构建“三位一体”的医学机能学实验“金课”的探索与实践

于利 刘卓 李胜陶 牟华

1 锦州医科大学基础医学院，锦州 121001； 2 锦州医科大学基础医学实验教学中心机能实验教学平台，锦州 121001； 3 锦州医科大学基础医学院药理学教研室，锦州 121001

基础医学是医学教育过程中与临床医学相辅相承、密不可分、必不可少的组成部分。实验教学又是基础医学教学过程中极为重要的组成部分和教学环节。近几年来，我国医学教育改革的浪潮风起云涌，以创新思维能力和实验实践能力培养为目标，医学教育改革率先在医学理论教学过程中得到很好的重视和发展，而医学实验实践教学改革则相对落后于医学理论教学改革。

2018年11月，教育部高等教育司吴岩司长在中国大学教学论坛上提出建设中国“金课”、淘汰水课，提高高等教育质量。2019年10月，教育部印发《关于一流本科课程建设的实施意见》[1]，提出“课程是人才培养的核心要素”、“提升课程的高阶性、突出课程的创新性，增加课程的挑战度”即“两性一度”，而符合这些特点的课程也就被称之为“金课”[2]。高阶性，是指金课具有知识能力素质有机融合，培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维的特点；创新性，是指金课的课程内容反映前沿性和时代性，教学形式体现先进性和互动性，学习结果具有探究性和个性化；挑战度，是指金课的课程要有一定难度，需要跳一跳才能够得着，对教师备课和学生课下学习有着较高的要求。基础医学实验教学改革如何紧追教育改革发展的大趋势，在“金课”建设背景下，根据医学机能学实验的实践教学特点推进课程体系的改革和重构，以提升学生实验实践能力培养为目标的实验教学改革是我们迫切需要深入思考并予以完成的任务[3]。本文探讨和总结了锦州医科大学基础医学院和基础医学实验教学中心所进行的医学机能学实验教学改革的实践经验和成果，希望能够为医学院校推进医学机能学实验教学创新发展提供参考。

1 医学机能学实验教学改革的思路

建设以学生为本、以岗位胜任力培养为核心的医学机能学实验“金课”[4]，培养具有创新思维和综合实验实践技能的复合型医学人才，这就要求我们不但要对医学机能学实验教学的内容进行必要的整合和改进[5]，而且还要对实验教学理念、教学模式、教学方法进行相应的变革和重构。

首先，医学机能学实验教学改革是从实验资源的整合开始的，由传统的生理学、药理学、病理生理学实验课整合为“机能学实验”课程。实验室的合并，实验仪器设备也进入到了基于多媒体信息技术的生物信号采集系统的整合型实验仪器。其次，实验课程内容也随之进行了整合，减少了验证性实验，提高了实验项目中综合性实验的比例(以锦州医科大学医学机能学实验课程为例，综合性实验比例超过70%)，并且新增了创新性实验内容，旨在提高医学机能学实验教学质量，着眼于实验操作技能训练和科研思维培养相结合的医学机能学实验教学模式和方法。

随着医学机能学实验教学改革的逐步深化，传统的“动物实验”为主要教学形式的机能学实验教学模式，在全新的数字化、网络化、信息化技术不断发展的背景下，越来越不能适应医学教育的发展。为了更好地激发学生参与医学机能学实验教学的积极性和主动性，更好地培养具有较强综合素质的应用型医学人才，使医学生能够“基础理论联系临床实际”、学以致用，自从2013年开始，我们尝试将新型“人体机能学实验”引入到实验教学实践中，丰富和补充原有的动物机能实验项目和内容的不足。人体机能学实验[6]是医学机能学实验的组成部分，直接以人体为实验观察对象，以贴近临床实践的方式进行基础医学实验教学。新型人体机能学实验的探索和实践，“脑电图描记及影响因素观察”“神经兴奋传导与肌肉收缩”“定量负荷运动与能量代谢测定”等全新的实验内容，以“身临其境”“身有感触”的“沉浸式”教学方式极大地激发了学生自主学习的兴趣和热情，同时也对医学机能学实验课程体系改革产生了极大影响。在传统的动物机能实验基础上，加入人体机能实验，再配合虚拟仿真实验，逐渐形成了“三位一体”的全新医学机能实验教学课程体系的重构。

2 新型医学机能学实验课程体系的构建

2.1 课程内容的全新构建

“以点切入，逐渐拓展；学科交叉，综合创新；互为补充，协调发展”。人体机能学实验，与传统的动物机能学实验相比，其实验对象、实验方法和教学模式都有所不同，作为医学机能学实验课程体系的新的组成部分，是医学机能学实验教学改革的创新点和新热点，其最初是“以点切入，逐渐拓展”的方式开始的。

课程开始是以实验选修课程的形式开设，主要面向临床医学专业本科生，在原有的动物机能学实验基础上，增设了4～6个人体机能学实验项目，如肌电图的描记、脑电图的描记和心电图描记等。这些实验项目均依托新型人体机能学实验系统，安全高效便捷地在人体上直接进行生理学实验。在实验教学过程中，直接观察和测量自身的生理功能变化，激发学生的探索欲和学习热情，实验教学效果的反馈非常好。“人体机能实验选修课程”的探索和实践，也促进了“人体机能学实验”专业仪器设备和配套设施的不断改进，促进了在这一领域内的校企合作、产学研协同。

为了适应其他专业的教学需求，如运动康复专业，“人体机能学实验”的课程内容采用模块化设计，产生了新的实验课程“运动人体机能学实验”，其内容也具有专业特点。例如，通过设计“定量负荷运动”，观察运动对肌电、脑电、心电、能量代谢以及尿成分的影响；设计“悬吊系统训练与肌电功能评估”，观察悬吊康复训练后，肌肉功能变化的客观评估。这种根据专业培养特点进行模块化设计的课程内容，一方面能够完全满足该专业的实验教学需求，另一方面也为人体机能学实验教学改革实践提供了新的发展思路：“学科交叉，综合创新”。运动是人们经常进行的生理活动，将不同类型的运动与人体机能学实验技术结合，进而衍生出了全新的人体机能学实验教学内容。

人体机能学实验教学的探索实践中，也暴露出了一些问题。由于不能在人体上直接观察药理作用或疾病模型的病理生理变化，所以无法完全开展药理学和病理生理学为主的机能学实验。从2017年开始，另一种新型实验教学模式——虚拟仿真实验开始融入医学机能学实验教学改革之中，采用虚拟现实、现实增强等信息技术来模拟人体药理和病理生理的变换过程，以弥补医学机能学实验教学的不足。

人体机能学实验是对原有的动物机能学实验的极大的补充，并逐渐演变成医学机能学实验课程体系中不可或缺的组成部分；人体机能学实验也极大地促进了基础医学实验教学与临床实践的结合，架起了基础医学与临床医学之间联系的桥梁；人体机能学实验的“先天不足”，也极大地促进了虚拟仿真实验的发展壮大。至此，“三位一体”的医学机能学整合实验课程体系也逐渐从实践探索中形成了雏形，并在实践探索中加以完善，从而形成了完整的实验课程体系。

2.2 新型医学机能学实验教学系统平台建设

随着多媒体、信息技术的不断发展，医学机能学实验系统及其仪器设备也迅速发展起来。首先，以人体机能学实验的“强势融入”为代表的医学机能整合实验教学实践迫切需要实验教学系统平台的重构，以适应不断发展拓宽的“三位一体”医学机能整合实验教学的需要，如网络化、多功能化、配套设施多样化(台阶、功率自行车、全自动尿成分检测仪、全自动血液生化分析仪、呼吸流量仪、神经反应阈值测量仪等)。根据不同的培养目标，“新型多功能机能学实验教学系统平台”普遍具有以下特点：

首先，多功能集成。平台可以承担多系统的人体机能学实验(如心电图、脑电图、肌电图、尿成分、血糖)，也可以开展多学科交叉的人体机能学实验项目(运动对能量代谢影响，运动对血糖和尿成分的影响等)，还可以进行“虚实结合”的虚拟仿真人体机能实验。

其次，多系统整合。根据实验项目的需要，可以整合多种人体功能检测仪器(尿成分检测仪、血糖仪、血生化检测仪、定量负荷运动设备、肺活量仪)等，甚至选用一些临床检测检验仪器设备，既可以很好地满足人体机能学实验教学需求，又可以进行多系统整合、多学科教学的交叉整合实验。通过多年教学实践探索，将人体机能学实验与康复治疗、运动训练相结合，衍生出了“运动人体机能学实验”，可以观察评估康复训练治疗对于肌肉功能、神经传导等的影响；将人体机能学实验与护理学实践技能相结合，形成了适合护理学专业学生的“医学机能学实验课程”，以培养护理学专业学生熟悉掌握人体各器官系统不同的功能检测方法和原理；将人体机能学实验与心理学结合，可以客观评估心理干预方法和措施对于受试者生理功能的影响，以评价心理干预的效果。

再次，多技术应用。运用网络信息化技术，实现医学机能学实验所获数据信息的采集共享；能够将虚拟仿真实验与人体或动物机能学实验有机结合，形成“虚实结合”的新型实验教学模式，多方位多角度让学生能够“身临其境”“身有感触”地学习医学机能学理论，并用客观现实操作来验证或体验，增强学生学习的积极性、主动性；人机互动，师生互动，拓展医学机能学实验教学的新模式和新方法。“三位一体”的医学机能学整合实验将基础医学实验教学开始外延，向临床实践拓展、贴近临床，缩小了基础医学与临床医学之间存在的无形的“专业壁垒”，使学生能够理论联系实践、“学以致用”，提高医学机能学实验教学的效率和质量。

2.3 课程考核与评价体系建设

在强化实验平台和仪器的“硬件”建设的同时，我们也在着力加强对医学机能学整合实验课程实施效果的课程考核和评价体系的建设。其常用的考核评价体系不同于理论课程，不再是用简单的试卷来考核评价学生的学习情况和学习效果，而是全方位对学生参与实验教学过程、实验教学效果和质量、学生对实验实践技能的熟悉掌握情况等进行客观的、进行性的考核和评价，即“理论+实践”的“动静结合”的考核方式。全新构建的实验理论题库、局域网平台，使得学生可以直接在计算机上进行考核，“随机抽题，限时独立完成，即刻判分”——这就是实验理论考核的“静”，考核组织方便、实施简单，教师工作量小。实验考核的“动”，包括学生实验实践技能考核、实验效果考核(实验报告考核)、实验教学的形成性考核(依托网络平台资源，学生的线上自主学习考核)，促进了学生实验实践能力的培养，提高了学生发现、分析和解决问题的科学思维能力；线上虚拟仿真实验学习，通过人机互动，促进了学生对实验过程的熟悉和理解，为线下课上的实体操作做好预实验，这种虚实结合的教学方式也有效地解决了实验动物和实验室资源不足，动物实验无法多次重复使用，实验室无法“全天侯”开放、无限制提供实验技能训练平台的固有“顽疾”，以及弥补了人体机能学实验教学的“先天不足”。

3 构建新型医学机能学实验课程体系的实践效果

人体机能学实验作为一种新兴的实验教学课程，能够紧密结合临床实践与医学基础理论学习，多学科交叉，多技术融合，是传统的动物机能学实验教学的有力补充，也是拓展人体机能学实验教学发展的新方向，且融入了原有的动物机能学实验内容，并与虚拟仿真实验共同形成了“三位一体”的全新医学机能学课程体系。多年的实验教学实践和探索已经证实，这种新型医学机能学整合实验的独特的教学方式，极大地促进了学生的自主性学习，促进了医学机能学实验教学内容的丰富和拓展，促进了任课教师自身知识的储备和教学方法手段的更新和拓宽，促进了多学科的交叉融合，扩大了实验教学改革的视野和范畴。依托网络信息化技术、虚拟仿真技术、3D技术等多技术融合的实验教学平台，“虚实结合”，更加真实地模拟临床疾病的发生和发展、诊断及鉴别诊断、治疗与干预等，使得学生从单调的书本学习中进入到临床实践的模拟场景中，生动、直观、亲身感受，开创了一种基础医学机能学实验教学的新模式和新方法。人体机能学实验教学中，人机互动，师生互动，更使得医学机能学实验教学变得生动多样有趣，带来医学机能学实验教学的课堂革命。上述教学改革符合实验“金课”建设所需要的元素，有助于打造基础医学实验“金课”。

4 结语

本研究以临床问题为导向，开展医学机能学实验课程教学改革，聚焦实验课程内容，采用新的教学方式和教学手段，应用多种信息技术，以学生的创新思维和实验实践能力培养为目标，强化实验教学各环节的考核与评价，围绕医学机能学整合实验“金课”课程体系的构建这一中心，通过“动静结合”“虚实结合”“课下线上+线下课上结合”，践行新思路、新模式和新技术，为基础医学实验教学注入了新的活力，也必将促进基础医学实验教学的创新发展，为切实提高医学人才培养质量、服务“健康中国”发展战略增添助力。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突

作者贡献声明于利：统筹设计规划实验教学改革方案，领导实施实验教学改革，参与实验教学实践活动；刘卓、李胜陶：参与实验教学改革实践；牟华：负责实验教学平台建设和维护，保障实验教学工作