神經生物學經典發現案例的設計、編寫及在基礎醫學八年制神經生物學PBL教學中的應用

王亞周 張 坤 薛 茜 鄺 芳 武勝昔

（空軍軍醫大學基礎醫學院神經生物教研室，西安 710032）

創新型醫學人才的培養，是高等醫學教育人才培養的高地[1]。神經科學被認為是“生命科學的最后前沿”[2]。近年來，我國神經科學的教學、研究力量取得了長足的進步，但與美國相比，仍有很大差距，其關鍵在于高層次神經科學人才的不足。如，美國神經科學年會的平均參會人數在3萬以上[3]，而我國尚不到1萬。美國擁有數量最多的諾貝爾獎得主神經科學家，而我國仍在等待零的突破。因此，從早期做起，培養創新性神經科學人才，對于我國神經科學的發展具有重要而長遠的意義。神經生物學是神經科學的主干課程。但是近年來，傳統的神經生物學授課模式已不適應新時期基礎醫學八年制人才培養的需求。習近平主席提出“要進一步繼續深化教育改革，推進素質教育，創新教育方法，提高人才培養質量”，指出了創新教學方法的重要性。空軍軍醫大學基礎醫學院神經生物學教研室創造性地利用神經科學歷史上的經典發現歷程編寫基于問題的學習（problembased learning，PBL）案例，在基礎醫學八年制神經生物學授課中予以采用，取得了良好的效果。現從神經生物學經典發現案例的設計、編寫及在基礎醫學八年制神經生物學PBL教學中的應用及效果等方面進行探討。

1 面向未來的新時期基礎醫學八年制的人才培養要求創新神經生物學教學模式

基礎醫學八年制是以為未來培養高水平基礎醫學師資為目標的長學制教育模式[4]。其特點是融合本科與研究生階段的學習，以培養研究型人才為導向。傳統的教學模式以傳授知識點為主，對學生的啟發及科研思維的培養較少；以教師的講授為主，學生相對比較被動。雖然在學制上本科與研究生階段相融合，但只是表面上的教育時段的連接，培養模式仍未發生明顯改變，不能達到新時期人才培養的需求。面向未來，創新教學模式，具有重要的現實意義。

神經生物學具有前沿性及多學科交叉的特性[5，6]，符合八年制的培養目標，學生學習興趣濃厚。但是，由于神經生物學部分內容難度較大[7]，傳統的授課模式僅能達到傳授知識的效果，對于學生科研能力的培養效果甚微。考慮到培養研究型人才是基礎醫學八年制的核心培養目標，因此，創新教學模式，融入知識的發現過程，提高學生的參與度，讓學生以一種“自己參與發現”的方式學習，已成為基礎醫學八年制神經生物學教學的一個亟待解決的重要課題。

PBL是臨床醫學教學中的一個成功的創新模式[8]。學生在老師的引導下，通過對典型臨床案例的逐層分析，找到問題點（知識點），再通過查閱文獻資料，回答問題，掌握與該案例有關的知識。學生變被動為主動，知識的掌握更加全面透徹、而且靈活。因此，在基礎醫學八年制神經生物學教學中引入PBL案例教學，既能體現神經生物學的前沿性，也可提高學生的參與度，化解難點內容，領悟科研思路，激發學習興趣，培養科研素養，可為解決上述困境提供一個新的方案。

2 基于經典發現歷程的基礎醫學八年制神經生物學PBL教學的初步探索

基于上述分析，空軍軍醫大學基礎醫學院神經生物學教研室組織骨干教師，選擇神經科學發展史中6個經典發現歷程，設計PBL教學案例，在2屆基礎醫學八年制學生中進行應用，取得了良好的效果。

2.1 神經生物學經典發現案例的設計原則

PBL教學的核心在于高質量的PBL案例[9]。長期以來，基礎醫學學科因缺乏生動而富有情景的案例，PBL教學難以廣泛開展。通過梳理神經科學發展史，我們發現很多經典發現背后的歷程曲折而精彩，堪比臨床案例的病程進展。如對成年神經干細胞的認識，經歷了從最初認為成年腦內不存在神經干細胞，到發現特定腦區存在神經干細胞，到發現室管膜上皮存在神經干細胞的現象是假象，再到對成年人海馬神經干細胞的爭議以及爭議的平消等過程。因此，選用與教學的知識點相對應的經典發現的真實故事，設計基于經典發現歷程的PBL案例，可能會為基礎醫學八年制的神經生物學教學帶來創新的教學模式。

在設計案例時，如何突出神經生物學特點，避免把案例設計成為病例分析，是整個案例設計的難點。教研室通過多次集體備課，確定了以下設計原則：①以神經科學史上重要的經典發現的真實歷程為背景進行設計；②案例對應課程的一個章節，涵蓋這個章節的主要知識點；③案例以科學發現的時間軸貫穿，以經典實驗為主要內容，以2～3個重大發現作為節點進行分幕；④案例中涉及的相關知識不超過本科階段范圍。設計的案例最終應達到知識性、科學性、趣味性和啟發性的有機融合。

2.2 神經生物學經典發現案例的編寫

按照以上原則，我們組織教研室副教授以上骨干教師，經過多次討論和修改，編寫了《中樞神經系統掃地僧-神經干細胞的前世今生》《一場車禍帶來的災難-脊髓損傷》《迷人的花香-嗅覺信息傳導》《一個名垂千古的病人-語言的神經機制》《時間?愛情-生物節律》《水母與出租車司機-綠色熒光蛋白》等6個PBL案例。

以《迷人的花香-嗅覺信息傳導》為例：案例的第1幕為嗅覺受體的發現，以Linda Buck經典的PCR實驗為內容。第2幕為嗅球對嗅信息的編碼，以Richard Axel經典的P2受體匯聚實驗為內容。第3幕為嗅覺誘導的本能行為，以果蠅對CO2的回避反應的神經機制為內容。每一幕從當初研究的時代背景引入，再到提出問題、實驗設計、結果分析，最后引出下一步（幕）問題。案例涵蓋嗅覺信息傳遞過程中嗅上皮、嗅球、嗅皮質3個層面，完全對應課本的教學內容，并融入科研思維。

案例的編寫要求與課本相融合，即案例中每一幕的關鍵實驗對應課本相應章節的關鍵知識點學生需要通過對案例中實驗的分析，達到對神經科學知識的掌握，并能夠進行下一步的推理、設計，具備自主學習，自主探索，自主研究新知識的能力。

2.3 神經生物學經典發現案例在基礎醫學八年制神經生物學PBL教學中的應用

這種以科學發現為主線，實驗設計、結果分析為主導的基礎醫學PBL教學，與以臨床病例病程發展為主線的臨床PBL課程有很大區別。臨床案例的分析過程，是對一個疾病的認識過程。基礎科學PBL案例的分析過程，是對一個經典發現歷程的再剖析。因此，案例的使用需符合神經生物學學本身的特點。

在案例的使用中，把握以下原則以突出神經生物學作為基礎學科的特點：①案例中問題點的提出，既可以是知識點，也可以是待解決的開放性問題；②學生查閱資料以案例中的經典論文為主，但不受局限；③學生對問題的回答，可以是知識點的總結，也可以是對實驗結果的分析或新的實驗設計，甚至新的科學猜想；④最終的歸納中必須涵蓋對應課本章節所要求的重要知識點；⑤案例雖然經典，也允許合理、客觀、有據的質疑。例如，在《一場車禍帶來的災難-脊髓損傷》中，就引導學生總結出了：影響脊髓繼發性損傷的因素有哪些？哺乳動物脊髓損傷后軸突再生困難的原因是什么？膠質瘢痕在脊髓損傷后的作用會有哪些等一系列與神經生物學特色聯系緊密的問題。從而使得學生對本部分的理解深入而透徹。

2.4 神經生物學經典發現案例在基礎醫學八年制神經生物學PBL教學中的應用效果

通過對2屆實施了基于經典發現案例的神經生物學PBL教學的基礎醫學八年制學生（共36名學生）的調查，結果顯示，與傳統教學法相比，實施了PBL教學的學生：①對神經科學的興趣更加濃厚，對神經科學在21世紀生命科學的前沿地位更加認可；②對傳統的教學難點掌握的更加透徹，善于課后主動學習，攻克傳統教學中的一些知識難點，并且做到前后章節融會貫通；③成績普遍上升，平均成績提高7～9分；④參加神經科學課外科研明顯增多；⑤大學本科階段申報專利，甚至科研論文發表的數量明顯增加。近2年來在本教研室參加課外科研的學生已發表SCI論文5篇。參加全國大學生實驗設計與創新論壇，獲得全國一等獎1項，二等獎2項，三等獎1項。以本科生為第一申請人獲批專利4項。整體而言，除了學業成績提升以外，學生的科研創新能力得到了顯著提高，初步達到了預期的教學效果。

3 討論

如上所述，本項研究的優點在于化解了傳統教學方式中學生被動學習的困境，激發了學生的科研熱情，啟迪了學生的科研思維。在神經生物學教學中融入基于經典發現案例的PBL教學也明顯地促進了其他章節傳統教學的教學效果。

本研究也存在一些不足，如：①學生對部分實驗方法尚不掌握，對于科研案例中部分內容的理解欠佳。本研究中，PBL教學是在基礎醫學學八年制的第3～4學年，即基礎醫學其他相關課程（如生理學、細胞生物學、分子生物學、免疫學、生物學、病理學）都已學習完成的情況下開展的。此時學生的《醫學文獻檢索》《基礎醫學實驗技術》等與科研相關的課程還沒有學習，部分地影響了預期的教學效果，將該課程推至者八年制的5～6年級或許可以解決該問題；②教員的工作量增大。準備1次PBL課的工作量甚至大于3次普通授課，加之分組多，給教研組增大了教學負擔。加大PBL師資力量的培訓，邀請高層級的知名專家或老教授參加PBL教學，可能是一種解決方案。

綜合而言，在基礎醫學醫學八年制中實施基于經典發現歷程的PBL教學可能是一種有利于創新型、學術型人才培養的良好方法。在未來，該教學方法可以推廣至研究生階段的神經生物學基礎課程教學，以及基礎醫學八年制其他學科的教學之中。改革教學理念與教學方式，培養創新性人才，是一個長期的過程，真正的效果或許需要更長時間檢驗。我們的嘗試僅僅是個開始，希望能夠拋磚引玉，為新時代我國的神經科學培養更多優秀人才。