兽医免疫学研究性学习模式的建立与实施①

李丽敏 张 薇 韩 梦 刘益昆 王 晶 王 帅 张义明 徐瑞涛 孟 欣 王家鑫河北农业大学动物医学院保定071000

2018年习近平总书记在全国教育大会上明确指出,高等教育必须坚持立德树人,坚持深化教育改革创新,坚持把服务中华民族伟大复兴作为教育的重要使命,坚持把教师队伍建设作为基础工作。李克强总理强调“优化高校区域布局、学科结构、专业设置,坚持以教学为中心,突出创新意识和实践能力,培养更多创新人才、高素质人才”。提高学生的创新能力和实践能力,为教师团队育人提出了新的要求。而且社会变革和畜牧业生产转型所带来的疾病防控新问题,也要求本教研室必须改革创新兽医免疫学的教学模式。十几年来,本教研室先后采用开放互动式教学模式、情境教学模式和自主式实验技术训练模式开展兽医免疫学教学实践,取得了良好的效果[1-2]。但因学科交叉发展起来的免疫学所具有的不一般的“深度、难度和挑战度”,无论是原985高校,还是地方院校,师生同感其“难教”和“难学”。然而,由于免疫学成就在临床实践中所展现的突出作用,引来很多学生的热切关注和强烈的求知欲,希望参加研究生课题研究的学生越来越多,这为开展研究性学习提供了主观上的可能。从“认知”与“知识形成”的关系考虑,本教研室认为,借助几个检测固有免疫和适应性免疫功能的基本实验,组成一个研究方法体系,用以研究一个兽医免疫学的前沿课题,将各个实验所获得的实验结果加以系统整合,不仅可获得兽医免疫学的新知识,而且也能增强对兽医免疫学基本知识的学习效果。

研究性学习是指学生在教师的指导下,通过亲自参加科学研究来实践运用知识并获得知识的一种学习模式。通过缜密的组织与科学的实施,在探索与研究过程中使学生获得产生新认知的组成元素,然后以此为基础,引导学生开展符号学习、信息加工学习、认知-发现学习、认知-接受学习、顿悟学习和建构主义学习,最后建立起以科学实验为基础的研究性学习模式,以增强学生的元认知能力。由此不难看出,研究性学习是实现由点到面、由浅入深、由简单到复杂的高阶学习有效途径,可有效化解学习的难度,并具有自主探究、协同合作、实践多样、开放综合、重在过程的特点[3]。学生通过参与一个包含着某一门课程全部基本知识的科学研究项目实践,从具体的实践中去感知,去发现,并通过大脑皮质对这些现象进行加工整合,形成对具体事务的概念或判断,最终实现知识的创造和自身综合能力的形成。本文主要介绍我们以“(food-and-mouth disease,FMD)病毒样颗粒(virus-like particle,VLP)疫苗对机体免疫功能的影响”为研究课题所开展的研究性学习实践。

1 资料与方法

1.1 资料 参加研究性学习实践的本科生主要为2016级动物医学和动物药学专业的大二学生。

1.2 方法 由于工业革命带来的世界农业生产转型,家畜不再作为农业生产力构成要素,而变成人类优质食物的主要来源,它们被大规模、高密度地饲养在一个圈舍内,由此促使兽医学由个体兽医学发展成群体预防兽医学,各种传染病成为既影响畜牧业生产效益,又影响人类食品安全和公共卫生的全球性问题。众所周知,疫苗是预防传染病最有效、最经济的方法之一。所以,预防兽医学就成为世界兽医学领域的“重中之重”的学科。免疫学知识不仅是研制新疫苗的重要基础,而且评价疫苗的临床效果和疫情监测也都离不开免疫学知识。

临床实践表明,一个优良的疫苗不仅要适当激活适应性免疫应答,使机体产生中和抗体、活化T细胞,并能形成有效的免疫记忆。而这些生物学过程都是建立在固有免疫应答首先被疫苗启动的基础上。所以,免疫接种这样一个看似很平常的临床干预行为,实则反映着临床工作者的免疫学知识水平和对免疫学技术的综合运用能力。为此,本教研室从当今世界兽医临床实践出发,选择了至今尚无有效疫苗的A类动物传染病——FMD作为疫苗研制的目标疾病,并以VLP作为疫苗的抗原形式,研究接种——FMD VLP疫苗所诱导的动物免疫功能改变,由此展开兽医免疫学的研究性学习。

本次研究内容、研究目标和研究方法既要基于本科生的实际来确定,又要反映兽医免疫学的基本内容,并兼顾国家新兽药审定标准。由于FMD VLP是一种可溶性抗原(VLP和佐剂IMS206按照4∶1乳化,小鼠颈背部皮下接种,免疫剂量50μg/只,首免后10 d进行二次免疫,二次免疫后10 d进行下述试验),所以选用双向琼脂扩散实验来检测外周血中和抗体；用巨噬细胞吞噬实验反映该抗原对动物固有免疫功能的影响；用淋巴细胞增殖实验反映疫苗接种后细胞免疫功能的变化；用迟发型超敏反应实验检测细胞免疫记忆是否形成；用溶血空斑试验检测脾脏B细胞产抗体的能力；用ELISA检测外周血中细胞因子的含量变化。以上实验所获得的各种数据就是代表免疫学知识的“符号”,对这些数据进行系统整理归纳,就可获得机体对FMD VLP抗原免疫应答的新认识。在这种新认识的形成过程中,学生们完成了符号学习、信息加工学习、认知-发现学习、认知-接受学习、顿悟学习和建构主义学习,从而使他们的认知能力和创新思维能力得到显著增强。同时,也使他们的团队精神、合作意识、科学信念和自信心得以树立或加强。

针对动物药学专业,本教研室设置了“柴胡皂苷和番泻苷A对机体免疫应答的影响”这个研究项目,用溶血空斑实验评价机体B淋巴细胞产生抗体能力,用ELISA评价抗体产生水平,用巨噬细胞吞噬实验评价机体固有免疫功能,从而实现从固有免疫和适应性免疫应答角度评价两个药物对机体免疫应答的影响。通过项目的实施,既促进了免疫学知识的系统整合,也实现了免疫学与中药药理学的学科交叉,对学生创新能力的形成产生了积极促进作用。

1.2.1 成绩评定尽管研究性学习在设计上兼顾了免疫学体系的主要方面,但还有多个方面的基本知识未能涵盖,例如抗体分子结构、模式识别理论、主要组织相容性复合体与抗原提呈理论等。因此课程考核采用形成性评价考核体系。即不仅对研究性学习进行专门评价考核(包括试验计划的制订、实验成败的比例、论文写作等),还要把平时成绩、期末考试成绩、实验报告成绩等加权后给一个总成绩。此外,更注重学生平时表现的评价,包括出勤率、课堂学习中的参与度、创新设计与答辩能力、Summary写作等。于是,兽医免疫学的最终考试成绩就按照以下公式产生,即课程总成绩=理论成绩(期末考试×90%+平时成绩×10%)×50%+实验成绩(实验计划×30%+学术论文×30%+创新设计×30%+平时表现×10%)×50%。

1.2.2 实施效果评价 研究性学习模式可以激发学生的学习欲望,从而很容易与学生达成共同愿景。实现了理论与实践的结合,增强了责任意识与担当精神,充实了学生的兴趣内涵,实现了学生由被动学习向主动学习的转变,尤其是牢固树立了学生的科学信念和忠诚于科学的学习态度。为了系统评价研究性学习实施的效果,进行了问卷调查,内容包括研究性学习的优点及研究性学习对免疫学理论学习的作用。前者包括提高创新思维能力、促进团队协作能力、提高综合解决问题的能力、提高主动学习能力、提高对所学理论知识的整合能力等；后者包括加深对理论知识的理解、促进理论知识的应用、增强理性思辨能力、增强学生对免疫学与其它学科的交叉融合、促进先进理论知识的临床转化、实验成功所产生的自豪感对专业学习的促进作用等。共发放问卷180份,回收有效问卷165份(动物医学95份,动物药学70份)。

2 结果

对收回的有效调查问卷进行统计分析,得到如下结果(表1)。由表1可以看出,动物医学专业和动物药学专业有达94.54%的学生认为研究性学习可以培养团队精神；超过89%的学生认为实施研究性学习可以增强大家的学习主动性,充分认识到自己的责任和担当,从源头上逐步养成了学生的职业精神,拓展了学生对通过探索达到既定目标的思路,很好地培养了学生探索未知的能力、毅力和勇气,也培养了学生们的合作意识和团队精神。研究性学习对理论学习方面的影响,90%左右的学生认为该模式可以循序渐进地深化学生对免疫学理论知识的理解,增强认知能力和发现能力。近84%的学生认为该模式可以促进知识的建构能力、系统整合能力和对理论知识的应用能力,增强创新思维能力。75%以上的学生认为可有效地促进理性思辨能力的形成和发展,加强免疫学与其他学科的交叉融合,特别是有83.15%以上的学生认为研究性学习能培养学生应用所学理论知识的能力。学生们切身体会到研究性学习不同于传统的课堂学习,它不再是以教师为中心,而是充分尊重学生的主体地位,让学生按照他们自己的项目设计主动探寻知识,真正做到理论联系实际,知行合一,同时锻炼了学生的思维能力和实践能力。正是这种学习过程,才使他们在战胜了一次次失败之后获得了真正属于他们的成功,从而使他们在心灵深处为自己感到自豪!所以,研究性学习是实现“知识”发现、“方法”习得与“态度”形成的有机结合的有效教学手段,同时也提高了学生们的综合能力和专业思想水平,为其日后发展成为创新型人才打下了坚实的基础。

表1 研究性学习模式的教学效果评价(%)Tab.1 Assessment of teaching effect of research learning model(%)

3 讨论

为增强学生毕业后解决复杂科研问题或临床问题的能力,在原有的开放互动式教学、情境教学模式与自主式实验训练模式的基础上,以项目形式开展了研究性学习。近几年实践使教师团队深深体会到,研究性学习的关键在于项目开始前的精良整体设计:包括研究问题的提出与凝练、研究目标定位、研究内容确定、研究方法的选择、探索过程的逐步实现,以及最终成果的落地途径[4]。在本项目建立的研究性学习模式中,从理论课授课开始就将与免疫学有关的临床问题介绍给学生,并在课堂上讲授的适当环节对课题所涉及的知识体系做出提示和引导,让学生初步认识所面对的科学问题(包括认识问题和实践问题),激发学生的学习兴趣,增强对免疫学知识的渴求。同时,让学生从中国知网下载一些有关论文阅读,深入发现更多细节问题,并进行讨论分析,以增强学生的理性思辨能力,为实现“教”与“学”的和谐发展奠定基础。

为与上述教学组织理念相适应,对实验教学的方式做了很大改变,以项目形式将本科教学大纲所规定的实验项目整合在一起,使其承担项目功能,不仅很好地弥补了原有自主式实验中各个实验之间缺乏联系的缺点,而且还可发挥实验技术创造知识的作用,这种改变对学生最具有吸引力,从而使他们变得比以往更加积极主动,严肃认真,一丝不苟。由2017级动物医学专业对免疫学很感兴趣的学生组成的项目团队,针对FMD VLP疫苗“黏膜免疫增强剂”的世界难题开展了研究性学习。主要从重组质粒提取、HEK-293T细胞转染、VLP纯化鉴定,到黏膜免疫增强剂的正交设计展开研究。另外,亦为动物医学专业本科生设计了“探索巨噬细胞应答FMDV免疫原的表观遗传学机制的研究性学习”项目,以染色质可接触性测序技术检测FMDV VLP通过与巨噬细胞清道夫受体结合所引起的染色质转录活性变化,阐释巨噬细胞应答的表观遗传学机制,发现疫苗设计的新靶标。通过项目的实施,不仅使学生的视野得到了开阔,而且还为学生毕业后从事前沿科学研究工作建立了技术储备。由此不难看出,研究性学习加深了学生对免疫学理论知识的整体认知,促进了对理论知识的融合应用和认知——发现能力的形成,使学生的思维更加有逻辑,在实践向认识的转变过程中获得新知识,收获从未有过的成功喜悦和知识超越的自豪,从而坚定科学信念。同时,研究性学习也是充分调动学生主动学习的有效手段,并可以挖掘学生的认知能力与发现能力。由此不难看出,研究性学习过程可非常有效地解决现有教学模式所存在的问题,并赋予免疫学教学“高阶性、创新性和较高挑战度”的特点,使学生的心智得到扎实稳健的发展。正如我国古代哲学家荀子所云“不闻不若闻之,闻之不若见之,见之不若知之,知之不若行之,学至于行而止矣。行之,明也,明之为圣人[5]”。

通过与参加研究性学习的学生交流得知,他们大多表示研究性学习课堂改变了以往的教育教学方式,真正树立以“学生为本”的教育观念。从实验前期准备到实验具体讲授操作,都以学生为主导,在这一过程中提高了学生的自信心、组织协调能力、团队合作能力和对免疫学知识的整合能力。负责某一模块实验的学生对该实验内容的印象更深刻,认识更加充分,对免疫学知识更加全面的掌握,这都比老师直接“给予”知识让学生学习掌握效果好；极少部分学生表示一切由学生主导的课堂有些缺乏专业性,有些知识传递错误也在所难免。但总体上来看,研究性学习带来的是一次新的教育改革。

几年的实践使教师团队认识到,研究性学习还需要教师在理论教学过程中根据所讲授的内容安排激活学生思考的情境,提出引起学生思考的科学问题,从而激发学生的创新欲望和进取精神[6]。此外,研究性学习还需要学生自主地参与问题的提出、论证、准备实验、实验实施、结果观察与归纳总结等环节,由此从探索实践中获得知识构成元素,并进一步加工成对研究对象的新认知,增强元认知能力。当然,研究性学习对实验员老师的要求会更高,他们不仅需要了解授课教师的实验设计思路,还需要根据设计思路来指导学生进行准备实验,需要比以前的教学模式付出更多的时间与精力。令人倍感欣喜的是学生们深感此模式让他们的校园生活变得相当充实,情志得到了有效的历练,心智实现了健康发展。总之,研究性学习模式有助于学生对兽医免疫学基本理论知识的学习和实践能力的增强,培养学生的认知-发现学习能力,并在实践中锻炼心智,增强理性思辨能力和社会担当能力,树立科学信念,也有利于学生们开展创新创业实践,特别是在未来面对各种复杂问题能做出有意义的选择。