免疫学基础与病原生物学实验课程“立交式”线上教学模式的探讨①

向 琴 刘慧萍 吴玉冰 喻 嵘 黄晓蒂

(湖南中医药大学中医学院，长沙 410208)

2020年一场突如其来的新型冠状病毒肺炎疫情席卷全球，根据教育部发布的《关于在疫情防控期间做好普通高等学校在线教学组织与管理工作的指导意见》，各高校积极响应“停课不停教、停课不停学”的倡议，开展了一系列在线教学活动[1]。在线教学及学习成为非常时期的主流教学和学习方式，促使以线下教学为主的课程发生了实质性的改变，特别是对于实操性强的实验课程来说，无疑是一次新的挑战。面对单一的线上教学方式，如何利用实验课程线上教学优势，构建良好的线上实验教学模式，最大程度地减轻线上教学缺乏实际操作技能训练的劣势，灵活衔接线下线上转换，值得教学团队思考和探索。本文以免疫学基础与病原生物学实验课程中的免疫学实验课为例，浅谈如何采用“立交式”线上实验教学模式，创设合理的线上实验教学情境，无痕化弥补实际操作缺失的弊端，实现实验操作技能掌握、科研思维培养和知识拓展三维并举的实验教学效果。

1 免疫学基础与病原生物学实验课程特点

免疫学基础与病原生物学是由免疫学、微生物学和寄生虫学三门学科整合的一门重要的中医高等院校医学基础课程。实验课程由免疫学实验、微生物学实验和寄生虫学实验三部分组成，存在实验内容多，课时少的现象。免疫学理论性强且概念抽象，对应的免疫学实验复杂、繁琐且枯燥，加之大多院校采用验证式实验填充实验课程内容，学生更易丧失对免疫实验的兴趣和对免疫现象探索的欲望。为了激发学生学习兴趣，提高学生实践操作能力，越来越多的高校摒弃单一的线下教学模式，借助“互联网+”大平台，采用虚拟仿真实验教学、线上线下混合式教学、慕课、微课等多种教学手段，进行多元化实验授课，教学效果斐然。疫情发生后，线上教学在一场声势浩大的重炼中慢慢变得常态化，这也使线上教学成为常规的教学方式成为可能。因而创建多层次、立体化的线上实验教学模式，最大程度地达到与混合式多元化实验教学同等教学效果，是值得探讨和摸索的。

2 “立交式”线上实验教学模式的构建

免疫学基础与病原生物学“立交式”线上实验教学模式是“以基础理论为依托，以科研思维和兴趣培养为主体，以问题为引导，以操作能力提升为核心，以科技前沿知识为拓展”的多层次教学模式。将PBL(problem-based leaning)教学、虚拟仿真实验教学、翻转式考核、知识拓展连为一体，理论巩固与问题引导相互结合，操作技能与思维能力培养相互贯串，知识拓展与兴趣培养相互渗透，立体式交叉，又层层叠进，从而打造“立交式”线上实验教学模式(图1)。

图1 “立交式”线上实验教学模式图Fig.1 "Overpass" online experimental teaching mode

2.1借助网上教学资源，引导学生自主学习 网络学习资源是线上教学和学习的基石。我校已在智慧树平台和云教材平台上向全国免费开放移动交互式数字教材《免疫学基础与病原生物学》[2]。与此同时，中医药虚拟仿真实验平台的平稳运行，使学生可以不受时空限制，多方位利用网络平台资源进行知识的查阅，实验视频的观看以及实验的操作和演练[3]。在实验开课的前1周，利用智慧树或班级微信平台，引出实验相关问题，引导学生开展自主和探索性学习。如在小鼠巨噬细胞吞噬实验教学中，结合实验原理可提出问题：“抗原进入机体后会有哪些细胞参与应答？这些免疫细胞出现的时间有无差别？”等[4]。结合实验过程，提出“为何提前1日对小鼠进行1%淀粉溶液注射？是否可以用其他抗原代替？检测细胞免疫功能的实验有哪些？”等问题；结合结果观察又可提出：“在镜下可以观察到的哪些细胞？其特征如何？如果要进一步检测其中某些细胞的具体种类，有哪些方法?”等。这些层层带入式的问题，从基本知识点的回忆到探讨和解决问题，既能让学生巩固基础知识、了解实验原理、明确实验步骤及观察实验结果，又能引导学生应用多学科知识解决问题。最重要的是，运用问题式导引方式，培养学生分析解决科研问题的能力，启发学生科研思维。

2.2整合实验内容，采用虚拟仿真的综合性实验教学 以往免疫学部分的实验课程课时少，其内容多为验证式实验，即使采用了线上线下混合式教学，教学效果却不甚理想。如在凝集试验中，学生仅操作玻片法的凝集试验，对于动物如何免疫、免疫血清如何制备和获取，以及其与微生物学实验部分中肥达试验的联系，都无整体性的思考和学习，使实验课单一、枯燥、脱节，忽略了免疫实验逻辑性和连贯性强的特点。因而将免疫学、微生物学部分实验内容进行整合，不仅可以充分利用实验课时，还可使学生逻辑清晰地完成实验，全面了解实验过程、学习实验技能并提高综合科研思维能力。虚拟仿真综合性实验的设计方案如下：以免疫学部分凝集试验为例，按照实验流程，以伤寒杆菌和大肠埃希菌为抗原，小剂量多次接种于家兔制备免疫诊断血清，免疫诊断血清再应用于凝集反应实验检测待测抗原(细菌)，从而达到菌种鉴定的目的。在此实验中，还可将微生物学中生物安全知识、无菌操作技术、细菌的接种和培养技术、革兰氏染色实验和肥达试验整合到整个检测流程中，构建综合性虚拟仿真实验项目(图2)。免疫学和微生物学实验无缝对接，学生既能理解机体免疫应答的规律，又能掌握从微生物培养到临床感染诊断的全过程，是理论与实践的有机结合[5]。而各个小实验(包括生物安全知识、无菌操作技术、细菌的培养与形态观察、细菌抗原的制备、动物免疫、免疫血清获取、凝集试验和肥达试验)均各为1个模块。每个小模块包括实验目的、实验原理、实验器材、实验步骤及注意事项菜单，供学生学习和掌握实验基础操作背景。此外，每个模块配有相应的实验操作小视频及实验步骤分解图片，能让学生快速了解操作步骤，熟悉操作技术。同时，学生可以进入虚拟仿真操作空间，进行虚拟实验操作，掌握操作技能。并另设虚拟仿真综合实验操作模块，呈现从抗原制备到凝集试验的虚拟仿真实验全过程。在虚拟实验操作过程中，同时穿插操作注意事项和思考题，引导学生分析解决实验过程中的细节问题，并多角度、全方位地掌握实验流程和实验方法，培养科研思维能力。以此为脚本，与软件公司合作，制作凝集试验综合性实验虚拟仿真项目，供学生学习、操作和考核。

图2 实验内容整合前后免疫学凝集实验流程图Fig.2 Flow chart of immune agglutination test before and after integration

2.3翻转式考核，操作与汇报并举 翻转式考核，主要包括实验操作讲解考核及PPT汇报考核，以学生为主体，学生讲老师评价和提问的方式进行。其中实验操作讲解考核采取抽取实验项目的形式，对实验操作视频进行详细的授课式讲解；PPT汇报考核则是选取一项常用的或最新的免疫学实验技术，通过查找资料，以PPT汇报的形式，从原理、操作过程及应用等多方面进行讲述。实际操作能力的考核主要在虚拟仿真实验考核模块中进行，选取单个小实验模块或综合性实验模块进行操作考核。由于线上实验考核的特殊性，采取单一的虚拟仿真实验考核方式并不能全面反映学生学习效果，而翻转式考核方式，可从实验原理、实验流程到操作技术全方位考查学生的学习情况。综上，翻转式考核不仅考查了学生对实验操作技术的理解和掌握情况，还能提高学生的学识水平。

2.4知识拓展，激发学生科学热情：免疫学技术日新月异，一些免疫学前沿技术由于设备和试剂昂贵，操作耗时长，不能在本科实验教学中开展。然而，这些技术在临床检验和科学研究的各个领域早已广泛应用，也更能激发学生对科研的热情。引入常用的前沿免疫学技术的虚拟动画或视频，如免疫印迹技术、多克隆抗体的制备技术、自然杀伤细胞功能的检测、酶联免疫吸附实验、流式细胞术检测T细胞等“高大上”的实验项目，让学生拥有不一样的视野[6]。另外，实验用到的激光扫描共聚焦显微镜、流式细胞仪等高新的免疫检测仪器，可通过视频，边播放边讲解呈现给学生，特别是将仪器拍出的经典和震撼的结果照片、分析图片展现给学生，不仅让学生在视觉上有冲击感，而且能激发学生的好奇心和探索的欲望[7]。知识拓展除了免疫前沿技术和高新尖的仪器以外，常见的免疫学现象也是优良的知识拓展题材，如新型冠状肺炎相关免疫学知识，包括新型冠状病毒感染与免疫机制、新型冠状病毒致死机制中的炎症因子风暴等；新闻热点中免疫相关知识，包括婴儿基因编辑事件中免疫分子CCR5的知识等[4]。

3 学生情况反馈

教研组针对线上实验教学模式，从掌握实验基本知识、实验内容、实验操作技能、提高实验兴趣、培养科研思维能力等方面对学生进行了问卷调查及相关意见收集。面向中西医临床专业学生发放68份问卷调查，问卷发放回收率为91.1%(62/68)。通过对整体情况分析(图3)，多数学生认可线上实验教学模式，80%以上学生对掌握实验基本知识、综合性的实验内容、提高实验兴趣、培养科研思维能力都给予了肯定的态度，但在实验操作技能掌握方面认可率要稍低于其他方面。另外，收集到意见和建议综合起来有以下几个方面，多数学生认为免疫学和微生物学实验内容的整合有利于知识的串接，能加强对实验整体流程和操作过程的理解，并认为免疫学实验内容更为丰富和有层次，有利于科研思维能力的培养；还有些学生认为问题式的引导可提高课前预习的效率，并能通过查找资料学到更多知识；在知识拓展方面，大多数同学表示这方面的知识接触较少，但有兴趣去了解和学习，拓展眼界；学生认为翻转式考核方式既能最大程度地理解和巩固实验内容和操作技术，又能锻炼表达能力。有部分同学也给予了不同的看法，认为纯粹的线上实验教学不能达到线下操作技能掌握的效果，在特殊时期可以接受，但在平时课程中希望采取线上和线下结合的方式。另外，认为虚拟仿真实验中单个小实验操作过于机械化和简单，比较枯燥，更青睐于综合性实验操作。

图3 线上实验教学模式效果问卷调查分析Fig.3 Questionnaire survey and analysis of effect of online experimental teaching mode

4 结语

在这次疫情中，与免疫学理论教学相比，以实际操作为主导的实验教学受影响程度更大，也对教学网络资源配置和线上教学模式的构建提出了更高的要求。当然，同时也为实验线上教学改革提供了契机。无论线下、线上还是混合式实验教学，提高学生实验操作技术、激发学生实验兴趣、培养学生科研思维和创新意识是实验教学是始终不变的宗旨。为了最大程度地达到线下实验教学效果，合理的线上教学模式必不可少。教研组以“立交式”线上实验教学模式的构建进行思考和探索，以网络教学资源为平台，夯实学生基础理论知识；以问题为主导引导学生自主学习；采用综合性虚拟仿真实验教学方式，连贯、立体、全面地呈现免疫学和微生物学实验操作流程和操作技术，使学生每项实验做的明白，掌握的透彻，同时在学习和操作过程中培养科研思维，提高分析和解决科研问题的能力；以翻转式考核方式检验，再以免疫学前沿技术为拓展，延伸实验教学内容，使整个线上实验教学丰富多元，立体而有层次。“立交式”线上实验教学模式如何进行实际操作，又如何与复课后的线下教学进行衔接，还需要在实践中继续摸索、评价、改进和完善。