免疫學基礎與病原生物學實驗課程“立交式”線上教學模式的探討①

向 琴 劉慧萍 吳玉冰 喻 嶸 黃曉蒂

(湖南中醫藥大學中醫學院，長沙 410208)

2020年一場突如其來的新型冠狀病毒肺炎疫情席卷全球，根據教育部發布的《關于在疫情防控期間做好普通高等學校在線教學組織與管理工作的指導意見》，各高校積極響應“停課不停教、停課不停學”的倡議，開展了一系列在線教學活動[1]。在線教學及學習成為非常時期的主流教學和學習方式，促使以線下教學為主的課程發生了實質性的改變，特別是對于實操性強的實驗課程來說，無疑是一次新的挑戰。面對單一的線上教學方式，如何利用實驗課程線上教學優勢，構建良好的線上實驗教學模式，最大程度地減輕線上教學缺乏實際操作技能訓練的劣勢，靈活銜接線下線上轉換，值得教學團隊思考和探索。本文以免疫學基礎與病原生物學實驗課程中的免疫學實驗課為例，淺談如何采用“立交式”線上實驗教學模式，創設合理的線上實驗教學情境，無痕化彌補實際操作缺失的弊端，實現實驗操作技能掌握、科研思維培養和知識拓展三維并舉的實驗教學效果。

1 免疫學基礎與病原生物學實驗課程特點

免疫學基礎與病原生物學是由免疫學、微生物學和寄生蟲學三門學科整合的一門重要的中醫高等院校醫學基礎課程。實驗課程由免疫學實驗、微生物學實驗和寄生蟲學實驗三部分組成，存在實驗內容多，課時少的現象。免疫學理論性強且概念抽象，對應的免疫學實驗復雜、繁瑣且枯燥，加之大多院校采用驗證式實驗填充實驗課程內容，學生更易喪失對免疫實驗的興趣和對免疫現象探索的欲望。為了激發學生學習興趣，提高學生實踐操作能力，越來越多的高校摒棄單一的線下教學模式，借助“互聯網+”大平臺，采用虛擬仿真實驗教學、線上線下混合式教學、慕課、微課等多種教學手段，進行多元化實驗授課，教學效果斐然。疫情發生后，線上教學在一場聲勢浩大的重煉中慢慢變得常態化，這也使線上教學成為常規的教學方式成為可能。因而創建多層次、立體化的線上實驗教學模式，最大程度地達到與混合式多元化實驗教學同等教學效果，是值得探討和摸索的。

2 “立交式”線上實驗教學模式的構建

免疫學基礎與病原生物學“立交式”線上實驗教學模式是“以基礎理論為依托，以科研思維和興趣培養為主體，以問題為引導，以操作能力提升為核心，以科技前沿知識為拓展”的多層次教學模式。將PBL(problem-based leaning)教學、虛擬仿真實驗教學、翻轉式考核、知識拓展連為一體，理論鞏固與問題引導相互結合，操作技能與思維能力培養相互貫串，知識拓展與興趣培養相互滲透，立體式交叉，又層層疊進，從而打造“立交式”線上實驗教學模式(圖1)。

圖1 “立交式”線上實驗教學模式圖Fig.1 "Overpass" online experimental teaching mode

2.1借助網上教學資源，引導學生自主學習 網絡學習資源是線上教學和學習的基石。我校已在智慧樹平臺和云教材平臺上向全國免費開放移動交互式數字教材《免疫學基礎與病原生物學》[2]。與此同時，中醫藥虛擬仿真實驗平臺的平穩運行，使學生可以不受時空限制，多方位利用網絡平臺資源進行知識的查閱，實驗視頻的觀看以及實驗的操作和演練[3]。在實驗開課的前1周，利用智慧樹或班級微信平臺，引出實驗相關問題，引導學生開展自主和探索性學習。如在小鼠巨噬細胞吞噬實驗教學中，結合實驗原理可提出問題：“抗原進入機體后會有哪些細胞參與應答？這些免疫細胞出現的時間有無差別？”等[4]。結合實驗過程，提出“為何提前1日對小鼠進行1%淀粉溶液注射？是否可以用其他抗原代替？檢測細胞免疫功能的實驗有哪些？”等問題；結合結果觀察又可提出：“在鏡下可以觀察到的哪些細胞？其特征如何？如果要進一步檢測其中某些細胞的具體種類，有哪些方法?”等。這些層層帶入式的問題，從基本知識點的回憶到探討和解決問題，既能讓學生鞏固基礎知識、了解實驗原理、明確實驗步驟及觀察實驗結果，又能引導學生應用多學科知識解決問題。最重要的是，運用問題式導引方式，培養學生分析解決科研問題的能力，啟發學生科研思維。

2.2整合實驗內容，采用虛擬仿真的綜合性實驗教學 以往免疫學部分的實驗課程課時少，其內容多為驗證式實驗，即使采用了線上線下混合式教學，教學效果卻不甚理想。如在凝集試驗中，學生僅操作玻片法的凝集試驗，對于動物如何免疫、免疫血清如何制備和獲取，以及其與微生物學實驗部分中肥達試驗的聯系，都無整體性的思考和學習，使實驗課單一、枯燥、脫節，忽略了免疫實驗邏輯性和連貫性強的特點。因而將免疫學、微生物學部分實驗內容進行整合，不僅可以充分利用實驗課時，還可使學生邏輯清晰地完成實驗，全面了解實驗過程、學習實驗技能并提高綜合科研思維能力。虛擬仿真綜合性實驗的設計方案如下：以免疫學部分凝集試驗為例，按照實驗流程，以傷寒桿菌和大腸埃希菌為抗原，小劑量多次接種于家兔制備免疫診斷血清，免疫診斷血清再應用于凝集反應實驗檢測待測抗原(細菌)，從而達到菌種鑒定的目的。在此實驗中，還可將微生物學中生物安全知識、無菌操作技術、細菌的接種和培養技術、革蘭氏染色實驗和肥達試驗整合到整個檢測流程中，構建綜合性虛擬仿真實驗項目(圖2)。免疫學和微生物學實驗無縫對接，學生既能理解機體免疫應答的規律，又能掌握從微生物培養到臨床感染診斷的全過程，是理論與實踐的有機結合[5]。而各個小實驗(包括生物安全知識、無菌操作技術、細菌的培養與形態觀察、細菌抗原的制備、動物免疫、免疫血清獲取、凝集試驗和肥達試驗)均各為1個模塊。每個小模塊包括實驗目的、實驗原理、實驗器材、實驗步驟及注意事項菜單，供學生學習和掌握實驗基礎操作背景。此外，每個模塊配有相應的實驗操作小視頻及實驗步驟分解圖片，能讓學生快速了解操作步驟，熟悉操作技術。同時，學生可以進入虛擬仿真操作空間，進行虛擬實驗操作，掌握操作技能。并另設虛擬仿真綜合實驗操作模塊，呈現從抗原制備到凝集試驗的虛擬仿真實驗全過程。在虛擬實驗操作過程中，同時穿插操作注意事項和思考題，引導學生分析解決實驗過程中的細節問題，并多角度、全方位地掌握實驗流程和實驗方法，培養科研思維能力。以此為腳本，與軟件公司合作，制作凝集試驗綜合性實驗虛擬仿真項目，供學生學習、操作和考核。

圖2 實驗內容整合前后免疫學凝集實驗流程圖Fig.2 Flow chart of immune agglutination test before and after integration

2.3翻轉式考核，操作與匯報并舉 翻轉式考核，主要包括實驗操作講解考核及PPT匯報考核，以學生為主體，學生講老師評價和提問的方式進行。其中實驗操作講解考核采取抽取實驗項目的形式，對實驗操作視頻進行詳細的授課式講解；PPT匯報考核則是選取一項常用的或最新的免疫學實驗技術，通過查找資料，以PPT匯報的形式，從原理、操作過程及應用等多方面進行講述。實際操作能力的考核主要在虛擬仿真實驗考核模塊中進行，選取單個小實驗模塊或綜合性實驗模塊進行操作考核。由于線上實驗考核的特殊性，采取單一的虛擬仿真實驗考核方式并不能全面反映學生學習效果，而翻轉式考核方式，可從實驗原理、實驗流程到操作技術全方位考查學生的學習情況。綜上，翻轉式考核不僅考查了學生對實驗操作技術的理解和掌握情況，還能提高學生的學識水平。

2.4知識拓展，激發學生科學熱情：免疫學技術日新月異，一些免疫學前沿技術由于設備和試劑昂貴，操作耗時長，不能在本科實驗教學中開展。然而，這些技術在臨床檢驗和科學研究的各個領域早已廣泛應用，也更能激發學生對科研的熱情。引入常用的前沿免疫學技術的虛擬動畫或視頻，如免疫印跡技術、多克隆抗體的制備技術、自然殺傷細胞功能的檢測、酶聯免疫吸附實驗、流式細胞術檢測T細胞等“高大上”的實驗項目，讓學生擁有不一樣的視野[6]。另外，實驗用到的激光掃描共聚焦顯微鏡、流式細胞儀等高新的免疫檢測儀器，可通過視頻，邊播放邊講解呈現給學生，特別是將儀器拍出的經典和震撼的結果照片、分析圖片展現給學生，不僅讓學生在視覺上有沖擊感，而且能激發學生的好奇心和探索的欲望[7]。知識拓展除了免疫前沿技術和高新尖的儀器以外，常見的免疫學現象也是優良的知識拓展題材，如新型冠狀肺炎相關免疫學知識，包括新型冠狀病毒感染與免疫機制、新型冠狀病毒致死機制中的炎癥因子風暴等；新聞熱點中免疫相關知識，包括嬰兒基因編輯事件中免疫分子CCR5的知識等[4]。

3 學生情況反饋

教研組針對線上實驗教學模式，從掌握實驗基本知識、實驗內容、實驗操作技能、提高實驗興趣、培養科研思維能力等方面對學生進行了問卷調查及相關意見收集。面向中西醫臨床專業學生發放68份問卷調查，問卷發放回收率為91.1%(62/68)。通過對整體情況分析(圖3)，多數學生認可線上實驗教學模式，80%以上學生對掌握實驗基本知識、綜合性的實驗內容、提高實驗興趣、培養科研思維能力都給予了肯定的態度，但在實驗操作技能掌握方面認可率要稍低于其他方面。另外，收集到意見和建議綜合起來有以下幾個方面，多數學生認為免疫學和微生物學實驗內容的整合有利于知識的串接，能加強對實驗整體流程和操作過程的理解，并認為免疫學實驗內容更為豐富和有層次，有利于科研思維能力的培養；還有些學生認為問題式的引導可提高課前預習的效率，并能通過查找資料學到更多知識；在知識拓展方面，大多數同學表示這方面的知識接觸較少，但有興趣去了解和學習，拓展眼界；學生認為翻轉式考核方式既能最大程度地理解和鞏固實驗內容和操作技術，又能鍛煉表達能力。有部分同學也給予了不同的看法，認為純粹的線上實驗教學不能達到線下操作技能掌握的效果，在特殊時期可以接受，但在平時課程中希望采取線上和線下結合的方式。另外，認為虛擬仿真實驗中單個小實驗操作過于機械化和簡單，比較枯燥，更青睞于綜合性實驗操作。

圖3 線上實驗教學模式效果問卷調查分析Fig.3 Questionnaire survey and analysis of effect of online experimental teaching mode

4 結語

在這次疫情中，與免疫學理論教學相比，以實際操作為主導的實驗教學受影響程度更大，也對教學網絡資源配置和線上教學模式的構建提出了更高的要求。當然，同時也為實驗線上教學改革提供了契機。無論線下、線上還是混合式實驗教學，提高學生實驗操作技術、激發學生實驗興趣、培養學生科研思維和創新意識是實驗教學是始終不變的宗旨。為了最大程度地達到線下實驗教學效果，合理的線上教學模式必不可少。教研組以“立交式”線上實驗教學模式的構建進行思考和探索，以網絡教學資源為平臺，夯實學生基礎理論知識；以問題為主導引導學生自主學習；采用綜合性虛擬仿真實驗教學方式，連貫、立體、全面地呈現免疫學和微生物學實驗操作流程和操作技術，使學生每項實驗做的明白，掌握的透徹，同時在學習和操作過程中培養科研思維，提高分析和解決科研問題的能力；以翻轉式考核方式檢驗，再以免疫學前沿技術為拓展，延伸實驗教學內容，使整個線上實驗教學豐富多元，立體而有層次。“立交式”線上實驗教學模式如何進行實際操作，又如何與復課后的線下教學進行銜接，還需要在實踐中繼續摸索、評價、改進和完善。