基于高層次人才科研成果的綜合實(shí)驗(yàn)

培養(yǎng)具有強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識(shí)和較強(qiáng)的科學(xué)研究能力的國(guó)際化人才，是當(dāng)前我校基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生教育的首要任務(wù)。對(duì)于基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)拔尖人才學(xué)生來(lái)說(shuō)，滿堂灌的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式不利于培養(yǎng)他們濃厚的科研興趣、開(kāi)闊的創(chuàng)新思維和突出的解決問(wèn)題能力，為此急需頂層設(shè)計(jì)培養(yǎng)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)的綜合實(shí)驗(yàn)課程體系[7,8]。鑒于基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)，實(shí)驗(yàn)課程與臨床專業(yè)本科生實(shí)驗(yàn)課程應(yīng)有所不同，其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更應(yīng)注重研究性和前沿性。

2.1 綜合性實(shí)驗(yàn)選題來(lái)源

鄭州大學(xué)醫(yī)學(xué)微生物學(xué)綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)由高層次人才科研團(tuán)隊(duì)提供具有探究性質(zhì)的課題內(nèi)容，面向基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè)同學(xué)開(kāi)放選修，旨在緊跟生命科學(xué)領(lǐng)域的快速發(fā)展，將學(xué)科研究熱點(diǎn)融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，幫助學(xué)生理解如何應(yīng)用實(shí)驗(yàn)技術(shù)來(lái)解決科研中的問(wèn)題，強(qiáng)化構(gòu)架學(xué)術(shù)論文的思考能力，為學(xué)生今后自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、申請(qǐng)和實(shí)踐本科生科研項(xiàng)目、參加學(xué)科競(jìng)賽等打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

自2017-2019年，鄭州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)學(xué)科投入建設(shè)經(jīng)費(fèi)共計(jì)4 370萬(wàn)，既有引進(jìn)人才的支持經(jīng)費(fèi)，如高層次人才秦志海教授的人才學(xué)科項(xiàng)目和海外高層次人才秦付軍教授的人才學(xué)科項(xiàng)目，也有各個(gè)團(tuán)隊(duì)的平臺(tái)建設(shè)經(jīng)費(fèi)。這些人才的引進(jìn)和平臺(tái)的建設(shè)，為提升基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生科研能力提供了硬件和軟件的保障。通過(guò)高層次人才一流師資的一線教學(xué)指導(dǎo)，基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生保持與名師名家的零距離接觸，可以最大程度地挖掘自身潛質(zhì)，緊跟國(guó)際科研的最新動(dòng)態(tài)，從而對(duì)規(guī)劃學(xué)業(yè)及未來(lái)的發(fā)展充滿信心。

2.2 綜合性實(shí)驗(yàn)方案及課程設(shè)置

目前基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院在醫(yī)學(xué)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中設(shè)計(jì)了如下綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：鄭大一附院慢性前列腺炎患者前列腺按摩液菌群結(jié)構(gòu)多樣性研究；自主篩選雙歧桿菌對(duì)高糖高脂飲食誘導(dǎo)小鼠腸道菌群的影響；新型冠狀病毒S1蛋白噬菌體展示抗體的制備。指導(dǎo)教師從背景介紹、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作步驟、分析討論及思考這4個(gè)版塊提出問(wèn)題,布置任務(wù)。例如，在慢性前列腺炎患者前列腺按摩液菌群結(jié)構(gòu)多樣性研究綜合實(shí)驗(yàn)中，第一部分背景知識(shí)準(zhǔn)備如下：①?gòu)呐R床標(biāo)本中分離細(xì)菌的目的和步驟是什么？②目前在臨床實(shí)踐中主要依靠什么方法檢測(cè)病原微生物？有什么局限性？對(duì)于苛養(yǎng)菌或無(wú)法培養(yǎng)的細(xì)菌,培養(yǎng)法尤其不足，還有哪些其他檢測(cè)方法？③細(xì)菌的分類鑒定的分子生物學(xué)手段有哪些？什么是16sRNA？④生殖道微生態(tài)的獨(dú)特性和平衡的重要性是什么？第二部分：實(shí)驗(yàn)技術(shù)方案包括基因組DNA的提取及質(zhì)量評(píng)估、生信結(jié)果解讀、細(xì)菌培養(yǎng)、細(xì)胞培養(yǎng)和酶聯(lián)免疫吸附實(shí)驗(yàn)(ELISA)。第三部分：學(xué)生設(shè)計(jì)并實(shí)施實(shí)驗(yàn)步驟，將過(guò)程整理成稿。第四部分：學(xué)生聯(lián)系臨床問(wèn)題，對(duì)結(jié)果分析和討論：挖掘與疾病相關(guān)的微生物對(duì)于臨床診斷、治療、預(yù)后和流行病學(xué)的調(diào)查有何價(jià)值？本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)臨床用藥有何指導(dǎo)意義？學(xué)生帶著這些引導(dǎo)問(wèn)題,通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)流程逐一解答。在規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作的過(guò)程中，學(xué)生應(yīng)熟悉實(shí)驗(yàn)安全相關(guān)的規(guī)章制度，誠(chéng)實(shí)完整地記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果，在第一時(shí)間接觸科研時(shí)便接受科研誠(chéng)信教育。

3 與早科研相結(jié)合的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目

3.1 承接學(xué)科導(dǎo)師研究領(lǐng)域

大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目是學(xué)生通往獨(dú)立自主展開(kāi)科學(xué)研究的橋梁[9,10]。鄭州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院非常重視對(duì)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)拔尖人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的扶持。目前基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)拔尖人才學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃可以得到一定資金的支持，為開(kāi)展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)之路提供有效的保障。同時(shí)學(xué)院專門成立大學(xué)生創(chuàng)新中心，讓學(xué)生有專門場(chǎng)地開(kāi)展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)之路。

基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)拔尖人才學(xué)生大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的選題結(jié)合了學(xué)生自身的興趣和能力，也緊密結(jié)合目前導(dǎo)師的專業(yè)范疇，這樣有利于學(xué)生科研素養(yǎng)的進(jìn)一步提升和主觀能動(dòng)性的發(fā)揮。尤其是部分大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目與來(lái)源高層次人才科研成果的綜合性實(shí)驗(yàn)一脈相承。這就使學(xué)生的科研訓(xùn)練具有延續(xù)性，學(xué)生成長(zhǎng)的環(huán)境具有穩(wěn)定性。目前在醫(yī)學(xué)微生物學(xué)科導(dǎo)師指導(dǎo)下，很多學(xué)生自主完成了創(chuàng)新性研究項(xiàng)目設(shè)計(jì)、研究條件準(zhǔn)備和項(xiàng)目實(shí)施、研究報(bào)告撰寫等工作，如可視化核酸等溫?cái)U(kuò)增法即時(shí)檢測(cè)新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)、鄭州大學(xué)校園水環(huán)境中軍團(tuán)菌的檢測(cè)等。

3.2 大創(chuàng)項(xiàng)目的科研訓(xùn)練

大創(chuàng)項(xiàng)目的科研訓(xùn)練過(guò)程要求學(xué)生清楚準(zhǔn)確記錄實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)步驟，尤其注重實(shí)驗(yàn)方法中表現(xiàn)出的科研思維與對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的研判能力；學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用SPSS等軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，運(yùn)用作圖軟件處理實(shí)驗(yàn)照片(我們要求結(jié)果圖清晰，標(biāo)識(shí)準(zhǔn)確)，處理數(shù)據(jù)能力得到極大提升；項(xiàng)目結(jié)果的呈現(xiàn)以小組為單位進(jìn)行匯報(bào)，過(guò)程要體現(xiàn)團(tuán)隊(duì)合作精神。

4 具有延續(xù)性的畢業(yè)設(shè)計(jì)

4.1 有效整合各階段實(shí)驗(yàn)結(jié)果

基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)專業(yè)畢業(yè)生通常要面對(duì)實(shí)習(xí)、就業(yè)、考研等多方面的壓力，無(wú)法進(jìn)行周期較長(zhǎng)的畢業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，進(jìn)而導(dǎo)致畢業(yè)論文質(zhì)量不高。為高效、有序地組織學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們將畢業(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與前期微生物學(xué)本科實(shí)驗(yàn)課程、綜合性實(shí)驗(yàn)、大創(chuàng)項(xiàng)目有效整合。學(xué)生從大學(xué)二年級(jí)開(kāi)始學(xué)習(xí)基本實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技巧，通過(guò)基于高層次人才科研成果的綜合實(shí)驗(yàn)接受基礎(chǔ)的科研訓(xùn)練；大學(xué)三年級(jí)期間通過(guò)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目開(kāi)展獨(dú)立的科研思考和動(dòng)手鍛煉；畢業(yè)設(shè)計(jì)階段基于之前的課題背景完善實(shí)驗(yàn)總體規(guī)劃，進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理和實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充及收尾工作。

4.2 強(qiáng)化過(guò)程管理

基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院從考核績(jī)效政策層面鼓勵(lì)高層次人才帶領(lǐng)優(yōu)秀年輕教師加入本科生人才培養(yǎng)工作中來(lái)。整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程都在同一教學(xué)團(tuán)隊(duì)的指導(dǎo)下進(jìn)行，圍繞同一教授的科研領(lǐng)域。這種技術(shù)與知識(shí)背景不間斷的科研培養(yǎng)體系，能避免重復(fù)的簡(jiǎn)單技術(shù)學(xué)習(xí)，減輕學(xué)生的負(fù)擔(dān)，能讓學(xué)生盡早投身于科研能力的學(xué)習(xí)中。一貫而至的研究領(lǐng)域也能讓學(xué)生在一個(gè)具體的專業(yè)方向深入探索和思考，吸引他們報(bào)考本系室的研究生。

在課程改革實(shí)施過(guò)程，我們也遇到了一些棘手的問(wèn)題，比如不少學(xué)生迷惘在專業(yè)課程學(xué)習(xí)和科研項(xiàng)目的時(shí)間分配。帶教老師會(huì)向他們強(qiáng)調(diào)找到自己感興趣的研究方向，會(huì)對(duì)未來(lái)職業(yè)生涯的發(fā)展有更加明確的認(rèn)識(shí)，使個(gè)人科研生涯的發(fā)展更順暢。我們也會(huì)通過(guò)師生談話、學(xué)術(shù)論壇等方式及時(shí)幫助學(xué)生解決科研訓(xùn)練中的問(wèn)題，同時(shí)進(jìn)行時(shí)間管理的訓(xùn)練，后續(xù)還要繼續(xù)探索平穩(wěn)有序、更加完善的新型評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。在醫(yī)學(xué)微生物整個(gè)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)過(guò)程中，一體化的目標(biāo)貫穿始終，四個(gè)層次為具體操作規(guī)劃，最終目的是通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念、實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、實(shí)驗(yàn)資源配置和運(yùn)行機(jī)制等方面的創(chuàng)新[11]，引領(lǐng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，貫通本科生科研訓(xùn)練通道，達(dá)到提升大學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的目的。