基于線上線下的基礎醫學科研實驗混合式教學模式的實踐與探索*

何志凱 鐘 萍 羅 超 張璟璇

湖北醫藥學院基礎醫學院基礎醫學研究所,湖北省十堰市 422000

基礎醫學是醫學教育與研究的基石,它是醫學學科門類中最重要的一級學科,其主要研究人的生命及疾病現象的本質和規律。醫學碩士研究生是基礎醫學人才培養的重要任務,也是開展基礎醫學研究的主要力量之一。因此,基礎醫學研究生科研能力的培養與提升顯得尤其重要。科研實驗是基礎醫學專業碩士研究生的必修課,其科研能力的形成與提高離不開科研實驗的訓練。為使基礎醫學碩士研究生新生更好地熟悉、了解和投身科研,湖北醫藥學院在基礎醫學研究所科研平臺,以《細胞培養與細胞工程》為主要授課課程,采用線上線下混合式教學的方式,對基礎醫學碩士研究生的培養進行了改革實踐,旨在加強科研能力的培養。

1 基礎醫學科研實驗教學背景

傳統的基礎醫學研究生教學過程以教師為中心,具有重課堂輕實驗室、重知識輕能力、重記憶輕思維和缺乏創新精神與思維整合、科研設計與動手實踐能力的特點[1-2]。醫學碩士研究生融入科研課題中,獨立開展相關課題研究,需具備自主的科研創新能力。為適應這一要求,基于線上線下的科研實驗混合式教學模式,轉向以學生為中心,強化學生自主學習的意識和能力,旨在培養研究生的科研實踐能力和創新能力。

1.1 課程介紹 細胞是組成人體的最小結構功能單元,以細胞為基礎的疾病和機制研究是基礎醫學研究的常用方法。我校《細胞培養與細胞工程》課程,是面向基礎醫學專業碩士研究生新生的公共選修課程之一。本課程系統介紹了細胞培養與細胞工程技術有關的概念、基本原理、操作步驟和關鍵技術以及其在醫學研究和臨床實踐中的應用。這門課對提升基礎醫學專業碩士研究生的知識結構、掌握現代生物技術中的基本實驗技能、培養學生科研創新能力和促進基礎醫學專業研究生融入科研課題實驗具有積極作用。這門課程以線上線下兩種形式開展,其中,線上部分以學生為主導的自學為主;線下部分以教師主導的理論教學和教師引導—學生主導的實踐操作教學兩部分為主。

1.2 研究生基本情況 2022級基礎醫學專業碩士研究生新生中,選修《細胞培養與細胞工程》課程的總人數為47人。為更好地開展課程教學,在教學前對學生的基本專業背景及科研實驗了解和參與情況進行了問卷調查。學生專業背景調查結果顯示,選修這門課程的學生中基礎醫學20人,臨床醫學19人,生物科學5人,其他學科3人,以基礎醫學和臨床醫學專業背景為主。對是否開展過科研實驗進行調查,結果顯示,16人在大學生創新創業計劃和畢業實習中參與過科研實驗項目,其他31人并無實驗室科研實驗訓練經歷,表明在基礎醫學專業碩士研究生開展科研實驗前進行科研實驗課程訓練是很有必要的。對學生是否獨立設計并撰寫過科研項目進行調查,結果顯示,僅有2人在導師的指導下完成過科研項目的撰寫。對學生是否有信心認為自己有能力獨立設計并開展實驗進行調查,共41人參與問卷。結果顯示,絕大多數學生認為自己不能獨立開展科研實驗(26人表示沒有信心,需要導師指導幫助;12人表示:一般,需要導師階段性指導);只有極少數學生對獨立開展科研實驗具有信心(2人表示還不錯,但還需要導師一定指導;1人表示:很好,不需要導師指導)。

1.3 課程目標 通過對選修《細胞培養與細胞工程》課程的學生學情分析,結合課程實際,制定了基礎醫學科研實驗教學的課程目標,主要分三個方面:(1)知識目標:掌握細胞培養技術及實驗設計的理論和方法,了解國內外細胞培養的最新動態和研究進展;(2)能力目標:掌握細胞培養相關實驗設備的使用、能夠檢測細胞的基本生物學特性、能夠綜合分析問題、提出科學假說并設計相應細胞實驗;(3)思維目標:培養科學嚴謹、合作與創新的科研思維。

2 基礎醫學科研實驗教學過程與實踐

2.1 線上教學 線上教學是以學生為主導的自學。線上教學部分,以學生視頻觀摩學習為主,學習時間為線下教學課前或課后。根據線下教學進度安排,使用超星學習通平臺,提前1周發布教學內容,包括需要熟悉、了解和掌握知識點的教學課件和資料;按時發布知識章節的任務點、課后作業和問題討論等。學生利用學習通平臺,參與到課前預習和課后作業和討論中。另外,根據科研實驗課程的需要,提前錄制細胞培養的實踐規范和標準操作步驟流程的微課視頻,并將微課視頻上傳至超星學習通平臺供學生自主進行課前預習和課后復習。

2.2 線下教學 線下教學主要包括以教師主導的理論教學和以教師引導學生為主導的實踐操作教學。其中理論教學共12個學時,分4課次,每次3個學時;實踐操作教學共20個學時,分5課次,每次5個學時。

2.2.1 以教師主導的理論教學:理論教學以常規的課堂教學形式開展,課程的授課內容不參照某一專業教材,而是以今后學生進入實驗室開展相關科研實驗為出發點,以基礎醫學實驗室中常用細胞培養技術為切入口,以點帶面展開教學。其中,授課內容包括課程介紹與學術道德、細胞培養技術與工程的理論知識、細胞培養技術的實驗操作及注意事項和科研倫理與科研實驗設計,共4課次,見表1。學生在前期線上自主學習的基礎上,對所開展的課程內容有了一定熟悉和了解,因此在理論授課過程中更容易接受相關知識。理論課結束后,使用線上超星學習通,結合某一問題進行提問討論,學生在線上進行問題回答。

表1 理論教學課程情況

2.2.2 以教師引導,學生為主導的實踐操作教學:實踐操作教學以學生分組的形式進行,其時間充足,形式自由,授課內容見表2。首先,由多位科研教師進行科研實驗室實的見習講解和示范操作。后續實驗由學生自主完成,包括學生組間分工與合作完成實驗準備、實驗開展、結果分析與處理和實驗報告撰寫。在科研實驗中,學生必須獨立思考,自主實驗;實驗結束后,對實驗的過程展開反思和總結,對學習的過程進行自我評價。在此過程中,科研實驗指導教師保證實驗室運轉,對個別實驗環節和科研問題指導,但不干涉學生實驗。同時,在科研實驗過程中,科研指導教師引導學生遵守學術道德,如實呈現數據,同時做好失敗原因分析,提出優化和改進措施,使學生學會能夠正確面對科研實驗結果。實踐操作教學核心是通過自主實驗使學生系統地整合所學的理論知識和實驗技能,提高知識應用能力和實驗能力。

表2 實踐教學課程情況

3 基礎醫學科研實驗教學效果與評價

3.1 在線學習情況 在超星學習通平臺,對《細胞培養與細胞工程》課程劃分了8個欄目,分別為:教案、章節、資料、通知、作業、考試、討論和統計。其中,教案欄目提供理論課教學講授課件PPT,在理論課程講授結束后,上傳相關課件PPT到學習通平臺,學生根據自身需要,進行再次學習回顧與加深,通過教案上傳再學習的形式促進了學生多元次的學習。章節欄目根據教學內容知識點,以課本章節的形式,按照階段發布學習任務的途徑,供學生學習并記錄學習情況的線上學習部分,章節部分共分3個部分、5個階段13個課時,共35個任務點數。資料欄目為課外知識前沿擴展部分,主要提供了與科研實驗研究相關的研究進展以及相關儀器的使用操作說明,共2個WORD文檔和3個PPT文件。通知欄目為方便相關信息發布設置的部分,主要為課前準備和課后注意事項。作業欄目為根據課程章節知識點設置的線上作答部分,共發放5道題涉及新技術實驗設計、實驗設計能力提升、細胞培養基層、細胞間的使用和細胞實驗設計。考試欄目為實踐操作教學比賽,線上只做分數記錄;討論欄目為開放性答題,并無標準答案,學生根據自身認知自由發表觀點意見,學生參與度達95%以上。統計欄目為線上學習的總分析,見表3。

表3 線上學習情況

3.2 科研實驗開展 基礎醫學專業碩士研究生新生即將進入導師所在課題組,參與相關科研項目。因此,在開展科研實驗前進行相關的訓練是很有必要的。在很多科研院校的基礎醫學實驗室中都存在實驗操作不規范的現象,其原因很多,主要有學生對實驗規范化操作不夠重視、學生的個人不良習慣、實驗教學缺乏統一標準等。科研實驗教學對新生能夠起到很好的示范效果。

實踐教學課程第1次課以科研實驗室基本情況見習為主。首先,學生分組在科研平臺老師的帶領下熟悉認識科研實驗室,主要包括科研實驗室的組成、功能與作用;然后,在實地的見習過程中,科研平臺老師為學生們講解實驗室制度與安全,實驗室安全是開展一切實驗的基礎,所以,在學生進入科研實驗室前樹立安全觀是極其重要的。實踐教學課程第2次課以科研實驗室儀器使用與培訓為主,學會使用科研儀器是實驗成功的基礎,規范化、正確地使用儀器不僅有利于實驗結果的一致性,還能長時間保持儀器的高性能。以基礎醫學研究生科研平臺常用儀器,如高速冷凍離心機、pH計、分析天平、病例切片顯微鏡、熒光顯微鏡、細胞計數儀、PCR儀、生物安全柜、超低溫冰箱、液氮儲存罐、酶標儀、凝膠成像儀、超聲破碎儀等著手,從儀器的組成、結構、功能、性能、工作原理、使用事項、使用注意和問題故障等方面為學生講解并實操演練,學生們根據實際情況上手練習加深了解。實踐教學課程最后3次課,完全以學生為主,學生在開展實驗前,準備無菌環境、細胞培養用液的配制與消毒、細胞的擴增傳代、凍存與復蘇、細胞的轉染和轉染效果的評估均由學生分組合作自行完成,科研平臺教師在此過程中只是輔助作用,最后對學生實驗進行點評和分析。

3.3 教學比賽 教學比賽是培養大學生創新能力的重要實踐活動[3-4]。本次科研實驗混合式教學的最后環節是教學比賽。根據前期課實驗分組,以自由報名的方式,每組選出1位學生作為代表參賽。比賽內容為細胞傳代與細胞計數,具體步驟包括:實驗前無菌條件準備、細胞傳代操作、細胞計數板計數、臺盼藍細胞活性測定、顯微鏡使用及細胞形態觀察、實驗結束整理6個環節。共7組7名學生作為代表實操比賽,每組1位評委老師,比賽時間1h,總分100分,評委老師采用扣分制,對不規范和錯誤操作步驟以每次扣5分的方式計算最終得分。每組代表最終的得分為該組所有學生的最終得分,以權重50%的比例算作這門課程的期末成績。因此,學生對此教學科研實驗比賽非常重視,也準備非常充分,同時內部推選了具有代表性的學生作為參賽代表。通過這種比賽形式的操練,達到了以賽促教的效果,激發了學生的學習熱情。

3.4 學生學習評價 傳統課程教學對學生的評價以期末試卷考試為主,缺乏對學生的過程性評價[5]。再者,學生作為教學參與的主體之一,缺乏教學過程中的參與,缺乏主動性思考,只是對知識點進行乏味的記憶,因此,學生也失去了創新能力。基礎醫學碩士研究生科研實驗混合式教學的學生評價以過程性評價,學生參與為主,極大地發揮了學生自主學習自主思考的能力。學生的最終成績分6部分:線上作業、課堂互動、課堂簽到、線上任務點學習、章節學習次數和比賽成績組成,其中比賽成績權重值占50%,其余部分各占10%,通過加權平均法得到最終總成績,其分布見表4。

表4 學生過程性評價成績組成

4 結語

基礎醫學碩士研究生的科研能力決定著其未來科研發展水平[6-8]。基于線上線下的科研實驗混合式教學模式,從原來單一線下教師主導的實驗教學模式,轉變到線上線下學生主導教師引導的混合式教學模式,從原來的單一、標準化、枯燥的教學知識講解,向能調動學生積極性的線上自主學習、線下自主操練的實驗教學轉變。課程內容和形式,相較于傳統教學有了極大的豐富,學生學習興趣和學習效果都得到了大幅提高。課程結束之后,舉辦以實驗實操技能為主的比賽,不僅起到了鞏固基礎理論知識,還達到了操練實驗技能、調動學生自主參與和創新思維的目的。

通過線上線下的科研實驗混合式教學,基礎醫學碩士研究生能夠快速熟悉實驗室科研工作。同時,規范的實驗技術操作,有利于后期實驗室實驗技術的傳幫帶。其次,新生實踐教學培訓也促進了學生對實驗室日常管理工作的認識。最重要的是,基礎醫學碩士研究生新生的科研能力水平得到了提升,為日后科研實驗的高效開展奠定了基礎。