基于科研思维培养的机能实验教学探索

罗晶晶，迪娜·艾尼瓦尔，张 荣，郭英惠，孙 湛 (新疆医科大学基础医学院机能中心， 乌鲁木齐 8300； 新疆医科大学基础医学院病理生理学教研室； 通讯作者)

2019年出台的《教育部关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见》中指出，要推动科研反哺教学，强化科研育人功能，加强对学生科研活动的指导，支持学生早进课题、早进实验室、早进团队，以高水平科学研究提高学生创新和实践能力[1]。医学具有很强的实践性，医学实验教学是高等医学教育的重要组成部分，对于提高学生对基础医学知识的掌握能力及培养学生的综合分析能力发挥着重大作用[2]。医学生作为医学领域科研人才的后备军，早期培养医学生的科研思维和创新精神日益受到我国高等教育界的重视。因此，如何发挥高校的科研引领作用，以培养医学生科研思维、创新意识、团队精神，促进教学与科研共同发展，是医学院校需要关注的。

机能实验学属于基础医学实验，将生理学、病理生理学、药理学实验教学有机交叉融合，重新整合成为一门独立课程。本校机能实验教学改革与国家大多数院校同步，取得了较为显著的成绩，但在实施过程中还是遇到一些问题，如机能实验课的实验教学内容主要是验证性实验和综合性实验，设计性实验较少，实施不到位；又如教学过程中因循守旧，依旧是以教师为主导，教师讲解模型复制原理，复制方法，观察指标，重理论而轻实践，重现象而轻内在，大多数学生只是按照要求完成操作，观察实验结果，撰写实验报告。在此过程中，学生可以系统掌握理论知识和培养实验操作技能。不足之处是在此过程中，缺少学生的思考，例如为何如此复制模型，为何观察这些指标，实验中为何出现如此的功能代谢变化。由于教师讲得过多，不能有效调动学生的主观能动性，这使得学生并未充分了解医学实验的逻辑性和科学性，限制了学生在基本实验上的拓展，不利于培养学生的科研思维和创新精神[2-4]。基于以上情况，本校机能实验学试图通过改革教学理念、教学内容、教学评价等，促进医学生科研能力发展，帮助医学生理解相关课程抽象的理论知识，培养医学生的动手能力、实验技能及知识应用能力，还要锻炼学生综合分析、解决问题和创新意识的能力，加强学生的科研协作精神和团队意识，并帮助学生掌握科学的研究方法，了解学科前沿，从而全面提高学生综合素质，促进人才培养[5]。

1 改变教学理念

传统观念认为机能实验学是一门实验课，其主要任务是帮助学生理解相关课程抽象的理论知识，培养医学生的动手能力、实验技能。围绕着医学生科研能力培养的目标，我们对机能实验学的认识也进行更新，将机能实验学从单纯的实验课程转变为培养学生科研思维的平台，在掌握基础理论知识和实验操作技能的基础上，通过改变授课方式，增加科研元素培养学生主动探索意识，培养其科研逻辑思维能力，激发科研热情，实现早科研的目标，使学生参与课程，善于思考，有创新精神，帮助学生建立科研思维和创新能力。

2 丰富教学内容

以培养科研能力为导向，实验课被划分为经典实验、综合性实验和设计性实验。经典实验验证理论课程中学习的内容；综合性实验将生理学、病理生理学和药理学的内容进行有机融合，观察机体正常情况下功能代谢情况，复制疾病模型，观察疾病状态下功能代谢的变化，并给予一些药物治疗，并观察效果。通过以上过程，学生从整体角度对疾病发生发展建立认识，进而掌握基础知识和基本操作技能，培养综合分析问题的能力及团队精神。

在以上两种实验类型的基础上，我们还开展了设计性实验。设计性实验是以小组为单位，包括由学生自主查阅文献、资料后，自主选题，自主进行实验设计，制作PPT，在课中进行汇报讨论，自主实施，统计实验数据，撰写论文，汇报答辩的过程。我校设计性实验的执行原则是整个过程先全面开花，再重点实践，重在培养学生的科研能力和创新能力[3]。经过这一系列的教学过程，学生体验到科学研究的过程，初步掌握科学实验的基本程序和方法[4]。在执行过程中，我们要注意以下几点：第一，尽早告知学生机能实验学还包括设计性实验这个环节，让同学们有充分的准备时间；第二，科研素质的培养是一个循序渐进的过程，学生在此之前从未接触到科研，对于科研基本是未知的，直接告诉学生要设计一个实验，学生会感觉到无从下手，不知所措。因此，教师在授课过程中或第二课堂，可以带领学生一起阅读相关文献，分析文献结构及其逻辑，帮助学生早期建立科研思维，也有助于学生自主设计实验；第三，学生自行设计的实验，常会出现由于仪器缺乏，部分实验动物、试剂昂贵等而无法开展的情况。当出现这种困难时，设计性实验与高校开展的大学生科研训练计划(SRTP)自然对接，经过评审通过的项目，可以获得SRTP项目资助完成实验研究，进一步锻炼学生的科研思维。

3 细化实验过程

3.1 强调实验分组与实验数据分析，建立初步科研认识

在科研实验选题结束后，学生要进行实验设计。其中实验分组是很重要的，一般需要设立正常对照组、阴性对照组、实验组、阳性对照组等。学生进行实验后，收集实验数据，应用合适的统计方法进行组间比较，观察各组之间的差异，从而得到结论。

在机能实验授课过程中，教师往往忽略或者不强调实验分组和实验数据分析过程。例如肝性脑病模型复制及抢救治疗实验，为了让同学们观察到血氨浓度变化与肝性脑病之间的关系，实验分为四大组，第一组是肝性脑病组，肝叶结扎，并且十二指肠内注射复方氯化铵溶液。第二组对照Ⅰ组：不做肝叶结扎，十二指肠内注射复方氯化铵溶液。第三组是对照Ⅱ组：肝叶结扎，十二指肠灌注的是复方氯化钠溶液。第四组是治疗组，模型同肝性脑病组，当家兔出现扑翼样震颤时，立刻进行治疗。这样的分组设计是有其内在逻辑的，实验目的是要观察血氨与肝性脑病之间的关系，通过实验就可以比较在肝功能衰竭的情况下，十二指肠内注射复方氯化铵升高血氨浓度，记录出现脑病时的注射复方氯化铵的量；肝功能正常的情况下，注射复方氯化铵的剂量；在肝功能衰竭的情况下，如果十二指肠内注射复方氯化钠是否能出现脑病的表现。另外结合肝性脑病的发生机制，同学们在观察到动物出现脑病后可以选择不同的治疗措施进行抢救。本实验的结果需要记录实验现象，并比较各实验组每公斤体重所用的药物量。教师在授课过程中发现，因为对照组往往不会出现临床表现，同学们一般不希望本组动物被设定为对照组，有时候安排某组作为对照组，也会出现该组同学商量一下就改为实验组的情况。由此说明，同学们对科研过程中分组的意义并不十分清楚。科研过程是需要有组间对比的，没有正常对照组，也就没有相应的组间比较。因此，教师在实验授课之初，就应该给同学们强调实验分组的重要性，在此可以引入一些文献给同学们举例讲解。一次成功的实验不光需要有实验组，更需要有对照组。这个过程也是全班同学一起协作得到实验结果的过程，分组实验配合过程也使同学们建立起团队合作意识。另外，教师在实验中也可以引入数据统计的思路，一次授课会分2-3组为肝性脑病组，这样可以将这几组注射复方氯化铵的量计算出其均数±标准差，从而给同学们介绍科研实验中统计的概念，使教学实验帮助同学们建立科研认识。

3.2 通过实验报告书写，模拟撰写论文过程

以往实验结束后，教师会要求同学们撰写实验报告。实验报告的格式也往往按照实验教科书上的流程，包括实验目的、实验原理、实验动物、器材与药品、方法步骤、注意事项、实验结果以及课后习题等。如此的撰写流程与科研论文还是相距甚远。为了实现早科研的目的，教师可以要求同学们按照科研论文标准撰写实验报告，首先书写标题，然后书写组员姓名、中文摘要、英文标题、英文摘要，继而书写引言、方法、结果和讨论。这有利于同学们掌握科研论文的结构，也利于其阅读文献时对文章构架的认识，尤其是通过书写结果和讨论两部分，可以有效地锻炼学生的科研逻辑。

4 全方位教学评价

考核评价体系是引导学生的风向标、指挥棒。构建与培养目标一致的科学合理的考核评价指标是保证实验教学健康有序运行的抓手，也是使学生全程参与、全心参与的重要保障[6]。

课程终评成绩由过程性评价和终结性评价两部分组成。过程性评价包括实验平时成绩、实验报告、实验设计与开题报告考核等各环节。终结性评价包括实验理论考核和实验操作技能考核。实验平时成绩主要考核学生实验中的态度以及对待动物的态度，通过此环节促进学生参与实验的积极性以及实验成功率，并提升学生对实验动物保护观念。实验报告反映学生对实验过程的理解程度以及实验数据分析的能力，实验报告的书写也是以科研为导向，按照科研论文的格式完成实验报告，尤其要求对实验结果的讨论。实验设计与开题报告汇报的环节主要包括学生对实验设计的理解程度以及实验设计的完整性、制作PPT的能力以及汇报情况，以促进学生对科研探索的积极性。实验理论考核中也包括了实验设计原理等内容，提高学生对实验机制的理解。实验操作技能考核则体现了学生对实验操作技能的培训情况。

5 机能实验课教学过程中的思考

在机能实验授课过程中，教师将多学科内容进行融合，还可将形态学相关实验引入到实验教学过程，由此，学生不但能检测疾病状态下功能代谢的变化，还能观察形态学变化，更符合科研的全面性。在此，还有几点需要进一步强调，第一，重视培养，提高教师自身专业素养和科研能力。设计性实验的开展对指导教师的专业素养和科研能力都提出了更高的要求，教师在专业方面需要具有扎实的基础理论知识，大量的知识储备，一定的科研素养，还需要有熟练的实验操作能力。因此，指导教师应该注重培养自己的专业知识。第二，继续加强实验室设备建设，确保学生设计出的实验能在学生教学实验室内完成，完成科研训练全过程。第三，形成激励机制，提高教师参与设计性实验的积极性。目前设计性实验一般由一位实验课教师承担，且目前实验课往往是青年教师承担，科研经验不丰富，而设计性实验涉及内容更加广泛，一位教师对设计性实验的点评或指导往往不足，对促进学生科研思维发展的作用有欠缺。因此，我们可以通过增加课时数的方式，在设计性实验阶段，另外再派一名高年资教师参与教学过程，帮助学生更加全面地完成科研训练。

综上所述，通过机能实验学课程教学理念、教学内容、教学过程以及考核评价的改革，使学生在掌握教学内容和实验操作技能的基础上，通过多方位引入科研相关内容，将实验分组、实验数据统计、实验报告撰写要求等充分应用在教学所有环节中，以考核方式作为导向，引导学生主动探索意识，提升逻辑分析能力，激发科研热情和兴趣，为学生的全面发展打下坚实的基础。