病理生理學實驗教學中學生科研能力的培養

袁志兵 高鈺琪 黃 緘 黃慶愿

第三軍醫大學高原軍事醫學系病理生理學和高原生理學教研室，重慶 400038

高等教育法規定：本科教育應當使學生比較系統地掌握本學科、專業必需的基礎理論、基本知識，掌握本專業必要的基本技能、方法和相關知識，具有從事本專業實際工作和研究工作的初步能力，對大學生科研能力的培養提出了要求，現今，各高校越來越重視大學生的科研能力的培養。 病理生理學是研究疾病發生、發展和轉歸的規律及機制的學科，作為一門引導學生從基礎醫學走向臨床醫學的橋梁學科， 在高等醫學教育中起著承上啟下的重要作用。實驗教學是病理生理教學的重要組成部分，在加強和鞏固理論課知識，提高學生實踐能力及科研能力，培養學生分析問題、解決問題的綜合素質等方面具有重要意義。 病理生理學實驗本身就是很好的科研設計，利用病理生理學實驗教學可以加強學生的科研能力的培養，現將筆者在病理生理學實驗教學中加強學生科研能力培養的教學體會匯報如下。

1 科研設計能力的培養

科研能力的培養主要是科研設計能力的培養，科研設計是指科學研究的方法設想和計劃安排，是科學合理地選擇實驗研究方法和進行實驗研究的過程，是保證科研結果創新性、有用性、經濟性、可重復性的重要條件，是取得科研成功的重要保證；科研設計也是剔除干擾因素、實現科研目的的重要手段， 是整個科研計劃的重要組成內容，它包括實驗研究步驟、方法以及最經濟、最優化科研成果的實驗思路等。 研究工作成敗的關鍵在于科研設計，古人云“凡事預則立，不預則廢”這句話充分體現了其重要性。 病理生理學四個經典教學實驗： 小白鼠幾種缺氧模型的建立、家兔急性肺水腫、家兔失血性休克和家兔急性右心衰均貫徹了科研設計精神，教師在講授實驗時，如能把這四個實驗所蘊含的科研設計精髓展示出來，這將大力加強學生的科研設計能力的培養。 科研設計中最重要的就是實驗設計，實驗設計是指實施科學實驗的計劃方案以及與計劃方案有關的統計分析， 它是指正式進行科學實驗之前，按照實驗的目的要求，運用相關的科學知識和原理，對實驗過程中所涉及的方法、步驟、材料、手段等方案的制定。 一個完整的實驗設計方案，一般應包括以下內容：實驗原理、實驗目的、實驗題目、實驗材料、實驗預期、實驗步驟、數據收集、分析方法。 實驗設計應兼顧以下原則：科學性原則、嚴謹性原則、可行性原則、簡便性原則、隨機性原則、可重復性原則、實驗條件的一致性原則、設立對照等原則。 病理生理學教學實驗在設計上均兼顧了上述原則，教師在講授實驗時應抓住時機強化這些實驗設計原則，從而培養學生良好的科研習慣，鍛煉學生的科研設計能力。

1.1 隨機性原則

隨機性原則指被研究的樣本是從總體樣本中隨機抽取的，其意義在于：可以減少或消除系統誤差，平衡各種實驗條件，減少實驗結果的偏差。 病理生理學實驗均涉及動物的分組和選取，教師在分配動物時應按照隨機分組的原則分配。 但在實際教學工作中，教師在分配動物時大多是由學生自己抓取，并未采取隨機分組的原則，如果教師在教學時強調隨機分組， 嚴格按照隨機分組原則分配動物，就會給學生強化科學研究的隨機性原則，這樣，學生在將來的科研工作中會自覺地遵循隨機性原則，養成良好的科學研究習慣。

1.2 簡便性原則

簡便性原則是指在設計實驗時，設計者要充分考慮到實驗操作過程的簡單，實驗裝置、實驗材料、實驗藥品的成本及容易獲得，比較短的實驗時間等。 病理生理學實驗均兼顧了簡便性原則，實驗裝置簡單：如制備乏氧性缺氧模型，采用的是密閉廣口瓶；模擬高原缺氧環境，采用的是抽氣泵。 實驗操作過程簡單：肺水腫和右心衰竭模型的制備均需增加血容量，而采用的方法就是輸注生理鹽水；失血性休克需要減少血容量，采用的方法就是放血。 實驗藥品便宜：制備肺水腫模型采用的工具藥物是腎上腺素，而制備血液型缺氧模型中采用的是亞硝酸鈉，這些實驗藥品均很便宜，且容易獲得。教師在講授這些實驗環節時，可先要求學生自己進行設計， 然后比較大家提出的實驗方案，最后找出最簡便的實驗方案，從而強化學生實驗設計時的簡便性原則。

1.3 實驗條件的一致性原則

在實驗設計中，除欲處理的因素外，其他實驗條件必須保持各組別一致，不得在實驗過程中隨意更改，否則可能有未被控制的因素干擾實驗結果。而對于剛接觸科研的學生而言，往往很難兼顧這一原則，需要在實驗訓練中加以強化。病理生理學教學實驗均貫徹了實驗條件的一致性原則，如缺氧模型制備實驗中要求最后統一解剖各組缺氧小白鼠，對比觀察不同類型的缺氧動物的血色，皮膚黏膜顏色，這就是貫徹了實驗條件一致性的原則，因為空氣中的氧氣可以氧化血液，如果不在同一時間解剖動物，其血液在空氣中的暴露時間不一致，而對比觀察就不能準確的反映出各組缺氧動物皮膚黏膜及血色的差異。所以該實驗要求各組動物的實驗條件一致， 最后統一解剖各組小白鼠。 教師在講授該實驗時，不光要強調這個注意事項，還應該解釋這樣要求的原因，同時給學生強化實驗中實驗條件一致性原則的重要意義。

1.4 嚴謹性原則

實驗設計的嚴謹性是指設計實驗時要嚴格遵守邏輯規則，做到概念清晰、判斷正確、推理有據。 欲使實驗設計完整、無漏洞，必須注意嚴謹性。 病理生理學實驗教學所選取的實驗設計均尊尊嚴謹性原則， 如制備乏氧性缺氧模型，采用密閉廣口瓶，動物處于密閉環境時，雖然氧氣逐漸耗竭可以模擬乏氧環境，但動物呼出的二氧化碳也無法排出，乏氧的同時二氧化碳濃度逐漸升高，如果忽視這一因素，那么該實驗模型就不僅是乏氧性缺氧模型了，而是乏氧+二氧化碳中毒的復合模型， 顯然與實驗目的不符。 因此，該實驗設計在密閉的廣口瓶中加入鈉石灰來吸收二氧化碳，消除二氧化碳的影響因素，實驗設計非常嚴謹。 教師在講授這個實驗時，不要光講授鈉石灰的作用，同時應強化實驗設計的嚴謹原則。

1.5 設立對照原則

設立實驗對照是實驗設計中最基本的原則，通過設置對照，可排除一些實驗無關因素的干擾，增加實驗結果的準確度和說服力，也只有通過與對照組的比較，才能取得研究指標的數據差異。 實驗對照一般有以下幾種：①相互對照：是指幾個實驗組相互對比對照。②自身對照：是指實驗組和對照組在同一研究對象上進行，自身對照處理前的狀況為對照組，處理后的變化為實驗組。③條件對照：給對象組施以某種實驗處理，這種實驗處理不是所要研究的處理因素，而是作為對照意義的。④空白對照：是指對對照組不給任何處理因素或施以對研究對象無任何影響的處理因素，以突出或純化所要研究的因素。 病理生理學各實驗中均包含對照設置，如條件對照：缺氧實驗中亞硝酸鈉搶救組給予美蘭腹腔注射，而不搶救組給予生理鹽水腹腔注射，生理鹽水腹腔注射就是一個條件對照。 自身對照：肺水腫、失血性休克、右心衰竭、缺氧這四個實驗均要求記錄正常情況下動物的各項指標，與給予處理因素后動物的各項指標進行比較，這就是自身對照。 相互對照：失血性休克實驗設計了6 個搶救組，施以不同的搶救措施，要求比較各組的搶救效果各組搶救效果的比較就是一相互對照。 教師在講授這些實驗環節的時候，要介紹設置這些對照的必要性和意義，強化學生在實驗設計中設立實驗對照的意識。

2 科研動手能力的培養

科研動手能力是學生開展科研實踐的基本功，是科研實際工作的執行力，與科研設計一樣重要，好的思路需要好的執行力才能達到預期目的。 科研動手能力主要包括以下能力：實驗動物模型的制備，實驗方法的掌握等。 實驗動物模型制備包括實驗動物的合理選取， 模型的制備方法等。 病理生理學實驗均是動物實驗， 包含了上述要素：首先，合理選取動物品種，缺氧實驗因為實驗工具以及工具藥物的經濟型等關系，選取小白鼠是比較合理的；而肺水腫、失血性休克、右心衰竭因為需要插管，體型較大的家兔是較合適的動物。 其次，學生在病理生理學實驗過程中對動物實驗基本操作方法也能得到很好的鍛煉，病理生理學四個教學實驗涉及了動物的抓取，備毛，麻醉，動靜脈插管，生理記錄儀的使用，藥物的配制與注射，工具藥物的使用， 各項生理指標的觀察等基本動物實驗操作技能技術。為了使每個學生均得到動手能力的鍛煉，我們把學生編成3～4 人一組，設立主刀制，四個教學實驗輪流主刀，其余人均為實驗助手，各司其職，相互配合。 通過動物實驗動手能力的規范培訓，為將來的科研實踐打下堅實的基礎。

3 科研誠信的培養

科研誠信是指科研人員在科研活動中追求真理、實事求是的科學精神，遵守法律法規，恪守道德準則，遵循科學共同體公認的行為規范，科研誠信是科技創新的保障。 科研誠信建設是弘揚科學精神的重要舉措，是維護科研界的信譽、促進科技發展的內在要求，也是營造良好科研環境、提升國家自主創新能力、建設創新型國家的迫切需要。 目前，科研不端行為污染了我國的學術環境、破壞學術生態，阻礙學術創新，嚴重損害科研工作者的社會形象，敗壞社會風氣，加重全社會的誠信危機，加強科研誠信建設刻不容緩，科研誠信應該從科研人員接觸科研工作就開始著手教育。 病理生理學教學實驗全部屬于動物實驗，動物實驗影響因素諸多，麻醉的深淺，動物的個體差異，手術操作不當等均可能影響實驗結果，有時甚至會出現與預期實驗結果相反的情況。 在我們的實驗教學過程中，四個實驗很難百分之百成功，特別是右心衰竭和失血性休克實驗，操作難度大，手術時間長，結果往往不理想。 而學生擔心實驗成敗影響實驗成績，常出現弄虛作假現象。 因此，我們在實驗教學時一貫堅持實驗成敗并不是實驗成績的唯一判定標準，實驗教學允許學生失敗，不管實驗失敗與否，均應尊重實驗結果，如實書寫實驗報告。 同時，當遇到實驗失敗時，教師要仔細觀察，耐心詢問，與學生共同探討、尋找實驗失敗的原因，教導學生吸取經驗教訓。 例如家兔失血性休克實驗，我們設計了6 個搶救組，搶救效果最佳的應該是輸注生理鹽水+全血+去甲腎上腺素組， 但在實際教學過程中，因麻醉過深、操作時間過長、操作過程中失血過多等因素的影響，部分組別可能出現實驗結果與預想并不一致的情況。 這時，我們就與學生一起回顧整個實驗過程，引導學生，幫助學生尋找原因。 學生在探尋原因的過程中對理論知識是一次很好的復習和應用，同時，這能很好培養學生的分析問題、解決問題的能力，對學生樹立科研誠信觀也很有教育意義。

4 科研創新能力的培養

創新是民族進步的靈魂， 是國家興旺發達的不竭動力。創新既是社會發展的要求，也是社會進步的源動力。科研創新是創新極其重要的方面，它是指在掌握相關理論和專業知識的基礎上，依靠實驗設備和技術，運用各種知識開展科學研究和運用科學方法探求事物本質和規律的過程。 大學生是國家的未來，是國家創新力的生力軍，培養大學生的科研創新能力， 可使其對所學教材進行深入的思考，同時也能促實其自發地查閱文獻、自學相關知識，掌握學科的研究現狀和前沿。 當前大學生科研創新能力已成為各高校辦學水平及綜合實力的重要考核指標。 病理生理學實驗教學一方面是為了驗證理論，通過實驗教學加深對理論知識的理解和鞏固，同時，實驗教學是培養學生創造性思維能力的最好形式。 教師在實驗教學過程中，一方面可以要求學生在實驗過程中就實驗方法和設備是否合理、測量手段是否可行、實驗結果是否準確等問題展開思索和討論，提出改良方案，并在實驗報告中以討論形式書面呈現。同時，還可以要求學生自主設計創新實驗，通過自主設計創新實驗，能使學生拓展知識面，盡早接觸科研實踐，形成科學、嚴謹的科研思路和勇于開拓的創新意識。 本教研室開設的四個教學實驗均要求學生自主設計創新實驗，如缺氧模型制備實驗要求學生至少設計一個新的缺氧模型，失血性休克要求學生至少設計一個新的搶救方案，右心衰竭要求學生尋找一種新的工具藥物取代石蠟作為肺小血管栓塞劑，肺水腫則要求學生設計一個全新的實驗方案。 這些創新實驗在實驗報告中以書面形式展現，下次實驗課上課前花10～20 min 與學生互動，就自主設計的創新實驗展開思考和討論，這樣能大大增強學生的創新意識，有利于學生創新能力的培養。

總之， 病理生理學實驗教學對掌握和鞏固理論知識，培養學生綜合素質起著非常重要的作用。 我們應重視實驗教學，不斷地在實踐教學中探索總結經驗，有效提高教學質量，鍛煉學生的綜合能力尤其是科研能力，才能培育出21 世紀的合格的醫學人才。

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