基于科研创新能力的免疫学实验教学探索

刘劲峰 张 军 张军峰

南京中医药大学医学院·整合医学学院 江苏南京 210023

免疫学是医学院校学生必修的基础医学课程,是理论性与实践性极强的基础学科。由于免疫学内容理论性强,难度大,是较为抽象的课程,因此免疫学实验教学对于巩固理解免疫学理论知识尤为重要[1]。此外,免疫学实验教学有利于培养学生的科研能力,帮助学生深入了解免疫学技术的应用,将理论与实践相结合,是提高学生综合素质的重要途径。传统的免疫学实验授课存在许多问题,教师讲授实验目的、实验原理、实验步骤、注意事项等,简单演示操作步骤或播放操作视频,教师授课模式单一,教学手段落后,学生注意力不集中,互动性差,使得学生只能被动地去接受知识,不利于调动学生学习的主观能动性以及创新意识,缺乏严谨的科研素养的培养。免疫学实验的教学质量将影响学生对免疫学理论知识的掌握和实践应用,要提高学生对免疫学的兴趣,提高免疫学的实际应用水平,就必须对免疫学实验的课程进行改革。南京中医药大学免疫学教研室近年来基于科研创新能力培养为目标,对免疫学实验课程的教学模式、教学内容和教学手段开展了一系列改革与探索。为了培养学生的科研思维和创新能力,引入临床案例,通过以问题为中心的PBL(Problem-Based Learning)教学方式联合团队式学习方式为主的TBL(Team-Based Learning)教学方式,结合虚拟仿真实验教学手段,全方位对免疫学实验课进行教学改革。本次教学改革促进了科学研究与教学的紧密结合,培养了学生的科研思维和创新能力。

一、实验教学模式的改革

在原有的以“教师讲授为主,学生操作为辅”的教学模式基础上引入PBL结合TBL教学法。PBL全称为“Problem-Based Learning”,中文翻译为“以问题为基础的学习”,又称“问题导向学习”,是1969年由哈佛大学医学院神经病学教授Howard Barrow首创的教学模式[2]。PBL教学方法是把学习融入一定的情景中,学习者根据提出的“问题”在课前收集资料并合作讨论学习,在课堂中就提出“问题”来进行讨论从而得出结论。它的优势在于PBL教学方法不同于传统“说教”的教学方法,而是通过围绕问题来展开学习的过程。最后学生利用获取的知识去解决问题,从而提高学生解决问题和自主学习的能力。教师在教的过程中只充当配角,起到一定的指导作用。这种教学方法尊重学生的主体性,注重培养学生自主学习的能力。伴随着医学学科的发展,学科的分类变得更加精细,新的理念也随之出现,这给医学专业的学生带来了更高的需求。免疫学实验PBL教学法通过围绕临床案例,以免疫学问题为基础,学生为主体进行自学讨论汇报,在解决问题的同时培养科研创新能力。它的特点是突破了学科的边界,以问题为核心来编写教学内容,将学生作为教学的主要对象,而教师则是作为一个指导的角色。PBL教学在世界范围内越来越为人们所重视,已成为一种新的医学教育发展方向。目前,在免疫学实验教学中,仍然是一种以教师授课为主要内容的教育方式。因此,这对于激发同学们的主动性和培养学生的科研思维非常不利。同学们的创造力受到了一定程度的限制,从而影响到了课堂的质量和效果。因此,唯有将PBL教学方式引入课堂中,才能将同学们的积极性完全地激发起来,从而提高他们对知识的了解程度,提升他们的科研思维和创造性。

在免疫学实验授课前,教师将每节课案例及问题分配给各小组的学生,同学们在课外的活动中,运用收集的材料、分组的方法,在课堂上对病例和问题进行报告和解释。以用间接免疫荧光法检测抗核抗体实验为例子,将病例及问题安排在以下几个方面:一例病人采用免疫荧光法检测:血清中抗核抗体11000;肾脏组织切片:透射电镜下,在肾小球毛细血管内皮下、基底膜和系膜内有大量的高密度的电子物质。诊断:系统性红斑狼疮。通过上述临床案例,我们提出以下问题:(1)系统性红斑狼疮的免疫病理过程是怎样的?是哪一种类型的过敏?(2)根据患者的病历和临床表现,通过什么指标指示确诊率较高。(3)说说你所知道的关于抗自身抗原物质的抗体。学生可以利用搜索到的数据,系统地对各种疾病进行解释,并以病例中病人的症状为依据,与实验室的测试结果相配合,来判定病人属于典型的系统性红斑狼疮。这样可以让他们树立起自己的临床思考方式,为以后的临床和科研工作打下良好的基础。通过对系统性红斑狼疮发生机理的学习与探讨,可以加强对超敏反应等相关免疫学知识的认识。在检验结果中加入抗核抗体的检测,可以帮助学生更好地认识到免疫学的作用,从而提高学生对免疫学的学习热情。

TBL全称为“Team-Based Learning”,中文翻译为“团队式学习”,是由美国俄克拉荷马州立大学的教授Michaelsen LK于2002年正式提出。它是在PBL基础上衍生的一种更注重学生团队合作精神及注重人的创造性、灵活性与实践特点的教学模式[3]。TBL教学方法以团队教育为核心,将各个班级分成若干个团队,团队成员共同参与学习,从而达到最终解决问题的目标。TBL教学方法有助于提高学生的自学、交流、表达、理解和解决问题的能力。此外,还有利于学生对免疫学基础知识的理解和掌握,并且增强学生的团队协作精神和集体荣誉感。采用PBL与TBL相融合的方法,可以让同学们更加重视小组协作精神,在他们进行问题剖析和讨论的过程中,还可以对他们所学到的有关免疫学的理论知识进行复习,并将理论、实验和实际案例有机地联系起来,从而使免疫学的实验课程变得更加充实,并且能够培养学生对临床问题的科学思维和创新意识。

在免疫学实验教学中,在进行常规实验操作的同时,还要了解实验的基本原则,明确实验步骤,分析实验结果。PBL联合TBL的教学方式要求在实验开始前,学生需要通过互联网或者查找相关文献从而将实验原理、实验步骤等资料收集整理好。在实验开始的时候,教师与同学们一起把实验中所要用到的试剂耗材和仪器设备都准备好,并且需要教师讲解它们的清洁和灭菌的方式及仪器的使用说明。在实验过程中,教师要安排好学生的分组和讨论,并且示范实验仪器的操作方法和注意事项,然后让学生自主进行整个实验的操作流程。该方法不仅有助于提高学生的科研水平,而且有助于他们在今后的工作中更好地应用于实践。

二、实验教学内容的改革

免疫学实验课不仅涵盖了理论课的内容,而且比理论课要更加复杂。免疫学实验内容必须符合本科生的理论基础内容,并且在有限的学时内,每个实验内容都必须尽量具有代表性,可以帮助学生对理论课上重难点知识的理解,保证实验内容的创新性和实践性。因此,教研组更新和精简了目前的免疫学实验教学内容。免疫学实验作为生物技术实验的分支之一,采用“大细胞”法、“凝血”法、共沉积法、免疫组化法、酶联免疫吸附法、酶联抗体法等实验理论为基础[4]。在以往的免疫学实验教学过程中,通常以讲授与之相关的一些实验内容为主,而关于免疫学理论方面知识的联系比较薄弱,并且没有形成完善的教学体系。我们在对免疫学实验进行内容改造之后,把免疫学的实验分成了五个主要的模块,分别是:动物免疫和非特异性免疫功能的检测;凝集试验;体液免疫功能的检测;细胞免疫功能的检测。在动物免疫和非特异性免疫功能检测部分,对天然免疫系统以及它所介导的免疫反应进行复习,并与大吞噬实验和小吞噬实验相联系,让学生对吞噬细胞的吞噬功能有一个更好的了解,将在书本上比较抽象的东西用实验来进行形象的展示,从而让学生对它们的了解更加深入。此外,我们可以对凝集试验和沉淀试验的试验数据和反应速度进行分析,从而让学生能够更加清晰地了解到,颗粒性抗原的免疫原性强于可溶性抗原。将体液免疫功能有关的细胞因子的研究与直接免疫荧光法检测抗核抗体的实验进行相配合的介绍,并将ELISA双抗体夹心法检测IL-2的含量与IL-2的研究进展进行比较分析,并将两者有机地联系起来,从而提高了学生对免疫学的研究兴趣,并深化他们对免疫学理论知识的认知。

三、实验教学手段的改革

网络信息等各类新技术的高速发展给人们的日常工作带来了极大的方便,同时,我们也看到了新技术对教学事业的革新,尤其是“互联网+”的教学模式更是将教学方式带入了多元化的发展时期。“雨课堂”是清华自主开发的以PPT和微信为基础的智能教育平台,只要“扫一扫”就能进入教室中,参与到课堂中来[5]。“雨课堂”可以提高教师和教师的交互能力,让同学们更加方便地进行学习。在课前,利用雨教室的形式,将试验案例及预习PPT发给学生,让他们在课下可以对这些案例展开探讨,并提前学习课程的知识。在上课的时候,教师可以将课件与雨教室进行同步,学生可以用二维码来实时地在微信端观看课件,并且还可以回看已经讲解过的课件内容,这样可以让学生对课程中的知识及时地进行复习,并且让他们清晰地了解整个课堂学习过程,从而有利于掌握每次实验的完整过程以及完善自己的实验报告。从学生提交的实验报告可以发现,通过查阅资料和提前预习,学生可以较好地完成实验设计,并且实验内容更加丰富和完善。通过“雨课堂”智能教具的运用,使学生的学习热情、主动性得到了极大的提升,教师与学生之间的交流也得到了很大程度的加强,从而改善了我们的教学质量。

我们学系建立了炎症因子风暴防治虚拟仿真实验,本实验虚拟仿真医院和实验室免疫检测,突破时空限制,通过虚拟构建多个仿真场景:临床常规观察与检测,临床血液样本采集与实验室处理、MSD电化学发光免疫检测原理、方法与操作、清肺排毒汤治疗,特别是通过展示实验室操作细节原理,帮助学生真正理解实验室操作的微观原理,从而更好地把握实验操作细节的准确性。学生通过全场景的无缝对接操作,体验中医药临床科研的设计思路和方法,培养学生自主学习和科研创新能力。通过使用虚拟仿真实验技术,对实验过程、实验仪器展开了模拟,它拥有直观性、共享性等优势,让学生在线上就可以学习到相关的实验知识和技术。另外,在缺少相关设备和药剂或者不具备实验条件的情况下,教师也可以借助虚拟仿真实验来拓宽他们的眼界,提高他们对免疫学的兴趣,培养学生的职业道德和科研创新能力。

四、讨论

在PBL联合TBL教学模式的实践应用过程中仍旧存在一些问题。站在学生的立场上来说,他们的个人认知有限,水平参差不齐,所以在上课之前一星期甚至更久的时候,就必须要建立起一个讨论学习小组,然后再去查找一些相关的材料来做好充分的前期工作,这样需要花费学生很多的时间。因此,教师要跟学生一起来解决这些问题,教师要对PBL联合TBL教学模式有更深的认识,并且要在上课的时候,把PBL联合TBL教学模式应用到他们的教育当中,从而让他们对PBL联合TBL教学模式产生浓厚的兴趣,从而提升他们的教学效果。同时,学生也要积极地参加到活动当中,并在活动中不断地提升自己的能力,在进行上课之前的预备工作时,要尽可能地将一些没有必要的环节去掉,这样才能更有效地进行预备工作,从而节省了大量的时间,同时还能提升学习的效果。实践表明,PBL联合TBL教学模式是一种新型的教学方式,它与常规开展的教育方式和观念有很大的区别,它强调的是学生的主体性。尽管它还会有很多问题,但伴随着PBL和TBL教学模式的持续发展与改进,所有的问题都会被一一克服。而且,PBL联合TBL教学模式对于提升学生的整体素养和问题的处理能力起到了很大的促进效果,它与常规的免疫学实验的教学方式相比,有着很大的优越性。此外,虚拟仿真实验的使用可以解决部分免疫学实验对实验条件和实验试剂的苛刻要求,让学生可以接触并完成更多有意义的实验。因此,在当前的条件下,免疫学实验可以逐步转向PBL联合TBL教学模式,并结合虚拟仿真实验教学手段,从而激发学生的学习热情,激发他们的积极性,提高学生的科研素养和创新协作能力。

结语

通过对免疫学实验教学中的实验教学模式、实验教学内容,以及实验教学手段进行改革尝试,发现相比于往届学生,本届学生对免疫学实验课程的兴趣更强,对免疫学理论知识的掌握更好,对教学满意度也有显著提升,取得了良好的教学效果。我们仍会不断探索,寻求免疫学实验课程教学更为优化的改革方案,为培养具有较高科研素质的医学生打好基础。