基于雨課堂的酶聯免疫吸附實驗原理在線教學設計①

唐 康 張 赟 張春梅 張宇絲 莊 然 馬 櫻

(空軍軍醫大學基礎醫學院免疫學教研室,西安 710032)

新型冠狀病毒肺炎(corona virus disease 2019,COVID-19)疫情對我國教育事業產生巨大沖擊。2020年2月5日，教育部印發《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》，明確提出：需保證在線學習與線下課堂教學質量實質等效[1]。實際上，在線教學已能實現信息投遞、學習反饋和知識眾籌。信息投遞，即完成知識信息由教師端傳遞到學生端；學習反饋，即實時統計、分析知識掌握情況，解決教師實時了解學生學習成效以便及時進行教學調整的問題；知識眾籌，即為學生營造一定的知識場景，使學生在知識場景內自主討論并發現“新的”知識，解決教師和學生之間以非現場的方式實現知識的“再發現”問題[2]。在線教學中，精心的教學設計，能夠實現與線下教學質量實質等效，甚至超越線下教學效果。免疫學實驗原理線下教學多以信息投遞為主，照搬線下教學模式于線上，難達到理想的教學效果。為應對疫情，免疫學實驗教學分為了前期線上理論教學和學生回歸后的線下實踐教學。其中，我們對酶聯免疫吸附實驗(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)的理論教學進行改革，完成在線教學設計和實施，獲得了學生的積極評價。

1 需求引導促進信息投遞

1.1設計 ELISA是一種檢測技術，一種技術的出現，往往是為了滿足某種需求或解決某些關鍵問題、技術瓶頸問題。在引入部分，帶著學生從生活需求出發，逐漸走向實驗室需求，激發學生學習ELISA實驗技術的興趣，引導學生思考和理解ELISA解決的關鍵問題。詞云是研究分析文本內容的一種表現方式，針對文本中出現頻率較高的詞語予以視覺上的突出，能夠視覺化、藝術化地呈現文本，使文本具有視覺沖擊力[3]。學生的思考是開放和多樣的，可借助詞云進行迅速的整合分析和分享，不僅能夠讓老師迅速了解學生的想法，也能夠使學生了解學生之間的想法。通過需求引導激發學生的學習主動性，利用詞云整合關鍵問題，再進行后續內容的講解，使得知識更加有效地傳遞給學生，增強學習效果。

1.2實施 首先從日常稱取水果等入手，到實驗室稱量化學品，向學生傳遞信息：根據不同的靈敏度需求，我們可以采用靈敏度不同的“稱量工具”直接稱量固體。然后回顧細胞因子的重要性，得出結論無論是臨床診斷，還是基礎實驗研究，都需要檢測血清或血漿中細胞因子的水平。學生了解細胞因子檢測的重要性后，再提供基本信息“血漿中細胞因子的濃度一般為ng/ml或pg/ml”，引導學生主動思考：基于學過的知識，是否有方法檢測血漿中某種細胞因子水平；或者遇到哪些困難，阻礙了檢測。接著通過雨課堂彈幕功能，將學生思考出的答案形成詞云。詞云顯示，有的同學聯想到“雙縮脲反應”等總蛋白檢測技術，也有提及到“混合物”、“靈敏度”等關鍵詞，即血漿中細胞因子是游離的，混合其他蛋白質，無法精準檢測；因血漿中細胞因子含量較低，對檢測技術的靈敏度要求高。最后得出結論：只要精準固定細胞因子，放大檢測信號,就能夠檢測細胞因子水平。此時，學生自己找到了解決問題的關鍵。

1.3效果 單純講解ELISA原理，學生容易聽懂，但也僅僅是聽懂、理解。課堂上，更應該引導學生去思考，逐漸提升學生發現問題和解決問題的能力。從生活中常見的現象出發，給予學生一定的思考背景，引導學生發現問題。因為只有發現問題所在，才能進一步解決問題。通過需求引導，成功激發了學生學習的興趣，并引導學生自己找到了ELISA需要解決的關鍵問題，為講解ELISA檢測技術創造了良好的心理態勢，促進了后續知識的有效傳遞，即實現了需求引導促進信息投遞。

2 營造知識場景實現知識眾籌

2.1設計 夾心ELISA最為常用，作為重點講解對象。本團隊對夾心ELISA原理的教學方式進行改良，將傳統文字、圖片形式的教學，進行視覺化、動態化處理。利用PowerPoint2013強大的動畫制作功能，將整個ELISA實驗過程進行單步驟的、可控的視覺化演示，使得學生可以直觀、迅速地概覽整個實驗流程。隨后拆解動態過程，在學生腦海里逐步構建ELISA原理動態影像，即構建知識場景。PBL(problem-based learning)教學法是以問題為導向的教學方法，以學生為中心，培養和提高學生的綜合素質和能力[4]。在知識場景內應用PBL教學法，引導學生主動思考，讓學生自己解決場景內的問題，實現知識的重現。

2.2實施 首先單步驟操控夾心ELISA動態影像，解決學生總結的關鍵問題：利用固相載體吸附的一抗特異性捕獲樣品中的細胞因子，實現精準固定細胞因子；利用偶聯酶的二抗催化底物顯色，實現檢測信號的放大；然后以文字描述，回顧動態過程，加深學習印象；再利用雨課堂隨機點名功能(可使學生處于一種微緊張狀態，利于提高學習效率)，抽查學生對原理的掌握情況，增強學習效果；最后展示現實中的夾心ELISA實驗結果。學生豁然開朗、欣然接受，完成全局的ELISA動態影像構建。

接下來拆解動畫，和學生一起模擬實驗操作過程，在每一步操作中講解細節和注意事項。特別的，將“封閉”這個細節放在了操作末進行分組討論，“如何避免樣品中細胞因子與固相載體的吸附，產生非特異性信號”。將單個實驗孔內發生的事件進行視覺化放大，讓學生沉浸在具象化的知識場景里，學生更容易找到解決的方案，實現知識眾籌。討論結束后，再利用雨課堂投稿功能，共享討論成果。正如設想的那樣，大部分學生給出了“異種蛋白質封閉空白位點”和“高濃度一抗包被”的解決方案。最令我們興奮的是，有一個小組提出了第三種解決方案：將特異性結合一抗-抗原復合物的二抗，作為酶標二抗。二抗不能結合酶標板吸附的抗原，也就不會產生非特異性信號。這種方案從理論到實踐都是可行的，學生能夠提出這種方案，是對她自己的肯定，也將對其今后的學習產生積極的影響。

2.3效果 有時候PBL教學達不到理想效果，是因為背景知識模糊不清，學生很難理清思路。通過營造知識場景，重現“新知識”最初被發現的環境，引導學生思考，學生才更有興趣去思考，并給出思考成果。通過營造ELISA知識場景，讓學生沉浸在知識場景內思索出了解決方案。這些方案不再是教師直接教給學生，而是學生自己思考和發現，增強了學生學習的參與感，實現了知識的“再發現”，即實現了知識眾籌。知識場景營造，能夠調動學生情緒和思維，讓學生享受在學習中思考和發現，是教學設計高水平的體現。

3 實時評估鞏固教學效果

3.1設計 在線教學工具的不可替代優勢，在于能夠實時統計、評估學生學習情況，以便教師及時進行教學調整，鞏固學生學習效果。前面提到了“詞云”的實時數據整合分析和“投稿”的成果共享功能，都能及時反饋和記錄學生學習情況。利用在線教學工具設置課堂習題，實時統計分析作答情況，可以指導教學內容的調整和補充，進一步提高和鞏固教學效果。

3.2實施 首先利用雨課堂習題統計功能，課程中設置多選題(正確答案ABCD)，實時統計分析答題情況(圖1)。然后分享統計結果，并對后續教學內容進行實時調整和重點闡述。如B選項“利用ELISA法可以檢測樣品中某多糖或脂多糖的濃度”，27名學生中僅有4人判斷正確(圖1)，表明大部分學生還陷在ELISA法僅可以檢測蛋白質的誤區中。雖然在實驗原理講解中，已經強調ELISA法利用抗體特異性識別結合抗原的特點，捕獲樣品中抗原。但由于在整個教學過程中，都以檢測細胞因子這種蛋白質作為示例，使得部分學生無形中認為ELISA只是用來檢測蛋白質抗原。此時，帶著學生回顧課本知識，抗原可以是蛋白質、多糖、脂多糖和核酸，再次強調，ELISA法利用抗體特異性捕獲抗原，檢測抗原水平。理論上，只要有能夠捕獲抗原的抗體，都可以利用ELISA法去檢測抗原水平。這樣一來，學生很難再遺忘ELISA法的原理和用途。再如C選項“利用ELISA法可以檢測出樣品中病毒特異性抗體”，有33%的學生判斷錯誤(圖1)。此時，將事先準備好的間接ELISA法原理進行動態展示，并結合臨床乙肝病毒特異性抗體檢測進行講解，將生活化教學引入醫學免疫學課堂[5]，學生便能欣然接受ELISA法應用的新天地。

圖1 學生作答情況的實時統計Fig.1 Real-time statistics of students′ responsesNote:A.The options of multiple-choice question.B.The results of real-time statistics of students' responses.

3.3效果 教育學專家于歆杰教授曾談到：單一的信息投遞只能確保重要信息的正確輸出，但不一定能夠達到教學效果，而學習反饋直接決定教學效果，知識眾籌直接決定學習體驗。通過詞云、投稿和習題的實時統計分析，及時了解學生的學習狀態，引導學生思考并調整、補充后續教學內容，使得學生真正理解并記憶了重點內容，鞏固了教學效果，達到了課堂教學的目的。

4 調研反饋促進教學改革

無論線上或線下教學，必須要有精心的教學設計，才能讓學生體會學習的樂趣，更好地達到培養學生的目的。夾心ELISA是極為經典的免疫學實驗，通過對夾心ELISA操作步驟的拆解、討論，學生已經具備分析相關實驗操作的能力。因此，其他ELISA方法可以較為簡單的演示，學生可以在需要的時候自學加深理解。此外，夾心ELISA的教學引導，也使學生具備了理解抗體芯片和流式細胞術的多因子檢測技術的能力。基于此，本團隊完成了“細胞因子檢測技術”課程的混合式教學設計。以夾心ELISA原理教學為主，進一步擴展基于抗體芯片和流式細胞術的多因子檢測技術內容，讓學生較為系統的了解細胞因子檢測技術。

課后，在學生中展開調研。調研結果顯示，100%的同學認為本次基于雨課堂的在線教學，調動或者增強了學生對課堂內容的學習興趣。傳統理論教學，以信息投遞為主，教師無法實時評估學生學習效果，最終以期末考試成績完成課程的終結性評價。利用雨課堂實時評價課堂教學效果，針對性分析，增強學生對知識的理解。思考題、討論題等通過彈幕和投稿發送，隨時分享、分析，同學們了解和學習相互間的思路。這些數據都存儲在教師雨課堂賬號內。在今后的教學實踐中，可以考慮將平時課堂學習中的答題、思考情況等作為平時成績指標。即最終成績由平時成績和期末考試成績組成。如果平時表現給力，甚至有可能直接達到合格標準。不以期末考試為最終評價指標，將免疫學教學的終結性評價方式轉變為形成性評價。學生結合課堂上的感受，給予了免疫學形成性教學評價改革方向的積極反饋。滿分10分，50%的學生給了10分，18.2%的學生給了9分，31.8%的學生給了8分。

5 結語

缺乏設計的教學，往往是“老師教，學生學”。現代教育不再是以教師為中心的知識灌輸，而是圍繞以學生為中心的綜合素質培養[6]。作為教師，專注知識，也應專注如何將知識有效地傳遞給學生，并在這個過程中逐漸培養學生學習和思考能力，實現“老師，教學生學”。回歸教學，利用好在線教學即使面對疫情，每一堂課，依然精彩！