机能学实验教学专家共识

中国病理生理学会机能实验教学工作委员会

实践教学是医学教学的重要环节和必要手段[1]。机能学实验是整合生理学、病理生理学和药理学实验形成的融合性实验课程。机能学实验教学的主要任务是坚持立德树人,紧扣学校人才培养目标,开展实验教学与研究,创新实验室管理机制,探索实验教学改革方向,共享优质实验教学资源,以高水平实验教学支撑高质量人才培养工作。

1 机能学实验的课程内容和课程目标

1.1 机能学实验定义与分类

机能学实验,也称实验机能学,是通过实验手段,研究正常机体生命活动规律以及在疾病状态和使用药物时机体功能活动规律变化的一门学科。

机能学实验是研究机体及其各组成系统、器官在正常、异常和药物治疗等情况下所表现出的各种生命活动现象及其活动规律。根据实验对象不同,机能学实验可分为动物实验、人体实验;也可分为线下实体实验、线上虚拟仿真实验;或分为基础性实验、综合性实验、创新设计性实验等。

机能学实验以急性实验为主,应逐步增加慢性实验的比例,以满足对实验内容的要求。机能学实验应积极与临床结合,注重观察疾病模型,特别是常见病、多发病的典型发生发展过程、机制及药物治疗等。

1.2 机能学实验主要教学内容

1.2.1 机能学实验的基本知识和技能 机能学实验基本知识和技能主要包括实验动物的基本知识、常用实验仪器及其使用方法、动物实验基本操作技术、常用动物实验模型制备、实验安全与实验室安全知识、动物福利与动物伦理等。机能学实验基本知识学习和基本技能训练应贯彻于各实验项目实施过程中[2]。

1.2.2 基础性实验 机能学基础性实验着重学生基本理论、基础知识和基本技术的训练与培养,可根据培养目标的要求,选择性开展不同器官、系统的实验项目。例如,骨骼肌的单收缩、复合收缩和强直收缩实验、神经干动作电位的引导、兴奋传导速度和兴奋不应期的测定实验、血液系统实验(红细胞的渗透脆性、影响血液凝固的因素等)、蛙心起搏点观察实验、期前收缩与代偿性间歇实验、蛙心灌流实验、缺氧实验、消化道平滑肌生理特性实验、影响尿生成的因素实验、去小脑动物观察实验、大脑皮层功能定位和皮层诱发电位实验、药物半数有效量与半数致死量的测定实验、药动学参数的测定实验等基础性实验。基础性实验虽以定性实验为主,应向定量实验发展。

1.2.3 综合性实验 综合性实验是在基础性实验的基础上,着重学生运用所学的基本理论、基础知识和基本技术,解决涉及不同器官、不同系统、不同影响因素、不同药物作用情况的功能变化。应按照不同专业、层次和培养目标,选择性开设系统性综合实验,确保综合性实验项目和创新类实验项目的适当比例。

综合性实验主要包括心血管系统实验、呼吸系统实验、神经系统实验、血液系统实验、消化系统实验、泌尿系统实验、生殖系统实验、电解质代谢与酸碱平衡、药物与机体的相互作用以及涉及多个系统的综合实验、多学科综合性实验(涉及形态学、病原学、生物化学、分子生物学、细胞生物学、神经生物学等学科知识或实验手段的综合性实验)。

1.2.4 创新设计性实验 创新设计性实验是指导学生根据所学知识,以问题为导向,自主设计并实施实验,着重培养学生的科学精神、科研思维和创新能力。创新设计性实验可采取科研选题、指定实验内容、学生自主设计等多种方式开展。按照一般科学研究范式,在进行实验研究前,可进行机能学设计性实验选题、机能学设计性实验基本原则、内容与方法、机能学设计性实验实施、机能学实验的统计学分析、机能学实验研究论文与实验报告的撰写等相关教学,以便创新设计性实验顺利开展。

1.2.5 人体机能学实验 人体机能学实验是直接以人体功能活动为研究对象,在整体上观察人体生命活动规律的实验类型。人体机能学实验主要包括心音听诊、动脉血压测量、人体体表心电图记录、人体血型的测定、人出血时间和凝血时间的测定、人体肺通气功能的测定等实验。人体机能学实验是机能学实验的重要形式,很多动物实验已用人体实验代替,也是机能学实验发展方向之一。具体要求参照本委员会人体机能实验教学专家共识。

1.2.6 虚拟仿真实验 虚拟仿真实验是借助于多媒体、仿真和虚拟现实等技术在计算机上建立虚拟实验环境,实现可辅助、部分替代传统机能学实验各操作环节的相关软硬件操作环境。实验者可以模拟完成各种实验项目,取得与真实环境等价的实验效果[3]。

线上虚拟机能学实验教学的开展,能够突破传统实验对时空的限制,通过与线下实验相结合等方式,有助于提高实验教学质量。线上虚拟实验室的开发与应用将会对实验教学改革产生变革性的影响,是机能学实验重要的发展方向之一,也是机能学实验线上课程建设的主要载体[4]。

虚拟仿真实验的开设应根据各院校的自身实际情况而定,坚持“能实不虚、虚实结合、以虚补实、以虚促实”的原则,不断运用AR、VR、MR、AI等技术开发丰富的实验内容,合理安排线上、线下实验内容,以扩展教学深度和广度,发挥虚拟仿真实验作用,帮助学生预习、复习和拓展实验内容,提高机能实验课效果。

2 机能学课程建设与教学目标

机能学实验的课程设计要坚持守正创新,遵循以学生为中心、以能力为本位、以个性评估为动力、以持续改进为重点的教学理念,以循序渐进的方式,采用综合、灵活的教学方法,打破学科壁垒,以器官、系统和问题(疾病)为核心组织实验教学,培养学生观察能力,提出问题、分析问题、解决问题能力,自主学习能力,科研思维和创新能力,使机能学实验更具高阶性、创新性和挑战度[5]。

通过机能学实验,学生初步了解机能学实验常用仪器的基本原理及使用方法;能根据实验选择实验动物,并有动物手术基本操作、疾病模型制备等基础知识;通过实验设计、虚拟仿真实验等,了解实验基本操作技术、实验步骤与流程、实验注意事项,同时准确进行各器官系统的基础性实验、综合性实验,能巩固相关学科群理论知识;通过实验课程学习,能自主设计实验解决有关生活实际和临床问题,并能初步实施,可以进行相关数据处理及实验报告的书写等。

通过机能学实验操作与练习,学生能准确辨识和使用动物手术器械,能正确使用生物信号采集处理等实验设备,进行实验装置布置与连接;能正确进行动物实验基本操作,正确进行常见动物标本与疾病模型制备,学会观察、记录、比较、分析和综合实验结果;能自主设计实验并组织实施;能讲解自主设计实验思路,参与讨论并回答提问。

通过机能学实验,学生能将理论与实践、基础与临床、动手与动脑相结合,提高理论联系实际的水平,养成严谨求实的作风;在实验中能发挥自主性和创造性,养成不断探索、勇于创新的精神,形成初步的实验技能和创新能力;掌握规律,通晓道理,丰富学识,增长见识,塑造品格,增强责任感、使命感、成就感,勇于承担起促进健康事业发展和科技进步的重任。

3 机能学实验课程体系建设

3.1 实验室体制与管理

机能实验室实行校院(系)两级管理,能按体制整体统一安排,有机运行,并建立标准化的实验室运行体系。实验室基本信息、仪器设备信息等实现数字化管理。实验室有建设规划和近期工作计划。

机能学实验课程应设置合理,打破基础医学各学科的壁垒,加强功能与形态、正常与异常、基础与临床等学科融合,实现实验内容融合,在教学内容、教学安排、教学环境、人员和资源配置上实现整合。

实验室应有各项管理制度,并按规章制度执行和管理:仪器设备的管理制度和办法;仪器设备损坏、丢失赔偿制度;低值易耗品管理办法;危险化学品、精神类药品等管理制度;三废物质管理与回收制度。实验室有安全制度,并有专人定期安全检查制度。实验室有学生实验守则。实验室建立工作档案管理制度并实施,应有各类人员岗位责任制度,培训、考核、晋升、奖惩制度或执行学校制度。实验室的任务、实验教学内容、人员情况、设备信息等基本信息有收集、整理、汇总上报制度。

3.2 实验室环境与安全

实验室建设应符合《高等学校实验室工作规程》和《高等学校专业课教学实验室评估办法》的要求,并不断提高建设标准。实验室建设标准可参考本委员会制定的《机能实验室建设标准》。与动物实验室建设不同,人体机能实验室建设应遵循人体实验建设相关规范,一般应独立设置,并符合相关要求。

实验室安全是机能学实验教学的生命线,坚持“以人为本、安全第一、预防为主、综合治理”的方针,严格遵守《中华人民共和国安全生产法》《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国生物安全法》《教育部关于加强高校实验室安全工作的意见》《高等学校实验室工作规程》和学校安全条例等制度规范,建立健全管理机制与责任体系,建立实验室安全管理基本要求、安全教育培训准入和实验项目安全审核、用电安全、仪器设备使用安全、危险化学品安全、辐射安全、生物安全、废弃物安全、信息安全等管理制度,制定实验室安全应急预案,处理实验室安全事故等,做好实验室安全和生物安全,全力保证实验教学安全有序进行。

3.3 实验设备与器材

机能实验室应按照不同实验对象和类型配置相应的实验设备,套件数能满足教学的要求。基本教学仪器设备应操作简便、维护简单。用于基础性实验、综合性实验、创新设计性实验和开放性实验的精密仪器设备,应配备专人进行管理、操作和维护。

3.3.1 通用基本仪器设备 ①生物信号采集与处理系统。生物信号采集与处理系统是机能实验室必备的基本仪器设备。系统可集成呼吸机、温度仪、微机等设备。系统应配件完整,软硬件不断升级和更新。一体化信息化生物信号采集处理系统是实现机能实验信息化的重要载体,也是机能实验仪器设备发展方向之一。②微型计算机。微机应满足生物信号采集与处理系统进行实验演示、数据存储功能、虚拟仿真实验运行等要求,并不断升级更新。可按生物信号采集与处理系统的套件数的120%配备。③人体机能实验系统。④离心机(包括低温常温、高速低速离心机)。⑤离体组织器官恒温灌流系统、酶标仪或微孔分光光度计等。⑥微循环观测设备。⑦冰箱或-80 ℃低温冰箱。⑧分光光度计。配备可见光分光光度计若干台,或配备紫外可见光分光光度计。⑨供氧和二氧化碳气体装置或设备。⑩其他通用仪器设备。

3.3.2 创新设计性实验用仪器与设备 可根据机能学实验创新设计性实验项目需要,增加分子生物学仪器、缺氧实验系统、图像分析系统、动物行为学观察系统、动物脑立体定位系统、电生理记录系统、膜片钳系统、光遗传学设备等先进仪器设备。

3.3.3 特色实验仪器设备 各学校应根据拓展学生能力,培养学生科研能力的要求,争取开展具有特色的跨专业跨学科的创新设计性实验,并根据项目需要进行购置。

3.3.4 实验器材 动物实验器具、手术器材、低值易耗品应保证足量供应,满足小组教学要求,并随时(或定期)更换。

4 机能学实验教学与评价方法

机能学实验室应注重教学研究,组织开展教学体系、教学内容、教学方法、教学组织等研究;利用先进教学理念、前沿技术等推动教学体系和教学方式方法改革,有计划地更新实验项目和内容;积极开展教学研究,承担各类教学改革项目;积极开展跨学科实验教学项目研究、仪器设备的自主研发和更新改造以及实验技术方法的创新研究。

机能学实验提倡采取小班化、小组方式教学,推进以问题为导向的启发式、研讨式的教学方法改革,引入PBL、CBL、TBL、RBL等教学方法,改革教学方法和学生评价方法。

机能学实验应积极开展以学生为中心和自主学习为主要内容的教育方式和教学方法改革,注重批判性思维和终身学习能力的培养,关注沟通与协作意识的养成;在做好动物实验和人体实验的基础上,不断与信息技术相结合,将先进实验技术、数字化手段、人工智能与实验相结合,开发虚拟仿真实验,增加实验体验感、真实感。机能实验室应创造条件开放实验室,建立虚拟仿真实验中心,开发线上实验资源,以满足学生开展设计性实验、预习和复习等需求。

机能学实验应积极探索以能力为导向的学生评价方法,注重学生思维能力、实践能力评价,大力提高学生创新意识、创新能力和实践能力;发挥考核对学习的导向作用,积极开展考核方法的研究。在学生评价上,要建立学生学业成绩全过程评定体系和评定标准,采用过程性评价、终结性评价及形成性评价等多种评价方式对学生进行考核;积极探索和应用各种先进的考试方法,如多站式客观结构化考试、计算机模拟考试、网络在线考试等,对学生考核类型及成绩评定方法有明确的规定和说明,以便全面评价学生的知识、技能、行为、态度和分析与解决问题能力、获取知识能力及人际交流能力等综合素质。

5 实验教学队伍与实验管理、开放

实验教师和实验技术人员是保证和提高机能学实验教学质量的核心力量。应落实以人为本的理念,建立健全规章制度,不断完善管理体制和运行机制,实现专职、兼职结合,创造条件建设核心骨干相对稳定,年龄、职称、知识、能力结构合理的实验教学团队,不断提高实验教师和实验技术人员的学历层次、职称、待遇,保证全身心投入实施实验教学改革和提高实验教学质量。

实验室专职技术人员数量要满足工作需要。实验室主任、副主任、技术人员等应有岗位职责及分工细则,专职技术人员有岗位日志。实验室有对专职人员和兼职人员的具体考核办法和定期考核材料。实验室有培训计划,并落实到专职人员。建立首次开设的实验要求指导教师试做(讲),首次上岗指导实验的教师应进行试讲等制度规范。

实验室技术人员应尽可能掌握实验室基础技术和实验手段,使之标准化,并以录像、电子档案等多种方式和方法保存,避免技术流失,避免重复摸索。

机能实验室应积极探索开放运行,在满足基本教学的前提下,教学资源应面向社会开放运行,积极开展科学普及传播与服务。

6 机能学实验室(中心)实验条件建设与保障

医学教育具有实践性强、周期长、成本高的特点。机能学实验是基础医学实验教学的重要组成部分。要切实加大对机能学实验的支持,为实验教学的改革与发展提供坚实保障。

有条件的机能实验室应探索建立虚拟教研室等方式开展教学研究,通过建立访问学者、对外培训制度,设立开放课题,积极承担实验室人才培训和培养任务;加强协同创新,推进产教融合、科教融汇,加强学科建设,积极与国内外科研机构、行业企业联合培养创新人才,开展实践教学基地和资源建设,积极进行校企合作,共同培养学生;积极组织和参加国内外学术交流、竞赛、成果展示与培训活动,与国内外各类实验室机构和团队开展稳定的实质性合作[6]。

7 机能学实验课程思政

高等学校人才培养是育人和育才相统一的过程。育人的根本在于立德。落实立德树人根本任务,必须将价值塑造、知识传授和能力培养三者融为一体[7]。推进机能学实验课程思政建设,就是要寓价值观引导于知识传授和能力培养之中,帮助学生塑造正确的世界观、人生观、价值观。课程思政是要扣好学生人生的“第一粒扣子”,医学生的“第一粒扣子”是在基础医学阶段扣上的,机能学实验课进行课程思政就是手把手教会医学生扣好“第一粒扣子”。

机能学实验要在课程教学中要坚持三全育人,五育并举,深度挖掘提炼机能学实验知识体系中所蕴含的思想价值和精神内涵,拓展专业课程的广度、深度和温度,增加课程的知识性、人文性,提升引领性、时代性和开放性;要加强医德医风教育,注重“人民至上、生命至上”,着力培养学生“敬佑生命、救死扶伤、甘于奉献、大爱无疆”的医者精神,注重加强医者仁心教育,在培养精湛医术的同时,教育引导学生始终把人民群众生命安全和身体健康放在首位,尊重患者,善于沟通,提升综合素养和人文修养,做党和人民信赖的好医生。

作为实践类课程,机能学实验也要注重学思结合、知行统一,增强学生勇于探索的创新精神、善于解决问题的实践能力,要注重让学生“敢闯会创”,在亲身参与中增强创新精神、创造意识和创业能力。同时,机能学实验也要在教学中将马克思主义立场观点方法的教育与科学精神的培养结合起来,提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力,注重科学思维方法的训练和科学伦理的教育,培养学生探索未知、追求真理、勇攀科学高峰的责任感和使命感。

机能学实验要重视尊重生命教育,在动物实验中重视实验动物福利和动物伦理,爱护和善待实验动物,维护实验动物福利,切实践行3R(替代、减少、优化)原则,鼓励在“世界实验动物日”开展丰富多彩的活动,提升学生对遵守实验动物伦理的认知。

机能学实验要发挥好教师队伍“主力军”、课程建设“主战场”、课堂教学“主渠道”作用,承担好育人责任,守好一段渠、种好责任田,与思政课程同向同行,盐溶于水,潜移默化,将显性教育和隐性教育相统一,形成协同效应,在全员全程全方位育人中发挥重要作用。

8 机能学实验教学数字化

推进教育数字化是教育创新发展的必然要求,也是教育新理念新生态新模式变革的必由之路。机能实验室应积极推进信息化与教学的深度融合,建设各类信息化教学资源,建立信息管理平台,持续提高教师的信息技术应用能力;积极探索开发网络化、虚拟化教学资源,适应人工智能时代对数字化教育的需求,加强探索人工智能在机能学实验教学与研究中的应用。

机能学实验教师要提升数字素养[8],提高利用数字技术获取、加工、使用、管理和评价数字信息和资源,发现、分析和解决教学问题,优化、创新和变革教育教学活动而具有的意识、能力和责任,积极参与机能学实验数字化过程,利用数字技术资源持续学习、反思与改进,参与网络研修,开展数字化教学研究,创新机能学实验教学模式与学习方式。

(免责声明：本共识仅代表编写委员会观点,供从事机能学实验教学的各单位参考实际情况使用。本编写委员会不对因使用本共识而引起的直接或间接损失承担任何责任。)

执笔人：金宏波(哈尔滨医科大学)、 范小芳(温州医科大学)、 胡浩(西安交通大学)、 龚永生(温州医科大学)、 宋德懋(北京大学)、 余华荣(重庆医科大学)、 焦向英(山西医科大学)、 黄武(成都泰盟软件有限公司)

编写专家委员会成员(按姓氏笔画排列):丁娟(宁夏医科大学)、于利(锦州医科大学)、马善峰(蚌埠医学院)、王玉芳(四川大学)、王志翊(温州医科大学附属第二医院)、王跃春(暨南大学)、王慷慨(中南大学)、方皓舒(安徽医科大学)、邓小珍(宜春职业技术学院)、田映红(南方医科大学)、邝晓聪(广西医科大学玉林校区)、任峰(新乡医学院)、刘奔(天津医科大学)、闫福曼(广州中医药大学)、孙宏丽(哈尔滨医科大学大庆校区)、孙湛(新疆医科大学)、严钰锋(复旦大学)、苏宁(广州新华学院)、李凡(汕头大学)、李广智(江苏护理职业学院)、李旭(温州医科大学)、李利生(首都医科大学)、李英博(重庆医科大学)、李洪岩(吉林大学)、李菲菲(安徽医科大学)、李鸿珠(厦门大学)、杨秀红(华北理工大学)、杨拯(成都医学院)、杨晶(杭州师范大学)、杨智昉(上海健康医学院)、吴胜英(湖北医药学院)、余卫平(东南大学)、余华荣(重庆医科大学)、汪思应(香港中文大学〔深圳〕)、宋德懋(北京大学)、张宏伟(郑州大学)、张英(西南医科大学)、张海锋(空军军医大学)、陈光(台州学院)、陈婵(浙江省立温州第一医院)、陈雅静(漳州卫生职业学院)、范小芳(温州医科大学)、林岩(齐齐哈尔医学院)、金宏波(哈尔滨医科大学)、庞辉(广西医科大学)、郑新华(平顶山学院)、赵磊(石河子大学)、胡优敏(上海交通大学)、胡浩(西安交通大学)、要瑞莉(唐山职业技术学院)、祝宁侠(桂林医学院)、姚水洪(衢州职业技术学院)、秦晓群(中南大学)、秦燕(大理大学)、班涛(哈尔滨医科大学)、莫燕娜(海南医学院)、徐静(大连医科大学)、黄志华(赣南医科大学)、黄武(成都泰盟软件有限公司)、龚永生(温州医科大学)、康继宏(北京大学)、康毅敏(内蒙古医科大学)、蒋丽萍(湖南娄底职业技术学院)、焦向英(山西医科大学)、焦宏(河北北方学院)、储利胜(浙江中医药大学)、管茶香(中南大学)、薛明明(内蒙古医科大学)、魏昕(遵义医药高等专科学校)