基于虛實結合的病理學多元化實驗教學模式的探索與實踐

謝桂珍，黃文文，董繆武，任傳根，林刻智

（溫州醫(yī)科大學，浙江 溫州 325035）

病理學是研究人體疾病的病因、發(fā)病機制、病理變化、結局和轉歸的基礎醫(yī)學學科[1]，實驗教學作為病理學課程的重要組成部分，是學生鞏固理論知識、培養(yǎng)創(chuàng)新精神和能力的重要環(huán)節(jié)[2-3]。然而，隨著高等教育改革的逐步深化，傳統(tǒng)病理學實驗教學面臨巨大的沖擊和挑戰(zhàn)。教學資源短缺，教學形式單一，病理學相關實驗技術耗時長、危險系數(shù)高、難度大，以及實驗與臨床病理診斷脫節(jié)等難以克服的問題，影響了學生的學習熱情和實驗教學質量[4-7]。網(wǎng)絡學習可以有效整合病理學理論教學與實驗設計，為傳統(tǒng)實驗教學向創(chuàng)新性實驗教學的過渡提供契機。本文以“急性酒精中毒”為主題，圍繞教育理念、教學內容、教學模式和學習方式展開探索，進行線上虛擬仿真技術和線下開放性實驗虛實結合的教學，達到了令人滿意的教學效果。

1 更新教育理念，深化病理學實驗教學改革

在新時代背景下，培養(yǎng)什么樣的學生以及如何培養(yǎng)學生，需要教師不斷思考，更新教育理念，樹立新的教學觀和人才觀。中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發(fā)的《關于深化教育體制機制改革的意見》提出，教師應該加強實踐育人，強化學生關鍵能力、核心素質培養(yǎng)，重點培養(yǎng)適應社會發(fā)展需要的創(chuàng)新性人才[8]。《中國教育現(xiàn)代化2035》強調要利用現(xiàn)代技術加快推動人才培養(yǎng)模式改革，實現(xiàn)規(guī)模化教育與個性化培養(yǎng)的有機結合[9]。通過信息化教育，可以讓現(xiàn)實條件下無法實現(xiàn)的互動式、開放式、拓展式實驗教學成為可能。

“急性酒精中毒”是《病理學》教材（人衛(wèi)版，8 版）新增章節(jié)“環(huán)境和營養(yǎng)病理學”內容，目前因環(huán)境污染、職業(yè)因素、醫(yī)療引起的健康損害已成為備受關注的社會問題，也是病理學的重要內容。但是，受學時所限，這部分內容往往由學生自主學習，教師基本不予講授，導致學生學習動力不足，對相關疾病的發(fā)病機制、病理變化及病理與臨床的聯(lián)系等缺乏直觀的認識，從而忽視了急性酒精中毒給社會帶來的重大危害。基于此，我們運用虛擬仿真技術，通過3D 動畫模擬急性酒精中毒病人發(fā)生交通事故后急診入院過程，激發(fā)學生的學習興趣，促進基礎與臨床的良好對接。另外，建立病理數(shù)字切片庫，學生可以通過手機端、電腦端直接觀察急性酒精中毒導致的神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)以及肺、心、腎等器官的病理損傷和形態(tài)學變化。在實驗教學過程中，教師應積極引導學生形成健康的生活方式，激發(fā)對生命的熱愛之情，從而使病理學實驗教學內容變得豐富、飽滿，具有趣味性和延伸性。

2 拓展教學內容，整合基礎醫(yī)學實驗課程

病理學的學科特點是理論與實驗并重，傳統(tǒng)病理學實驗強調形態(tài)學變化，課上學生主要通過觀察大體標本和組織病理切片進行學習，而對前期所學的解剖學、組織胚胎學以及生理學等醫(yī)學基礎知識已有所遺忘。因此，我們建設數(shù)字資源庫，以人體系統(tǒng)器官為框架，按照認知規(guī)律先學習基本器官組織，再認識病變大體組織，然后將病理大體標本與正常人體標本進行類比，觀察區(qū)分鏡下病變組織結構與正常組織切片，從而讓學生進行更為具體、直觀的學習。同時，針對實驗與臨床病理診斷嚴重脫節(jié)問題，如學生只看到了疾病的鏡下形態(tài)學特征，對于冰凍切片、HE 染色和免疫組織化學（熒光）檢測技術等臨床常用的病理學實驗技術知之甚少，我們提出基于疾病整合基礎醫(yī)學實驗課程的做法。運用虛擬仿真技術，結合臨床案例，開發(fā)基于疾病的動物模型，并以此為基礎將病理學與病理生理學、機能學、分子生物學等課程有機結合，從而搭建醫(yī)學基礎課程與臨床醫(yī)學課程之間的橋梁。急性酒精中毒虛擬仿真實驗從整合實驗課程角度出發(fā)，通過設計動態(tài)的病人入院過程，培養(yǎng)學生的臨床思維能力。病人確診后，通過3D 動畫演示酒精代謝途徑，并以急性酒精中毒動物模型為基礎，將冰凍切片技術、免疫組織化學和HE 染色的檢測方法相結合，讓學生在虛擬教學環(huán)境中進行人機交互操作，通過回答問題等方式學習實驗方法，進行實驗操作，并在完成實驗后獲得綜合評價及反饋（見圖1）。將功能、形態(tài)、免疫和病理的細胞與分子機制研究融入病理學實驗教學中，高度拓展了教學內容，提高了實驗教學質量。

圖1 虛擬仿真實驗教學流程

3 創(chuàng)新教學模式，促進線上線下深度融合

開發(fā)病理學虛擬仿真實驗教學平臺，作為線下教學的輔助，是實現(xiàn)現(xiàn)代化信息技術與病理學實驗教學深度融合的有益嘗試[10]。然而，如果只依靠線上虛擬仿真實驗，學生按部就班地完成每一項固定操作，必然導致學生自主意識薄弱、動手能力不足、創(chuàng)新能力受限等。因此，在完成虛擬仿真練習和考核的基礎上，我們針對臨床醫(yī)學專業(yè)本科生和“5+3”臨床醫(yī)學教學改革班學生開放病理學實驗室，指導學生進行病理學臨床常用技術操作訓練。例如，在急性酒精中毒動物模型制作完成后，要求學生通過查閱相關文獻、小組討論等方式，自行設計肝細胞凋亡研究方案并進行實驗探究。學生在這個過程中可以自己控制實驗進程，自主分析實驗結果，撰寫實驗報告，從而培養(yǎng)科研思維和科研興趣。同時，學生通過親手操作石蠟切片機、冰凍切片機、生物組織自動脫水機以及熒光顯微鏡等儀器設備，對病理學實驗技術有了更深層次的認識。

在急性酒精中毒線下開放實驗中，我們開展以問題為導向的學習（PBL），倡導自主式、合作式、探究式實驗教學。學生在保證操作規(guī)范、安全的前提下開展實驗探究，教師不干涉學生的實驗方案，引導學生自主思考，自行解決問題，從根本上改變傳統(tǒng)“灌輸式”病理學實驗教學模式，實施新時代“以學生為中心”的個性化教學方式。例如，學生在設計急性酒精中毒大鼠肝細胞凋亡研究方案并進行實驗探究過程中，小組討論、分工合作，一部分學生查閱相關文獻，一部分學生進行自動冰凍切片機的操作，一部分學生進行HE 染色實驗操作，一部分學生進行免疫組織化學的檢測實驗操作。這有效解決了開放實驗室實驗進程太長、學生課外時間不統(tǒng)一以及時間精力有限的難題，保證了學生對開放實驗室資源的合理有效利用。同時，通過團隊合作方式，組間自由討論，互相質疑，促進了學生思想的交流與學科知識的融會貫通。實驗過程中，學生不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，從而不斷提升思辨能力與科研創(chuàng)新能力。虛實結合的線上線下混合式教學，彌補了傳統(tǒng)實驗教學時間、空間上的不足，創(chuàng)新了病理學實驗教學模式，并達到了較好的學習效果。

4 創(chuàng)新學習方式，完善考核評價體系

4.1 基于互聯(lián)網(wǎng)資源的學習

通過數(shù)字資源庫以及虛擬仿真實驗教學平臺的構建，學生在高度仿真的場景中安全高效地開展練習和考核，不僅能節(jié)省大量時間和費用，還能實現(xiàn)遠程學習，隨時隨地共享資源，從而解決病理學教學資源有限的難題，推動病理學實驗教學的網(wǎng)絡化發(fā)展。利用數(shù)字資源庫，學生可以打破學科和專業(yè)的限制，樹立整合醫(yī)學觀念，理清學科知識之間的聯(lián)系，從而促進對新知識的理解和掌握。在急性酒精中毒虛擬仿真實驗教學模塊，探究性綜合實驗是特色，部分實驗由學生自主設計，將虛擬實驗、實驗原理、實驗報告、實驗自測、教師管理與學生上機操作等結合在一起，力求為學生提供一個直觀、全面、內容豐富的一體化實驗教學管理平臺。學生通過該平臺可與教師互動交流，分享學習經(jīng)驗，隨時能學，隨地可學，打破傳統(tǒng)以課堂為中心的學習模式，獲得很好的學習體驗。

4.2 實驗教學考核與效果評價

病理學實驗教學考核與效果評價主要以學生能力提升和學習體驗為指標，重點考核學生對知識的內化能力，同時提高自主創(chuàng)新能力在課程考核中的比重。能力方面根據(jù)虛擬仿真實驗操作系統(tǒng)評分以及開放性實驗報告綜合考核。在急性酒精中毒虛擬仿真實驗中，每個實驗內容的考核模塊有系統(tǒng)預設的指標，根據(jù)學生操作準確性、操作時間、結果判斷和問題回答等情況，系統(tǒng)自動生成考核結果及結果分析，并即時反饋給教師和學生。學生在完成虛擬實驗后進行開放性實驗操作，通過查閱文獻、小組討論，完成細胞凋亡研究方案設計并提交到系統(tǒng)后臺。教師可以對學生提交的實驗方案、實驗匯報、實驗具體操作以及結果分析報告等進行綜合考核與評價，主要考查學生知識應用、深度學習和自主創(chuàng)新能力。

學生學習體驗采取問卷調查形式，面向2018 級“5+3”臨床醫(yī)學教改班的66 位學生發(fā)放問卷，收回有效問卷62 份。95.7%的學生認為本課程內容（虛實結合實驗、課內實驗、開放設計性實驗）安排合理，92.8%的學生認為整合實驗課程對了解科研實驗原理、提高創(chuàng)新思維能力和知識綜合運用能力有很大作用，90.3%的學生認為線上教學和后續(xù)線下實驗操作等教學環(huán)節(jié)的時間設置合理。另外，85.2%的學生反饋希望能夠加入科技創(chuàng)新團隊，開展課外科研項目訓練。

5 討論

國家始終關注信息化時代學生的需求，而基于虛實結合的教學模式是培養(yǎng)學生綜合能力的重要手段[11]。實行基于問題、案例的互動式、研討式教學有利于學生自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[12-14]。在病理學多元化實驗教學中，數(shù)字資源庫依托以器官為中心的教學模式，整合了病理學與解剖學、組織胚胎學知識，加強了基礎課程之間的聯(lián)系。急性酒精中毒虛擬仿真實驗中通過臨床案例的引入再現(xiàn)臨床情境，將病理學與病理生理學、機能學、分子生物學等課程有機結合，從而構建了基于疾病的基礎醫(yī)學整合實驗課程，拓展了實驗教學內容。線下開放性實驗中，學生運用所學知識和生活經(jīng)驗去思考、體驗、探究，通過不斷討論提升自主創(chuàng)新能力。病理學實驗教學改革雖然取得了一定成效，但如何進一步加強基礎學科之間的有機整合，持續(xù)提高病理學實驗教學效果和醫(yī)學人才培養(yǎng)質量，還需更加深入的探討。