醫學機能學實驗室實驗教學模式的改革與探索

李 寧， 李紅芳， 藺美玲， 方 泉

（蘭州大學基礎醫學院，蘭州730000）

0 引 言

醫學機能學實驗室是針對各院校醫學本科生開展以動物實驗為主的實驗教學的重要場所，在醫學基礎課程的實驗教學中發揮關鍵作用［1-3］。本校醫學機能學實驗室針對全校范圍的臨床醫學、預防醫學、口腔醫學、護理學、影像學、麻醉學、檢驗醫學及藥學專業的醫學本科生開展實驗教學工作，承擔生理學、藥理學、病理生理學和機能綜合實驗學4 門課程的實驗教學任務，每門課程每年上課人數超過1 000 人。為高質量訓練學生的動手能力、培養學生的實踐技能，課程均實行小班制，控制每班學生人數在20 ～30 人之間且分成6 個實驗小組。

在當前“雙一流”建設的新形勢下，對實驗教學提出了更高的要求［4-6］。由于本校醫學機能實驗教學涉及學生多、教學任務重、培養質量要求高，教師示教講解和學生實驗操作的傳統實驗教學模式，已不能完全適應機能實驗教學的發展和綜合型醫學人才的培養。通過多年的探索和實踐，實驗室逐漸形成多樣化的實驗項目類型和混合式的實驗教學手段相互結合的實驗教學模式，使開設的各門實驗課程教學效果顯著提升。醫學生理學實驗既是本校醫學本科生的重要主干基礎實驗課程，又是學生首次接觸實驗動物的課程，在醫學實踐教學環節中占據重要地位。因此，本文將以醫學生理學實驗教學為例，從實驗項目類型、實驗教學手段和實驗教學過程3 個方面，總結本實驗室目前的實驗教學實踐，并對進一步實驗教學改革提出思考。

1 多樣化的實驗項目類型

不同的實驗項目類型在學生操作技能和科學素養的培養中發揮不同功能［7-8］。通過多年教學實踐和改革，按照循序漸進、先基礎后提高再升華的原則，目前實驗室的生理學實驗教學設置“五類型三階段”模式的實驗項目（見圖1）。包括演示性、驗證性、演示+驗證性、綜合性和設計研究性“五類型”實驗以及基礎、提高和升華“三階段”。

圖1 “五類型三階段”模式的實驗項目

演示性實驗項目通過播放實驗錄像或教師課堂操作示范，使學生直觀地學習實驗的基本操作方法和過程，對于學生快速了解實驗操作和儀器使用至關重要。驗證性實驗項目都是典型且成熟的實驗項目，不僅訓練學生的基本操作技能，而且通過實驗對理論知識或已知現象加以驗證，進而加深學生對生理學理論知識的理解。演示+驗證性實驗項目將演示性和驗證性加以結合，既有教師示教過程，又有學生操作過程，主要在學生首次接觸某類動物的實驗中開展。

演示性、驗證性以及演示+驗證性3 種類型的實驗項目作為生理學實驗教學中的第1 階段，即“基礎階段”，主要訓練學生的基本實驗操作技術以及理論聯系實際的科學思維。基于生理學實驗作為基礎實驗課程的特點，目前“基礎階段”實驗項目設置比重較大，演示性實驗、驗證性實驗和演示+驗證性實驗在總項目中所占百分比分別為6.25%、43.75%和25%（見圖2），總占比75%。

圖2 不同實驗項目類型在總項目中的占比

綜合性實驗項目應用生理學的綜合知識或融入藥理學、病理生理學相關學科知識，以訓練和培養學生的綜合技能和素質，屬生理學實驗教學的第2 階段，即“提高階段”，目前共計開設3 次該類實驗。此外開展1 次設計研究性實驗項目，以限定條件的方式進行，即任課老師課前規定題目和范圍，學生課前文獻調研和課堂陳述討論，師生交流互動，最終確定實驗方案，并以課題報告的形式提交成果。設計研究性實驗鼓勵學生大膽設計和探索研究，可充分調動學生的積極性和創造性，培養學生分析和解決問題的綜合能力，同時培養學生的協作能力和創新意識，屬于生理學實驗教學的第3 階段—“升華階段”。

2 混合式實驗教學手段

隨著網絡技術和智能設備的不斷發展，教學手段和方式也不斷豐富［9-13］。課堂講授和現場示范教學是實驗教學的常規手段，也是實驗教學的關鍵教學手段，然而僅依靠常規實驗教學手段，已無法滿足新時代背景下復合型、綜合型人才的培養［13-14］。因此在教學實踐過程中，實驗室逐漸融入小型局域網、電子教室軟件、智能黑板、QQ學習群、實驗微課、網絡學習平臺和虛擬仿真實驗等一些現代化實驗教學手段。

2.1 小型局域網建設

實驗室網絡建設是實施多種新型教學手段的基礎［11］，目前本實驗室已建成小型局域網，布局圖如圖3 所示。主控室網絡端口通過網絡交換機與6 間教室的網絡端口連接，每間教室的智能黑板和電腦再通過路由器連接網絡端口與主網絡相連，從而構成小型局域網，實現所有電腦和網絡互聯互通。小型局域網配合其他教學手段可實現機能實驗教學中的計算機管理、示范教學、觀摩教學、學生實驗監看、教學錄像播放、語音廣播、數據傳輸和打印等功能。

圖3 實驗室小型局域網布局圖

2.2 電子教室軟件應用

在小型局域網建設成功的基礎上，實驗室引入電子教室軟件（見圖4），分別在主控室電腦和學生實驗室電腦安裝軟件的教師機端與學生機端。通過電子教室軟件，實現視頻播放、語音廣播、實驗監看和文件傳輸等功能。例如，教學實踐中可以通過語音廣播提醒實驗室所有學生注意實驗過程中其他班級出現的問題；還可以監看學生實驗進展，且防止學生進行瀏覽網頁等與實驗無關的操作。

圖4 電子教室示意圖

2.3 QQ學習群建立

基于騰訊QQ 軟件的普及性，為保持教學過程的持續性，建立了生理學習QQ群（見圖5），學生在學期初加入，課程結束時退出。老師可在學習群發布學習計劃、上傳實驗視頻和文件、布置作業或隨時在線輔導答疑等；學生可在學習群隨時就課程疑難點提問，或查看老師發布的公告、視頻、文件或鏈接等。QQ學習群的建立，豐富了線上實驗教學過程。

圖5 生理學習QQ群

2.4 智能黑板使用

實驗室引進智能黑板替換傳統投影儀，可實現教學筆記掃碼帶走、電腦或手機內容投屏顯示等功能，可為快速解決實驗教學過程中臨時出現的問題提供有效手段，也可為基于PBL教學法和翻轉課堂等教學模式的課程改革提供有效輔助。例如，在教學實踐中，老師實驗示教過程投屏顯示，解決了因學生人數多、可視區域小導致的不能清楚觀看示教內容的問題；各實驗小組的數據采集圖等實驗結果傳屏至智能黑板，分屏顯示后進行對比和分析，及時發現共性問題，利于尋找原因并予以解決。

2.5 實驗微視頻錄制及多方式共享

因受課堂時間限制，老師的實驗課堂講授時長與學生的課堂操作時長存在沖突，而學生課前觀看實驗視頻、老師課堂專注重點講解是有效的應對策略。目前共錄制醫學生理學實驗微視頻30 個，囊括大部分實驗項目，涵蓋儀器設備和手術器械的使用方法、實驗動物的基本操作以及實驗項目的操作過程。

實驗微視頻已上傳至騰訊視頻平臺，可在線觀看，如醫學生理學實驗spoc15-兔基本操作［見圖6（a）］。也可以通過超星網絡學習平臺學銀在線［見圖6（b）］或者手機客戶端學習通進行學習。課前老師通過QQ學習群上傳實驗視頻、發布騰訊視頻鏈接并開放學銀在線學習平臺，學生可隨時隨地自由選擇3 種方式之一完成在線自學，掌握相關實驗理論和實驗技術細節，為課堂實踐操作節約時間。

圖6 實驗微視頻線上學習平臺

2.6 虛擬仿真實驗項目建設

實驗教學中醫學倫理、實驗課時、教學成本、教學資源和大型儀器限制等多方面的因素，決定了在醫學機能學實驗室建設虛擬仿真實驗項目具有重要意義，有助于充實實驗內容和項目，加強學生的實驗技能和理論知識［10，12］。目前實驗室購置商品化機能學虛擬仿真實驗項目10 項，可通過線上平臺“蘭州大學基礎醫學院虛擬仿真實驗教學中心”觀看（見圖7）。此外，自主設計虛擬仿真實驗項目2 項，后期也將進一步擴大自主建設項目的數量和范圍。

圖7 虛擬仿真實驗項目建設

3 全方位的實驗教學過程

管理規范、內容豐富、結構優化的實驗教學過程可為學生的實踐能力、科學思維和創新意識的培養創造有利條件［15-16］。本實驗室醫學生理學實驗目前開展1次演示性實驗項目，主要內容為觀看實驗錄像實驗動物基本操作技術以及演示生物機能實驗系統軟件的操作和數據的采集、處理及打印，幫助學生快速了解生理學實驗中實驗動物和儀器的基本操作。其他的實驗項目類型，即驗證性、演示+驗證性、綜合性和設計研究性實驗均通過線上、線下教學相結合的混合式教學方式開展實驗教學，全方位覆蓋實驗教學的課前、課中和課后整個過程。

3.1 驗證性、演示+驗證性及綜合性實驗項目的教學過程

驗證性、演示+驗證性及綜合性實驗的教學過程相似，如圖8 所示，包括課前網上預習、課堂現場教學和課后知識鞏固3 個環節。各個環節借助不同的實驗教學手段，環環相扣，在相互促進中完成整個實驗教學過程。

在課前網上預習環節，老師通過QQ 學習群發布課前預習任務，并以上傳實驗視頻、發布視頻鏈接和開放網絡學習平臺3 種方式發布有關實驗項目和儀器使用微視頻，學生自由選擇方式完成課前預習，并就視頻觀看中產生的疑問通過查閱課本或QQ學習群互動交流得到解答。學生通過網上預習，既了解了基本的知識理論和實驗操作，又充分調動了其課堂操作體驗的積極性。

圖8 驗證性、演示+驗證性和綜合性實驗項目教學過程示意圖

在課堂現場教學環節，老師在較短時間內對該次實驗課程的疑難點和關鍵內容及操作注意事項進行重點講述，并對代表性實驗項目，特別是學生首次接觸某種動物的實驗項目開展課堂示教實驗，以進一步規范實驗操作。此后，學生課堂實踐操作，完成實驗項目，記錄和處理實驗結果，并利用局域網打印結果圖片。在學生進行實驗操作的過程中，老師利用電子教室軟件監看實驗進展，同時通過現場交流、語音廣播、智能黑板演示等多種方式與學生互動，及時發現并解決問題。

在課后知識鞏固環節，學生通過學習相應的虛擬仿真實驗項目，鞏固本次實驗知識；學生針對本次課程內容疑難點通過QQ 學習群在線提問，老師在線答疑指導，同時老師通過QQ 群分享最新研究進展和前沿實驗技術，豐富學生課后知識；學生通過書寫實驗報告將理論知識和實踐操作有效結合，有利于學生理解和鞏固相應的知識點。

3.2 設計研究性實驗項目的教學過程

設計研究性實驗，包括課前調研、課堂互動和課后提交報告3 個環節（見圖9）。在課前調研環節，老師在課前2 周通過QQ 學習群布置實驗設計任務，學生以實驗小組為單位進行分工、查閱文獻、設計實驗方案并制作PPT。在課堂互動環節，各實驗小組選定的講解人臨時扮演“老師”，利用PPT展示并講解本小組的設計方案，小組其他成員扮演“助教”進行補充；其他小組針對方案的優缺點和疑惑提問，進行討論互動；最后由授課老師點評并在所有小組完成匯報后進行總結，表揚各小組設計方案的優點，解決學生方案中存在的問題。在課后環節，各小組針對課堂討論內容重新修改設計報告，并可通過QQ 學習群向老師咨詢和交流，最后完成設計報告并提交。設計研究性實驗教學過程實現學生學習過程從“被動接收”到“主動參與” 的轉變，并培養學生的科學探索精神。

圖9 設計研究性實驗項目教學過程示意圖

4 實驗教學改革的思考

在以后的實驗教學中，實驗室將進一步通過合理的實驗項目設置和有效的教學方式調整，充實和完善醫學生理學實驗教學過程，以期進一步提高實驗教學質量，并對其他學科的實驗教學改革提供借鑒和指導。根據當前的實驗教學經驗，并基于實驗教學以實踐操作為主的特點，在生理學實驗教學實踐中將探討如下改革和調整：①隨著電腦和手機等電子設備的普及，將探討取消演示性實驗項目內容，相應內容以課前線上教學方式進行，項目調整為訓練動手能力的實操性實驗項目。②將部分驗證性實驗項目在實驗課學時允許的范圍內進行組合、優化或更新，以提高綜合性實驗項目比例并引進前沿實驗技術，更有利于培養學生的綜合能力。③目前開設的設計研究性實驗項目由于受到課次和課時限制，僅存在設計環節，缺乏實踐操作環節。探討增加一次設計研究性實驗的課次，學生可針對設計報告的內容，自行開展一次全程參與的實驗項目，充分發揮積極性和能動性，有利于進一步增強實踐技能和創新意識。④鑒于對醫學倫理和實驗動物福利的重視，部分雖典型但實驗過程中動物較痛苦的實驗項目，如去大腦僵直實驗，探討將其以實驗微課、虛擬仿真實驗和PBL教學法相結合的混合模式代替傳統的課堂教學，引導學生主動學習，既保證學生掌握該內容的基本操作，又培養學生的創造性思維和綜合素質。

5 結 語

本校醫學機能學實驗室對傳統實驗教學模式進行了改革，經過多年探索，開設的各門實驗課程，特別是生理學實驗課程的教學模式，形成了多樣化的實驗項目類型與混合式的實驗教學手段的有效融合。教學實踐證明，改革后的實驗教學模式極大地提高了學生學習的積極性，有效地提升了實驗教學質量，有利于“雙一流”建設背景下綜合型、創新型醫學人才的培養。醫學機能學實驗室將進一步通過合理的實驗項目改革和現代化實驗教學手段的融入，在教學實踐中持續探索，不斷提高實驗課程教學效果。