自主創(chuàng)新教學(xué)在本科醫(yī)學(xué)機能實驗課程中的探索和實踐

張開元 王冠忠 喬啓城 楊念 胡志安 張駿

第三軍醫(yī)大學(xué)基礎(chǔ)部生理學(xué)教研室，重慶400038

自主創(chuàng)新教學(xué)在本科醫(yī)學(xué)機能實驗課程中的探索和實踐

張開元 王冠忠 喬啓城 楊念 胡志安 張駿

第三軍醫(yī)大學(xué)基礎(chǔ)部生理學(xué)教研室，重慶400038

傳統(tǒng)本科實驗教學(xué)中普遍存在指導(dǎo)學(xué)生死板地按照既有流程實驗，而忽視學(xué)生自主科研實踐和思維能力培養(yǎng)的問題。因此，有必要開展學(xué)生自主創(chuàng)新實驗的教學(xué)探索，即在實驗教學(xué)中，融入科研選題、實驗設(shè)計、實驗實施、數(shù)據(jù)處理、論文寫作和發(fā)明設(shè)計等醫(yī)學(xué)科研的基本要素。改革實驗課程為四個階段，選題即科研選題，立題即實驗設(shè)計并論證，解題即實驗實施，結(jié)題即數(shù)據(jù)處理、論文寫作、發(fā)明設(shè)計及課題答辯等并指導(dǎo)學(xué)生取得一系列成果。自主創(chuàng)新教學(xué)實踐，有助于鍛煉提高學(xué)生的創(chuàng)新意識、邏輯思維、科研方法、實驗操作等科研素質(zhì)；并得到實驗教學(xué)應(yīng)將積極推行“教師為向?qū)?，學(xué)生為主體”的學(xué)生自主創(chuàng)新實驗?zāi)Ｊ?、?yōu)化課程考核方式、完善教學(xué)的規(guī)范化和制度化等寶貴經(jīng)驗。

生理機能實驗課程；電生理實驗；自主創(chuàng)新實驗；教學(xué)改革

當今社會的快速發(fā)展對醫(yī)學(xué)教育提出了更高的要求，其中以培養(yǎng)學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新精神和科學(xué)思維的素質(zhì)教育已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)院校教育教學(xué)努力的方向［1］。醫(yī)學(xué)機能實驗是生理學(xué)、病理生理學(xué)、藥理學(xué)的實驗課程，是臨床醫(yī)學(xué)生培養(yǎng)體系中基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床醫(yī)學(xué)課程溝通的橋梁環(huán)節(jié)［2-3］。醫(yī)學(xué)機能實驗的教學(xué)，除了傳授醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)知識和基礎(chǔ)理論，更注重對學(xué)生科研思維及實踐能力的培養(yǎng)，即培養(yǎng)學(xué)生通過實驗探索等過程主動獲取知識的能力［4］。然而，目前實驗教學(xué)過程中，普遍存在實驗課程設(shè)置不完善、學(xué)生科研創(chuàng)新能力和實驗操作技能欠缺、實驗教學(xué)內(nèi)容和考核方法與現(xiàn)代社會的醫(yī)學(xué)需求脫節(jié)等問題［5-7］，為提高本科生的實踐能力、創(chuàng)新精神和科學(xué)思維，第三軍醫(yī)大學(xué)基礎(chǔ)部生理學(xué)教研室自2008年起，創(chuàng)辦了“生理創(chuàng)新實驗班”，開展學(xué)生自主創(chuàng)新實驗的教學(xué)探索，即在本科醫(yī)學(xué)機能課程教學(xué)過程中，融入科研選題、實驗設(shè)計、實驗實施、數(shù)據(jù)處理、論文寫作和發(fā)明設(shè)計等醫(yī)學(xué)科研的基本要素。以期在掌握基礎(chǔ)實驗和綜合性實驗的前提下，啟發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

1 學(xué)生自主創(chuàng)新實驗教學(xué)的思考和設(shè)計

1.1 傳統(tǒng)實驗教學(xué)的現(xiàn)狀及反思

醫(yī)學(xué)機能實驗有利于培養(yǎng)學(xué)生動手能力、觀察能力以及邏輯思維和總結(jié)能力，但以往的教學(xué)模式側(cè)重于驗證性實驗，即教師先講解本次實驗的題目、目的、原理、操作過程、注意事項、以及數(shù)據(jù)的解讀，然后讓學(xué)生按部就班地操作［8］。由于驗證性的實驗有其程序化的實驗步驟，學(xué)生只需“按菜譜做菜”，容易忽視實驗過程中出現(xiàn)的其他現(xiàn)象及其意義。驗證性實驗追求“標準的實驗結(jié)果”，達到與理論預(yù)期相同的現(xiàn)象和結(jié)論，更有甚者為此去編造實驗數(shù)據(jù)［9］，本末倒置。因而，忽視提高科研實踐和思維能力的傳統(tǒng)實驗教學(xué)，顯然不利于新時期學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的提高。

1.2 學(xué)生自主創(chuàng)新實驗教學(xué)的設(shè)計及內(nèi)容選擇

為解決傳統(tǒng)實驗教學(xué)中的弊端，第三軍醫(yī)大學(xué)基礎(chǔ)部生理學(xué)教研室將醫(yī)學(xué)科研的基本框架引入實驗教學(xué)過程，即在醫(yī)學(xué)機能實驗課程中設(shè)置學(xué)生自主創(chuàng)新實驗：學(xué)生通過自主查閱有關(guān)文獻資料或從觀察到的實驗現(xiàn)象中選題、自主設(shè)計實驗方案，由教師審核實驗的科學(xué)性、可行性和創(chuàng)新性，再由學(xué)生自主完成實驗、處理數(shù)據(jù)和撰寫論文等，最后以發(fā)表論文或申請專利的形式結(jié)題并進行結(jié)題答辯。

在醫(yī)學(xué)機能實驗課程中，電生理學(xué)實驗是教學(xué)重點和難點。由于其結(jié)構(gòu)與功能、機制與現(xiàn)象、理論與實際聯(lián)系的邏輯緊密性，這一內(nèi)容有利于培養(yǎng)學(xué)生科研實踐和思維能力，而且電生理學(xué)技術(shù)也會在醫(yī)學(xué)生日后科研和臨床工作中廣泛應(yīng)用，因而非常適合開展自主創(chuàng)新實驗?，F(xiàn)以“神經(jīng)干動作電位的引導(dǎo)，興奮傳導(dǎo)速度及興奮性的測定”［10］為案例，介紹在本科生自主創(chuàng)新實驗教學(xué)過程中的改革與探索。

2 學(xué)生自主創(chuàng)新實驗教學(xué)的實施與成果

2.1 選題階段

學(xué)生通過自主查閱有關(guān)文獻資料或就有關(guān)實驗現(xiàn)象提出問題，初步確定選題方向。

首先，啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題。教師簡略地介紹選題的方法論，諸如分析與綜合等思維方式［11］，拓展同學(xué)們的思維與立題范疇，通過自主查閱有關(guān)文獻資料或就觀察到的實驗現(xiàn)象進行選題。如在“神經(jīng)干動作電位的引導(dǎo)，興奮傳導(dǎo)速度及興奮性的測定”實驗中，教師分析基礎(chǔ)實驗獲得的實驗結(jié)果與理論知識聯(lián)系的異同點，即可發(fā)現(xiàn)問題。神經(jīng)干動作電位引導(dǎo)方法是神經(jīng)纖維膜外記錄法，本質(zhì)上是一種細胞外記錄方式，記錄電極均放置在細胞外，信號反映細胞生物電現(xiàn)象過程中興奮區(qū)與非興奮區(qū)神經(jīng)干表面的電勢差，因此當神經(jīng)干刺激后可以記錄到神經(jīng)干雙相動作電位［10，12-13］。雖然所記錄到的“神經(jīng)干動作電位”和教材上神經(jīng)纖維“動作電位”有相似的波形，但仔細觀察便可發(fā)現(xiàn)一個有趣的現(xiàn)象，實驗中實際記錄到的卻是不對稱的波形：神經(jīng)干動作電位前一相峰值高于、持續(xù)時間小于后一相，這一現(xiàn)象明顯與“全或無”、“無衰減擴布”的神經(jīng)動作電位傳播特征所推得的兩相波形一致的結(jié)論不符［14］。

其次，引導(dǎo)同學(xué)們進行文獻查閱，邏輯分析，嘗試提出假設(shè)。同學(xué)們查閱文獻，進行分析和討論，從而明確了“神經(jīng)干復(fù)合動作電位”概念，以及細胞外記錄的基本特點，即通常只做定性的、跟時間或頻率相關(guān)的分析（如常規(guī)實驗的要求：傳導(dǎo)速度測定、不應(yīng)期測定、單相復(fù)合動作電位觀察等）。啟發(fā)學(xué)生再次重復(fù)驗證這一實驗現(xiàn)象并提出了“刺激、引導(dǎo)電極以及引導(dǎo)電極之間的位置關(guān)系是引起雙相動作電位波形不對稱的原因”的假設(shè)［14］。

2.2 立題階段

證實假設(shè)，不斷完善實驗設(shè)計，并在教師的引導(dǎo)下進行課題論證。

首先，進行課題實驗設(shè)計，教師引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計實驗。實例中，引導(dǎo)學(xué)生注意并思考：細胞外電生理記錄機制分析表明，雙相“復(fù)合動作電位”的兩相波形應(yīng)呈現(xiàn)“對稱”模式，但實際記錄到的經(jīng)常是前一相峰值高于持續(xù)時間小于后一相，明顯是神經(jīng)干的某些生理學(xué)信息被帶進去了，那么如何根據(jù)所掌握的理論知識和實驗技術(shù)，設(shè)計創(chuàng)新實驗將其解析出來呢？由此引出實驗方案。

其次，進行課題實驗方案論證。教師引導(dǎo)學(xué)生對設(shè)計方案的科學(xué)性、可行性和創(chuàng)新性進行討論，即開展實驗方案論證會。一方面學(xué)生就設(shè)計中的難點或困惑進行咨詢，另一方面教師和其他學(xué)生就實驗設(shè)計中存在的問題進行討論，從而確保實驗方案具有科學(xué)性、創(chuàng)新性和可行性，同時也增強學(xué)生對實驗方案的掌握和理解。在該案例論證過程中完善了“電極位置對蟾蜍坐骨神經(jīng)干動作電位波形記錄的影響”［14］的課題設(shè)計，以此申報并獲得了2013年全國大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目資助，項目名稱“電生理綜合實驗屏蔽盒設(shè)計及利用”，編號201390035023。

2.3 解題階段

該階段利用學(xué)生實驗室和部分教師實驗室的科研條件，在教師的技術(shù)指導(dǎo)下開展實驗，獲得實驗數(shù)據(jù)，并根據(jù)實驗結(jié)果對實驗設(shè)計進一步補充和修正，改進實驗方法和實驗裝置，得到最終實驗結(jié)果。

自主創(chuàng)新實驗與驗證性實驗不同，難以有“標準實驗結(jié)果”，甚至實驗結(jié)果與實驗預(yù)期背道而馳。與此同時，由于實驗條件的變化或控制不當以及學(xué)生對實驗經(jīng)驗的缺乏，可能導(dǎo)致實驗結(jié)果不理想，難以達到預(yù)期目標。這就要求學(xué)生擁有扎實的理論與實驗基礎(chǔ)、縝密的邏輯分析能力，從而能夠發(fā)現(xiàn)規(guī)律、解析本質(zhì)［15-18］。此時，教師要幫助學(xué)生分析問題、修改設(shè)計、控制實驗條件、完善實驗記錄等，找到實驗誤差的原因，直至完成實驗，若有實驗難以完成的，也要有實驗記錄與分析總結(jié)并及時修改實驗方案。

另外，針對實驗中常?？梢园l(fā)現(xiàn)實驗方法和實驗儀器裝置的局限，教師可以引導(dǎo)學(xué)生改進實驗方法、設(shè)計創(chuàng)新實驗儀器裝置。本實驗中，為了克服現(xiàn)有實驗技術(shù)和裝置中肌肉神經(jīng)不能同時進行實驗觀察，不能準確定位神經(jīng)干，不能有效控制神經(jīng)干所處的環(huán)境條件，以及實驗材料密閉性不佳等缺陷，學(xué)生改進并發(fā)明了《一種電生理綜合實驗屏蔽盒》（具體實驗裝置的改進和發(fā)明見發(fā)明專利公開文件），專利申請?zhí)枺篊N 103454314A。

2.4 結(jié)題階段

數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析、科研論文撰寫、專利的申請對于本科學(xué)生都是陌生的，但經(jīng)過自主創(chuàng)新實驗的系統(tǒng)訓(xùn)練，學(xué)生能夠基本掌握數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的常用方法，科研論文寫作的一般流程、專利申請的大致要求等，最后的結(jié)題答辯也有利于培養(yǎng)學(xué)生語言表達、學(xué)術(shù)交流、應(yīng)變能力。

本實驗課題，最終取得了以下成果：在中國科技核心期刊上發(fā)表文章一篇，《電極位置對蟾蜍坐骨神經(jīng)干動作電位波形記錄的影響》［14］；申請發(fā)明專利一項，《一種電生理綜合實驗屏蔽盒》，專利申請?zhí)朇N 103454314 A；獲得2013年全國大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目課題一項，項目名稱“電生理綜合實驗屏蔽盒設(shè)計及利用”、項目號201390035023，順利結(jié)題并獲得“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目優(yōu)秀成果獎”。

3 學(xué)生自主創(chuàng)新實驗教學(xué)的經(jīng)驗與總結(jié)

生命科學(xué)，尤其是醫(yī)學(xué)，是21世紀科學(xué)研究的重點，而這一學(xué)科仍處于實驗或?qū)嵺`科學(xué)階段，即其理論突破和知識更新主要來源于科學(xué)研究和臨床實踐［2，19］。隨著醫(yī)學(xué)教育的發(fā)展，社會對醫(yī)學(xué)生綜合素質(zhì)提出了更高的要求，將科研訓(xùn)練引入本科醫(yī)學(xué)生教育逐漸成為一種趨勢［20］。醫(yī)學(xué)機能實驗課程作為臨床醫(yī)學(xué)生培養(yǎng)體系中基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床醫(yī)學(xué)課程溝通的橋梁環(huán)節(jié)［2］，第三軍醫(yī)大學(xué)基礎(chǔ)部生理學(xué)教研室自2008年創(chuàng)辦“生理創(chuàng)新實驗班”起，便積極進行醫(yī)學(xué)機能實驗課程教學(xué)改革，課程設(shè)計上融入學(xué)生自主創(chuàng)新實驗的教學(xué)探索，以期提高學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新精神和科研思維。

正如一名參與的學(xué)生所言：“我享受自主創(chuàng)新實驗過程中邏輯推理的樂趣，更享受當初假設(shè)被實驗所證實的成就感與滿足感”，的確，自主創(chuàng)新實驗使學(xué)生獲益良多：①提高了學(xué)習(xí)的主動性和積極性，鍛煉了自主學(xué)習(xí)能力。②培養(yǎng)了創(chuàng)新意識、科研思維、科學(xué)的態(tài)度，以及綜合分析，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。③提高了學(xué)生動手實踐操作能力，掌握一定的實驗流程與方法。④鍛煉了學(xué)生查閱文獻、論文寫作、專利發(fā)表的能力。⑤答辯有利于學(xué)生的表達能力和應(yīng)變能力的提高。⑥有利于加強學(xué)組織協(xié)調(diào)能力、集體協(xié)作精神。

針對醫(yī)學(xué)機能實驗課學(xué)生自主創(chuàng)新實驗的教學(xué)探索，對學(xué)生自主創(chuàng)新實驗教學(xué)的經(jīng)驗與總結(jié)如下：①積極改革傳統(tǒng)實驗課程教學(xué)，調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，推行“教師為向?qū)?，學(xué)生為主體”的學(xué)生自主創(chuàng)新實驗?zāi)Ｊ?。②將科研引入教學(xué)，即在實驗教學(xué)中，融入科研選題、實驗設(shè)計論證、實驗實施、數(shù)據(jù)收集處理、論文寫作和發(fā)明設(shè)計等醫(yī)學(xué)科研的基本要素，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、科研思維和科學(xué)精神，以及善于發(fā)現(xiàn)、積極分析和科學(xué)解決問題的能力［12］。③優(yōu)化課程考核方式，改變傳統(tǒng)單純卷面分數(shù)或者單純實驗操作的考核體系，建立更科學(xué)、有效、公正的評價標準，我們的做法是將學(xué)科成績分為理論考試、課堂考核、操作考試、課題實踐四個評價模塊。優(yōu)化考核機制，達到以考促學(xué)，促進學(xué)生提高綜合素質(zhì)［3］。④完善教學(xué)的規(guī)范化和制度化，保障教學(xué)質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展，這主要涉及到四方面的實施要點：文件（課程設(shè)計大綱、實驗室管理制度、教案、教學(xué)計劃等），管理（師資隊伍、學(xué)生情況、教學(xué)環(huán)境），教學(xué)（教學(xué)內(nèi)容、方法、標準化流程和課堂情況）和效果評估（學(xué)生基礎(chǔ)知識、基礎(chǔ)理論、基本技能的掌握情況和各項預(yù)期指標的完成情況）［21-22］。

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所有數(shù)據(jù)應(yīng)用SPSS 19.0軟件分析，計量資料采用（±s）表示，組間比較用t檢驗，計數(shù)資料用x2檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

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Practice and experience of teaching reformation on independent innovation experim ents of undergraduate students on m edical function experim ental course

ZHANG Kaiyuan WANG Guanzhong QIAO Qicheng YANG Nian Hu Zhi′an ZHANG Jun
Department of Physio1ogy，Co11ege of Basic Medica1Sciences，Third Mi1itary Medica1University，Chongqing 400038，China

The preva1ent prob1em of traditiona1 experimenta1 course teaching is on1y to guide undergraduate students with the existing experimenta1procedures，but not to focus on improving their practica1abi1ity and deve1op their scientific and 1ogistic thinking ways.Therefore，it is necessary to carry out teaching reformation on independent innovation experiments of undergraduate students，that is，experiment course wi11 be carried out in a systematic and scientific framework ofmedica1 researches:scientific research subject se1ection，experiments design，experimenta1 imp1ementation，data co11ection and ana1ysis，artic1es and invention writing.Experimenta1 course have been designed for four teaching phases，scientific research subject se1ection phase，experimenta1 design phase，experimenta1 imp1ementation phase，scientific research subject presentation and measurement phase.This practice of teaching reformation great1y contributes to improving undergraduate students′innovative spirit，scientific and practica1abi1ity and deve1oping their 1ogistic thinking ways；a1so provides va1uab1e experience，that is，"teacher guide，student 1ed"pattern of independent innovation experiments shou1d be popu1arized，curricu1um eva1uation ways shou1d be optimized，and the experimenta1 course teaching shou1d be standardized and institutiona1ized further.

Medica1 function experiments course；E1ectrophysio1ogica1 experiment；Independent innovation experiments of co11ege students；Teaching reformation

R965

A

1673-7210（2016）07（a）-0120-04

2016-02-28本文編輯：趙魯楓）

國家自然科學(xué)基金面上項目（31271166、81471346）。

張駿（1981.8-），男，博士，副教授；研究方向：生理學(xué)教學(xué)科研。