医学微生物学实验教学改革与实践

何燕华 刘延刚

海军军医大学海军医学系 上海 200433

微生物学是一门研究微生物生命活动规律及其应用技术的学科[1]。医学微生物学是微生物学最重要的组成部分,是医学专业一门重要的基础课程。医学有关的致病微生物是它的主要研究对象,包括生物学特性、致病机理、机体的抗感染免疫、实验室诊断及特异性预防,以控制和消灭感染性疾病、保障人类健康为目的[2]。医学微生物学实验是医学微生物学教学必不可少的组成部分,其不仅是巩固并加深医学生理解医学微生物学理论知识、掌握实验操作技能、熟悉各类常用仪器设备的重要环节,还是培养学生独立操作、独立思考并解决问题能力的重要手段[3]。随着新时代下教育理念的变化,传统的医学微生物学实验教学方式暴露出越来越多的问题。首先,传统实验教学往往过于注重理论知识的传授,而对学生的实践操作能力的培养考虑得还不够。学生在课堂上很少有机会对微生物进行检测和鉴定,无法真正理解和掌握实验过程及其意义。其次,传统实验教学中的实验操作内容和方法相对单一,缺乏多样性和创新性。学生在每次实验中面临着类似的实验操作,导致实验的学习效果不理想。

针对上述问题,我们认为有必要对医学微生物学实验教学模式进行改革与探索。改革与探索医学微生物学实验教学模式不仅仅是一项教育改革的任务,更是对学生培养质量的一种保障。通过这次改革与探索,我们希望能够培养出更多具备创新精神和实践能力的医学人才,为医学微生物学领域的发展做出贡献。同时,我们也希望通过这次改革与探索,为其他学科的实验教学提供一定的参考和借鉴,推动整个教育领域的进步。通过贯彻新的教育理念,引入先进的教学方法,根据专业培养目标制定实验内容,我们有理由相信,医学微生物学实验教学的质量和效果将得到极大的提升,为培养出更多优秀的医学人才做出积极的贡献。

1 调整课时设置

以前本校本科医学微生物学总课时数为54学时,其中实验课仅15学时,实验课时数占医学微生物学课总学时的28%。培养学生严谨的科学态度和基本的实验操作是医学微生物学实验课的重点,比如细菌的形态结构、光学显微镜的使用(包括油镜的使用)、革兰染色、抗酸染色、细菌接种、药敏实验、肠道致病菌分离鉴定、病毒血凝实验等,这些经典的微生物学实验内容是任何微生物相关工作者,或者更前沿的医学相关专业科学研究工作者都应具备的基本技能。以前的课程设置以验证性的单一实验模式与独立的实验技能为主,与其他学科实验内容上有重复现象,可能这样的安排是保证了对学生基本实验操作能力的训练,也便于对理论知识的掌握,但在学生独立思考问题及解决问题能力的培养方面还比较欠缺。我们通过去全国各地医学类本科院校调研,对医学微生物学教学学时和内容做了大改革。调整后,本校本科医学微生物学实验课时数增加了6学时,由原来的15学时增加到21学时,提高了实验课占总学时比例。其中,简单的验证性实验9学时(包括多媒体示范教学),综合设计性实验12学时。

2 优化教学内容

2.1 将实验室生物安全概论纳入实验教学体系

实验室生物安全是生物安全的重要内容之一,是医学高校实验室管理的重要内容,关系到师生的生命安全[4]。通过制定实验室生物安全管理制度,加强生物安全教育、培训和考核,才能有效提高师生的生物安全意识,预防和减少生物安全事故发生。

医学微生物实验室是教师开展医学微生物学的实验教学和科研工作的重要场所,实验教学和科研过程中一定会接触到化学药品、微生物、实验动物等,这对师生人身安全、社会公共安全和环境生态安全造成极大的安全隐患。为了尽可能地避免生物安全事故的发生,本校医学微生物学实验课教学改革后,在第一节实验课上增加了介绍生物安全基本知识,如病原微生物分类等级、实验室生物安全防护级别、自我防护、消毒、实验室相关感染的原因、实验室废弃物的正确处理等各种标准化、规范化的实验操作。根据过去实验室发生的生物安全事故的典型案例,教师讲解医学微生物学实验室规则、注意事项以及处理生物安全事故的方法。学生通过学习树立正确的生物安全观,养成良好的实验习惯,防止出现安全事故。

2.2 多学科相融合,培养学生综合能力

医学微生物本身作为一门基础性学科,同时也是学科体系中的重要组成部分。一方面,医学微生物学在实验过程中及结果处理上离不开相关学科的各种知识;另一方面,各学科需要医学微生物学作为医学检测和诊断的重要工具。例如,病毒分离培养及鉴定方面离不开细胞生物学和分子生物学等相关知识。而有些疾病可以通过医学微生物学实验对病原体培养、检测等方法进行诊断,例如肺结核诊断的金标准就是通过取出病人分泌物如痰液或者肺内病灶进行细菌学检查,包括涂片检查、分枝杆菌分离培养和分子生物学检查,结核分枝杆菌结果呈阳性,则可以诊断为肺结核。通过多学科在教学及科学研究方面的交叉融合,设计出的实验教学内容连贯有序,便于学生对医学专业课内容的融会贯通,有利于学生综合能力的培养。

2.3 开展综合设计性实验,培养学生创新能力

医学微生物学是一门技术性极强的实验学科,其独特的实验技术在学科的发展中占据主导地位[5]。以前,由于实验课时少、实验设备没有及时更新等因素的限制,实验操作内容十分简单,学生无法将实验操作与理论知识联系起来,不利于培养学生实验设计和数据分析能力。本次实验教学改革,通过重组实验内容,将教学内容和科研过程融合在一起,学生查阅文献、设计实验方案、实验前材料准备、动手做实验、对结果分析以及实验报告的撰写等各方面的能力都得到锻炼。例如,以前实验课程中学生只操作血凝实验,流感病毒鸡胚接种和病毒致细胞病变均只作为展示内容,这样的展示性内容学生学完后印象不深,因此在新版实验指导中我们进行了调整,改为“乙型脑炎病毒减毒疫苗制备”,使学生能够完成从实验设计,到进出实验室、消毒灭菌、细胞培养、病毒接种与培养、细胞病变观察、病毒液收获与鉴定、病毒滴度测定等,再到实验结果分析讨论,最后书写报告书等一连贯的科研过程。通过学习,学生科研能力大大提升,医学微生物学实验中病毒标本处置、细胞病变观察、病毒分离培养和鉴定等内容让学生牢牢掌握;同时应用理论课学习的如聚合酶链反应鉴定病毒技术、空斑法测定病毒滴度等。综合设计性实验从方案设计到最后的实验报告书写,使得学生能够保持一种积极主动的态度,激发了他们对未知事物的探索欲。同时,学生的独立性、创新性得到培养,使其具备了初步的科研能力。

3 多媒体教学引入实验教学,实现了教学的直观性

微生物具有体积极其微小、肉眼看不见、摸不着等特点,知识点非常抽象。实验课如果只是教师在黑板上画一些简图,很难掌握其形态特征,学生必定会觉得单调与枯燥,不易理解。而利用多媒体制作出适合实验教学的视听课件,内容更直观、生动、形象,趣味性强,便于学生记忆、理解,达到事半功倍的效果。例如:细菌芽孢直径及在菌体内的位置随菌种不同而不同,可以利用芽孢的特点对细菌进行鉴别。肉毒梭菌的芽孢比菌体大,椭圆形,位于菌体次末端,使细菌呈网球拍状;破伤风梭菌的芽孢比菌体大,正圆形,位于顶端,使菌体呈鼓棒样;炭疽芽孢杆菌的芽孢比菌体小,卵圆形,位于菌体中央[2]。这些特殊结构在传统实验教学中只能文字抽象地描述,学生学完后没有直观上的认识,而多媒体图片能展示出它们生动的形态特征。观察细菌的运动实验,具体的操作是将含有细菌的液体培养基滴在洁净的盖玻片上,光学显微镜置于暗视野下观察鞭毛是否存在,而细菌的运动受温度影响较大,在温度偏低时,细菌运动不活泼,不利于观察。此实验改用多媒体辅助实验教学,就可以将实验操作及现象用图片、动画的形式展现出来,除了能观察细菌鞭毛是否存在,还能清晰地了解各种细菌鞭毛的形态结构,甚至是超微结构,学生们还可以清晰地看到鞭毛的运动情况。细菌一般以二分裂方式繁殖,教师可以通过动画的形式使学生更加直观地观看球菌在一个平面、两个平面或者多个平面上的分裂。对于实验操作过于烦琐、受课时限制等因素影响只能作为展示部分的内容,如结核分枝杆菌、白喉棒状杆菌、破伤风杆菌的培养及形态观察,可以利用多媒体动画技术模拟整个实验过程。另外,利用多媒体教学,可以解决教师在讲台讲解并示范实验操作时,学生难以看清具体操作细节的难点,实验课上需要实验操作部分的内容也可以通过录制教学录像,上课前学生先观看录像,掌握操作要领后再进行实验。病毒是无细胞结构的最小最简单的微生物,以纳米为测量单位,须在电子显微镜下才可观察到。但是,电子显微镜价格十分昂贵,一般学校都无条件配备,教师可以收集各种微生物的电镜照片制作出助教型多媒体课件给学生观看,以便于学生了解病毒形态。本校实验教学中心已配备了多间多媒体实验室便于教师教学,同时也明显提高了医学微生物实验教学效果。

4 改革授课方式,开展师生互动

以前医学微生物实验课中理论内容偏多,课前教师通过课件讲解实验原理及方法,针对重要的实验环节进行演示并提出注意事项,学生再进行实验操作,最后完成实验报告。在此模式下,学生相对缺乏主动性,只是按照教师的要求机械地进行实验操作;另外,受时间限制,教师也很难与每个学生都进行互动交流,很难及时发现每个学生的操作情况。因此,以前的实验课授课方式不能体现“学为中心”,仍是以“教为中心”,很难发挥学生的主动性和创造性。改革后,课前教师提前通知学生接下来的实验课内容,提醒学生对实验内容进行预习,并复习相关的理论知识。在教学中除了精简理论内容外,教师针对每个小组的设计性实验方案提出问题及建议,同学们也都热情高涨,踊跃提出问题,经过相互交流讨论,积极寻找实验方案中存在的问题,完善实验方案,学生对相关章节知识点也更加深入地理解、掌握及运用。通过师生互动的方式进行教学,提高了学生的综合学习能力和语言表达能力,拓展了知识面和思维空间。同时,还需要重视对实验过程及结果的记录,实验记录是实验环节中十分重要的组成部分,是分析实验问题的重要依据[6]。涉及微生物繁殖周期的实验内容时,可能实验结果需要到实验后的24小时或者更久才能观察到,也可能会因实验材料、实验环境等因素有所不同,实验结果有的符合预期,有的出人意料。学生对于不符合预期的结果通常都不够重视,因此,实验课上教师要求学生做好实验的同时,需要做好实验记录,就算实验失败了,学生可以结合实验记录,认真独立分析实验失败的原因,找到解决和改进的方案,学生加深了对此次实验理解的同时,学生严谨的科研态度以及分析问题的能力也得到了提升。

5 改革考核模式,加强学生对实验课程的重视程度

以前的医学微生物学实验在结束后,教师仅仅根据实验报告来评价实验情况,这种单一的考核形式存在一些问题。一方面,学生往往不重视实验课程,实验报告的书写也常常不够认真;另一方面,这样的考核方式无法充分有效地反映学生的能力水平,不符合当今社会对人才培养的需求。我们采用实验课与理论课分开考核的模式,实验课总分为100分,评定方式为平时成绩和期末考试成绩各占50%。其中,平时成绩主要考查学生在实验课上的出勤情况、实验操作的技巧与规范、实验记录的准确性与完整性、实验结果的准确性和可靠性,以及实验报告的书写质量等方面,通过综合考查这些因素来评价学生在实验课中的表现。综合设计性实验还要考查学生实验方案的设计情况以及实验报告中对实验结果的分析,对于表现突出的学生额外加分奖励。实验课期末考试根据平时实验课上的实验内容,教师准备一些题目,内容可以是细菌革兰染色、抗酸染色、消毒、灭菌、无菌操作、培养基制备等用时不多的实验。采用抽签考试的形式,教师首先根据学生所抽取的题目提问,涉及实验原理、实验操作要点或可能出现的实验现象等内容。学生口头回答问题后,再进行具体实验操作,然后根据学生的问题回答情况、实验操作的规范性以及实验结果的准确性等综合评估,给予实验课期末考试成绩。最终,结合学生在平时实验课上的表现,计算总成绩。通过这种考核模式,既能让学生更加重视医学微生物学实验课,又有利于教师对学生综合素质的考查。此外,该模式还能在不增加财力投入的情况下,有效提高实验课的教学质量。

结语

通过医学微生物学实验教学改革,以“学生为主体、教师为主导”的教学理念得到体现,学生的学习积极性显著提高。他们在实验过程中能够发现问题,提出自己的观点,并能够有效解决问题。然而,随着教学改革的推进,我们意识到在符合教学大纲要求和人才培养方案的前提下,需要满足不同医学专业学生个性化培养的需求,以实现新时代医学人才培养的目标。因此,在医学微生物学实验教学中,综合设计性实验内容和授课方式仍需要不断探索、实践和完善。