基于线上线下的基础医学科研实验混合式教学模式的实践与探索*

何志凯 钟 萍 罗 超 张璟璇

湖北医药学院基础医学院基础医学研究所,湖北省十堰市 422000

基础医学是医学教育与研究的基石,它是医学学科门类中最重要的一级学科,其主要研究人的生命及疾病现象的本质和规律。医学硕士研究生是基础医学人才培养的重要任务,也是开展基础医学研究的主要力量之一。因此,基础医学研究生科研能力的培养与提升显得尤其重要。科研实验是基础医学专业硕士研究生的必修课,其科研能力的形成与提高离不开科研实验的训练。为使基础医学硕士研究生新生更好地熟悉、了解和投身科研,湖北医药学院在基础医学研究所科研平台,以《细胞培养与细胞工程》为主要授课课程,采用线上线下混合式教学的方式,对基础医学硕士研究生的培养进行了改革实践,旨在加强科研能力的培养。

1 基础医学科研实验教学背景

传统的基础医学研究生教学过程以教师为中心,具有重课堂轻实验室、重知识轻能力、重记忆轻思维和缺乏创新精神与思维整合、科研设计与动手实践能力的特点[1-2]。医学硕士研究生融入科研课题中,独立开展相关课题研究,需具备自主的科研创新能力。为适应这一要求,基于线上线下的科研实验混合式教学模式,转向以学生为中心,强化学生自主学习的意识和能力,旨在培养研究生的科研实践能力和创新能力。

1.1 课程介绍 细胞是组成人体的最小结构功能单元,以细胞为基础的疾病和机制研究是基础医学研究的常用方法。我校《细胞培养与细胞工程》课程,是面向基础医学专业硕士研究生新生的公共选修课程之一。本课程系统介绍了细胞培养与细胞工程技术有关的概念、基本原理、操作步骤和关键技术以及其在医学研究和临床实践中的应用。这门课对提升基础医学专业硕士研究生的知识结构、掌握现代生物技术中的基本实验技能、培养学生科研创新能力和促进基础医学专业研究生融入科研课题实验具有积极作用。这门课程以线上线下两种形式开展,其中,线上部分以学生为主导的自学为主;线下部分以教师主导的理论教学和教师引导—学生主导的实践操作教学两部分为主。

1.2 研究生基本情况 2022级基础医学专业硕士研究生新生中,选修《细胞培养与细胞工程》课程的总人数为47人。为更好地开展课程教学,在教学前对学生的基本专业背景及科研实验了解和参与情况进行了问卷调查。学生专业背景调查结果显示,选修这门课程的学生中基础医学20人,临床医学19人,生物科学5人,其他学科3人,以基础医学和临床医学专业背景为主。对是否开展过科研实验进行调查,结果显示,16人在大学生创新创业计划和毕业实习中参与过科研实验项目,其他31人并无实验室科研实验训练经历,表明在基础医学专业硕士研究生开展科研实验前进行科研实验课程训练是很有必要的。对学生是否独立设计并撰写过科研项目进行调查,结果显示,仅有2人在导师的指导下完成过科研项目的撰写。对学生是否有信心认为自己有能力独立设计并开展实验进行调查,共41人参与问卷。结果显示,绝大多数学生认为自己不能独立开展科研实验(26人表示没有信心,需要导师指导帮助;12人表示:一般,需要导师阶段性指导);只有极少数学生对独立开展科研实验具有信心(2人表示还不错,但还需要导师一定指导;1人表示:很好,不需要导师指导)。

1.3 课程目标 通过对选修《细胞培养与细胞工程》课程的学生学情分析,结合课程实际,制定了基础医学科研实验教学的课程目标,主要分三个方面:(1)知识目标:掌握细胞培养技术及实验设计的理论和方法,了解国内外细胞培养的最新动态和研究进展;(2)能力目标:掌握细胞培养相关实验设备的使用、能够检测细胞的基本生物学特性、能够综合分析问题、提出科学假说并设计相应细胞实验;(3)思维目标:培养科学严谨、合作与创新的科研思维。

2 基础医学科研实验教学过程与实践

2.1 线上教学 线上教学是以学生为主导的自学。线上教学部分,以学生视频观摩学习为主,学习时间为线下教学课前或课后。根据线下教学进度安排,使用超星学习通平台,提前1周发布教学内容,包括需要熟悉、了解和掌握知识点的教学课件和资料;按时发布知识章节的任务点、课后作业和问题讨论等。学生利用学习通平台,参与到课前预习和课后作业和讨论中。另外,根据科研实验课程的需要,提前录制细胞培养的实践规范和标准操作步骤流程的微课视频,并将微课视频上传至超星学习通平台供学生自主进行课前预习和课后复习。

2.2 线下教学 线下教学主要包括以教师主导的理论教学和以教师引导学生为主导的实践操作教学。其中理论教学共12个学时,分4课次,每次3个学时;实践操作教学共20个学时,分5课次,每次5个学时。

2.2.1 以教师主导的理论教学:理论教学以常规的课堂教学形式开展,课程的授课内容不参照某一专业教材,而是以今后学生进入实验室开展相关科研实验为出发点,以基础医学实验室中常用细胞培养技术为切入口,以点带面展开教学。其中,授课内容包括课程介绍与学术道德、细胞培养技术与工程的理论知识、细胞培养技术的实验操作及注意事项和科研伦理与科研实验设计,共4课次,见表1。学生在前期线上自主学习的基础上,对所开展的课程内容有了一定熟悉和了解,因此在理论授课过程中更容易接受相关知识。理论课结束后,使用线上超星学习通,结合某一问题进行提问讨论,学生在线上进行问题回答。

表1 理论教学课程情况

2.2.2 以教师引导,学生为主导的实践操作教学:实践操作教学以学生分组的形式进行,其时间充足,形式自由,授课内容见表2。首先,由多位科研教师进行科研实验室实的见习讲解和示范操作。后续实验由学生自主完成,包括学生组间分工与合作完成实验准备、实验开展、结果分析与处理和实验报告撰写。在科研实验中,学生必须独立思考,自主实验;实验结束后,对实验的过程展开反思和总结,对学习的过程进行自我评价。在此过程中,科研实验指导教师保证实验室运转,对个别实验环节和科研问题指导,但不干涉学生实验。同时,在科研实验过程中,科研指导教师引导学生遵守学术道德,如实呈现数据,同时做好失败原因分析,提出优化和改进措施,使学生学会能够正确面对科研实验结果。实践操作教学核心是通过自主实验使学生系统地整合所学的理论知识和实验技能,提高知识应用能力和实验能力。

表2 实践教学课程情况

3 基础医学科研实验教学效果与评价

3.1 在线学习情况 在超星学习通平台,对《细胞培养与细胞工程》课程划分了8个栏目,分别为:教案、章节、资料、通知、作业、考试、讨论和统计。其中,教案栏目提供理论课教学讲授课件PPT,在理论课程讲授结束后,上传相关课件PPT到学习通平台,学生根据自身需要,进行再次学习回顾与加深,通过教案上传再学习的形式促进了学生多元次的学习。章节栏目根据教学内容知识点,以课本章节的形式,按照阶段发布学习任务的途径,供学生学习并记录学习情况的线上学习部分,章节部分共分3个部分、5个阶段13个课时,共35个任务点数。资料栏目为课外知识前沿扩展部分,主要提供了与科研实验研究相关的研究进展以及相关仪器的使用操作说明,共2个WORD文档和3个PPT文件。通知栏目为方便相关信息发布设置的部分,主要为课前准备和课后注意事项。作业栏目为根据课程章节知识点设置的线上作答部分,共发放5道题涉及新技术实验设计、实验设计能力提升、细胞培养基层、细胞间的使用和细胞实验设计。考试栏目为实践操作教学比赛,线上只做分数记录;讨论栏目为开放性答题,并无标准答案,学生根据自身认知自由发表观点意见,学生参与度达95%以上。统计栏目为线上学习的总分析,见表3。

表3 线上学习情况

3.2 科研实验开展 基础医学专业硕士研究生新生即将进入导师所在课题组,参与相关科研项目。因此,在开展科研实验前进行相关的训练是很有必要的。在很多科研院校的基础医学实验室中都存在实验操作不规范的现象,其原因很多,主要有学生对实验规范化操作不够重视、学生的个人不良习惯、实验教学缺乏统一标准等。科研实验教学对新生能够起到很好的示范效果。

实践教学课程第1次课以科研实验室基本情况见习为主。首先,学生分组在科研平台老师的带领下熟悉认识科研实验室,主要包括科研实验室的组成、功能与作用;然后,在实地的见习过程中,科研平台老师为学生们讲解实验室制度与安全,实验室安全是开展一切实验的基础,所以,在学生进入科研实验室前树立安全观是极其重要的。实践教学课程第2次课以科研实验室仪器使用与培训为主,学会使用科研仪器是实验成功的基础,规范化、正确地使用仪器不仅有利于实验结果的一致性,还能长时间保持仪器的高性能。以基础医学研究生科研平台常用仪器,如高速冷冻离心机、pH计、分析天平、病例切片显微镜、荧光显微镜、细胞计数仪、PCR仪、生物安全柜、超低温冰箱、液氮储存罐、酶标仪、凝胶成像仪、超声破碎仪等着手,从仪器的组成、结构、功能、性能、工作原理、使用事项、使用注意和问题故障等方面为学生讲解并实操演练,学生们根据实际情况上手练习加深了解。实践教学课程最后3次课,完全以学生为主,学生在开展实验前,准备无菌环境、细胞培养用液的配制与消毒、细胞的扩增传代、冻存与复苏、细胞的转染和转染效果的评估均由学生分组合作自行完成,科研平台教师在此过程中只是辅助作用,最后对学生实验进行点评和分析。

3.3 教学比赛 教学比赛是培养大学生创新能力的重要实践活动[3-4]。本次科研实验混合式教学的最后环节是教学比赛。根据前期课实验分组,以自由报名的方式,每组选出1位学生作为代表参赛。比赛内容为细胞传代与细胞计数,具体步骤包括:实验前无菌条件准备、细胞传代操作、细胞计数板计数、台盼蓝细胞活性测定、显微镜使用及细胞形态观察、实验结束整理6个环节。共7组7名学生作为代表实操比赛,每组1位评委老师,比赛时间1h,总分100分,评委老师采用扣分制,对不规范和错误操作步骤以每次扣5分的方式计算最终得分。每组代表最终的得分为该组所有学生的最终得分,以权重50%的比例算作这门课程的期末成绩。因此,学生对此教学科研实验比赛非常重视,也准备非常充分,同时内部推选了具有代表性的学生作为参赛代表。通过这种比赛形式的操练,达到了以赛促教的效果,激发了学生的学习热情。

3.4 学生学习评价 传统课程教学对学生的评价以期末试卷考试为主,缺乏对学生的过程性评价[5]。再者,学生作为教学参与的主体之一,缺乏教学过程中的参与,缺乏主动性思考,只是对知识点进行乏味的记忆,因此,学生也失去了创新能力。基础医学硕士研究生科研实验混合式教学的学生评价以过程性评价,学生参与为主,极大地发挥了学生自主学习自主思考的能力。学生的最终成绩分6部分:线上作业、课堂互动、课堂签到、线上任务点学习、章节学习次数和比赛成绩组成,其中比赛成绩权重值占50%,其余部分各占10%,通过加权平均法得到最终总成绩,其分布见表4。

表4 学生过程性评价成绩组成

4 结语

基础医学硕士研究生的科研能力决定着其未来科研发展水平[6-8]。基于线上线下的科研实验混合式教学模式,从原来单一线下教师主导的实验教学模式,转变到线上线下学生主导教师引导的混合式教学模式,从原来的单一、标准化、枯燥的教学知识讲解,向能调动学生积极性的线上自主学习、线下自主操练的实验教学转变。课程内容和形式,相较于传统教学有了极大的丰富,学生学习兴趣和学习效果都得到了大幅提高。课程结束之后,举办以实验实操技能为主的比赛,不仅起到了巩固基础理论知识,还达到了操练实验技能、调动学生自主参与和创新思维的目的。

通过线上线下的科研实验混合式教学,基础医学硕士研究生能够快速熟悉实验室科研工作。同时,规范的实验技术操作,有利于后期实验室实验技术的传帮带。其次,新生实践教学培训也促进了学生对实验室日常管理工作的认识。最重要的是,基础医学硕士研究生新生的科研能力水平得到了提升,为日后科研实验的高效开展奠定了基础。