獸醫免疫學研究性學習模式的建立與實施①

李麗敏 張 薇 韓 夢 劉益昆 王 晶 王 帥 張義明 徐瑞濤 孟 欣 王家鑫河北農業大學動物醫學院保定071000

2018年習近平總書記在全國教育大會上明確指出,高等教育必須堅持立德樹人,堅持深化教育改革創新,堅持把服務中華民族偉大復興作為教育的重要使命,堅持把教師隊伍建設作為基礎工作。李克強總理強調“優化高校區域布局、學科結構、專業設置,堅持以教學為中心,突出創新意識和實踐能力,培養更多創新人才、高素質人才”。提高學生的創新能力和實踐能力,為教師團隊育人提出了新的要求。而且社會變革和畜牧業生產轉型所帶來的疾病防控新問題,也要求本教研室必須改革創新獸醫免疫學的教學模式。十幾年來,本教研室先后采用開放互動式教學模式、情境教學模式和自主式實驗技術訓練模式開展獸醫免疫學教學實踐,取得了良好的效果[1-2]。但因學科交叉發展起來的免疫學所具有的不一般的“深度、難度和挑戰度”,無論是原985高校,還是地方院校,師生同感其“難教”和“難學”。然而,由于免疫學成就在臨床實踐中所展現的突出作用,引來很多學生的熱切關注和強烈的求知欲,希望參加研究生課題研究的學生越來越多,這為開展研究性學習提供了主觀上的可能。從“認知”與“知識形成”的關系考慮,本教研室認為,借助幾個檢測固有免疫和適應性免疫功能的基本實驗,組成一個研究方法體系,用以研究一個獸醫免疫學的前沿課題,將各個實驗所獲得的實驗結果加以系統整合,不僅可獲得獸醫免疫學的新知識,而且也能增強對獸醫免疫學基本知識的學習效果。

研究性學習是指學生在教師的指導下,通過親自參加科學研究來實踐運用知識并獲得知識的一種學習模式。通過縝密的組織與科學的實施,在探索與研究過程中使學生獲得產生新認知的組成元素,然后以此為基礎,引導學生開展符號學習、信息加工學習、認知-發現學習、認知-接受學習、頓悟學習和建構主義學習,最后建立起以科學實驗為基礎的研究性學習模式,以增強學生的元認知能力。由此不難看出,研究性學習是實現由點到面、由淺入深、由簡單到復雜的高階學習有效途徑,可有效化解學習的難度,并具有自主探究、協同合作、實踐多樣、開放綜合、重在過程的特點[3]。學生通過參與一個包含著某一門課程全部基本知識的科學研究項目實踐,從具體的實踐中去感知,去發現,并通過大腦皮質對這些現象進行加工整合,形成對具體事務的概念或判斷,最終實現知識的創造和自身綜合能力的形成。本文主要介紹我們以“(food-and-mouth disease,FMD)病毒樣顆粒(virus-like particle,VLP)疫苗對機體免疫功能的影響”為研究課題所開展的研究性學習實踐。

1 資料與方法

1.1 資料 參加研究性學習實踐的本科生主要為2016級動物醫學和動物藥學專業的大二學生。

1.2 方法 由于工業革命帶來的世界農業生產轉型,家畜不再作為農業生產力構成要素,而變成人類優質食物的主要來源,它們被大規模、高密度地飼養在一個圈舍內,由此促使獸醫學由個體獸醫學發展成群體預防獸醫學,各種傳染病成為既影響畜牧業生產效益,又影響人類食品安全和公共衛生的全球性問題。眾所周知,疫苗是預防傳染病最有效、最經濟的方法之一。所以,預防獸醫學就成為世界獸醫學領域的“重中之重”的學科。免疫學知識不僅是研制新疫苗的重要基礎,而且評價疫苗的臨床效果和疫情監測也都離不開免疫學知識。

臨床實踐表明,一個優良的疫苗不僅要適當激活適應性免疫應答,使機體產生中和抗體、活化T細胞,并能形成有效的免疫記憶。而這些生物學過程都是建立在固有免疫應答首先被疫苗啟動的基礎上。所以,免疫接種這樣一個看似很平常的臨床干預行為,實則反映著臨床工作者的免疫學知識水平和對免疫學技術的綜合運用能力。為此,本教研室從當今世界獸醫臨床實踐出發,選擇了至今尚無有效疫苗的A類動物傳染病——FMD作為疫苗研制的目標疾病,并以VLP作為疫苗的抗原形式,研究接種——FMD VLP疫苗所誘導的動物免疫功能改變,由此展開獸醫免疫學的研究性學習。

本次研究內容、研究目標和研究方法既要基于本科生的實際來確定,又要反映獸醫免疫學的基本內容,并兼顧國家新獸藥審定標準。由于FMD VLP是一種可溶性抗原(VLP和佐劑IMS206按照4∶1乳化,小鼠頸背部皮下接種,免疫劑量50μg/只,首免后10 d進行二次免疫,二次免疫后10 d進行下述試驗),所以選用雙向瓊脂擴散實驗來檢測外周血中和抗體；用巨噬細胞吞噬實驗反映該抗原對動物固有免疫功能的影響；用淋巴細胞增殖實驗反映疫苗接種后細胞免疫功能的變化；用遲發型超敏反應實驗檢測細胞免疫記憶是否形成；用溶血空斑試驗檢測脾臟B細胞產抗體的能力；用ELISA檢測外周血中細胞因子的含量變化。以上實驗所獲得的各種數據就是代表免疫學知識的“符號”,對這些數據進行系統整理歸納,就可獲得機體對FMD VLP抗原免疫應答的新認識。在這種新認識的形成過程中,學生們完成了符號學習、信息加工學習、認知-發現學習、認知-接受學習、頓悟學習和建構主義學習,從而使他們的認知能力和創新思維能力得到顯著增強。同時,也使他們的團隊精神、合作意識、科學信念和自信心得以樹立或加強。

針對動物藥學專業,本教研室設置了“柴胡皂苷和番瀉苷A對機體免疫應答的影響”這個研究項目,用溶血空斑實驗評價機體B淋巴細胞產生抗體能力,用ELISA評價抗體產生水平,用巨噬細胞吞噬實驗評價機體固有免疫功能,從而實現從固有免疫和適應性免疫應答角度評價兩個藥物對機體免疫應答的影響。通過項目的實施,既促進了免疫學知識的系統整合,也實現了免疫學與中藥藥理學的學科交叉,對學生創新能力的形成產生了積極促進作用。

1.2.1 成績評定盡管研究性學習在設計上兼顧了免疫學體系的主要方面,但還有多個方面的基本知識未能涵蓋,例如抗體分子結構、模式識別理論、主要組織相容性復合體與抗原提呈理論等。因此課程考核采用形成性評價考核體系。即不僅對研究性學習進行專門評價考核(包括試驗計劃的制訂、實驗成敗的比例、論文寫作等),還要把平時成績、期末考試成績、實驗報告成績等加權后給一個總成績。此外,更注重學生平時表現的評價,包括出勤率、課堂學習中的參與度、創新設計與答辯能力、Summary寫作等。于是,獸醫免疫學的最終考試成績就按照以下公式產生,即課程總成績=理論成績(期末考試×90%+平時成績×10%)×50%+實驗成績(實驗計劃×30%+學術論文×30%+創新設計×30%+平時表現×10%)×50%。

1.2.2 實施效果評價 研究性學習模式可以激發學生的學習欲望,從而很容易與學生達成共同愿景。實現了理論與實踐的結合,增強了責任意識與擔當精神,充實了學生的興趣內涵,實現了學生由被動學習向主動學習的轉變,尤其是牢固樹立了學生的科學信念和忠誠于科學的學習態度。為了系統評價研究性學習實施的效果,進行了問卷調查,內容包括研究性學習的優點及研究性學習對免疫學理論學習的作用。前者包括提高創新思維能力、促進團隊協作能力、提高綜合解決問題的能力、提高主動學習能力、提高對所學理論知識的整合能力等；后者包括加深對理論知識的理解、促進理論知識的應用、增強理性思辨能力、增強學生對免疫學與其它學科的交叉融合、促進先進理論知識的臨床轉化、實驗成功所產生的自豪感對專業學習的促進作用等。共發放問卷180份,回收有效問卷165份(動物醫學95份,動物藥學70份)。

2 結果

對收回的有效調查問卷進行統計分析,得到如下結果(表1)。由表1可以看出,動物醫學專業和動物藥學專業有達94.54%的學生認為研究性學習可以培養團隊精神；超過89%的學生認為實施研究性學習可以增強大家的學習主動性,充分認識到自己的責任和擔當,從源頭上逐步養成了學生的職業精神,拓展了學生對通過探索達到既定目標的思路,很好地培養了學生探索未知的能力、毅力和勇氣,也培養了學生們的合作意識和團隊精神。研究性學習對理論學習方面的影響,90%左右的學生認為該模式可以循序漸進地深化學生對免疫學理論知識的理解,增強認知能力和發現能力。近84%的學生認為該模式可以促進知識的建構能力、系統整合能力和對理論知識的應用能力,增強創新思維能力。75%以上的學生認為可有效地促進理性思辨能力的形成和發展,加強免疫學與其他學科的交叉融合,特別是有83.15%以上的學生認為研究性學習能培養學生應用所學理論知識的能力。學生們切身體會到研究性學習不同于傳統的課堂學習,它不再是以教師為中心,而是充分尊重學生的主體地位,讓學生按照他們自己的項目設計主動探尋知識,真正做到理論聯系實際,知行合一,同時鍛煉了學生的思維能力和實踐能力。正是這種學習過程,才使他們在戰勝了一次次失敗之后獲得了真正屬于他們的成功,從而使他們在心靈深處為自己感到自豪!所以,研究性學習是實現“知識”發現、“方法”習得與“態度”形成的有機結合的有效教學手段,同時也提高了學生們的綜合能力和專業思想水平,為其日后發展成為創新型人才打下了堅實的基礎。

表1 研究性學習模式的教學效果評價(%)Tab.1 Assessment of teaching effect of research learning model(%)

3 討論

為增強學生畢業后解決復雜科研問題或臨床問題的能力,在原有的開放互動式教學、情境教學模式與自主式實驗訓練模式的基礎上,以項目形式開展了研究性學習。近幾年實踐使教師團隊深深體會到,研究性學習的關鍵在于項目開始前的精良整體設計:包括研究問題的提出與凝練、研究目標定位、研究內容確定、研究方法的選擇、探索過程的逐步實現,以及最終成果的落地途徑[4]。在本項目建立的研究性學習模式中,從理論課授課開始就將與免疫學有關的臨床問題介紹給學生,并在課堂上講授的適當環節對課題所涉及的知識體系做出提示和引導,讓學生初步認識所面對的科學問題(包括認識問題和實踐問題),激發學生的學習興趣,增強對免疫學知識的渴求。同時,讓學生從中國知網下載一些有關論文閱讀,深入發現更多細節問題,并進行討論分析,以增強學生的理性思辨能力,為實現“教”與“學”的和諧發展奠定基礎。

為與上述教學組織理念相適應,對實驗教學的方式做了很大改變,以項目形式將本科教學大綱所規定的實驗項目整合在一起,使其承擔項目功能,不僅很好地彌補了原有自主式實驗中各個實驗之間缺乏聯系的缺點,而且還可發揮實驗技術創造知識的作用,這種改變對學生最具有吸引力,從而使他們變得比以往更加積極主動,嚴肅認真,一絲不茍。由2017級動物醫學專業對免疫學很感興趣的學生組成的項目團隊,針對FMD VLP疫苗“黏膜免疫增強劑”的世界難題開展了研究性學習。主要從重組質粒提取、HEK-293T細胞轉染、VLP純化鑒定,到黏膜免疫增強劑的正交設計展開研究。另外,亦為動物醫學專業本科生設計了“探索巨噬細胞應答FMDV免疫原的表觀遺傳學機制的研究性學習”項目,以染色質可接觸性測序技術檢測FMDV VLP通過與巨噬細胞清道夫受體結合所引起的染色質轉錄活性變化,闡釋巨噬細胞應答的表觀遺傳學機制,發現疫苗設計的新靶標。通過項目的實施,不僅使學生的視野得到了開闊,而且還為學生畢業后從事前沿科學研究工作建立了技術儲備。由此不難看出,研究性學習加深了學生對免疫學理論知識的整體認知,促進了對理論知識的融合應用和認知——發現能力的形成,使學生的思維更加有邏輯,在實踐向認識的轉變過程中獲得新知識,收獲從未有過的成功喜悅和知識超越的自豪,從而堅定科學信念。同時,研究性學習也是充分調動學生主動學習的有效手段,并可以挖掘學生的認知能力與發現能力。由此不難看出,研究性學習過程可非常有效地解決現有教學模式所存在的問題,并賦予免疫學教學“高階性、創新性和較高挑戰度”的特點,使學生的心智得到扎實穩健的發展。正如我國古代哲學家荀子所云“不聞不若聞之,聞之不若見之,見之不若知之,知之不若行之,學至于行而止矣。行之,明也,明之為圣人[5]”。

通過與參加研究性學習的學生交流得知,他們大多表示研究性學習課堂改變了以往的教育教學方式,真正樹立以“學生為本”的教育觀念。從實驗前期準備到實驗具體講授操作,都以學生為主導,在這一過程中提高了學生的自信心、組織協調能力、團隊合作能力和對免疫學知識的整合能力。負責某一模塊實驗的學生對該實驗內容的印象更深刻,認識更加充分,對免疫學知識更加全面的掌握,這都比老師直接“給予”知識讓學生學習掌握效果好；極少部分學生表示一切由學生主導的課堂有些缺乏專業性,有些知識傳遞錯誤也在所難免。但總體上來看,研究性學習帶來的是一次新的教育改革。

幾年的實踐使教師團隊認識到,研究性學習還需要教師在理論教學過程中根據所講授的內容安排激活學生思考的情境,提出引起學生思考的科學問題,從而激發學生的創新欲望和進取精神[6]。此外,研究性學習還需要學生自主地參與問題的提出、論證、準備實驗、實驗實施、結果觀察與歸納總結等環節,由此從探索實踐中獲得知識構成元素,并進一步加工成對研究對象的新認知,增強元認知能力。當然,研究性學習對實驗員老師的要求會更高,他們不僅需要了解授課教師的實驗設計思路,還需要根據設計思路來指導學生進行準備實驗,需要比以前的教學模式付出更多的時間與精力。令人倍感欣喜的是學生們深感此模式讓他們的校園生活變得相當充實,情志得到了有效的歷練,心智實現了健康發展。總之,研究性學習模式有助于學生對獸醫免疫學基本理論知識的學習和實踐能力的增強,培養學生的認知-發現學習能力,并在實踐中鍛煉心智,增強理性思辨能力和社會擔當能力,樹立科學信念,也有利于學生們開展創新創業實踐,特別是在未來面對各種復雜問題能做出有意義的選擇。