基于雨课堂的酶联免疫吸附实验原理在线教学设计①

唐 康 张 赟 张春梅 张宇丝 庄 然 马 樱

(空军军医大学基础医学院免疫学教研室,西安 710032)

新型冠状病毒肺炎(corona virus disease 2019,COVID-19)疫情对我国教育事业产生巨大冲击。2020年2月5日，教育部印发《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》，明确提出：需保证在线学习与线下课堂教学质量实质等效[1]。实际上，在线教学已能实现信息投递、学习反馈和知识众筹。信息投递，即完成知识信息由教师端传递到学生端；学习反馈，即实时统计、分析知识掌握情况，解决教师实时了解学生学习成效以便及时进行教学调整的问题；知识众筹，即为学生营造一定的知识场景，使学生在知识场景内自主讨论并发现“新的”知识，解决教师和学生之间以非现场的方式实现知识的“再发现”问题[2]。在线教学中，精心的教学设计，能够实现与线下教学质量实质等效，甚至超越线下教学效果。免疫学实验原理线下教学多以信息投递为主，照搬线下教学模式于线上，难达到理想的教学效果。为应对疫情，免疫学实验教学分为了前期线上理论教学和学生回归后的线下实践教学。其中，我们对酶联免疫吸附实验(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)的理论教学进行改革，完成在线教学设计和实施，获得了学生的积极评价。

1 需求引导促进信息投递

1.1设计 ELISA是一种检测技术，一种技术的出现，往往是为了满足某种需求或解决某些关键问题、技术瓶颈问题。在引入部分，带着学生从生活需求出发，逐渐走向实验室需求，激发学生学习ELISA实验技术的兴趣，引导学生思考和理解ELISA解决的关键问题。词云是研究分析文本内容的一种表现方式，针对文本中出现频率较高的词语予以视觉上的突出，能够视觉化、艺术化地呈现文本，使文本具有视觉冲击力[3]。学生的思考是开放和多样的，可借助词云进行迅速的整合分析和分享，不仅能够让老师迅速了解学生的想法，也能够使学生了解学生之间的想法。通过需求引导激发学生的学习主动性，利用词云整合关键问题，再进行后续内容的讲解，使得知识更加有效地传递给学生，增强学习效果。

1.2实施 首先从日常称取水果等入手，到实验室称量化学品，向学生传递信息：根据不同的灵敏度需求，我们可以采用灵敏度不同的“称量工具”直接称量固体。然后回顾细胞因子的重要性，得出结论无论是临床诊断，还是基础实验研究，都需要检测血清或血浆中细胞因子的水平。学生了解细胞因子检测的重要性后，再提供基本信息“血浆中细胞因子的浓度一般为ng/ml或pg/ml”，引导学生主动思考：基于学过的知识，是否有方法检测血浆中某种细胞因子水平；或者遇到哪些困难，阻碍了检测。接着通过雨课堂弹幕功能，将学生思考出的答案形成词云。词云显示，有的同学联想到“双缩脲反应”等总蛋白检测技术，也有提及到“混合物”、“灵敏度”等关键词，即血浆中细胞因子是游离的，混合其他蛋白质，无法精准检测；因血浆中细胞因子含量较低，对检测技术的灵敏度要求高。最后得出结论：只要精准固定细胞因子，放大检测信号,就能够检测细胞因子水平。此时，学生自己找到了解决问题的关键。

1.3效果 单纯讲解ELISA原理，学生容易听懂，但也仅仅是听懂、理解。课堂上，更应该引导学生去思考，逐渐提升学生发现问题和解决问题的能力。从生活中常见的现象出发，给予学生一定的思考背景，引导学生发现问题。因为只有发现问题所在，才能进一步解决问题。通过需求引导，成功激发了学生学习的兴趣，并引导学生自己找到了ELISA需要解决的关键问题，为讲解ELISA检测技术创造了良好的心理态势，促进了后续知识的有效传递，即实现了需求引导促进信息投递。

2 营造知识场景实现知识众筹

2.1设计 夹心ELISA最为常用，作为重点讲解对象。本团队对夹心ELISA原理的教学方式进行改良，将传统文字、图片形式的教学，进行视觉化、动态化处理。利用PowerPoint2013强大的动画制作功能，将整个ELISA实验过程进行单步骤的、可控的视觉化演示，使得学生可以直观、迅速地概览整个实验流程。随后拆解动态过程，在学生脑海里逐步构建ELISA原理动态影像，即构建知识场景。PBL(problem-based learning)教学法是以问题为导向的教学方法，以学生为中心，培养和提高学生的综合素质和能力[4]。在知识场景内应用PBL教学法，引导学生主动思考，让学生自己解决场景内的问题，实现知识的重现。

2.2实施 首先单步骤操控夹心ELISA动态影像，解决学生总结的关键问题：利用固相载体吸附的一抗特异性捕获样品中的细胞因子，实现精准固定细胞因子；利用偶联酶的二抗催化底物显色，实现检测信号的放大；然后以文字描述，回顾动态过程，加深学习印象；再利用雨课堂随机点名功能(可使学生处于一种微紧张状态，利于提高学习效率)，抽查学生对原理的掌握情况，增强学习效果；最后展示现实中的夹心ELISA实验结果。学生豁然开朗、欣然接受，完成全局的ELISA动态影像构建。

接下来拆解动画，和学生一起模拟实验操作过程，在每一步操作中讲解细节和注意事项。特别的，将“封闭”这个细节放在了操作末进行分组讨论，“如何避免样品中细胞因子与固相载体的吸附，产生非特异性信号”。将单个实验孔内发生的事件进行视觉化放大，让学生沉浸在具象化的知识场景里，学生更容易找到解决的方案，实现知识众筹。讨论结束后，再利用雨课堂投稿功能，共享讨论成果。正如设想的那样，大部分学生给出了“异种蛋白质封闭空白位点”和“高浓度一抗包被”的解决方案。最令我们兴奋的是，有一个小组提出了第三种解决方案：将特异性结合一抗-抗原复合物的二抗，作为酶标二抗。二抗不能结合酶标板吸附的抗原，也就不会产生非特异性信号。这种方案从理论到实践都是可行的，学生能够提出这种方案，是对她自己的肯定，也将对其今后的学习产生积极的影响。

2.3效果 有时候PBL教学达不到理想效果，是因为背景知识模糊不清，学生很难理清思路。通过营造知识场景，重现“新知识”最初被发现的环境，引导学生思考，学生才更有兴趣去思考，并给出思考成果。通过营造ELISA知识场景，让学生沉浸在知识场景内思索出了解决方案。这些方案不再是教师直接教给学生，而是学生自己思考和发现，增强了学生学习的参与感，实现了知识的“再发现”，即实现了知识众筹。知识场景营造，能够调动学生情绪和思维，让学生享受在学习中思考和发现，是教学设计高水平的体现。

3 实时评估巩固教学效果

3.1设计 在线教学工具的不可替代优势，在于能够实时统计、评估学生学习情况，以便教师及时进行教学调整，巩固学生学习效果。前面提到了“词云”的实时数据整合分析和“投稿”的成果共享功能，都能及时反馈和记录学生学习情况。利用在线教学工具设置课堂习题，实时统计分析作答情况，可以指导教学内容的调整和补充，进一步提高和巩固教学效果。

3.2实施 首先利用雨课堂习题统计功能，课程中设置多选题(正确答案ABCD)，实时统计分析答题情况(图1)。然后分享统计结果，并对后续教学内容进行实时调整和重点阐述。如B选项“利用ELISA法可以检测样品中某多糖或脂多糖的浓度”，27名学生中仅有4人判断正确(图1)，表明大部分学生还陷在ELISA法仅可以检测蛋白质的误区中。虽然在实验原理讲解中，已经强调ELISA法利用抗体特异性识别结合抗原的特点，捕获样品中抗原。但由于在整个教学过程中，都以检测细胞因子这种蛋白质作为示例，使得部分学生无形中认为ELISA只是用来检测蛋白质抗原。此时，带着学生回顾课本知识，抗原可以是蛋白质、多糖、脂多糖和核酸，再次强调，ELISA法利用抗体特异性捕获抗原，检测抗原水平。理论上，只要有能够捕获抗原的抗体，都可以利用ELISA法去检测抗原水平。这样一来，学生很难再遗忘ELISA法的原理和用途。再如C选项“利用ELISA法可以检测出样品中病毒特异性抗体”，有33%的学生判断错误(图1)。此时，将事先准备好的间接ELISA法原理进行动态展示，并结合临床乙肝病毒特异性抗体检测进行讲解，将生活化教学引入医学免疫学课堂[5]，学生便能欣然接受ELISA法应用的新天地。

图1 学生作答情况的实时统计Fig.1 Real-time statistics of students′ responsesNote:A.The options of multiple-choice question.B.The results of real-time statistics of students' responses.

3.3效果 教育学专家于歆杰教授曾谈到：单一的信息投递只能确保重要信息的正确输出，但不一定能够达到教学效果，而学习反馈直接决定教学效果，知识众筹直接决定学习体验。通过词云、投稿和习题的实时统计分析，及时了解学生的学习状态，引导学生思考并调整、补充后续教学内容，使得学生真正理解并记忆了重点内容，巩固了教学效果，达到了课堂教学的目的。

4 调研反馈促进教学改革

无论线上或线下教学，必须要有精心的教学设计，才能让学生体会学习的乐趣，更好地达到培养学生的目的。夹心ELISA是极为经典的免疫学实验，通过对夹心ELISA操作步骤的拆解、讨论，学生已经具备分析相关实验操作的能力。因此，其他ELISA方法可以较为简单的演示，学生可以在需要的时候自学加深理解。此外，夹心ELISA的教学引导，也使学生具备了理解抗体芯片和流式细胞术的多因子检测技术的能力。基于此，本团队完成了“细胞因子检测技术”课程的混合式教学设计。以夹心ELISA原理教学为主，进一步扩展基于抗体芯片和流式细胞术的多因子检测技术内容，让学生较为系统的了解细胞因子检测技术。

课后，在学生中展开调研。调研结果显示，100%的同学认为本次基于雨课堂的在线教学，调动或者增强了学生对课堂内容的学习兴趣。传统理论教学，以信息投递为主，教师无法实时评估学生学习效果，最终以期末考试成绩完成课程的终结性评价。利用雨课堂实时评价课堂教学效果，针对性分析，增强学生对知识的理解。思考题、讨论题等通过弹幕和投稿发送，随时分享、分析，同学们了解和学习相互间的思路。这些数据都存储在教师雨课堂账号内。在今后的教学实践中，可以考虑将平时课堂学习中的答题、思考情况等作为平时成绩指标。即最终成绩由平时成绩和期末考试成绩组成。如果平时表现给力，甚至有可能直接达到合格标准。不以期末考试为最终评价指标，将免疫学教学的终结性评价方式转变为形成性评价。学生结合课堂上的感受，给予了免疫学形成性教学评价改革方向的积极反馈。满分10分，50%的学生给了10分，18.2%的学生给了9分，31.8%的学生给了8分。

5 结语

缺乏设计的教学，往往是“老师教，学生学”。现代教育不再是以教师为中心的知识灌输，而是围绕以学生为中心的综合素质培养[6]。作为教师，专注知识，也应专注如何将知识有效地传递给学生，并在这个过程中逐渐培养学生学习和思考能力，实现“老师，教学生学”。回归教学，利用好在线教学即使面对疫情，每一堂课，依然精彩！