醫學免疫學實驗教學改革與探索①

任書榮 閆志勇 張 蓓 王秋波 王 靜 呂 銳 張艷麗（青島大學基礎醫學院，青島 266071）

實驗教學是醫學免疫學教學中的重要環節，通過實驗教學可加深學生對理論知識的理解，提高動手操作能力。現代免疫學檢測技術正在不斷發展和完善，已經成為當今生命科學主要的研究手段之一，為病原體檢測和免疫功能判定提供了重要的方法和手段［1］。適時將先進的免疫學檢測方法引入實驗教學可提高學生的學習興趣、開拓其科研思路、提升其創新能力。本實驗室針對傳統免疫學實驗教學過程中存在的部分教學內容陳舊、新技術新理論滲透不足、學生實驗成績區分度不高等諸多問題，多年來不斷對免疫學實驗教學進行探討、改革和完善，旨在形成一套行之有效的新型免疫學實驗教學模式，調動學生對免疫學實驗課程學習的積極性、主動性，增強學生的科研思維能力和解決實際問題能力，提高學生的綜合素質［2-3］。

1 保留經典，夯實基礎

傳統的免疫學實驗包括凝集反應、沉淀反應、補體參與的反應和中和反應實驗，這些實驗在免疫學發展過程中發揮了重要作用，是各類現代化檢測方法的基礎，其中許多實驗方法因存在測定靈敏度低、操作繁瑣、重復性差、耗時長等局限性，實際應用日益減少，逐漸被現代化免疫標記技術所取代，但也有些檢測方法有其不可替代的一面，迄今仍有廣闊的應用空間［4］。各院校實際開展的此類免疫學實驗項目有所不同［5-6］。本實驗室本著保留經典，對學生進行強基訓練的目的，保留血型鑒定實驗、對流免疫電泳實驗和補體參與的溶血實驗，讓學生實際操作，使學生充分掌握凝集反應、沉淀反應、補體溶血反應的本質，了解凝膠的性質、制備過程和電泳的基本操作技術，融會貫通蛋白質兩性電離的特點、電泳過程中電場力和電滲的影響等多學科知識，為將來進一步學習深造打下基礎。刪除單相免疫擴散實驗、雙相免疫擴散實驗、試管凝集反應等實操實驗，改為示教形式，使學生能夠在較短的時間內了解實驗原理及應用即可。

2 增加流式細胞術檢測T細胞亞群實驗

流式細胞術（flow cytometry，FCM）是基于流式細胞儀的一項快速、精確、高通量針對顆粒性物質的特征和功能進行多參數定性、定量分析和分選的新型技術。隨著學科的交叉和融合，FCM 已經成為當今生命科學研究和實踐中不可或缺的重要手段，FCM 作為一項重要的新型免疫學實驗技術有必要傳授給學生［4］。鑒于此，本實驗室積極向學校申請購買流式細胞儀和相關試劑，結合本學科內容，開展T細胞亞群檢測實驗項目。通過該實驗不僅使學生了解FCM 這一先進的技術，還可使學生充分理解和掌握淋巴細胞表面標志、單克隆抗體和CD 的概念，以及T 細胞亞群的分類依據等免疫學基本理論知識。此外，鼓勵學生積極獻血，鼓勵學生親自動手采集同伴血液進行實測，通過檢測自身免疫功能，將所學理論知識實際應用于自身免疫功能的分析，極大地提高了學生的參與感和興趣。

鑒于流式細胞儀儀器精密、價格昂貴且數量有限的實際情況，實驗過程中采用不同實驗小組錯時、輪流進行實驗操作的方式。帶教老師集中講解儀器操作方法和注意事項，首先指導第一個實驗小組實際操作，之后由前一個小組指導下一個小組進行操作，教師總體把控，保障實驗順利進行。通過這種方式可使每個學生均能對FCM 有切身的體會，并增強學生學習的積極性，探索“以學生為中心”的免疫學實驗教學模式。對于新型實驗技術，百聞不如一見，本實驗室通過FCM 檢測T 細胞亞群實驗，使學生對“高大上”的流式細胞儀輸出的圖像有了實質性的直觀認識，極大地提高了同學們對實驗結果的分析能力，使學生在基礎教育階段真正地學習到將來用得上的技術，對于文獻的閱讀和理解將起到較大的幫助作用。

3 改進吞噬細胞吞噬功能檢測方法

傳統檢測吞噬細胞吞噬功能的實驗是將待測細胞和細菌、雞紅細胞或酵母細胞等顆粒性異物混合孵育、涂片、染色，在光學顯微鏡下觀察并計數吞噬細胞及吞噬的異物，通過計算吞噬百分率和吞噬指數反映待測細胞的吞噬能力。該實驗操作繁瑣，結果不穩定，學生在有限的實驗課時內較難獲得理想結果。本次教學改革中，教研組自創性地采用綠色熒光蛋白標記的大腸桿菌DH5α（GFP-DH5α）作為吞噬顆粒，讓學生實際操作測定巨噬細胞的吞噬功能。GFP-DH5α 可長期傳代培養，易于獲取，待測細胞吞噬該菌后，無需染色，可直接采用熒光顯微鏡觀察吞噬細胞的吞噬現象（圖1）。與傳統的吞噬實驗相比，其操作步驟簡單，結果穩定，不存在染色深淺不一造成的誤差，除可用熒光顯微鏡觀察結果外，還可使用流式細胞儀定量分析吞噬細胞吞菌能力。同學們親自在熒光顯微鏡下觀察到被吞噬的發出黃綠色熒光的GFP-DH5α如茫茫太空中的繁星閃爍，非常興奮，極大地提高了學生的實驗興趣和課程的吸引力。本實驗融合了免疫學和微生物學知識，在融合性、創新性實驗方面進行了有益的探索。

圖1 巨噬細胞吞噬GFP-DH5α實驗Fig.1 Manifestation of macrophage phagocytizing GFPDH5α

4 加強生物安全知識培訓和日常病原生物學實驗室規章制度的執行考核

生物安全意識是醫學教育者的基本素養之一。隨著全球重大衛生事件的頻繁發生，國家和相關部門不斷出臺政策、制定規范、加強管理。免疫學實驗過程中經常用到一些臨床采集的血清或全血標本，這些標本可能存在活的病毒、細菌等，具有潛在的傳染性風險。由于學生對其中的病原微生物的危害認識不足，易將免疫學實驗等同于其他普通操作性教學實驗，在實驗活動過程中常常忽視自我防護和對環境的保護意識［6］。因此，在實驗開始時，教師即向學生講授生物安全知識，強調病原生物學實驗室規章制度，并將其執行情況列為日常考核指標，根據課堂紀律、實驗室管理制度的執行、垃圾分類及污染物品處理等情況，由實驗室技術人員在實驗課結束時以班級為單位給各班評分，作為平時分數的一部分計入課程總成績。免疫學實驗過程涉及損傷性實驗，如血型鑒定，指導學生嚴格進行傷口消毒、包扎，戴一次性橡膠手套進行下一步實驗操作，保護自身安全，防止疾病的傳播。

5 引入形成性評價考核模式

傳統的免疫學實驗教學從屬于醫學免疫學課程，實驗成績作為醫學免疫學成績的一部分，在整個課程總成績中占比較低（10%～20%）［7-8］。實驗考核方式多以實驗報告和課堂出勤為主，一般要求學生課下完成實驗報告，并在規定的時間內提交。存在部分學生為獲得較高成績篡改實驗數據或抄襲實驗結果較好同學實驗報告的情況，教師很難辨別，造成大部分學生實驗報告成績得分較高，主要集中在81～90 分和91～100 分，學生之間成績區分度很小（圖2A），導致學生對實驗課不重視。為改變這種現象，本校教學改革中將免疫學實驗和微生物實驗合并為一門獨立的病原生物學實驗課程，該實驗課程單獨計分和考核，成績由平時成績（50%）和期末實驗考試成績（50%）組成。平時成績包括綜合素質成績（10%）、虛擬實驗成績（15%）和實驗報告成績（25%），綜合素質成績根據課堂紀律、實驗室管理制度的執行、衛生值日、垃圾分類及污染物品處理、實驗報告是否按時提交等進行評價，虛擬實驗測試在線進行，實驗報告成績由帶教老師批改得出。期末實驗考試均在每班最后一次實驗課進行，包括筆試和技能測試，實驗考試內容由具有多年教學經驗的教師根據教學大綱要求組建試題庫，考試采用從題庫中隨機抽取試卷的方式，以避免出現不同班級試題重復和泄題的現象。

圖2 2021年度各專業免疫學實驗報告成績（A）和實驗期末考試成績（B）分析Fig.2 Analysis of scores of experiment report（A）and terminal examination（B）of Immunology in different majors in 2021

通過對不同專業學生的免疫學實驗期末考試成績進行統計分析，發現各專業學生的成績基本呈正態分布，各分段內均分布一定比例的學生（圖2B）。與實驗報告成績相比，采用多題多卷實驗考核形式明顯提高了不同學生之間實驗成績的區分度。通過對不同專業學生的成績進行分析對比，可了解各專業學生的學習情況，反饋教師的教學質量，以便在今后的教學過程中進行修正。分析本次考核結果數據發現，臨床醫學專業學生中，八年制學生的成績較五年制學生偏低，高分（91～100 分）頻次的學生比例減少，而低分（0～60 分）頻次的學生比例增多。然而八年制臨床醫學生的入學成績明顯高于五年制，一年半過后成績卻出現下滑，其中原因需要引起教師的重視與思考。通過任課教師與學生座談溝通，發現主要是因為八年制學生為本碩連讀，沒有進一步的升學壓力而放松了對自己的要求，需要教師幫助學生樹立正確的觀念，告誡學生免疫學實驗是科研訓練的必備基礎課，對進一步深造的學生來說尤其重要，引起學生足夠的重視。首次實驗時即告知學生這種考核方式，提高了學生學習的積極性和主動性。

6 分層拓展

為使學生獲得更多實踐機會，本實驗室鼓勵學有余力的學生參與實驗教學準備工作和申請創新性開放性實驗。歡迎學生來實驗室和實驗教師共同對將要開展的實驗從實驗目的、實驗材料、實驗步驟等多方面進行討論、設計和預習，分析預實驗過程中出現的各種現象及原因，從而增加學生實驗操作機會，了解課堂實驗背后實驗材料和試劑的獲取方式，提高分析問題和把控全局的能力。實驗室還為具有創新創業熱情的大學生提供實驗操作平臺，開展創新創業課題的研究。教師指導學生運用所學醫學專業知識，提出自己感興趣的免疫學問題，通過查閱相關資料并結合實驗室具體條件進行實驗設計、撰寫開題報告，在教師的指導下進行具體實驗操作，獲得實驗結果并撰寫結題報告，這種開放性實驗可提高學生的團隊協作能力和科研創造力。

7 結語

免疫學實驗技術在基礎研究和臨床應用中均占有重要地位，本校基礎醫學實驗教學中心不斷探索更適合醫學生免疫學實驗教學的新模式。在實驗內容方面，分別選取各類傳統實驗中1～2 個經典實驗讓學生親自動手操作以進行強基訓練，同時緊跟時代發展，增加流式細胞術實驗，加強科研和高技術領域訓練，改進吞噬細胞功能檢測實驗培養學生的創新意識。在此基礎上進行分層拓展，鼓勵學有余力的同學發揮主觀能動性，參與實驗教學準備工作與創新性實驗，增強科研素質能力的培養。實驗過程中重視生物安全知識培訓，并引入形成性評價考核模式。新型教學模式可促進學生實驗學習的積極性，加強生物安全意識，提高不同學生間學習成績的區分度。實驗教學改革是一個長期不斷實踐和不斷完善的過程，對于其中某些教學環節仍需要加強多學科溝通，增加綜合性實驗，力求提高學生的綜合素質，獲得更好的教學效果［6，9］。