基于科研創新能力的免疫學實驗教學探索

劉勁峰 張 軍 張軍峰

南京中醫藥大學醫學院·整合醫學學院 江蘇南京 210023

免疫學是醫學院校學生必修的基礎醫學課程,是理論性與實踐性極強的基礎學科。由于免疫學內容理論性強,難度大,是較為抽象的課程,因此免疫學實驗教學對于鞏固理解免疫學理論知識尤為重要[1]。此外,免疫學實驗教學有利于培養學生的科研能力,幫助學生深入了解免疫學技術的應用,將理論與實踐相結合,是提高學生綜合素質的重要途徑。傳統的免疫學實驗授課存在許多問題,教師講授實驗目的、實驗原理、實驗步驟、注意事項等,簡單演示操作步驟或播放操作視頻,教師授課模式單一,教學手段落后,學生注意力不集中,互動性差,使得學生只能被動地去接受知識,不利于調動學生學習的主觀能動性以及創新意識,缺乏嚴謹的科研素養的培養。免疫學實驗的教學質量將影響學生對免疫學理論知識的掌握和實踐應用,要提高學生對免疫學的興趣,提高免疫學的實際應用水平,就必須對免疫學實驗的課程進行改革。南京中醫藥大學免疫學教研室近年來基于科研創新能力培養為目標,對免疫學實驗課程的教學模式、教學內容和教學手段開展了一系列改革與探索。為了培養學生的科研思維和創新能力,引入臨床案例,通過以問題為中心的PBL(Problem-Based Learning)教學方式聯合團隊式學習方式為主的TBL(Team-Based Learning)教學方式,結合虛擬仿真實驗教學手段,全方位對免疫學實驗課進行教學改革。本次教學改革促進了科學研究與教學的緊密結合,培養了學生的科研思維和創新能力。

一、實驗教學模式的改革

在原有的以“教師講授為主,學生操作為輔”的教學模式基礎上引入PBL結合TBL教學法。PBL全稱為“Problem-Based Learning”,中文翻譯為“以問題為基礎的學習”,又稱“問題導向學習”,是1969年由哈佛大學醫學院神經病學教授Howard Barrow首創的教學模式[2]。PBL教學方法是把學習融入一定的情景中,學習者根據提出的“問題”在課前收集資料并合作討論學習,在課堂中就提出“問題”來進行討論從而得出結論。它的優勢在于PBL教學方法不同于傳統“說教”的教學方法,而是通過圍繞問題來展開學習的過程。最后學生利用獲取的知識去解決問題,從而提高學生解決問題和自主學習的能力。教師在教的過程中只充當配角,起到一定的指導作用。這種教學方法尊重學生的主體性,注重培養學生自主學習的能力。伴隨著醫學學科的發展,學科的分類變得更加精細,新的理念也隨之出現,這給醫學專業的學生帶來了更高的需求。免疫學實驗PBL教學法通過圍繞臨床案例,以免疫學問題為基礎,學生為主體進行自學討論匯報,在解決問題的同時培養科研創新能力。它的特點是突破了學科的邊界,以問題為核心來編寫教學內容,將學生作為教學的主要對象,而教師則是作為一個指導的角色。PBL教學在世界范圍內越來越為人們所重視,已成為一種新的醫學教育發展方向。目前,在免疫學實驗教學中,仍然是一種以教師授課為主要內容的教育方式。因此,這對于激發同學們的主動性和培養學生的科研思維非常不利。同學們的創造力受到了一定程度的限制,從而影響到了課堂的質量和效果。因此,唯有將PBL教學方式引入課堂中,才能將同學們的積極性完全地激發起來,從而提高他們對知識的了解程度,提升他們的科研思維和創造性。

在免疫學實驗授課前,教師將每節課案例及問題分配給各小組的學生,同學們在課外的活動中,運用收集的材料、分組的方法,在課堂上對病例和問題進行報告和解釋。以用間接免疫熒光法檢測抗核抗體實驗為例子,將病例及問題安排在以下幾個方面:一例病人采用免疫熒光法檢測:血清中抗核抗體11000;腎臟組織切片:透射電鏡下,在腎小球毛細血管內皮下、基底膜和系膜內有大量的高密度的電子物質。診斷:系統性紅斑狼瘡。通過上述臨床案例,我們提出以下問題:(1)系統性紅斑狼瘡的免疫病理過程是怎樣的?是哪一種類型的過敏?(2)根據患者的病歷和臨床表現,通過什么指標指示確診率較高。(3)說說你所知道的關于抗自身抗原物質的抗體。學生可以利用搜索到的數據,系統地對各種疾病進行解釋,并以病例中病人的癥狀為依據,與實驗室的測試結果相配合,來判定病人屬于典型的系統性紅斑狼瘡。這樣可以讓他們樹立起自己的臨床思考方式,為以后的臨床和科研工作打下良好的基礎。通過對系統性紅斑狼瘡發生機理的學習與探討,可以加強對超敏反應等相關免疫學知識的認識。在檢驗結果中加入抗核抗體的檢測,可以幫助學生更好地認識到免疫學的作用,從而提高學生對免疫學的學習熱情。

TBL全稱為“Team-Based Learning”,中文翻譯為“團隊式學習”,是由美國俄克拉荷馬州立大學的教授Michaelsen LK于2002年正式提出。它是在PBL基礎上衍生的一種更注重學生團隊合作精神及注重人的創造性、靈活性與實踐特點的教學模式[3]。TBL教學方法以團隊教育為核心,將各個班級分成若干個團隊,團隊成員共同參與學習,從而達到最終解決問題的目標。TBL教學方法有助于提高學生的自學、交流、表達、理解和解決問題的能力。此外,還有利于學生對免疫學基礎知識的理解和掌握,并且增強學生的團隊協作精神和集體榮譽感。采用PBL與TBL相融合的方法,可以讓同學們更加重視小組協作精神,在他們進行問題剖析和討論的過程中,還可以對他們所學到的有關免疫學的理論知識進行復習,并將理論、實驗和實際案例有機地聯系起來,從而使免疫學的實驗課程變得更加充實,并且能夠培養學生對臨床問題的科學思維和創新意識。

在免疫學實驗教學中,在進行常規實驗操作的同時,還要了解實驗的基本原則,明確實驗步驟,分析實驗結果。PBL聯合TBL的教學方式要求在實驗開始前,學生需要通過互聯網或者查找相關文獻從而將實驗原理、實驗步驟等資料收集整理好。在實驗開始的時候,教師與同學們一起把實驗中所要用到的試劑耗材和儀器設備都準備好,并且需要教師講解它們的清潔和滅菌的方式及儀器的使用說明。在實驗過程中,教師要安排好學生的分組和討論,并且示范實驗儀器的操作方法和注意事項,然后讓學生自主進行整個實驗的操作流程。該方法不僅有助于提高學生的科研水平,而且有助于他們在今后的工作中更好地應用于實踐。

二、實驗教學內容的改革

免疫學實驗課不僅涵蓋了理論課的內容,而且比理論課要更加復雜。免疫學實驗內容必須符合本科生的理論基礎內容,并且在有限的學時內,每個實驗內容都必須盡量具有代表性,可以幫助學生對理論課上重難點知識的理解,保證實驗內容的創新性和實踐性。因此,教研組更新和精簡了目前的免疫學實驗教學內容。免疫學實驗作為生物技術實驗的分支之一,采用“大細胞”法、“凝血”法、共沉積法、免疫組化法、酶聯免疫吸附法、酶聯抗體法等實驗理論為基礎[4]。在以往的免疫學實驗教學過程中,通常以講授與之相關的一些實驗內容為主,而關于免疫學理論方面知識的聯系比較薄弱,并且沒有形成完善的教學體系。我們在對免疫學實驗進行內容改造之后,把免疫學的實驗分成了五個主要的模塊,分別是:動物免疫和非特異性免疫功能的檢測;凝集試驗;體液免疫功能的檢測;細胞免疫功能的檢測。在動物免疫和非特異性免疫功能檢測部分,對天然免疫系統以及它所介導的免疫反應進行復習,并與大吞噬實驗和小吞噬實驗相聯系,讓學生對吞噬細胞的吞噬功能有一個更好的了解,將在書本上比較抽象的東西用實驗來進行形象的展示,從而讓學生對它們的了解更加深入。此外,我們可以對凝集試驗和沉淀試驗的試驗數據和反應速度進行分析,從而讓學生能夠更加清晰地了解到,顆粒性抗原的免疫原性強于可溶性抗原。將體液免疫功能有關的細胞因子的研究與直接免疫熒光法檢測抗核抗體的實驗進行相配合的介紹,并將ELISA雙抗體夾心法檢測IL-2的含量與IL-2的研究進展進行比較分析,并將兩者有機地聯系起來,從而提高了學生對免疫學的研究興趣,并深化他們對免疫學理論知識的認知。

三、實驗教學手段的改革

網絡信息等各類新技術的高速發展給人們的日常工作帶來了極大的方便,同時,我們也看到了新技術對教學事業的革新,尤其是“互聯網+”的教學模式更是將教學方式帶入了多元化的發展時期。“雨課堂”是清華自主開發的以PPT和微信為基礎的智能教育平臺,只要“掃一掃”就能進入教室中,參與到課堂中來[5]。“雨課堂”可以提高教師和教師的交互能力,讓同學們更加方便地進行學習。在課前,利用雨教室的形式,將試驗案例及預習PPT發給學生,讓他們在課下可以對這些案例展開探討,并提前學習課程的知識。在上課的時候,教師可以將課件與雨教室進行同步,學生可以用二維碼來實時地在微信端觀看課件,并且還可以回看已經講解過的課件內容,這樣可以讓學生對課程中的知識及時地進行復習,并且讓他們清晰地了解整個課堂學習過程,從而有利于掌握每次實驗的完整過程以及完善自己的實驗報告。從學生提交的實驗報告可以發現,通過查閱資料和提前預習,學生可以較好地完成實驗設計,并且實驗內容更加豐富和完善。通過“雨課堂”智能教具的運用,使學生的學習熱情、主動性得到了極大的提升,教師與學生之間的交流也得到了很大程度的加強,從而改善了我們的教學質量。

我們學系建立了炎癥因子風暴防治虛擬仿真實驗,本實驗虛擬仿真醫院和實驗室免疫檢測,突破時空限制,通過虛擬構建多個仿真場景:臨床常規觀察與檢測,臨床血液樣本采集與實驗室處理、MSD電化學發光免疫檢測原理、方法與操作、清肺排毒湯治療,特別是通過展示實驗室操作細節原理,幫助學生真正理解實驗室操作的微觀原理,從而更好地把握實驗操作細節的準確性。學生通過全場景的無縫對接操作,體驗中醫藥臨床科研的設計思路和方法,培養學生自主學習和科研創新能力。通過使用虛擬仿真實驗技術,對實驗過程、實驗儀器展開了模擬,它擁有直觀性、共享性等優勢,讓學生在線上就可以學習到相關的實驗知識和技術。另外,在缺少相關設備和藥劑或者不具備實驗條件的情況下,教師也可以借助虛擬仿真實驗來拓寬他們的眼界,提高他們對免疫學的興趣,培養學生的職業道德和科研創新能力。

四、討論

在PBL聯合TBL教學模式的實踐應用過程中仍舊存在一些問題。站在學生的立場上來說,他們的個人認知有限,水平參差不齊,所以在上課之前一星期甚至更久的時候,就必須要建立起一個討論學習小組,然后再去查找一些相關的材料來做好充分的前期工作,這樣需要花費學生很多的時間。因此,教師要跟學生一起來解決這些問題,教師要對PBL聯合TBL教學模式有更深的認識,并且要在上課的時候,把PBL聯合TBL教學模式應用到他們的教育當中,從而讓他們對PBL聯合TBL教學模式產生濃厚的興趣,從而提升他們的教學效果。同時,學生也要積極地參加到活動當中,并在活動中不斷地提升自己的能力,在進行上課之前的預備工作時,要盡可能地將一些沒有必要的環節去掉,這樣才能更有效地進行預備工作,從而節省了大量的時間,同時還能提升學習的效果。實踐表明,PBL聯合TBL教學模式是一種新型的教學方式,它與常規開展的教育方式和觀念有很大的區別,它強調的是學生的主體性。盡管它還會有很多問題,但伴隨著PBL和TBL教學模式的持續發展與改進,所有的問題都會被一一克服。而且,PBL聯合TBL教學模式對于提升學生的整體素養和問題的處理能力起到了很大的促進效果,它與常規的免疫學實驗的教學方式相比,有著很大的優越性。此外,虛擬仿真實驗的使用可以解決部分免疫學實驗對實驗條件和實驗試劑的苛刻要求,讓學生可以接觸并完成更多有意義的實驗。因此,在當前的條件下,免疫學實驗可以逐步轉向PBL聯合TBL教學模式,并結合虛擬仿真實驗教學手段,從而激發學生的學習熱情,激發他們的積極性,提高學生的科研素養和創新協作能力。

結語

通過對免疫學實驗教學中的實驗教學模式、實驗教學內容,以及實驗教學手段進行改革嘗試,發現相比于往屆學生,本屆學生對免疫學實驗課程的興趣更強,對免疫學理論知識的掌握更好,對教學滿意度也有顯著提升,取得了良好的教學效果。我們仍會不斷探索,尋求免疫學實驗課程教學更為優化的改革方案,為培養具有較高科研素質的醫學生打好基礎。