医学免疫学科研式教学模式的探索与实践

陈淑珍

医学免疫学与人类健康紧密相关,是医学院校必修的专业基础课程,也是衔接基础与临床医学的桥梁课程。同时,医学免疫学是医学和生命科学领域的前沿学科,与细胞生物学、微生物学、分子生物学等多学科渗透交叉,不断涌现新理论、新概念,学科知识更新发展迅速[1,2]。然而,医学免疫学概念性强、理论抽象、内容晦涩,教学难度大[3]。基于医学免疫学上述特点和以往教学经验,笔者摸索了医学免疫学科研式教学新模式,并进行实践探索,以提高教学质量和提升学生科研思维和创新能力。

一、科研式教学的必要性

2022年5月,国家发展和改革委员会发布了《“十四五”生物经济发展规划》,该规划明确了生物经济4大重点发展领域。其中,健康产业领域最受关注,提出顺应“以治病为中心”转向“以健康为中心”的新趋势,发展面向人民生命健康的生物医药,重点围绕药品、疫苗、先进诊疗技术和装备、生物医用材料等方向,提升原始创新能力,增强生物医药高端产品及设备供应链保障水平[4]。2022年5月,国务院办公厅也发布了《“十四五”国民健康规划》,全面推进健康中国建设[5]。新时期对医学人才培养提出了更高要求,需着重培养学生的科研思维及创新能力。因此,科研式教学模式是新世纪医学人才培养的有益尝试和探索。

二、科研式教学模式在医学免疫学理论教学中的应用

1.将医学免疫学重大理论发现设计为研究性案例:医学免疫学是从微生物学分离独立出的一个年轻学科,但发展十分迅猛。在100多年的诺贝尔奖历史上,免疫学领域获奖20余次。将这些医学免疫学重大理论发现设计为研究性案例,引导学生了解发现背景,跟随科学家的思路逐步推导出结论。例如,1901年第1届诺贝尔生理学或医学奖授予德国科学家von Behring,以表彰他和同事发现抗毒素——存在于感染白喉杆菌的动物血清中,能抵抗白喉外毒素的物质,从而开辟了免疫血清临床治疗的先河。再比如,1919年诺贝尔生理学或医学奖授予比利时科学家Jules Bordet,以表彰他在补体发现及功能研究上所做出的贡献。2018年,来自德克萨斯大学的James P. Allison和日本京都大学的Tasuku Honjo获得诺贝尔生理学或医学奖,表彰其在肿瘤免疫领域做出的贡献。James P. Allison和Tasuku Honjo分别发现细胞毒T淋巴细胞相关抗原4(cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4, CTLA-4)和程序性死亡受体1(programmed death-1, PD-1)可作为T淋巴细胞免疫检查点,提出了通过抑制免疫负向调控的肿瘤免疫疗法[6]。将医学免疫学重大理论发现的科研故事设计为研究性案例,引导学生循序渐进地学习,不仅能让学生掌握免疫学理论,还能激发学生科研热情和探究精神,提高医学生的创新能力。

2.教师科研反哺医学免疫学理论教学:本教研室教师大部分具有博士学位,拥有自身特色的科研方向,均有在研科研项目。在医学免疫学理论教学过程中,教师发挥自身科研优势,结合科研成果反哺教学。例如,在讲授细胞因子功能时,笔者结合固有免疫细胞研究过程,向学生介绍如何利用巨噬细胞集落刺激因子(macrophage colony-stimulating factor, M-CSF)或粒细胞-吞噬细胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony-stimulating factor, GM-CSF)促进骨髓细胞向巨噬细胞或树突状细胞分化。同时展示笔者拍摄的分化前后细胞照片,让学生有直观的了解。又如,在讲解固有免疫模式识别受体时,结合笔者研究方向,简要介绍NOD样受体(NOD-like receptors, NLRs)及炎性小体在痛风、阿尔茨海默症、糖尿病等疾病中的重要作用,加深学生对细胞因子和模式识别受体功能的理解。与此同时,教师可将相关研究领域的最新科研进展作为教材内容的延伸,开阔学生视野,激发学生科研探索精神。

3.学术文献阅读汇报促进医学免疫学理论教学:在课堂教学中,结合科研方法,笔者筛选一些高质量经典文献和最新文献,安排学生分组精读文献和讨论汇报。同时,布置5～6个问题,例如,文章想要解决什么问题?提出了何种假设?如何验证假设?运用了哪些免疫学知识和技术?研究有何意义?能从中学习到什么?以问题为导向,以学生为主体的文献阅读汇报,化被动的“填鸭式学习”为主动的“探究性学习”,有利于培养学生自主学习和分析归纳能力、表达能力以及团队合作能力[7]。最后,教师梳理全文逻辑,总结技术路线图,讲解科研思路,并复习文献所涉及的理论知识点。在医学免疫学理论课堂上运用上述科研式教学模式,加强了学生对免疫学理论知识的理解,提高了学习积极性,激发了探究热情,也为培养研究性能力做好铺垫。

三、科研式教学模式在医学免疫学实验教学中的应用

医学免疫学实验教学是医学免疫学课程的重要组成部分,将理论运用于实际,不仅可加强学生对理论知识的理解记忆,还可培养学生的实验操作能力、知识运用能力和科研逻辑思维[8,9]。为更好地实现上述目标,笔者设计了四步走的科研式医学免疫学实验教学模式。

1.验证性实验:验证性实验主要包括凝集反应(ABO血型鉴定)、免疫标记技术(胶体金标记——早早孕检测)。这部分实验的教学目的在于学习实验规范、熟练基本操作,为后续实验奠定基础。实验主要由教师先讲授实验原理和操作步骤等,而后学生动手实际操作取得相应的实验结果,再对实验结果及注意事项进行讨论。

2.综合性实验:在验证性实验基础上,笔者设计了综合性实验。综合性实验主要包括小鼠操作、血涂片制作与观察、酶联免疫吸附测定(enzyme linked immunosorbent assay, ELISA)、流式细胞术。这部分实验为多个教学内容的整合,围绕大肠杆菌诱导的腹膜炎模型,并完成免疫注射、取材、血液、细胞和分子水平检测[10]。具体安排为将学生分组,每组2只小鼠,1只为对照组,1只为实验组,实验组小鼠腹腔注射大肠杆菌菌液。3天后,取血制作血涂片并染色,显微镜下观察免疫细胞;小鼠腹腔灌洗,灌洗液ELISA检测细胞因子;灌洗细胞进行总细胞计数,并在抗体染色后通过流式细胞术检测其中中性粒细胞比例。此部分实验结果存在个体化差异,要求学生在实验前利用所学理论知识预测实验结果,在实验操作后分析结果是否符合预期,并进行讨论和总结。

3.设计性实验:设计性实验要求学生在前期实验学习的基础上,课后通过查阅规定主题相关文献进行科学实验设计。而后,在课堂上进行汇报展示,教师和学生共同讨论实验的创新性、可行性。对于创新性好、可行性高的实验设计,可在教师指导下利用课余时间在开放性实验室进行研究。在实验验证操作过程中,着重培养学生基本实验技能,养成良好的实验习惯,并要求学生如实详尽地书写实验记录,及时整理分析实验数据,坚持严谨的科学态度。

4.鼓励参与大学生科研项目或竞赛:对于设计性实验进展良好,且学生有科研意愿的,教师进一步深入指导,明确课题方向。再让学生分工合作,查阅相关文献,细化实验设计,梳理技术路线图,撰写科研项目申请书或报名学科竞赛,例如,大学生创新创业训练计划(大创)项目和全国大学生生命科学竞赛。进而,学生利用课余时间开展相关科学实验,进一步学习分析实验结果,必要时调整实验方案,最终总结实验数据并撰写结题报告及研究论文。在科研项目和竞赛涉及的各个环节,均以学生为主体,以培养学生的综合能力为目的。学生进行免疫学相关课题研究不仅可促进医学免疫学的理论和实验教学,锻炼学生数据总结和成果凝练的能力,还能提升学生的科研兴趣、科研思维、实践能力和创新能力,强化团队合作精神和严谨的科学态度。自2018年以来,教研室授课教师共指导本科生获国家级、省级和校级大创项目立项近20项,发表论文10余篇,获得大学生生命科学竞赛全国一等奖1次,福建赛区特等奖和一等奖各1次[11,12]。

医学免疫学实验科研式教学新模式,不仅可以加深医学生对免疫学理论的理解,还能让学生尽早接触现代免疫学常用方法技术,了解研究思路,提升对科学研究的兴趣,为将来的学习深造奠定基础。

四、建立多元化过程性考核体系

多元化的考核方式,也能提高学生学习医学免疫学的积极性及学习兴趣[13,14]。与科研式教学过程一致,课程采用形成性评价与课终评价相结合的评价体系,考核方向着眼于理论基础知识和科研思维能力。其中,形成性考核除了课堂提问、随堂测验、期中测试、实验报告等评价形式,还组织学生绘制思维导图、布置综合性作业等。例如,在免疫应答章节教学完成后,布置学生自行选定章节,绘制章节思维导图,这有利于学生阶段性复习并培养学生整合信息,搭建知识框架的能力。又如,在理论课程结束后,结合近两年的新冠疫情,布置综合性作业:利用所学知识,并收集相关资料,从机体抗新冠病毒免疫、抗新冠疫苗及药物研发等方面,介绍目前所知的新冠病毒相关知识与研究进展。通过采用全过程全覆盖、科学的考核方式,可督促学生及时、高效地理解并运用所学知识,明显提高教学质量。

五、展 望

新世纪生命医学的飞速发展对医学生们提出了更高的要求。当前医学免疫学科研进展突飞猛进,在医学教育中的重要地位日趋显现。笔者探索了医学免疫学科研式教学新模式,在理论和实验教学过程中充分发挥科研的作用,促进了课程理论与前沿进展的融合,优化了课程体系,显著提升了医学生的科研思维和创新能力。与此同时,也敦促教师不仅要熟练掌握免疫学基本理论与框架,还要紧跟免疫学前沿进展,教研相长,不断进步。