基于技术创新的医学机能学实验改革

马剑峰， 徐红岩， 马 湉， 张尚立， 江 虹， 马絮飞

(山东大学 a. 医学院机能教学实验室；b.生命科学院， 济南 250012)

基于技术创新的医学机能学实验改革

马剑峰a， 徐红岩a， 马 湉a， 张尚立b， 江 虹a， 马絮飞a

(山东大学 a. 医学院机能教学实验室；b.生命科学院， 济南 250012)

针对医学机能学实验教学改革，新开了具有融合性、创新性实验内容的《机能学融合实验》课，并在药理学、生理学、病理生理学实验课中开展了大量研究性、创新性实验项目。随着改革的深入，无论是实验技术、实验教学环境还是融合性、创新性实验教材建设都远远跟不上实验教学改革的步伐。为此，从实验技术创新、实验教材建设和构建全新实验教学环境三方面入手对实验教学方法、手段和实验教学环境进行了大力度的创造性改革。构建了一个全新的、资源丰富与共享的、互动的实验教学环境；形成了医学机能实验技术大面积优化和系列化改革；建设了与新开课程同步建设、同步发展的立体化机能学创新性融合性实验教材和系列化多媒体视频教材。通过改革，不仅实验教学效果、教学质量、教学效益得到了显著提高，实验教学管理得到了规范，还在实验室形成了一支重视实验教学，热心实验教学改革的创新团队。

医学机能学； 实验教学； 实验教材； 教学环境

0 引 言

我校医学机能学实验教学平台面向医学院、公共卫生学院、口腔医学院、护理学院、药学院5个学院开课，开设有《机能学融合实验》《生理学实验》《药理学实验》《病理生理学实验》《心理学实验》《神经生物学实验》实验课程，是我校开设课程多、学时多、学生人数多、影响面广的综合性实验教学平台[1]。

2000年我校在“21世纪高等教育教学改革项目”支持下创建了一门跨学科、综合性、新兴的基础医学实验课程体系，2005年获得了国家教学成果二等奖。近年来，医学机能学实验教学改革早已跨越资源共享这一初级层面，正朝着构建研究性学习课程框架和培养学生创新能力方向深入展开，我们以此为契机对医学机能学实验教学的内容进行了深层次的改革，在原有课程的基础上新开了具有融合性、创新性实验内容的《机能学融合实验》课，并在药理学、生理学、病理生理学实验课中开展了大量研究性、创新性实验项目。在教学实践中发现，随着教学改革的深入，无论是实验技术、实验教学环境还是融合性、创新性实验教材建设都远远跟不上实验教学改革的步伐[2]。为此，本文融创新精神于实验室建设和实验教学改革，在学校实验室软件建设项目支持下，以实验技术创新为核心，对医学机能学的实验技术、方法和手段进行了一系列的创新性改革；以实验教材建设为重要内容，建设了与新开融合实验课程相配套的系列化、立体化实验教材；在实验教学平台规范化管理方面，以建立、健全实验室规章制度为依托，形成了综合性实验教学平台科学、规范的管理新体系[2-4]。

机能学实验教学平台已成为国家级实验教学示范中心和国家级虚拟仿真示范中心骨干课程，医学机能学实验课2010年获评国家级精品课程、2013年获评国家级精品资源共享课程。

1 基于技术创新的医学机能学实验教学改革主要内容

本文从实验技术系列改革、与新开课程同步建设、同步发展的立体化系列实验教材和构建全新的、资源丰富的、互动的实验教学环境三方面入手对实验教学方法、手段和实验教学环境进行大力度的创造性改革(见图1)。

1.1 对医学机能学实验技术进行系列改革与优化

(1) 打造创新环境。为加强实验室的内涵建设，打造创新教学改革环境，学校于2004年启动实验室软件建设项目，采取自由申报、专家评审、择优立项的方式，鼓励实验教师和实验技术人员进行实验技术创新、实验设备研制、实验课件及实验虚拟仿真软件制作、实验项目和实验教学网站开发等方面进行教学研究。截止2014年，共完成软件建设项目20余项，这些优秀的实验教改项目在教学中运用，使学生能够亲历医学科学研究的艰辛、枯燥、严谨与激情，分享实验的成功与喜悦，达到我们在实践教学中培养学生创新能力、综合能力，提高学生科研素养的目的，从而显著提高了教学效果[5]。

图1 成果主要内容结构图

(2) 注重发明创造。当今科学技术发展日新月异、医学机能学实验技术进展飞速，在实验教学中由于生命机体的复杂性，一些传统设备越来越跟不上时代的步伐，即使一些经典实验项目也对实验技术产生了更高的要求，这就需要我们创造性地加以解决[5]。

例如在《小鼠低气压致病作用实验》中，低气压实验装置是实验成功的关键，传统装置的方法是用两根橡皮管将真空干燥器分别与抽气机和水银减压计相连，按下配电盘的电源开关，开动抽气机，使气压分别逐渐降至67.4 kPa(507 mmHg，相当于海拔3 km高度)，停止抽气，保持3～5 min，观察、记录小白鼠的活动情况，呼吸深度和频率及末梢部位(耳、唇、尾、脚掌)皮肤颜色等指标，然后放开橡皮管上的螺旋夹，使气压恢复正常。而后再开动抽气机，使气压分别逐渐降至35.9 kPa(270 mmHg，相当于海拔8 km高度)、20 kPa(相当于海拔10 km高度)，重复上述步骤。该装置的缺点是：抽气机笨重，准备实验时搬运难；抽气机无开关，靠配电盘上的开关开动抽气机，气压难以达到设定值；管路长，接头多，易老化，气压易泄漏；放气时气压控制不好，玻璃管中的水银猛然下落，易造成水银外泄，产生严重的实验室汞污染。在学校实验室软件建设项目支持下，利用数字技术、电子技术和医学机能实验技术相结合的方法研制了“新型数字低气压实验装置”，该装置具有无水银，使用安全；管路密闭，气压调节范围大，气压稳定；一体化，高精度；旋钮设定气压值，当前气压值和设定气压值数码管实时动态显示等优点。为教学、科研中研究整体动物的缺氧机理，复制整体哺乳类动物缺氧实验模型提供了新的手段[6-8]。

又例如，泌尿系统实验是医学机能学实验课重要的综合性实验之一，是培养学生创新能力,综合运用知识能力的重要环节, 许多疾病(如肾炎、中毒、肿瘤、高血压等)都可引起肾功能障碍，结合《影响尿生成的因素》及《急性肾缺血对肾泌尿功能的影响》等实验可使学生对所学到的理论知识有更深入、更形象的了解。利用红外光电传感技术和医学机能实验技术相结合的方法，研制了泌尿系统实验的关键设备“生理液滴红外光电自动计数检测装置”，与传统的实验装置相比抗干扰能力强，能准确、灵敏地检测到尿滴通过而导致的信号瞬间变化，可更客观、更准确地反映各种理化及药物因素对肾功能的影响[9-11]。近年来我们共获得国家发明专利2项、实用新型专利9项，这些专利教学仪器应用于学生实验使医学机能实验教学方法更科学、结果更准确、操作更简捷、过程更高效，在使用过程中取得了较好的效果，提高了实验教学质量和效果。

(3) 构建全新的实验教学环境。以多媒体技术、网络技术、虚拟仿真技术和信息化技术为支撑，以人机交互和网络通讯等为依托，以互动式教学思想为指导，建设了一个实验教学网站、一个国家级精品课程网站和国家级虚拟仿真实验教学中心机能学实验板块，构建了一个全新的、资源丰富与共享的、高度仿真的教学环境。为学生提供不受时空限制的医学机能学实验室环境，学生也可在虚拟环境中开展实验，达到教学大纲所要求的教学效果。

1.2 与新开课程同步建设、同步发展的立体化系列实验教材

本着面向新开实验课程、充分利用现代化教学手段的目的，结合创新性融合实验的特点和实验教学改革的需求，以学科的交叉、融合为切入点，建设了与新开课程同步建设、同步发展的立体化机能学创新性融合性实验教材和系列化多媒体视频教材，形成了与各种实验教学手段相配合的创新性融合实验教材新体系。

(1) 编写了机能学创新性融合实验教材。2009年对机能学实验教学内容进行了深层次的改革，新开了机能学创新性融合实验。我们以山东大学实验室软件建设项目为依托，编写机能学创新性融合实验教材。该教材实验内容新颖，实验技术含量高，难度大，首次融合了神经生物学实验的内容，体现了学科的大交叉和大融合，教材中的实验项目均是在以往的实验教材未涉及到的创新性内容，教材文图并茂，以图代文、以图示文，形象直观，图像种类多样。

(2) 制作了与机能学融合实验课程相配套的系列化多媒体视频教材。医学机能学实验的对象多为哺乳类动物或具有生理活性的离体器官、组织标本。实验时需对实验动物进行麻醉、固定，并手术分离神经、血管和进行各种插管，实验操作精细复杂，实验难度大、时间长；教师示教时实验室学生人数多，效果难以保证；学生没有实验环境对实验进行预习、复习，这成为医学机能实验教学的难点。为此，在学校实验室软件项目资助下拍摄并制作了与机能学融合实验相配套的系列化视频教材(见表1)。医学机能实验多媒体视频教材的研制，能最大限度地发挥学生的潜能，强化教学效果，提高教学质量，另外，还为留学生拍摄了英文版的实验录像。

表1 系列化视频教材一览表

1.3 建立机能学实验教学平台管理新体系

医学机能学实验教学涉及6个学院、5个学科，教师来自5个学科，其教学环节有基础经典实验教学、系统融合性实验教学和研究创新型实验教学，这对教学组织、教学管理、教学质量控制等提出了新的课题。2005年申报了山东省教育厅课题《加强机能学实验教学队伍及实验教学规范化的管理》，为了保证教学顺利进行，有效地进行教学组织管理、质量控制等，经多年的探索和实践，制定了《机能学教学实验室管理规范》(见附1)，创建了机能学实验教学平台管理新体系。实验室规范化管理，很好地解决了研究型实验课程复杂的教学组织和管理问题，保证了课程的教学质量和有序的进行[12-14]。

附1 机能学教学实验室管理规范

一、职责

1 实验室主任职责

1

2 实验室指导教师职责

2

3 实验室工作人员职责

3

4 实验技术人员职责

4

二、 规章制度

1 实验室日常值班制度

6

2 实验室巡视制度

7

3 教学经费、物品建账管理制度

8

4 仪器设备管理制度

9

5 仪器设备损坏、丢失赔偿制度

10

6 实验药品及实验器材管理制度

11

7 实验室安全卫生管理制度

12

8 图书资料管理制度

13

三、实验室规则

1 实验室规则

14

2 实验室学生守则

16

3 计算机使用规则

17

四、机能学开放实验室管理规程

18

五、实验室技术人员培训制度

20

1.4 形成一支实验技术改革创新团队

在教学改革中，教师和实验技术人员潜心实验教学研究，致力于实验室建设、实验教学改革和实验技术改革的探索与实践，教师和实验技术人员自身业务素质和业务水平有了大幅度的提高。近年来获得省级教学成果奖1项，校级教学成果奖及实验教学成果奖多项，取得2项省级教研课题和多项校级教研课题资助，极大地促进了教师及实验技术队伍建设和教学水平的提高，医学机能教学实验课2010年获评国家级精品课程、2013年获评国家级精品资源共享课程[15]。

2 实验教学改革应用效果

2.1 经过了数年教学实践的检验，取得了明显的教学效益，学生受益面大

实验教学改革的研究成果已用于我校医学院、药学院、公共卫生学院、口腔医学院等6个专业8年制、5年制2个层次的医学机能融合实验及药理学实验等5门课程的实验教学，为学校多专业、多学科共用，每年面对校内、外学生达1 500人。经历数年的教学实践，得到教师和学生的广泛认可。

2.2 受到了学生的良好评价

实验教学改革的研究成果明显提高了机能学实验教学的成功率和学生进行科学研究的兴趣。临床医学2009年级7年制的同学曾在实验报告中写到：“使用大鼠固定装置，对动物的麻醉更方便，对环境没有污染，麻醉效果很好。”这样的评价使我们对今后的技术改革有了更多的兴趣和信心。

2.3 在全国医学机能实验教学领域中得到认可并产生了一定的影响

实验教学改革成果在医学机能实验教学等方面取得的一系列成果和经验，近年来在教学类核心期刊发表论文10余篇，获得发明专利、实用新型专利10余项，在国内产生了一定的影响，得到了全国医学机能实验教学领域中同行的广泛认可。在第一届全国医学类实验教学示范中心建设研讨会上作了大会发言，得到了专家们的一致好评。

3 结 语

从“实验技术系列改革”“与新开课程同步建设、同步发展的立体化系列实验教材”和“构建全新的、资源丰富的、互动的实验教学环境”三方面入手对实验教学方法、手段和实验教学环境进行了大力度的创造性改革， 改革涉及了多媒体实验教学、多媒体课件制作、实验教学研究、实验教材编写、实验室建设、实验技术发明、实验教学管理等实验教学的各个方面，通过改革，不仅实验教学效果、教学质量、教学效益得到了显著提高，实验教学管理得到了规范，还在实验室形成了一支重视实验教学，热心实验教学改革的创新团队。

[1] 刘树伟，姜启海，丛滋敏，等．建立现代医学实验教学体系的实践与思考[J]．实验室研究与探索，2003，22(5)：14-17.

[2] 马剑峰，马絮飞，马金耀，等.医学机能学实验技术系列化的创新性改革病理生理学[J]. 实验室研究与探索，2006，25(2)：225-227.

[3] 郭志英，任启伟，巴再华，等．以病理生理学为切入点在机能学教学中开展设计性实验盼探索[J]．中国高等医学教育，2010(3)：95-96．

[4] 马剑峰，马絮飞，王立祥，等.医学机能实验教学的综合改革[J].实验室研究与探索，2007，26(4)：118-121.

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[9] 郭建玲．一种新型液位监控器的设计及应用[J]．实验技术与管理．2004．21(3)：58．61.

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[14] 余上斌，晏汉娇，周新文，等. 医学机能学开放实验课程的探索[J]．实验室研究与探索，2013，32(2)：133-135.

[15] 余上斌，吴 萍，周新文，等.医学机能学实验教学团队建设与研究[J]．实验室研究与探索，2014，33(4)：243-246.

Experimental Reform of Medical Functional Science Based on Technological Innovation

MAJianfenga,XUHongyana,MATiana,ZHANGShanglib,JIANGHonga,MAXufeia

(a.Functional Science Laboratory, School of Medicine； b.College of Life Science, Shandong University, Jinan 250012, China)

By the deepening educational reform, experimental teaching has been far behind the pace of construction of experimental teaching reform. Hence, we opened a new integrated experimental course “Integration of Functions” which holds diversity and creation, and carried out a lot of research of experimental projects in pharmacology, physiology and pathophysiology. We processed experimental reform form creation of experimental techniques, experimental textbooks and experimental environment. A new, rich and sharing experimental resource and interactive experiment teaching environment are established. Optimization of medical functional experiments systematic reform are achieved. Three-dimensional kinesiology visual material integrated by experimental materials and multimedia video materials is completed. Through the reform, not only the effect of experimental teaching, teaching quality, teaching efficiency have been significantly improved, experimental teaching management has been normal, but also a creative and enthusiastic team has been formed for experiment teaching and experiment teaching reform.

medical functional science; experimental teaching; experiment teaching material; teaching environment

2016-04-28

马剑峰(1964-)，男，山东威海人，高级实验师，研究方向：免疫药理、机能实验技术。

Tel.：0531-88382572；E-mail：justin_sdu@sina.com

G 642.0

A

1006-7167(2017)03-0203-04