挑戰性學習模式在醫學免疫學教學改革中的實踐

吳 寧 祁 海 王銀銀 吳 勵

(清華大學醫學院基礎醫學系,北京100084)

我國高等院校的課程挑戰度不足是一個普遍現象，許多高校學生沉迷于各類活動，對于學習投入不夠，考前臨時抱佛腳也能夠通過甚至獲得高分；幾乎所有的高中教師都曾告訴學生“高中辛苦三年考上大學就輕松了”，均反映出高校課程挑戰度不足的事實。“清華大學本科教育學情調查報告2010”的結果也顯示，我校學生在學業挑戰度和生師互動水平兩項指標均落后于美國同類大學[1]。

早在2008年，我校就已經意識到課程挑戰性不足是建設世界一流大學的瓶頸，因此在全國率先提出“挑戰性學習”(Challenge Based Learning)的理念，全面提升大學課程的挑戰度[2]。挑戰性課程在價值塑造、能力培養和知識傳授三方面讓學生接受挑戰并獲得成就感，從而增加自我認同的信心和能力。挑戰性教學的目標強調提高學習者的分析、綜合、判斷和創新等高階能力，任課教師通過對學習者提出較高的要求和期望，在教學內容上增加廣度、深度和難度，或者提出具有趣味性和挑戰性的問題激發學生自主學習的熱情，吸引學生主動學習挑戰自己，真正做到“以學生為中心的教與學”[3]，同時在教學形式上增加師生互動、生師互動、生生互動，并讓“做中學”的學習模式成為課程的主旋律。

醫學免疫學是基礎醫學中一門重要的必修課，其理論精深、概念抽象、發展迅速，學習難度較大；與此同時，越來越多的疾病與免疫系統相關，免疫治療也在多個領域發揮越來越重要的作用，使得醫學免疫學在基礎醫學和臨床醫學中的地位越來越重要。一方面難學，另一方面重要而必須學好，兩者存在很大的矛盾與反差，成為醫學免疫學的教學難題，傳統以課堂為主的填鴨式教學無法滿足飛速發展的學科需要。

國內很多醫學院校開展了相關的教學研究工作，比如復旦大學提出將基于問題意識的創新力培養引入到實驗教學內容，以提高學生的創新力[4]；南通大學醫學院使用角色扮演方式進行學生團隊協作和人際溝通能力，增進師生感情[5]；長治醫學院采用辯論賽的方式激發學生的興趣[6]；湖北科技學院提出基于移動終端的互動方式[7]，這些工作都從不同側面反映了各大醫學院校已經有意識地開展這方面的探索。清華大學醫學院也在進行了充分調研和探索后，認為將挑戰性學習的理念引入醫學免疫學教學改革中是符合學科發展需要的。

為使挑戰性課程落實到實處，清華大學提出加強七方面要素的挑戰性實踐，包括內容、形式、作業、討論、考核、教學資源和課堂規模[2]。當然，教學目標也是重要的要素之一。此外，醫學類課程中實驗占比都很大，不僅是整體課程的重要組成部分，而且與理論課程和討論課程不可分割。醫學免疫學挑戰性課程教學改革針對這九個要素都做了深入細致的分析、研究并付諸實踐。具體措施包括：調整教學大綱，在傳統理論課和實驗課的基礎上，引入大量討論課并大幅提高最新文獻的閱讀量；在教學內容上兼顧基礎性與前沿性，提出饒有趣味的挑戰性問題深挖課程難點；注重教學與科研相結合全面改革實驗課，刪減過時的實驗技術，將最先進的實驗技術轉化為實驗課程應用到教學中；采用最新原版英文教材作為主教材、課堂使用雙語授課，雙語討論，期末考試采用英文試卷、雙語答題。通過多管齊下，我校醫學免疫學形成了“講、做、論、學”多位一體具有極大挑戰性的新課程體系。本文對清華大學挑戰性教學模式的理念和實踐在基礎醫學教育方面的應用進行了概括和總結,較為系統地介紹了相關工作，希望對醫學教學工作有所補益。

1 挑戰性學習模式在醫學免疫學教學改革中的實踐

1.1教學目標設計 教學目標是教與學雙方共同合作以期達到的最終目的，教師是目標設立者，學生是目標達成的主體。教學目標是所有要素中最為重要的一個，它應指導教學的各個方面[8]。20世紀布盧姆(B.Bloom)的研究中將“認知領域”的教學目標又依次細分為知識(Knowledge)、理解(Comprehension)、應用(Application)、分析(Analysis)、綜合(Synthesis)、判斷(Evaluation)、創新(Creation)[9]，挑戰性課程的教學目標應更加強調分析、綜合、判斷和創新等高階能力的培養，并將教學目標轉化為學習目標[10]。

教師首先要對學習主體即學生有足夠的預判，挑戰性課程在完成知識、理解等低階目標的基礎上應提出更高要求：既不能過于簡單，避免學生唾手可得，體會不到挑戰的樂趣；也不能過于艱難，讓學生覺得遙不可及，希望渺茫而放棄挑戰。教學目標尺度的控制，應恰好使學生跳一跳能夠達到，在百思不得其解時經教師點撥豁然開朗得到答案，從而獲得滿足感、成就感和自信心。

然而,教學目標是帶有主觀性的，較之于客觀性教學元素，更需要凸顯多元化視角和多樣性表述[11]。挑戰性課程的教學目標設計主觀性比普通課程更加強烈，任課教師對學生的要求和期望應更加明確而直接的表達，并且更嚴謹和嚴格地貫徹在各項教學活動中。以圖1所示的作業為例，該作業的題目是繪圖《淋巴細胞的一生》，要求學生在充分理解免疫系統整體的工作原理后繪圖，內容需包括B淋巴細胞和T淋巴細胞從造血干細胞開始如何一步步發育成熟，如何參與免疫應答抵御感染，又是如何凋亡，從生到死的全過程。在沒有貫徹挑戰性學習模式時，學生可能有兩種不同做法，可以看出，學生1A極為認真，圖片布局合理，內容精準，系統而全面，制圖精美，達到了教師的要求；相反學生1B明顯敷衍了事，錯誤百出。在挑戰性教學中，教師在布置作業時就明確展示兩種做法，并強調1B的做法是不可取的，如果收到要發回重做，也就是明確提升了作業的難度和高度。教師如果沒有明確表達自己的要求和期望，或者沒有嚴謹而嚴格的執行(例如作業收上來幾乎不看)，學生自然會選擇挑戰性更小的方式來完成作業，也就無法保證教學目標的達成，使挑戰性學習淪為紙上談兵，流于形式。

1.2教學資源 挑戰性學習模式的核心之一就是“以學生為中心的教與學”，學生是學習的主體，“我要學”而不是“要我學”。因此，豐富的教學資源對于教學目標的達成是必不可少的條件。隨著科學技術的發展,教學資源的格局也發生了巨大的變化，除各類教材、參考書外，文獻、軟件、視頻、圖片、網絡資源，以及近年來出現的虛擬仿真技術等都是重要的教學資源。

圖1 挑戰性教學的作業Fig.1 Challenge-based learning homework

醫學免疫學挑戰性課程改革第一輪實踐時使用的是《Janeway′s immunobiology,8th edition》和《Roitt′s essential immunology,12th edition》，這兩本書由國際上著名教授團隊編寫，內容詳實、講解細致、英文淺顯易懂，適合學生學習和閱讀，在學到免疫學精妙知識的同時，也鍛煉了英文閱讀能力。第二、三輪實踐時使用的是《Janeway′s immunobiology,9th edition》，緊緊跟蹤免疫學日新月異的發展。為保證學生的學習效果，醫學院給每位學生都配備了一本全英文原版教材，極大地方便了學生自學。除此之外，還提供了全英文的病例討論教材《Case Studies in Immunology》，以及由我們教學團隊編寫的《醫學免疫學實驗指導》。這幾本教材均包含大量的視頻和圖片，也有許多網絡資源和病例。

著名的醫學教育家，循證醫學之父David Sackett說過“Half of what you′ll learn in medical school will be shown to be either dead wrong or out of date within five years of your graduation;the trouble is that nobody can tell you which half.”《醫學免疫學》亦是如此，從挑戰性課程改革實踐以來短短三年時間，教材已經從《Janeway′s immunobiology》第8版更新至第9版。在教學實踐中，我們發現第9版仍有許多過時的知識，需要與時俱進及時更新。課程通過大量引入討論課，精讀文獻8篇，其中1篇為諾獎級別的經典文獻，其余7篇均為當年發表在Science、Nature、Cell等頂級期刊上的最新文獻。這些前沿文獻極大地拓寬了教學資源，為學生自主學習創造了良好的前提條件。

1.3教學內容 教學內容是課程的主體和核心，改革后采取模塊化教學，但又不拘泥于教學模塊，相互之間滲透融合，由淺入深，層層深入。前兩個模塊均為基礎免疫學內容，涉及免疫分子、免疫細胞、免疫反應，第三個模塊著重講解和學習臨床免疫學部分，更加注重免疫學的臨床應用。所有模塊在教學安排上都是根據各自特點進行調整，基礎理論部分理論課占比相對較大，而臨床免疫部分討論課占比相對較大。每一部分都配有相應的基礎實驗和前沿技術，拓展學生思維和動手能力。見表1。

理論課使用英文教材及雙語授課提高了學習強度，基礎部分主要包括Generation of antigen receptors，Development of B and T lymphocytes，T cell mediat-ed adaptive immunity， Humoral immune responses；臨床部分主要包含Immune deficiency，Allergy and hypersensitivity，Autoimmunity，Transpl-antation，Tumor immunology等內容。

討論課是隨著理論授課的不斷深入而逐漸增加的。然而討論課雖好，上好討論課卻十分不易，很多其他課程也嘗試過討論課的形式，但往往出現學生興趣不高，發言者寥寥無幾的冷場局面，造成師生尷尬，最終使得不少討論課成為課程雞肋[12]。解決問題的關鍵在于“趣味性”和“挑戰性”，趣味性強調的是課堂形式，挑戰性強調的是課堂內容。醫學免疫學挑戰性課程的10次討論課形式都不相同，避免枯燥無味保持新鮮感和趣味性，包括PBL(Problem based learning)、CBL(Case based learning)，學生互為師生互相教學、假想學生是50年前的科學家如何解決一個科研問題，跌宕起伏的腎臟移植案例引發討論，情景扮演，學生展示文獻等。討論課的內容包括回顧經典文獻，閱讀最新文獻，深入挖掘理論課難點，自學部分內容等，對學生都具有很大的挑戰性。學生通過內容新穎，形式多樣的討論課，饒有興趣地學到該學的知識，同時又極大地鍛煉了學生口頭表達能力和科研思維。

表1醫學免疫學挑戰性課程內容

Tab.1MedicalImmunologyContent

教學模塊理論內容討論內容實驗內容作業內容Ch 1-1 Introduction輪空輪空/Ch 1-2 History of Immunology免疫細胞與分子Ch 2: Innate immunityD1: 固有免疫(回顧經典文獻)D2: T細胞發育(深挖課程難點)E1:免疫器官E2:骨髓移植繪圖:《淋巴細胞的一生》Ch 3: Antigen recognitionCh 4: Generation of antigen receptorCh 5: Antigen receptor signalingCh 6: Development of T, B cellsCh 7&8: Antigen presenting cells

Note：Ch: Chapter；D:討論課；E:實驗課.

為緊扣挑戰性課程的教學目標，經過三年的實踐，我們對實驗課也做出合理刪選：①摒棄落后傳統的實驗(如瓊脂擴散、凝集反應等)。這些實驗雖然都非常基礎，但從實驗性質來說屬于驗證性實驗，而不是創新性實驗；從實驗技術的角度來說，在現代的免疫學中無論是科研工作中還是臨床應用中都已不再使用，且實驗技術陳舊，學生收獲不大，離“挑戰性”課程相去甚遠，因此予以刪去。②新增前沿的、緊密結合臨床的現代免疫學實驗(如骨髓移植實驗、分離PBMC、流式細胞技術等)。其中骨髓移植實驗在現代免疫學科學研究中已經非常普及，但由于該實驗技術含量高，對實驗室及實驗條件要求極高，對實驗耗材等消耗巨大，因此目前沒有已知的任何一家醫學院校開設該實驗。但是本著與時俱進建設“挑戰性”課程的理念，得到了校級、院級、實驗動物中心等多家單位的鼎力支持，使得團隊能夠完成在國內首屈一指的高難度本科生教學實驗。除此之外，流式細胞技術實驗在某些醫學院校開設相關的研究生課程，但是，同樣沒有已知的任何一家醫學院校為本科生開展該實驗，醫學免疫學挑戰性課程團隊開創了本科教學實驗的先河。③改造經典實驗(如免疫熒光)，免疫熒光在現代科學研究中仍發揮著重要作用，因此我們將其設計為一個創新型實驗，分別標記T淋巴細胞和B淋巴細胞，并使之形成免疫突觸，讓學生將實驗報告寫成Research Letter，大大增加實驗課的挑戰性和趣味性，同時提高學生的科研思維和英文寫作能力。

最后，每個模塊還有一個極具挑戰的作業，如前所述的繪圖作業，學生需要整體理解免疫系統的工作原理；Research Letter需要有科研思維并用英文寫作；第三個作業是英文標書習作，要求學生設計課題并包含所學的各項前沿免疫技術。這幾項作業都需要學生的大量投入，對深入理解免疫學大有裨益，達到既定的教學目標。

1.4教學形式 研究表明，積極的生師互動是實現高水平學業挑戰度和學校歸屬感的主要形式，高度影響學生的學習結果[13]。清華大學的挑戰性課程也提倡教學形式應以互動為主。

教師與學生之間的互動可以分為師生互動、生師互動、生生互動三個方面。師生互動是指那些由教師主導的互動形式，往往是提問、建議、關心等，需要學生配合教師作出回應，帶有一定的強制性和權威性，在與學生相識之初以這種互動形式為主。相反，生師互動是指由學生主導的互動形式，往往是答疑、解惑等，參與生師互動的學生大多成績較好、思維活躍、充滿自信、而那些內斂靦腆，成績較差的學生很少參與生師互動。由于成績好而自信活躍的學生即便在沒有互動的課堂也能取得較好的學習成效，因此決定一門課的教學成效好壞的關鍵因素是那些成績較弱、內向靦腆的學生是否參與生師互動。第三，生生互動往往發生在課外，以討論、講解、思維碰撞為主，教師難以掌控，只有當學生的自主學習意愿增加到一定程度時，生生互動才會大大增加，也是決定教學成效的重要因素之一。

這三種互動不是各自獨立的，而是相輔相成的。教師與學生相識之初以師生互動為主，盡管帶有強制性與權威性，但只要教師放下身段主動與學生互動，通過饒有趣味的問題、和藹可親的態度以及說出學生的名字等方式親近學生，就有可能換來生師互動。如果教師永遠高高在上，學生也只會敬而遠之。

關于互動的形式，首先是以理論教學為主的課堂互動。許多教學研究都曾經探索過教師如何在課堂上與學生互動，但是如果在以講授為主的課堂教學中頻繁互動，勢必會打亂教師思路，打擾其他同學聽課，最終會難以按時完成教學任務，所以課堂教學中不宜出現過多互動。課堂教學中的互動應該由教師精心安排，并且預留時間，鼓勵學生與之互動，例如清華大學首創的教學新技術“雨課堂”就是由教師精心設計的一種課堂互動形式[14]。其次是高互動課堂形式-討論課和實驗課。討論課大幅度拉近了教師與學生的距離，教師走進學生中間，參與學生的討論，學生也會很快激發出學術志趣，主動學習意愿將大大增加。實驗課中教師手把手地指導學生，也會拉近師生距離，使學生親近老師，增加互動。第三，是課后互動。課后互動主要是答疑形式，可以是面對面答疑，也可以是電話、短信、郵件等形式。近年來微信、QQ等社交軟件逐漸普及，生師互動通過這些新技術手段變得更加便捷[15]。

互動的內容也分為如下三個層次。最為初級的是課程、知識、重點、難點等內容的互動，其次是關于課外知識、最新研究、拓展能力等內容的互動，最高級的是關于人格、人生、視野、格局等內容的互動。清華大學秉承價值塑造、能力培養、知識傳授“三位一體”的教學理念，將價值塑造放在了首位，并通過高度的師生互動、生師互動來塑造學生的價值觀。

醫學免疫學課程改革后大幅提高討論課學時比例，如表1所示，大大增強了教師與學生之間的互動。與此同時，教師能夠叫出所有學生的名字，與每一位學生都加微信好友，也都加入共同的微信群，實現了多形式、多層次、多內容的互動，為實現挑戰性課程的教學目標提供保障。

2 教學成效

教學試驗對象是清華大學醫學院醫學實驗班的學生。醫學實驗班每年招收25～30人，學制八年，采取3+2+3培養方案，即前三年在清華大學校本部學習基礎課程，中間兩年赴海外進行科研訓練，最后三年回國進入綜合性三甲醫院學習臨床課程及見習、實習。醫學免疫學安排在大三，正值學生即將赴海外進行科研訓練前夕，學生的科研成果能部分反映出教學改革的成效。

醫學免疫學自2015年開始進行挑戰性課程改革至今已有3年，即2013級、2014級、2015級三屆學生接受了挑戰性課程學習，且有一屆(2013級)已完成海外兩年的科研訓練回國。每屆赴海外學習的學生遴選標準歷年來保持一致。在此期間，另一門課程《病理學》也進行了挑戰性課程改革，但病理學的課程改革偏重臨床方向，對基礎醫學研究方向影響相對較小。

圖2 三個年級學生發表論文情況對比Fig.2 Publications of 3 cohorts

2.1科研成果比較 近幾屆學生完成兩年科研訓練后發表論文統計如表2所示，2011級和2012級學生未進行挑戰性課程改革，將作為對照組；2013級進行了挑戰性課程改革，將作為試驗組，2014級和2015級科研訓練尚未完成，發表文章較少，未統計數據。從表格中可以看出，進行了挑戰性課程改革的2013級有50%的學生在兩年內發表了科研論文，遠大于對照組2011級(29%)和2012級(33%)。同時，2013級學生的論文發表平均影響因子(8.92)也高于兩個對照班級(分別為8.10和7.22)，與免疫學相關的論文比例和質量也都高于兩個對照班級，這從一個側面反映出挑戰性學習改革的教學成效。參見圖2和表2。

2.2學生調查問卷 對最近一屆學生的調查結果顯示：86%的學生認為醫學免疫學實驗課程“內容充實、新穎、前沿”，在后續的科研訓練中，65%的同學選擇了免疫學科研方向或與免疫相關的科研方向。顯而易見，在眾多生物醫學科研領域中，選醫學免疫學的學生明顯超過其他學科，獲得了同學們的喜愛，并愿意為之繼續進行科研探索。

2.3學生的感受性反饋 學生的感受性反饋很好，對課程的評價很高，而且普遍認為只有到了國外，才知道這門課程的學習成效非常好。在征求教改意見時，學生認為這是接近完美的課程，并評價“是所有學過的最接近理想大學教育的課程”，“超級高端超級前沿”，“特別喜歡免疫學課程”，“學到了很多東西，提高了各方面能力”，“這次去墨爾本發現我們醫學生免疫學真的學得特別好”，“實驗很有意思，討論課也很歡樂”等不一而足。

2.4同行評價 美國匹茲堡大學醫學院的教授評價這些剛剛完成大三課程的學生在免疫學方面的基礎知識和科研能力不像本科生反倒像博士后；澳大利亞墨爾本大學教授評價學生的免疫學基礎非常扎實，令人驚訝。

表2學生進行兩年科研訓練后發表論文統計

Tab.2Researcharticlespublishedaftertwo-yearsoftraining

2011級2012級2013級2014級2015級是否學習挑戰性課程否否是是是是否完成海外科研訓練是是是否否發表論文統計截止時間2016.92017.92018.9//學生總數2118202年內發表論文學生人數6610發表論文學生比例29%33%50%論文平均影響因子8.107.228.92與免疫學相關論文比例50%50%58%與免疫學相關論文平均IF9.178.2810.06

3 結論

本文對清華大學挑戰性教學模式的理念和實踐在醫學教育方面的應用進行了概括和總結,并以免疫學的教學作為試驗課程，詳細闡述了在教學目標設計、教學資源的拓展、教學內容改革以及教學形式互動等方面的思路和做法。教學實踐證明，挑戰性教學模式是一種有效提高學習者的分析、綜合、判斷和應用等高階能力的新型教學模式，可以使學習者獲得滿足感、成就感和自信心，從而增強學習的主動性和自覺性。