中醫院校大鼠腦關鍵核團精準定位及快速取材實驗混合式教學設計*

侯俊林 楊麗萍△ 曹 珊 李曉冰 趙培源 劉喜紅 劉 征 陳四清

《醫學綜合設計性實驗》是河南中醫藥大學近年來開設的一門改革創新課程,旨在培養學生綜合運用所學知識和技術,自主開展中醫藥創新研究的能力與素質[1]。課程特色是“以創新為引領,以項目為主線、以學生為主導、以成果為導向”,即對標金課“兩性一度”標準,由學生自主選擇實驗項目,以項目需求確定教與學的內容,引導學生開展以成果為導向的創新性研究[2-4]。

混合式教學是指將在線學習與常規的師生面授教學相結合的一種教學策略和教學理念[5]。大鼠腦組織是醫學研究中常用的動物組織,大鼠腦關鍵核團精確定位和快速取材是醫學生常用的實驗技能,也是《醫學綜合設計性實驗》課程常用的實驗技術之一。由于大鼠腦組織核團眾多難識別,組織柔軟易損傷,缺血缺氧易液化,因此本實驗對于學生來講具有較大的難度和挑戰度,需要帶教老師采用線上線下混合式教學,遵循“以虛補實、虛實結合”的原則,在進行理論知識講解之后,先讓學生自主通過虛擬仿真實驗進行在線練習。學生反復訓練后進行考核,滿分同學再進入真實實驗室完成整個實驗。教學設計具體方案如下。

1 教學目標

1.1 知識目標①掌握大鼠腦立體定位圖譜的使用方法,精確定位大鼠腦關鍵核團的操作方法以及大鼠海馬、垂體、杏仁核等關鍵核團的快速取材方法;②熟悉大鼠腦關鍵核團的形態結構和位置關系;③了解腦立體定位技術原理。

1.2 能力目標①加深學生對中樞神經系統的認識和理解,培養學生運用所學知識解決復雜問題的能力和創新思維;②提升學生的自主學習和動手操作能力;③培養學生探究性學習能力,加強知識的內在轉化。

1.3 情感和價值觀目標①對學生進行倫理學教育,使學生養成規范操作、愛護實驗動物的良好素養;②培養學生感恩心態和關愛生命的意識;③培養學生實事求是的態度和誠信意識;④幫助學生樹立大國工匠精神,堅定科技報國思想。

2 教學內容

2.1 虛擬仿真學習讓學生通過團隊自制的虛擬仿真實驗:①了解實驗原理、目的和內容;②通過透視、旋轉、拆裝、拼接等虛擬化操作觀察和掌握關鍵核團的位置;③模擬腦立體定位和關鍵核團取材操作,通過反復練習以熟練掌握;④進行虛擬仿真操作考核,給出成績,并指出錯誤步驟及扣分原因。

2.2 線下實際操作包括稱重并計算麻醉藥物用量、動物麻醉、大鼠固定、備皮、腦立體定位儀的使用、大鼠顱骨解剖要領、海馬組織的解剖定位、海馬組織取材要領、垂體組織的解剖定位、垂體組織取材要領、杏仁核的解剖定位、杏仁核組織取材要領等步驟。

3 學情分析與教學預測

3.1 學情分析①課程授課對象為中西醫臨床醫學本科專業大三學生,學生學習目的明確,基礎較好,思維活躍,大多數學生能在教師引導下積極參與課堂教學互動和學習。本實驗具有較大的難度和挑戰性,需要帶教老師在進行理論知識講解之后,先讓學生通過虛擬仿真實驗進行在線練習。學生經過反復訓練后,進行虛擬仿真實驗操作考核,滿分同學再進入真實實驗室完成整個實驗過程。②三年級學生已具備大鼠的抓取、稱重、麻醉等操作知識,因此本次實驗要分清主次,在復習上述操作要領的基礎上,重點讓學生學習腦立體定位儀的使用、大鼠腦立體定位圖譜的查閱、大鼠海馬、垂體、杏仁核等關鍵核團的定位及取材方法。

3.2 教學預測①實驗過程中,核團識別錯誤、麻醉藥物計算錯誤、注射部位及方法錯誤、核團定位不準、取材速度不達標等都會導致實驗失敗,因此必須要求學生精益求精,耐心細致,快速準確;②本次實驗內容繁多,操作難度較大,學生容易出現急躁和倦怠心理,需要帶教老師悉心指導,做到課上交流與課下指導并重,及時發現學生遇到的問題并進行答疑解惑,對學生取得的點滴進步進行贊美,鼓勵學生再接再厲,順利完成實驗。

4 教學策略、方法與手段

4.1 教學策略

4.1.1 虛擬與現實結合虛擬為線上,現實為線下,教師先進行線下的理論講授和示教演示,然后讓學生進行線上的虛擬仿真練習,虛擬操作考核合格后再進行線下實際操作,可在減少實驗動物用量、節約實驗成本的前提下提高學生學習的興趣和效果。

4.1.2 傳授與啟發并重因材施教,靈活運用講授式、啟發式、問題式、案例式等不同的教學方法,使學生在掌握基本概念、基本理論、基本技能的基礎上,提升綜合運用所學知識解決實際問題的能力。注意在教學過程中留下一些問題讓學生獨立思考,把傳授知識的過程轉變為素質教育的過程。

4.1.3 課上與課下銜接將BOPPPS教學模式融入教學過程。課前發布本次實驗課程的PPT讓學生預習。上課時首先播放腦科學研究短片進行課程導入,講解本次授課的學習目標,采用問答、集體討論形式對學生課前預習情況及先備知識進行預評估,以便調整后續教學內容的深度及進度。在講解重點、難點知識之后,采用分組討論、學生操作、學生評價等方式,引導學生積極參與到學習活動中來。授課結束后通過學生回答問題、操作演示等方式對教學效果進行評估,并由學生自己進行知識的歸納總結。布置課下思考題,要求學生以小組為單位進行討論,有任何疑問可以私信老師,大部分學生共同的疑問會放到課上統一解答。

4.1.4 基礎與提高兼顧授課過程中首先保證對基礎知識講解到位,力求學生對所講知識理解透徹,尤其注重重點和難點知識的詮釋,多與學生互動,通過學生的眼神、表情和行為舉止判斷學生接納知識的程度,實時進行策略調整。同時利用網絡教學平臺給學生推送與該課程相關的中國大學MOOC等校外視頻教學內容,讓有能力的學生擴充知識,并告知學生可通過學校圖書館中英文數據庫進行科研成果檢索,以擴大知識面,提升科研素質。

4.2 教學方法與手段

4.2.1 情景教學法通過情景教學方法導入新課,播放腦科學研究的短片,讓學生知道世界各國均已將腦科學研究定位成國家戰略,中國也將腦科學與類腦研究列為“科技創新2030重大項目”,腦科學已成為世界各國科研競爭的高地。以此激勵學生投身腦科學研究的熱情,幫助學生樹立大國工匠精神,堅定科技報國思想。

4.2.2 示教演示法帶教老師示教大鼠腦關鍵核團精準定位及快速取材的方法,使學生對實驗操作先有一個直觀的了解,便于后續進行虛擬仿真和實操訓練。

4.2.3 討論教學法通過學生操作學生點評、學生操作老師點評、師生共同討論等課堂交流和課下布置作業的形式,培養學生探究性學習能力,加強知識的內在轉化。

4.2.4 啟發教學法以提問方式在授課過程中多次采用啟發式教學方法,例如在講到大鼠腹腔麻醉時,詢問學生為什么不用水合氯醛進行麻醉?讓學生思考,提高其分析問題、解決問題的能力。

4.2.5 成果引入法在講述腦立體定位時,將課題組腦立體定位后,采用微透析技術和高效液相測定自由活動大鼠腦神經遞質的研究,以及最近課題組正在進行的神經元鈣離子成像研究引入課堂,讓學生明確腦立體定位的應用,激發學生的求知欲。

4.2.6 舉行儀式法①舉行承諾儀式,對學生進行倫理學教育,要求全體實驗人員嚴守“3R”原則,善待實驗動物,莊嚴承諾用最少的動物和最小的傷害完成實驗,使學生養成規范操作、愛護實驗動物的良好素養。②舉行致敬儀式,老師在總結發言時提議學生向為科學實驗獻出生命的實驗動物致敬,培養學生感恩心態和關愛生命的意識,為學生走上臨床之后做一個充滿愛心的醫生奠定基礎。

4.2.7 誠信教育法讓學生重溫習近平總書記在國內外多個場合關于誠信的講話,教育學生誠信做人,客觀描述實驗結果、不作弊、不造假。培養學生實事求是的態度和誠信意識。

5 教學互動

5.1 師生互動①教師進行理論講解和實驗示教操作,授課過程穿插對學生的提問,幫助學生理解實驗原理,掌握操作要點;②學生在觀看教師示教和通過虛擬仿真操作考核后,擇優進行實際操作,老師點評,指出優點和不足,提出修改建議;③建立微信群或者QQ群,隨時解答學生課程相關的問題。

5.2 生生互動①學生在觀看教師示教操作后進行小組討論,交流學習心得;②學生進行實驗操作后,小組內其他學生進行分析和點評,相互切磋,共同提高。

6 教學測量與評價

6.1 評價內容全面化評價內容對課程涉及的內容進行全覆蓋,從理論知識的掌握和靈活運用能力、突發狀況的應變能力、實際動手操作能力等方面進行多維度考核評價[5]。在進行實際操作之前先要求學生進行虛擬仿真實驗操作,虛擬仿真實驗成績達到滿分者才能進入實驗室進行實際操作,加強學生對操作步驟的熟悉和掌握。

6.2 評價主體多元化摒棄帶教老師 “一言堂”的現狀,評價主體既有帶教老師,又有虛擬仿真系統打分,還有學生參與。學生既要對他人評價,又要自我評價[6]。 多元化的評價主體加強了師生之間和生生之間的交流,充分調動了學生的積極性和主動性。

6.3 評價手段靈活化既要通過對學生提交的實驗記錄、學習心得等文字材料進行評價,還要對學生的實驗操作技能、小組討論表現等進行評價。同時重視與學生的互動,通過互動,考查學生是否認真聽講,是否完全理解所講知識。

7 小結

大鼠腦部核團眾多難辨認,結構復雜不易學。因此大鼠腦關鍵核團精確定位及快速取材實驗歷來是學習的難點。傳統的教學方法難以讓學生形成直觀印象,學生反映學完之后總有一種霧里看花、水中望月、似是而非的感覺。針對這一難點,團隊采用三步法進行教學,讓學生“先看圖譜再虛擬,實驗實操強記憶”。即先進行理論講解,查看大鼠腦解剖圖譜,初步認識不同核團的平面位置和相互關系;其次通過虛擬仿真實驗,讓學生直觀認識核團的三維結構和位置關系,并進行核團定位和取材的虛擬練習;最后進行實驗室實際操作,讓學生更加深入地認識核團的形態和比鄰關系,并掌握大鼠腦關鍵核團定位和取材的方法。上述3步從平面到立體、從虛擬到現實、從模糊到清晰,學生學完之后會有一種撥云見日、豁然開朗的感覺,最終較好地實現了教學目標。實驗積極對標金課“兩性一度”要求進行教學設計和授課,課程內容具有一定的難度、前沿性和時代性,教學形式體現了一定的先進性和互動性,學習過程具備探究性和個性化特點,努力做到知識、能力、素質的有機融合。采用上述方式進行教學,學生反響良好。