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关键词:医学遗传学;实验教学;改革;探索
医学遗传学是医学和遗传学结合的学科,是高等医学教育的必修课程和专业基础课程。该学科涉及数千种疾病的基础理论和临床实践,已成为现代医学中十分活跃的学科。医学遗传学理论教学学时数较少,我国目前没有专门的临床遗传学学科,对于各种遗传病例,学生没有实践机会,实验课就显得尤为重要。在医学遗传学实验教学中,我们采用多种方式,结合实验内容的更新和实验教学方法的改进,不仅完成了教学大纲规定的教学内容,还引导学生参加大学生科研训练计划,提高了学生的学习兴趣,培养了其自主学习能力和创新能力,为他们将来的继续深造和实践工作奠定了良好的基础。
一、实验教学内容的改革
实验课是教学中的重要环节,是理论联系实际,培养学生分析问题、解决问题能力的重要途径。医学遗传学教学内容以基因病、染色体病为主,对于单基因遗传病可以进行基因诊断,但我校实验室不具备基因诊断的实验条件,因此实验教学的重点放在染色体的观察上。首先,安排正常人类染色体的核型分析,让学生对遗传物质有直观的认识,通过对染色体带型、核型的识别,对理论课讲授的染色体相关内容进行验证,同时也为后续实验奠定基础。了解了正常染色体,再在显微镜下观察染色体病患者的染色体标本,学生能够在显微镜下找到细胞分裂相,观察病人的染色体发生了怎样的畸变,理论和实践结合,对染色体病的诊断加深了认识。实验教学也要结合不同专业对教学内容合理安排。对临床专业的学生,重点引导其结合实验理解染色体病的发病机制;对于检验专业的学生,侧重点在细胞遗传学诊断染色体病,识别染色体的带型特征,进行染色体核型分析。除了完成教学大纲规定的实验内容,我们还计划开展开放式实验,在学生的课余时间开放实验室,引导学生设计实验内容,完成实验流程,进行多学科综合实验,培养学生的创新能力。
二、培养学生独立完成实验
实验教学锻炼学生的动手能力和独立能力,要求教师讲课不能超过20分钟,把时间留给学生完成实验,并对实验结果进行分析,找出失败的原因,思考如何改进。对于医学遗传学的重点内容单基因遗传病,学生对具体病例很有兴趣。教师可以把学生分成小组,让他们通过各种途径查找遗传病例;也可以让学生做家族遗传性状的调查,做出多媒体课件,在实验课上展示。这种实验内容的改革深受学生的欢迎,大家的学习兴趣和积极性明显提高。在这一过程中,大家学到了很多理论课上无法学到的内容,拓展了知识面,对单基因病有了更深刻的认识,同时还增强了制作多媒体课件、汇报表达以及团队合作能力。
三、结合实验内容引导学生参加科研训练
实验教学新增了人类皮纹分析,皮肤纹理是真皮向表皮突出,形成许多整齐的线,称为嵴纹。在突起的嵴纹之间形成凹陷的沟,这些凹凸的纹理构成了人体的指/趾纹和掌纹。皮纹在胚胎发育第13周开始出现,第19周左右形成,出生后终生不变,每个人都有其特定的皮纹。人体的皮纹既有个体的特异性,又有高度的稳定性。大量的研究表明,某些遗传病患者的皮纹发生变异,可作为遗传病诊断的辅助指标。目前,皮纹学的知识和技术广泛应用于人类学、遗传学、法医学以及作为临床某些疾病的辅助诊断。学生对这一部分内容很感兴趣,通过实验课掌握了皮纹分析的内容和方法。我们还引导学生将实验内容与科研相结合,指导学生参与我校大学生科研训练计划,对新疆医科大学513名维吾尔族与汉族学生皮肤纹理进行分析,研究维吾尔族与汉族学生皮肤纹理的差异与特异性,最后汇总资料进行统计分析,最终。
综上所述,通过医学遗传学实验教学的改革和探索,不仅学生的独立完成实验能力和科研创新能力得到了培养和提高,教师在教学中经过学习、思考、探索,也更新了知识,改革了教学方法,培养出了更多优秀的医学人才。
参考文献:
[1]朱慰云,谢天炽,李佩琼,等.医学遗传学实验教学改革和实践探索[J].基础医学教育,2015,17(2).
[2]张银,王芳,孙树汉.八年制模拟遗传咨询教学中建构主义学习理论的应用[J].基础医学教育,2015,17(2).
[3]甄红英,白云,杜晓娟.医学细胞生物学教学的困惑和改革探索[J].中华医学教育杂志,2014,34(3).
生物学科是一门实验性极强的学科,学生除了掌握必要的理论知识外,还应学会如何用理论知识解决实际中的问题,实验教学作为教育教学的有机组成部分,就承载着培养学生这种能力的功能[1-2]。但是受客观条件的限制,学生在有限的时间内不足以做到熟能生巧,也不足以解决其疑惑和满足其兴趣爱好,开放实验室可以充分锻炼学生,培养学生创新意识,提高学生综合素质,有效利用实验室的资源[3]。
一、黑龙江大学中俄学院生物技术专业概述
(一)黑龙江大学中俄学院的定位
黑龙江大学中俄学院是黑龙江大学与俄罗斯新西伯利亚国立大学联合成立的,被教育部列入全国17所国家教育体制改革试点学院之一。学院以先进的教育理念、科学的课程体系为依托,打造“专业+俄语”的对俄高级专业人才培养模式;积极引进新西伯利亚国立大学高水平师资,他们承担学生70%的专业课教学任务;与俄方共同制定个性化人才培养方案,搭建高水平、多层次、宽领域、本硕博一体化人才培养平台[4]。
(二)生物基础实验中心与中俄学院的关系
中俄学院自2011年开始招生起即招收生物技术专业本科生,由于是以自主招生的形式选拔,因此学生素质非常高。为实现资源共享,生物技术专业的实验课(包括俄方教师承担的实验课)都在生命科学学院的生物基础实验中心开设。生命科学学院作为中俄学院试点的重要组成部分,积极创造条件满足教师的教学需要和学生提高专业技能的需要。
(三)生物基础实验中心为中俄学院生物技术专业开设的实验课程
生物基础实验中心除承担中俄学院生物技术专业的普通生物学、生物化学、微生物学、细胞生物学、遗传学、分子生物学和细胞工程、植物组织培养等实验教学外,同时也为俄方教师授课提供实验场所及所需设备。
二、基于中俄联合培养的创新实验室现有条件
2013年、2014年学校连续投入200多万元在生物基础实验中心筹建中俄联合培养创新实验室。该实验室除常规仪器外,还拥有高速冷冻离心机、蛋白纯化系统、DGGE变性梯度凝胶电泳仪系统、真空冷冻干燥机、超声波细胞粉碎仪、梯度PCR仪、凝胶成像系统、空气浴摇床、全自动凯氏定氮仪、分析研磨机、自动电位滴定仪、匀浆机、高压蒸汽灭菌锅、显微互动系统等一大批进口设备。为学生完成毕业论文以及完成自带科研项目或参与教师科研项目提供服务。
(一)创新实验室开放的内涵
有利于培养学生的实践与创新能力,有利于激发学生学习的积极性与主动性,有利于提高仪器设备的使用效率,有利于促进和提高实验教师和技术人员的水平。
(二)基于中俄联合培养的创新实验室开放现状
该实验室主要面向中俄学院生物技术专业的本科生、硕士生,2015年第一届本科生(22名)和研究生(3名)已全部顺利毕业。但是,仅限于日常教学和毕业论文的开放,还不足以体现出创新实验室的利用价值和建设宗旨。真正的开放实验室,可以锻炼学生的动手能力和解决实际问题的能力,满足或者激发学生的兴趣,允许跨学科、跨专业,真正经学生手出来一些成果,使学生从中受到完整的科研训练,体会到科学研究的严谨、神圣、奥妙之处。
(三)基于中俄联合培养的创新实验室发展趋势
中俄学院的人才培养模式是“专业+俄语”,专业是基础,俄语是工具,所以学生迫切希望在专业方面打好基础,既有扎实的理论知识,又有较强的动手能力。那么中俄联合培养创新实验室理应担负起这样的功能,学校也有相应的资助政策。
1.实验课内容重复或扩展式开放。学生认为课堂上实验做得不够理想,操作不熟练,数据不够好,可以与任课教师另约时间到开放实验室完成。或者对实验内容有新的想法,新的方案,只要实验的内容、手段、方法合理,实验室具备相应的条件,经申请,就可以在开放实验室实施[5]。
2.教师(包括俄方教师)指定课题式开放。教师拟定的题目或者在研科研项目的子课题集中申报公示后,经双向选择,学生可以进入实验室参与其中,以个人或小团队形式,自己查阅资料,制定方案,完成实验,撰写结题报告,答辩合格,方可结题。
3.学生自带课题式开放。根据学生所带课题涉及的内容,为学生配备从事相关方向的指导教师,但须拿出完整方案,由教师认定其可行性。实验结束后,需撰写结题报告,答辩合格给予结题。
三、基于中俄联合培养的实验室开放模式的构建
(一)预约开放
需要进实验室的同学,将所需的仪器、试剂、要完成的实验内容填写清楚,包括对仪器的熟悉程度,提前1天在网上预约,平时上课时间或课余时间均可。由中心安排实验员准备好试剂,协调好仪器,其间指导教师可根据情况现场指导或场外指导。不熟悉的仪器,使用前由实验员进行培训,直到能独立正确操作。学生每次实验结束后,需如实填写仪器使用记录,如遇仪器故障,及时与实验员或值班教师联系[6]。
(二)定时开放
每学期初,将课题汇总上来后,根据学生的实际需要,确定开放时间段和开放频率。学生需要更改时间段或日期,可提出申请。在开放的时间段内,学生可在网上查到每个房间以及仪器的使用情况。
(三)保障措施
1.客观条件保障。生物基础中心每学期针对新生定期举办常用相关仪器培训班,目的是使学生了解仪器的性能,掌握使用规范,正确操作,培训合格者中心有备案;至于其他年级有兴趣的同学,中心配合学校开展大型仪器培训,合格者由学校发放结业证[7]。因此,无论什么形式的开放,基本条件是具备的。在基础中心网站上可查到开放实验室的房间号、可容纳人数、现有仪器(规格、型号、生产厂家、性能)、值班教师等信息。
2.人力配备。中心的实验人员积极参与开放实验室活动,他们都能熟练使用所有的仪器,一般的故障可以自行维修处理;我们也从硕士生中选拨专业能力强、实验技能好、有精力的学生,辅助实验员或教师指导来到开放实验室的本科生。
3.制度保障。基础中心鼓励高素质教师从事实验教学,在每两年一次的本科教学业绩评估的院内排名中,教师指导开放项目的数量是其中的加分项。数量充足的师资,是实验室开放层次、开放程度和开放质量的保证。
随着实验室开放,进入实验室的人员增多,中心在实验室原有的规章制度基础上,进一步针对实验室开放制定和补充相应的规章制度。明确相关人员的职责,保证开放后的实验室安全、高效地运行。
4.成效与问题。中俄联合培养创新实验室自2013
年4月开放以来,已有20名学生顺利完成7个项目的结项答辩。在此过程中,学生的动手操作能力得到明显提高,学会了运用现有知识和借鉴文献分析实验中遇到的问题并能独立解决一些实际问题。
中俄联合培养创新实验室运行3年多,在不断摸索中渐渐形成了体系,但也发现,开放性实验教学对教师提出了更高的要求。学校应当正视实验教师的地位和作用,为实验教师提供良好的工作环境、学习进修机会,建立有效的奖惩制度,调动教师加入实验教学队伍的积极性,保证师资队伍结构的合理化。
实验室开放是实践教学改革的必然趋势,也是实验室管理模式、运行模式改革的大方向。实验室的开放程度已成为反映一所大学实验室管理水平的一个重要标志。在硬件满足要求的情况下,尽可能地在管理上做文章,加强软件方面的建设,做到软硬件同步发展,协调发展,创造宽松的学术思想交流、学科内容交叉、实验技能互补的氛围,为学生掌握专业技能夯实基础,使中俄联合培养创新实验室在培养学生创新创造能力的轨道上实现可持续发展[8]。
组织学在医学学科教育中承上启下,其上承解剖学、细胞生物学;下衔生理学、病理学等学科。其研究内容为机体微细结构及其相关功能,主要通过显微技术在机体的组织、细胞、亚细胞和分子水平上深入研究[1]。组织学的教学分为理论与实验两部分:理论教学侧重知识的讲授;实验教学借助显微镜准确识别组织、细胞的形态与结构。组织学作为一门实践性较强的学科,其实验课时占总学时的近二分之一,通过实验课的直观教学帮助学生理解晦涩的、枯燥的理论内容;同时也为学习其他医学基础课程和科学研究打好基础。
近几年我们学院推行模块教学课程改革,其教学打破了原有学科壁垒,建立以“器官系统”为中心的课程模式,将具有关联的基础学科课程内容整合在一起,各学科围绕一个器官系统讲授,从大体结构、微观结构到生理功能、病理改变、药理作用,形成一个“器官系统”的整体性认识,使学生深刻理解、灵活运用知识,应对现实的综合问题[2,3]。模块化教学体系中的组织学实验教学在教学计划、教学进度、教学方法、考核方法、实验室管理等方面发生相应改变,以适应模块教学的要求。根据近两年模块教学实践,我们概括总结了模块教学体系中组织学实验教学的特点。
一、模块化教学体系促进组织学实验教学与理论教学更为统一
以往组织学实验课程依附于理论课程,课程安排延后于理论课,是理论教学的补充与验证。原教学安排以大班为单位讲授理论,小班讲授实验课;教学内容以一系统为一课程;实验课授课方式为先复习理论要点并示教,再进入实验观察。模块课程体系中组织学全部安排小班授课,实验课程融合于理论课之中,理论讲授与实验观察同步进行;教学内容中减少生理功能介绍。理论与实验内容衔接细致到章节内某个器官、组织或细胞;知识点讲授完,直接进入实验观察,把平面知识变成立体图像,加深理论知识的掌握。
例如:在讲授消化系统时,传统的课程安排是食管、胃、小肠、大肠全部理论讲授之后,进入实验标本观察;而模块式授课在讲授完消化的基本结构特点之后,引导学生低倍镜下初步观察消化管各段典型切片,理解消化管管壁四层结构的知识点;随后进行食管的理论教授,紧跟其后为食管切片观察,并进一步引导学生观察食管与胃贲门交界处的切片,进而引入下一消化器官胃的理论讲解。通过这种理论与实验观察交叉讲授的方式,用形象的、直观的实习切片观察辅助验证理论知识,文字与图像结合,加强理解记忆。简而言之,相对于传统的教学模式,模块式教学集中于组织结构的学习,教学内容内减少了生理相关知识讲授;理论与实验密切结合,既减轻了学生负担,又使实验课效果突显。
二、模块化教学体系实验教学使教学方法、教学内容多样化
现阶段医学学科发展重视学生综合素质的提高,创新思维的训练,鼓励在教学中引入以解决问题为核心的探究性实验教学[4]。传统的组织学理论教学虽然引入了多媒体技术,但仍以教师讲授为主;实验教学主要是镜下观察验证理论知识,教学开展灵活,一些改革尝试主要应用于实验教学教学方法、教学技术[5,6]。模块课程体系中实验与理论的同步进行,便于教师采用互动式、启发式、问答式等多手段开展教学,使学生积极参与课堂教学。教师提出问题,学生通过实验观察自主学习,教师引导学生思考、总结归纳。如在消化系统模块肝脏部分,教师可先由学生显微镜观察肝脏切片,引导学生从肝细胞形态、分布、肝细胞之间、肝小叶之间等方面回答问题,归纳肝小叶的结构,总结肝脏的结构特点,这样由实验教学引入理论教学,再由电镜图片补充微细结构,强化学生理解。模块化教学强调教学过程不仅要传授知识,更要训练学生思考、分析,学会学习,享受学习的乐趣和成就感。
在教学内容方面,教师理论授课多选取典型性结构,但实践教学中教学标本存在来源、取材、染色等制作过程的差异,同时单一张切片不能呈现器官、组织的空间结构。模块教学中借助于数码互动技术在教师-学生之间,学生-学生之间共享资源,教师引导学生观察标本及时提出问题,分析问题,全班共享观察结果,不仅补充教学内容,而且增进学生学习的热情,提高学生自主学习的能力。
三、实验教学贯穿于模块教学始终,促进开放式实验教学实施
开放式实验教学是实验教学改革的另一探索[7,8],模块教学中知识应用时效性促进了开放式实验教学的开展。模块教学体系中各系统生理结构、功能、病理变化、药理作用等按照一定顺序进行,学生在学习组织学形态之后直接进入生理功能学习,结构与功能的对应得以很好的展现,学到的知识得以及时应用。另一方面,学生在学习生理、病理等内容后易返回组织学观察对比正常组织结构,使组织学学习延伸于整个模块中。如在炎症学习时,致炎因子的不同,渗出的白细胞也不同。学生可返回组织学实验中观察白细胞的种类形态,继而记忆葡萄球菌、病毒感染、过敏反应的疾病特点。
模块教学使学生及时应用前面学习的知识,而后续学习涉及到形态结构的,一可以利用开放实验室温故、加深理解;二发现问题及时在实验室得到指导与解决。同时系统化、一体化的知识体系使组织学实验与其他学科实验联系紧密,渗透到到其他学科的设计性实验,教师在组织学实验方面给学生指导,制定完善的实验方法,分析实验结果,培养严谨的科学思维。
四、模块教学促进组织学实验教学考核方式多样化
组织学是一门实践性较强的学科,实验考试是对学生知识点学习效果考察的重要部分,而且实验考试方式也随着新技术的发展不断改革[9,10]。传统的实验考试是学生对显微镜下标本观察,回答问题。此种形式弊端之一是考试切片数量有限,内容局限;之二是考试时间过长,考题易漏出。尽管近年来随着数码显微互动中心的建立,显微图片库扩大了考试内容,考试容易进行,但学生依赖于电脑,局限于数码摄像转换到屏幕的较小视野,背诵图片,对学生显微镜的操作考察不易进行,对组织形态结构的掌握不全面。
近两年,我们在模块教学改革中对实验考试进行了一些探索和实践,加大平时实验课考核力度,进行平时考核与最终考核相结合原则。考核方式包括两部分:第一,平时考核:利用数码显微镜的拍摄功能,学生对实验课显微镜观察的视野拍照存于电脑,上传至教师电脑,根据其观察结构层次与标识,考核其理解程度及显微镜操作。第二,最终考核:包括两部分:实验考试题库考核学生知识点;现场观察考察学生显微操作,在一定时间内调整显微镜,在不同视野下观察结构、拍照,回答相关器官、组织的结构特点,上传至教师电脑。即通过知识点记忆与显微操作相结合进行最终实验考试。这种考核方式的优点在于加大平时考核的力度,不仅可以督促学生上课认真观察,提高观察效率和准确率,而且为学生课后复习提供第一手材料。同时在实验课引入激励措施:在实验课观察获得的优秀图片,一可以填充到考试题库,二在学期结束经汇总、挑选制成实验图册展示以提高学生学习的成就感和积极性[11]。
此外,鉴于模块课程体系按系统分阶段授课,各模块组织学实验统一期末考核,考核内容的整合有助于学生全面的了解人体结构特点,整合组织学的知识点。
五、总结与展望
模块课程体系中组织学实验教学作用更突出,实验教学与理论教学同步进行,教学方式更灵活,学生学习的时间和空间都得到扩展;但模块教学中理论与实验的融合在具体实施中需要教学进度更细致,章节内容截点分断更合理,前后衔接连贯。同时与其他学科学习内容的先后、内容的关联性、重复性需要在实践中逐步调整。实验教学不仅要帮助学生理解专业理论知识,更要训练学生分析问题解决问题的能力和创新能力,如何在组织学实验教学中加大探究性、创新性的实验也需要我们进一步探索和实践。