臨床醫學專業生物化學實驗教學改革探索

張海風，張帆宇，米洋，梅英武，王天奇，金戈

（鄭州大學 基礎醫學院，河南 鄭州）

一 引言

生物化學與分子生物學這門課程是各高等醫學院校開設的基本課程，與生理學、遺傳學、細胞生物學等學科有廣泛的交叉和聯系。但是由于其知識點繁多且抽象，不僅使老師講解難，也會容易造成大量學生難以理解或者理解的含義僅限于淺層的現象，從而降低教學質量而難以完成教學目標。然而，作為未來的醫生，醫學院的學生對于生物化學這門課中的很多知識是需要做到精通的。根據布魯姆的“教育目標分類法”可將教育目標分為六個層面，分別為“記住、理解、應用、分析、評價和創造”，可以據此來判斷學生對一個知識點的精通程度。所謂“精通”，意味著學生能夠基于自己學習的知識，來進行評價和創造的能力。尤其在21 世紀，創造能力是尤其重要的。為了激發學生的創造能力，在傳統的生物化學教學過程當中，采用的是理論與實驗相結合的教學模式，即教研室設置與教學內容相匹配的實驗，通過實驗加深學生對課上所講知識點的理解和記憶。生化實驗包括基礎實驗，綜合性實驗，開放性實驗，如蛋白質的電泳分離，PCR 擴增片段及瓊脂糖凝膠電泳等[1]。生化實驗不僅可以使學生將理論知識綜合起來，鞏固理論知識，而且可以培養學生發現問題，解決問題的能力，建立科研思維，提升學生的創新能力。由此可見，實驗教學是生化教學必不可少的一個組成部分。然而疫情背景有些傳統的實驗教學無法開展，于是國內一些高校在網絡平臺上上線了相應實驗課程的教學視頻，但是僅僅讓學生采取看和聽的方式獲取知識，在一定程度上會限制學生科學思維，創新能力和實踐能力的發展。針對這個問題，生化教研室積極進行開會，調研，反復修正，制定了臨床醫學專業生物化學實驗教學改革方案。

二 生化實驗教學線上課程設計

生化實驗教學采用線上教育平臺，問卷、社交軟件以及鄭大醫學院購入的虛擬仿真平臺相結合的方式進行實驗教學。其中線上教育平臺主要依托智慧樹，雨課堂，超星學習通等軟件。不同的平臺有其各自的特點，但它們的共同之處在于可以進行網絡直播或錄播授課，不同的教師自行選擇合適的教育平臺。對于傳統面授，老師能夠在講授過程中直接觀察到學生的反應，從而靈活調整教學，但對于線上教學，學生是否在認真學習很難實時把控。基于這種情況，問卷就是一種把握學生學習情況的較好的方式。如教師可以通過問卷星設置題目調查學生對某一個課程的預習情況、前置知識點的掌握情況等，從而調整教學。社交軟件主要是利用QQ、微信等，它們可以實現師生及學生之間的學習交流互動[2]。虛擬仿真就是用一個系統模仿另一個真實系統的技術，其有與生化教學課程相配套的實驗，它的特點是創造一個仿真環境，模擬傳統實驗操作中的各個環節，使學生在家就能進行實驗操作。虛擬仿真平臺可在電腦、pad、手機等多媒體設備上登錄，便于學生隨時隨地練習，同時教師也可以隨時隨地地上傳或修改虛擬仿真平臺上實驗的內容。

三 生化實驗教學實施流程

在傳統的教學當中，一般都是先確定大綱，組織教學，教學過程結束后通過測驗來檢測學生們的學習情況。在這種背景之下，老師往往花大量的時間在“如何教”上，很少反思“學生能否學會”。然而，生化實驗教學的核心目的就是在于激發學生思考，從而加深理解。因此，生化實驗教學改革對課程進行“逆向設計”，以學生為中心，達到促使學生主動學，認真學，真正理解知識點的目的。即實驗教學改革應堅持以“學生為主，老師為輔”的教學模式，充分發揮學生的主體作用，同時應充分發揮網絡教學的優勢。最后生化教研室決定采用PBL 教學法，也稱為“項目教學法”，是一種通過讓學生展開一段時期的調研、探究，致力于用創新的方法或方案，解決一個復雜的問題，從而在這些經歷和體驗中獲取新知識和獲取實驗技能的教學方法[3]。在這種教學模式之下，教學活動和學習結果之間的通道被打通，能夠很好地促進學生對知識達到理解并應用。具體的PBL 實驗教學模式的實施流程如下：

（一） 課前：提供臨床案例，自主設計實驗方案

教師在課前預先把設計好的臨床案例和設置的相關的問題通過教育平臺發給學生，并將學生分為幾個小組，讓小組內的學生自行分配任務，根據病例內容和問題自行翻閱相關的資料，查找相應的文獻，設計具體的實驗方案，并以PPT 的方式在截止日期前提交至老師設置的郵箱中。提交的PPT 中應包括實驗目的，原理，實驗器材，大致的實驗操作以及關于實驗提出的問題。教師則將這些問題進行匯總，挑選。

（二） 課中：學生分組討論，教師一對一點評

課上教師先將課前匯總的有關實驗的問題發給學生，各個小組利用社交軟件建立自己的交流群對問題進行討論，討論完畢后各小組選出代表針對問題進行發言，并將做好的PPT 展示給大家，為大家介紹自己的實驗思路，每一組結束后教師在教育平臺上對大家的回答進行分析指導，同時對小組提交的實驗方案進行一對一點評，點評完畢后，播放實驗相關視頻進行學習。之后學生開始在虛擬實驗平臺上進行實驗操作。

（三） 課后：學生完成實驗報告，教師進行批改總結

課后學生需要對實驗數據進行整理，完成相應的實驗報告，并在教育平臺截至時間前提交。如仍存在不懂的地方，可以通過視頻回放再次學習或者通過社交軟件私信老師進行討論。教師則對學生提交的實驗報告進行批改，在下次上課時對共性問題進行指正和總結。

四 生化實驗的考核評價體系

生化實驗PBL 線上教學模式中，學生的學習是一個持續的過程，老師不僅要關注上課學生的上課考勤情況，還要關注學生自主學習，完成教學任務的情況。學生在課前、課中和課后均需要花費較多的時間，所以實驗的考核評價應兼顧學生平時學習狀態和最終的作業成績。考核評價體系大致分為三個部分，課上簽到和簽退情況（占20%），虛擬實驗操作得分（占40%），以及課前PPT，課堂PPT 的講解和實驗報告的綜合得分（占40%）。對于PPT 的制作和講解這部分的得分，應該結合教師評價，學生自評和學生小組評價使評價主體多元化。

總的來說，生化實驗的考核評價體系采用的原則是評價主體多元化，評價內容多維化以及評價方式多樣化。評價主體多元化是指實驗考核的部分內容堅持教師評價，學生自評和學生小組評價相結合；評價內容多維化，就是要從學生的知識與技能、過程和方法、成果和作業、態度和協作能力多個維度進行綜合評價；評價方式多樣化，是指結合理論知識和操作技能考核的目標評價，定量評價與定性評價相結合，書面檢測與實踐展示相結合，使考評體系更全面、系統。

五 生化實驗教學改革成效評估

為了了解生化實驗教學改革實驗成效，對學生進行了問卷調查，問卷題目設置了兩套，分別發放至老師和學生群體中，結果顯示，老師普遍感覺學生理解能力增強，課程開展得也較為順利。在學生方面，大多數臨床醫學的學生贊同并支持該種實驗教學模式，并表示自己通過這種教學模式，讓自己對生化課上講授的知識點有了更深的理解，并且對課上所學加深了記憶。但是也有老師提出，這種教學模式需要學生具備很強的自主學習能力和自律意識，然而有一部分學生并不具備良好的自我管理能力，很多事情的實施并不理想。所以針對老師提出的這一問題，教研室提出老師在進行教學活動中，應著重關注學生的心理狀態，老師可以通過精心的教學設計，生動的語言和有趣的案例來激發學生的學習熱情，并通過階段性目標的設定，為學生指明方向。

六 生化實驗課的靈活調整

當前，線上教學已經是不容忽視的一種新型教育模式。高等教育如何實現傳統線下教學與線上教學互補優劣，完美融合，一體發展等一系列的現實問題，尤其是實踐性教學環節如何實施線上線下混合教學，更是我們亟待解決的難題[4]。針對這一情況，鄭州大學基礎醫學院生化系也對實驗教學做出了相應的調整，建立了虛實結合、混合式的大學生化實驗教學新體系。所謂“虛實結合”就是線下真實實驗、線上虛擬實驗相結合，實現多種教學方式的互相結合和補充。

（一） 在課前預習階段，教師可以給學生提前發放實驗的題目，讓學生對課堂教學內容有充分的準備。例如在講授qPCR 這個實驗之前，RNA 是什么，提取過程中的注意事項，一些大致的操作步驟等內容，學生要事先查閱相關資料進行了解。與此同時，學生除了自己查閱資料之外，還要在虛擬仿真平臺上進行本實驗的3D 虛擬實驗模擬操作，使其對實驗項目步驟有立體的認識，提前熟悉實驗涉及到的儀器和試劑以及相關操作流程。

（二） 在課中實操階段，考慮到實驗內容的復雜性，可以讓學生自行組合成立興趣小組，以小組的形式完成一個實驗。在開始實驗之前可以先觀看正規的實驗操作視頻，看完以后，讓學生對真實的實驗儀器進行熟悉操作，訓練動手能力，增強對預習階段的線上實驗操作的訓練和體會。

（三） 在課后鞏固階段，學生除了要完成相應的實驗報告之外，還可以再次進行線上模擬，對相應的實驗再一次進行鞏固。

虛實結合的實驗教學體系在不削弱傳統教學模式下實驗訓練強度的基礎上，通過線上虛擬實驗的課前預習和課后鞏固，使學生對實驗有更加深刻的認識，賦予實踐教學比傳統單一線下教學模式更豐富的內涵，引發學生對于科研時間訓練的興趣。

七 小結和展望

課堂教學往往是學生和老師思想發生碰撞的最佳場所，但這個課堂教學并不固定指線下課堂，而是應該隨著國情，教育背景不斷變化，具有突出的互動性和發展性的課堂。基于這種情況，課堂教學模式不再單純基于教師的視角而開發，更多的是尊重學生的反饋意見，將開發和設計的重點轉移到如何學習，如何消化，是讓學生鍛煉學習的能力而并非僅僅收獲大綱要求的內容，通過各種方式引導學生主動學習，主動思考，保障線上學習的有效性[5]。

在無線寬帶技術獲得飛躍發展的時代，“互聯網+教育”無疑是國家“互聯網+”戰略的重要組成部分，同時也是教育發生改革的基石，推動教育現代化進程[6]。所以在此基礎上發展起來的虛擬實驗教學，成為加強實踐教學，提高教學質量的一個重要手段，同時也是國家教育信息化戰略的重要實踐內容[7]。網絡虛擬仿真教學通過形象生動的2D 或3D虛擬場景，讓學生進行角色扮演，學習實驗的虛擬操作技能[8]。例如，東南大學公共衛生學院較早開發了突發公共衛生事件應急虛擬仿真軟件，并獲得軟件著作權[9]。

線上實驗教學為實驗改革探索出新的方向。傳統實驗教學中有很多相關試劑和設備的安全隱患，并且有些有些實驗耗費的時間較長，且實驗的可連續性與實驗步驟操作的準確性密切相關。除此之外實體實驗一般需要幾個學生協作共同完成，各司其職，無法完整地體驗整個實驗過程，故不能有效地達到實驗教學目的。而對比線下教育，線上實驗教學模式主要有以下的優勢。首先，空間優勢。線上實驗教學能將教學內容，虛擬實驗和學生有機融合，不受實驗教學的地點、時間以及實驗器材的限制，使學生可以在家里直接進行實驗課程的學習，降低了空間上的成本。其次，時間優勢。線上實驗教學相比線下實驗教學來說，更大的一個優勢就是線上模式支持課后重溫，利用虛擬仿真平臺，學生可以獨立操作、反復實踐，從而充分體驗實驗的過程，查漏補缺，以掌握基本實驗技能的目的。但是線上實驗教學模式畢竟不是真正的實驗，產生的都是“完美實驗”，即指在虛擬仿真平臺上做出的實驗每一步都是完美正確的，真實實驗中可能出現的意外情況，奇怪數據全都不復存在。這意味著不能產生真實的實驗數據，也不會出現實際實驗過程中可能出現的問題，不利于鍛煉學生隨機應變，處理突發情況以及對錯誤實驗數據進行分析的能力[10]。因此當學生回到學校后，學習模式保留了線上教學當中的部分內容，做到線上線下結合，互補優劣。與傳統的線下教育模式相比，該教學模式突破了教室的束縛，教學環節中增加了虛擬仿真平臺上的操作。教師在課前布置的相關話題供學生討論并查閱資料，提出問題，課上老師再針對這些問題進行解釋和分析，充分激勵學生在學習過程中的自主性和創造性，避免“填鴨式”教學，而是以學生問題為基礎的研討和反饋[11]。同時，學校也會充分采集學生的反饋意見，考察這種新型教學模式的效果和實用性，不斷精進教學流程，充分開發學生的能動性，以達到最佳的學習目的。