探索基于病毒鸡胚接种医学虚拟仿真实验的混合式教学模式

2020-12-28罗旭光藏好晶杨姣姣樊卫平

基础医学与临床 2020年11期

罗旭光，藏好晶，杨姣姣，樊卫平

(山西医科大学微生物与免疫学教研室，山西太原 030001)

随着科技发展，当代社会已步入大数据时代，如何开启大数据时代的智慧教学是每一位教育工作者需要思考的问题。新时代，教育部和国家卫生健康委提出，医教协同、建设有中国特色的医学人才培养体系，进一步提高医学人才培养质量。到2030年，医学教育改革与发展的政策环境更加完善，具有中国特色的标准化、规范化医学人才培养体系更加健全，医学人才队伍基本满足健康中国建设需求。对此，地方所属医学高等院校要切实从教学理念、教学方法上突破传统守旧，特色发展、支持和引领地方医疗卫生事业的进步。

医学微生物学是人类在认识和防治疾病过程中总结出来的一门经验科学、医学生的必修基础课，具有极强的实验性和操作性，然而“小身材大作用”的微生物却令医学生头疼不已。传统实验教学中，教师“录音机式”照本宣科、学生“流水线式”机械模仿。受实验条件等限制难以开展的操作依靠播放视频，但是有的内容过于陈旧提不起学生的兴趣。僵化的教学模式和方法不能适应新时代医学人才培养体系。虽然本校在尝试以器官系统为中心的课程整合教学改革，开展问题式学习(problem-based learning,PBL)教学，但是资源不足难以全校普及。随着大数据时代的到来，雨课堂、问卷星、虚拟现实(virtual reality,VR)技术等相继开启智慧教学[1-3]，虚拟仿真(virtual simulation)实验随之而生[4]。虚拟仿真实验在微生物学实验教学中发挥着越来越重要的作用，“以虚代实”弥补因实验空间、生物安全性等原因而不能开展的实验，切实有效地缩小实验效果和教学目标之间的差距[4-5]。结合地方医学院校的教学情况，灵活应用虚拟仿真实验，探索微生物学混合式教学新模式，提升医学生的学习效果势在必行。

1 构建虚拟仿真实验，助力微生物实验教学

众所周知病毒多数具有极强的传染性，威胁人类健康，尤其是近些年出现的严重急性呼吸综合征(severe acute respiratory syndromes,SARS)、高致病性禽流感H7N9和埃博拉病毒[6-8]。教学中仅凭借几张幻灯片不可能帮助学生完全认识和掌握包括病毒在内的致病微生物。鉴于生物安全性考虑，实验教学也不能开设此部分内容。这势必在一定程度上局限医学生对病毒等致病微生物的认识。

山西医科大学基础医学院虚拟仿真实验教学中心为省级教学中心，目前已有多项实验开展虚拟教学，与传统实验教学互为补充。结合本校的教学情况，针对难以开展的高危致病病原微生物实验进行虚拟仿真，成功构建“线上”病毒鸡胚接种医学虚拟仿真实验，界面简洁直观(网址http://10.6.75.2/virlab/，图1,2)。病毒的分离和鉴定是病毒病原学诊断的金标准，但是病毒必须在活细胞内才能增殖。该虚拟仿真实验突破客观实验条件的限制，通过学生虚拟实验操作病毒鸡胚培养，启发学生的思维。内容设计上分两部分，第一部分是实验目的、实验原理等基础知识，图文并茂，帮助学生在短时间内掌握病毒相关的基础理论及注意事项。明确需要根据病毒种类的不同或选择敏感动物或离体组织细胞或鸡胚进行分离培养，其中鸡胚培养方法操作相对简便，适用病毒种类多。但是需要依据不同病毒对鸡胚组织的敏感性差异，选用不同的接种部位，常用接种部位有绒毛尿囊膜、尿囊腔、羊膜腔和卵黄囊。第二部分是多媒体动画形式的病毒鸡胚培养虚拟实验操作，学生可以同步录制操作过程，并回放。实验操作采用积分制，激励学生积极独立完成。虚拟实验教学平台打破了传统实验对客观条件的依赖，突破时空限制，将依靠教师枯燥乏味的“录音机式”讲解变得形象生动起来；平台设置的思考题进一步提升学生探索未知世界的兴趣。但是并不是全部的微生物学实验都适合开展虚拟仿真，现有实验条件下能够安全开展的操作仍然需要按照传统进行，如认识人体各部位正常菌群的分布；通过实验操作帮助医学生建立无菌观念等。本校虚拟仿真实验教学中心建设3套数码显微互动实验室系统虚拟仿真实验教学仪器设备，每个实验室满足72名同学同时进行实验教学。虚拟仿真实验开展过程中，有部分学生学习热情不足。如何充分利用虚拟仿真实验系统，让每一位学生都积极参与学习，提高实验教学效果，这需要一线教师认真思考。

图1 病毒鸡胚培养医学虚拟仿真实验首页Fig 1 Homepage of the virtual simulation experiment of virus inoculation in chicken embryos

图2 羊膜腔接种虚拟仿真实验操作Fig 2 Virtual simulation experiment operation of amniotic cavity inoculation

2 探索混合式教学模式，提高基础实验技能

2.1 以学生为中心，“线下”高效学习

临床医学专业的培养目标强调医学生应具备接受和获取继续医学教育的能力，不但要求医学生有扎实的专业知识，而且要有创新能力和团队合作精神，适应经济社会发展和医药卫生事业发展的需要[9]。虚拟仿真实验拓宽了实验教学的授课范围，一定程度上培养了学生独立自主学习的能力，但是需要教师的适当引导。教学过程中，大多数学生独自面对电脑，不利于教师和学生、学生和学生之间交流。为保证每一位学生都掌握相关理论和常见病毒的鸡胚接种方法、帮助教师判定学生学习效果，本研究在临床医学专业部分班级进行混合式教学模式探索。实验教学过程中借鉴jigsaw拼图教学法，该教学法是同伴合作、高效学习的一种教学模式[10]。首先教师“面对面”地给学生讲解病毒标本的采集和处理，然后将每班32名同学分为8个学习小组，每组4人(从1到4编号)；就病毒鸡胚接种培养4种常用接种途径设定4组问题，每组学生分别领取不同的学习任务。领取相同任务的学生重新组合成一个小组，有针对性地同伴合作讨论学习(图3)。讨论过程中教师引导学生明确根据不同病毒的性状选择适宜接种途径的必要性，如狂犬病毒、水痘带状疱疹病毒接种只能选择绒毛尿囊膜接种；流感病毒接种4种途径均可以，尿囊腔和羊膜腔效果更佳。不同接种途径对鸡胚有不同胎龄要求，否则会导致实验失败，如卵黄囊接种要选胎龄6～8 d，羊膜腔接种选胎龄10～12 d。根据病毒种类和不同接种途径，培养时间各异，一般培养3～7 d后收获。提醒学生依据接种途径决定要收获的材料，注意收集尿囊液和羊水前要先行将接种卵直立于4 ℃冰箱过夜使血液凝固，以免收获时流出的血液和病毒发生凝集，造成病毒滴度下降。学习讨论时间约15 min，如果遇到困难可以邀请教师帮助解决。

讨论结束回到原小组，开展互教互学，保证小组每位同学掌握病毒鸡胚接种培养的相关理论。随后利用互联网，开始“线上”虚拟仿真实验。相对于“线下”面对面教学过程，“线上”学习采用积分制的虚拟实验操作，激励学生积极独立完成并提交实验报告。若实验操作出现错误，教师单独指导回顾讨论学习的内容，帮助学生夯实理论知识。实验结束学生通过自评和互评相结合评价学习效果，教师和学生一起反思学习。值得注意的是“线下”高效学习表现为学生亲自参与讨论、小组同学互助式学习，呈现以“学生为中心”的师生互动模式，有利于培养学生的沟通能力和团队合作意识，为日后独立开展基础研究和临床工作奠定基础。

图3 借鉴jigsaw学习模式的实验教学流程Fig 3 Experiment teaching process using the jigsaw approach[10]

2.2 设计考核细则，完善过程评价

为了配合理论教学，切实发挥“线上”虚拟仿真实验教学优势，针对本次实验设计考核细则(表1)，计入期末总成绩，强调学习过程和学习结果并重，促进学生改变学习方式，以评促学。统计4个班的学生实验成绩，8分以上的达86%，这部分学生课前预习和jigsaw小组讨论学习的成绩基本都是满分，新的教学方法促进学生积极参与到学习中并勇于表达自己。虽然病毒鸡胚接种医学虚拟仿真实验教学可以更好地培养学生分析问题、解决问题的能力，但是仍有部分学生习惯于传统“育婴式”教学，无法适应自己在新方法中承担的角色，实验成绩偏低。对此教师可以适当引导，帮助学生解决困难，引导他尝试性的与同伴讨论开展学习。探索混合式教学模式过程中以“学生为中心”，线上有资源、线下有活动、过程有评价，但是这个过程无疑对教师提出高要求，课前教师要充分准备、设计课堂活动把控时间。

3 融入思政教育理念，培育职业使命感

病毒鸡胚虚拟仿真实验的构建增加了学生学习病毒学的机会，适时融入思政教育是培养医学生社会责任感和职业使命感的重要途径。教育过程中不能只注重学生学习效果，教师要勇于担任价值引领者。如从2003年SARS事件到应对突发公共卫生事件，探讨医务工作者在应急事件中的职责和使命。再如2018年11月备受世界瞩目的首例免疫艾滋病的“基因编辑婴儿”在中国诞生引发了一系列伦理学争议。人为编辑基因预防疾病不等同于治病，其中蕴含着伦理学准则。教学过程中“以病论菌”引入类似的事例，融入思政教育，体现人文素养，加强医学生的科研伦理道德教育，使其树立正确的职业价值观。思政教育有机地融入专业课程有助于医学生理解社会主义核心价值观，这和高等教育的培养目标息息相关[11]。

结合本校教学情况构建病毒鸡胚接种医学虚拟仿真实验，迎合“2000后”大学生“电子产品不离手”的特点，为学生提供丰富的线上学习资源。然而任何一种学习工具或者学习方法仅仅是辅助，每位一线教师要积极转变教学观念，具备反思意识，充分利用现有教学资源和虚拟仿真实验教学平台，以“学生为中心”，勇于探索新的教学方法，保证医学微生物学教学效果的同时，关注学生的进步和发展。