生理學“四位一體”創(chuàng)新實驗課程體系改革

黃春霞，王 巖，陳顯軍，耿艷清，王美姣，李英博,2△

(1重慶醫(yī)科大學基礎醫(yī)學院生理學教研室， 重慶 400016； 2重慶醫(yī)科大學實驗教學中心機能實驗室； △通訊作者)

近年來，隨著社會發(fā)展的進步和教育水平的不斷提高，在信息時代、網絡時代的背景下，國際視野的全球衛(wèi)生人才的培養(yǎng)對醫(yī)學教學體系提出了更高的要求，新時代教學改革迫在眉睫。器官系統(tǒng)課程是重慶醫(yī)科大學的傳統(tǒng)與特色[1]。我校自2011年起,開展以器官系統(tǒng)為主線的基礎-臨床全線融合課程的整合探索,成立了卓越醫(yī)師教育試點班,并于2012年通過了臨床醫(yī)學專業(yè)國際認證。目前我校已在臨床醫(yī)學、兒科學等專業(yè)成熟開展了以器官系統(tǒng)為中心的整合醫(yī)學課程模式。依托于器官系統(tǒng)整合式課程，本教師團隊建成了基于AR技術的缺血性腦損傷電生理虛擬仿真教學項目。2020年11月，該項目被教育部認定為首批國家級一流本科課程。經在臨床醫(yī)學相關專業(yè)本科生中實踐，學生的使用度高，反響好。在此基礎上，我們建設了虛擬仿真實驗、動物實驗、人體實驗、創(chuàng)新設計實驗相融合的“四位一體”模塊式實驗課程體系，探索該課程體系在生理學實驗教學實踐中的應用并對存在問題進行反思。

1 傳統(tǒng)實驗教學體系的局限性

現(xiàn)今醫(yī)學教育的一線教師和教學管理人員都意識到傳統(tǒng)實驗教學具有較大的局限性，存在以下痛點：首先，傳統(tǒng)實驗課程體系單一陳舊，未能反映學科的前沿科學進展，實驗教學缺乏緊密結合臨床的虛擬仿真實驗、無創(chuàng)人體實驗以及創(chuàng)新設計實驗，基礎和臨床的整合思維未得到很好的體現(xiàn)；其次，傳統(tǒng)實驗的“注入式”教學模式，忽視了學生的主體作用；最后，創(chuàng)新性實驗教學少，學生難以提出問題、分析問題和解決問題。以上因素在一定程度上限制了醫(yī)學實驗教學的發(fā)展，也影響了醫(yī)學新型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

2 “四位一體”創(chuàng)新實驗課程體系的設計

“四位一體”創(chuàng)新實驗課程體系改革中，我們對老舊實驗進行淘汰，保留7個經典實驗，同時增加了虛擬仿真實驗、人體實驗、創(chuàng)新設計實驗等實驗模塊。虛擬仿真實驗綜合應用多媒體、大數(shù)據、三維建模、人工智能、人機交互、虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實等手段，提高了實驗教學項目的吸引力和教學的有效度[2,3]?；谔摂M仿真項目，我們再進一步優(yōu)化實驗教學內容，引入現(xiàn)代化儀器設備、技術和資源，提高人體實驗室的利用率；結合多種技術改進傳統(tǒng)教學模式，設計培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的要素；同時，規(guī)范實驗操作，加強實驗動物操作訓練，偏向實驗動物模型建立以及模型鑒定等訓練，并增加在科研中廣泛應用的實驗項目?？蒲许椖颗c本科生實驗課教學相結合的模式，使科學研究在實驗教學中充分滲透，提高學生的自主創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學生的科研思維能力和科研設計能力，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才提供重要的途徑[4]。另外，課程改革了過程性評價，建立多元化實驗考核，達到提高學生綜合素質的目的。

3 具體實施

3.1 對象

研究組為基礎醫(yī)學專業(yè)學生。對照組為傳統(tǒng)實驗教學方法的精神醫(yī)學專業(yè)學生。兩班學生入學成績無明顯差異，理論教學在同一教室同時完成，有可比性。

3.2 帶教老師

我們采用“導師制”帶教方式。導師均為重慶醫(yī)科大學生理學教研室中青年骨干教師，擁有國家自然科學基金項目的副教授或副研究員，主要研究方向為腦科學。

3.3 方法

2021年初，導師團隊首先梳理課程，確定新的實驗教學內容、學時安排，并制訂導師制的執(zhí)行方案。除傳統(tǒng)動物實驗外，實驗教學內容增設了虛擬仿真實驗、無創(chuàng)人體實驗和創(chuàng)新實驗等一系列新開實驗項目，例如，科研項目設計的基本原則，常見神經系統(tǒng)疾病模型建立的方法，跑步干預設備的應用，常見動物行為學觀測方法及應用，人體腦電、血壓、呼吸的檢測，基于AR技術的缺血性腦損傷電生理虛擬仿真教學項目，缺血缺氧模型的建立、鑒定以及在臨床、科研中的應用，科研成果展示，創(chuàng)新實驗討論等。

2021年9月，5位導師帶領科研小組在課余時間開展科學研究，結合學科特色，主要開展抑郁癥、自閉癥、精神分裂癥等研究，進行了神經精神疾病模型的建立、動物跑步干預、行為學測量以及分子生物學檢測等實驗。課程還加入了科研標書的書寫以及GraphPad Prism分析繪圖教學，為學生探索科研之路奠定良好的基礎?！皩熤啤睂嵺`教學方式，極大地提高學生的創(chuàng)新實踐能力，激發(fā)學生的自主學習興趣[5,6]。

以能力培養(yǎng)為導向的“四位一體”創(chuàng)新醫(yī)學實驗教學體系，除了“導師制”科研實踐，還有四大模塊組成的線上線下混合式教學(圖1)：①線上虛擬仿真實驗模塊：學生學習重慶醫(yī)科大學和兄弟院校的國家級虛擬仿真實驗項目，如：基于AR技術的缺血性腦損傷電生理虛擬仿真教學項目、心電圖檢測、心力衰竭。②經典動物實驗：實驗項目均來自往年的基礎醫(yī)學專業(yè)的生理學實驗，可以讓學生有效地、針對性地學習基本的知識和技能。③人體實驗：教師引導學生完成循環(huán)、呼吸以及神經系統(tǒng)的人體實驗，培養(yǎng)和啟發(fā)學生從基礎到臨床的整合思維，從中尋找問題，分析問題以及解決問題。④創(chuàng)新實驗模塊：教師在線下教學中設計了缺血缺氧模型的建立、鑒定以及在臨床、科研中的應用，模型建立后兩周進行行為學檢測，并組織學生圍繞缺血缺氧模型展開科研設計討論。通過線上虛擬仿真實驗與線下創(chuàng)新實驗結合，真正實現(xiàn)了“虛實結合”。

圖1 “四位一體”課程體系實施過程

在“四位一體”課程中，我們有機地融合了課程思政[7]，成功開展“關愛實驗動物”主題教育活動，舉辦了“我與實驗動物的故事”征文活動，加深了學生對動物醫(yī)學倫理原則的認知，表達了對實驗動物的尊重。

3.4 評估

3.4.1 成績評估 教師進行多維度過程性評價。成績評估由實驗報告成績(考核寫作能力及實驗技術水平，14分)、虛擬仿真實驗完成情況(考核新技術接受能力，10分)、科研活動和科研實驗參與度(考核團隊協(xié)作能力，10分)、倫理學評估(考核倫理分析論證能力，6分)、實驗操作考試(考核動手能力，10分)、期末科研課題PPT匯報(考核科研思維能力、科研設計能力及語言表達能力，20分)、完成大學生創(chuàng)新實驗類標書并成功參加學校組織的各項創(chuàng)新實驗設計大賽(考核科研創(chuàng)新思維能力、科研設計能力和科研文章撰寫能力，20分)等七項組成。

3.4.2 問卷評估 教師設計教學反饋意見表，調查學生對“四位一體”課程的評價、對教學效果的評價以及對自身能力提升效果的評價。

4 結果

4.1 學生實驗成績

基礎醫(yī)學研究班操作考試成績?yōu)?92.2±2.76)分，顯著高于同年級精神醫(yī)學專業(yè)普通班操作考試成績(88.9±3.41)分(P<0.05)。教師反饋研究班級學生在實驗報告的書寫、平時實驗操作參與度和完成度等方面均強于普通班級。

4.2 綜合能力考核

4.2.1 科研思維能力和科研課題設計能力考核 期末，5組科研小組進行科研課題匯報，回答教師和學生的提問，得到了評估專家的充分肯定。

4.2.2 科研創(chuàng)新能力考核 課程團隊獲得重慶醫(yī)科大學基礎醫(yī)學院英耀計劃支助共3項，包括：跑步鍛煉對CRS雄性抑郁模型小鼠生殖功能改變的作用；基于DBI-GABAA-HPG軸探索氟西汀聯(lián)合跑步法干預PCOS抑郁癥發(fā)生的作用及分子機制；SIRT5介導PINK1/Parkin對線粒體自噬的調控在AD發(fā)病機制中的影響探究。

其中，一組學生在導師的帶領下參加了第八屆全國大學生基礎醫(yī)學創(chuàng)新研究暨實驗設計論壇。一組學生發(fā)表SCI論文1篇(HistoneAcetylationandMethylationUnderlieOligodendroglialandMyelinSusceptibilityinSchizophrenia.FrontCellNeurosci.2022,16:823708.影響因子: 6.147)。

4.3 新型教學創(chuàng)新團隊培養(yǎng)

本教師團隊在全國率先建立基于國家級虛擬仿真一流課程的新型“四位一體”人體機能學課程體系，獲全國高等學校線上線下混合式實驗教學創(chuàng)新設計一等獎。

4.4 問卷調查結果

我們在基礎醫(yī)學創(chuàng)新班共發(fā)放調查問卷36份，回收36份，回收率100%。學生以無記名投票方式表達對教學的感受。調查內容及統(tǒng)計結果見表1。問卷調查的結果顯示，91.67%的學生認可并適應“四位一體”課程新模式，“四位一體”課程新模式在提高學生的積極性、學習興趣、個人綜合能力和團隊協(xié)作能力等方面都實現(xiàn)了良好的育人效果，達到了培養(yǎng)新型創(chuàng)新人才的目標。

表1 教學效果的問卷調查結果 (%)

5 討論

5.1 “四位一體”實驗教學體系的可行性

在實施“四位一體”教學改革過程中，我們實現(xiàn)了以下的創(chuàng)新。①課程體系創(chuàng)新：培養(yǎng)學生的整合課程思維模式，建設了“虛實結合”的整合課程體系；②教學方式方法創(chuàng)新：引領學生，達到教學實驗思路創(chuàng)新；豐富教學手段，實現(xiàn)實驗內容創(chuàng)新；融入整合式教學理念，實現(xiàn)教學方式創(chuàng)新；③評價體系創(chuàng)新：實現(xiàn)綜合評價，全程考核，注重反饋；設置互動答疑平臺，促進師生交流，評價客觀準確。

通過教學實施，我們認為“四位一體”教學改革模式是可行的，綜合起來有以下優(yōu)點：①教師本著虛實結合、相互補充、能實不虛的總體原則[8]，培養(yǎng)學生從基礎到臨床，從動物到人體，從虛擬仿真實驗到線下實驗的整合思維能力；②通過自主科研實驗，教師鼓勵學生利用課余時間來提升自己的科研能力；通過小組內協(xié)作完成任務，培養(yǎng)學生團隊精神和組織能力；通過書寫科研標書和匯報PPT等的鍛煉，培養(yǎng)學生科研思維能力和寫作能力；③導師制的實施使師生交流更深入，師生共同參與文獻閱讀、Seminar、科研實驗等科研活動可以激發(fā)學生學習的主動性、積極性，變被動接受為主動學習；④過程性評價多元化[9]。教師提倡知識+技能+態(tài)度的多元化過程性考核模式，從終結性考核轉變?yōu)檫^程性考核，達到提高學生綜合素質的目的；⑤以課程建設為抓手，在課程中培養(yǎng)新型創(chuàng)新人才。

5.2 存在的問題

“四位一體”教學模式在醫(yī)學教育中仍然是一種新的教學模式，在推廣應用中也面臨一些問題。部分學生對于新模式的適應需要時間?？傮w而言，“四位一體”模式教學時間更長，占用了學生較多業(yè)余休息時間，部分對科研沒有太多興趣的學生參與積極性不高。因此，教師要注意以下幾點：引導學生合理分配科研實驗的時間，在實驗教學過程中，充足的時間也是保證教學質量的條件之一；針對不主動或不善于團隊協(xié)作的學生，要多引導甚至多關心其真實想法。另外，我們也認識到學生全員參與科研實驗不現(xiàn)實，會導致學生精力不足和畏難情緒嚴重，未來將引導真正熱愛科研的學生參與科研實驗。

教學團隊在實施課程前，經學情分析普遍認為，因為任務繁重，可能導致課程開展達不到預期效果，但實施效果令人滿意。通過本次教學改革，我們實現(xiàn)了結合一流本科課程，打造好“四位一體”創(chuàng)新實驗課程體系，重構實驗體系以及建立整合課程思維模式的目標，顯著提高學生的獨立分析問題的能力、組織協(xié)作能力和科研素養(yǎng)。課程改革實現(xiàn)了課程體系的重建，建設了虛擬仿真項目和新實驗項目，創(chuàng)建了新型教學創(chuàng)新團隊，達成了課程思政教育目標。新型實驗教學改革突破了以往僵化的教學思維定式，拓展科研能力的培養(yǎng)，加速臨床邏輯的成熟，緊跟時代發(fā)展，通過內容與方法的創(chuàng)新，為新型人才培養(yǎng)奠定了良好的基礎。未來的課程建設中，我們將力爭達到三個一流建設，實現(xiàn)一流師資隊伍建設、一流文化建設、一流基地建設，為未來醫(yī)學培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的綜合素質人才。