医工融合在生物医学工程专业生理学课程教学改革的实践与思考

李永红 李雪珮 郑禄林 赵旭 余杭△

（1. 成都信息工程大学电子工程学院，四川 成都 610103；2. 成都市第一人民医院医学模拟中心，四川 成都 610095）

生理学是剖析机体正常情况下的生命活动功能、过程、规律和调节机制的一门课程[1]。它是所有医学相关专业的基础，是医学研究从业人员必须掌握的知识之一。成都信息工程大学是传统的理工科高校，我校生物医学工程专业起步较晚，生理学是生物医学工程专业医学类核心课程之一，该课程因其理论知识多，理解较为困难，内容更新快等原因，历来都是学生不敢学、学不好的课程。究其原因还是理论过于抽象，脱离实践导致学生难以融会贯通[2]。对于医学生来说，在临床的工作中可以通过实践加强理论知识的吸收。作为交叉学科的生物医学工程专业，其学生汇聚了理、工、医多个学科。与传统临床医学生不同，工科院校的生物医学工程专业通常不会进行临床培训，因而缺乏一定的临床训练。这就导致课堂上学到的生理学理论知识流于表面，无法真正掌握，也不利于后续的学习和研究。因此，探索生物医学工程专业教学新方法有重要的现实意义[3]。人体解剖学是研究正常人体不同部分形态、结构、位置、毗邻及结构与功能关系的科学[4]，与生理学知识相辅相成，可以辅助理解生理学内容，又可帮助解剖学本身的融会贯通。我校课题组将人体解剖学、生理学合并为一个课程，并加入自主探索性实验，结合我校特色工程实践CDIO（conceive、design、implement和operate），重组教学顺序，交替穿插验证性实验与探索性实验，力图激发学生的学习兴趣从而提高教学效果。本文回顾性分析我校生物医学工程专业2017级和2018级本科生理学教学效果评价，运用教育测量和统计的方法，详细分析教学方法改进前后学生的生理学期末考试试卷，评价学生对生理学和人体解剖学知识的掌握和运用情况，详尽探讨如何提升生理学教学效果。

1 资料与方法

1.1 研究方法

选取成都信息工程大学生物医学工程专业2017级和2018级本科生共108名。其中2017级65人为对照组，在大学二年级下学期和三年级上学期分别接受传统的《人体解剖学》48学时和《生理学课程》48学时。2018级43人为研究组，三年级上学期接受《人体解剖与生理学》76学时和实验课20学时。两组学员在性别、年龄方面比较，差异无统计学意义。

1.2 评价指标

1.2.1 考试成绩

统计分析2017级和2018级的学生在大三下学期理论考试成绩，总分100分。

1.2.2 CDIO成绩

CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）,它从提出假说到实践证明,让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习。我校生物医学工程专业的学生在大三提交CDIO案例，成绩有优秀、良好、合格和不合格四类。统计分析2017级和2018级的学生的成绩分布情况。

1.2.3 问卷调查

培训结束时对两组学员进行不记名调查问卷，问卷包含了学习兴趣、学习效率、理论与实践相结合性、自学能力、创新能力、对教学模式的满意度等多个方面。评价结果为优秀、良好、一般、不满意4项，良好和优秀评价所占比率为良好率。

1.3 统计学方法

应用SPSS 22.0软件对相关数据进行统计学处理，分别采用t检验及Fisher精确概率法，以P <0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 考试成绩

2017级生物医学工程专业的平均分为68.57±10.01，2018级的平均分为73.21±8.93。2017级和2018级学生考试成绩均呈负偏态分布，成绩主要集中在60 -89分数段，呈现出“中间大，两头小”的趋势。总体成绩分布见表1。

表1 两组学生期末考试总体成绩分布

2.2 CDIO成绩

两组学员的CDIO成绩多集中在良好和合格成绩段。其中研究组有11人为优秀，占总人数的25.58%，对照组有9人优秀，占总人数的13.85%。对照组有1人不及格，占总人数的1.54%。具体成绩分布见表2和图1。

表2 两组学生CDIO成绩分布

图1 两组学生CDIO成绩分布

2.3 问卷调查结果

共发放调查问卷108份，收回108份，有效问卷108份，其中研究组43份，对照组65份。结果显示，研究组学员对《人体解剖与生理学》课程的整体满意程度为76.67%，对照组学员对《生理学》的整体满意程度64.05%。此外，结果显示在激发学习兴趣、增加课堂活跃程度、提升创新能力、自学能力和实践能力等几个方面，差异均具有统计学意义（P <0.05）。调查问卷结果见表3。

表3 学生对两种教学模式的评价结果[n(%),人]

3 讨论

由于交叉学科的兴起，尤其是国家对交叉学科的重视，选择生物医学工程专业的学生也日渐增多，生物医学工程专业结合了理科、工科、医学，比其他专业更难学习、更难理解。生理学作为生物医学工程专业的重点学科内容，其教学效果的提高对整个学科的提升都有较大的帮助。那么如何能让各种学科背景的学生，尤其是工科为主的学校，在缺乏临床资源的前提下都能熟练掌握生理学呢？本文提出了实践与理论结合的新型教学方法以及在工科院校的应用。

3.1 生理学与人体解剖学结合

生理学在学习过程中会涉及到人体的各个结构部位以及功能，对于没有医学经验的工科背景学生，器官的名称、功能是较难以理解的。例如在讲解交感神经、副交感神经时，工科背景学生往往不能很好的理解交感神经、副交感神经是什么，如何调节人体各个器官的工作。但是，在结合人体解剖学学习中，通过对交感神经、迷走神经位置和连接的观察，可以将抽象的概念具体化，有利于学习理解[5]。

3.2 重组教学顺序章节课程难易结合

人体解剖学和生理学两门课程合并，简要讲述人体构造，重点阐释生理功能，强调整体思维、系统思维，将工程的理念引入课程，改变原有的课程顺序，将难懂的知识后移，易懂的部分前移，具体体现在绪论课程后讲运动消化呼吸系统的解剖生理，然后讲述较难的细胞生物电，将最难的神经精神解剖生理放在最后，减少验证性实验，加入探索性实验，围绕生理信号采集实验箱的设计，训练工程动手能力。

3.3 学习与自主探索性实验相结合

自主探索性实验和学习是相辅相成的，自主的实验设计本身是科学研究的初步训练和模拟，其过程与科研是一致的。自主设计性实验能够强化学生的主观能动性以及培养学生创新能力[6]。但是创新不是胡编乱造，要有的放矢，理论课上所学过的生理学的各个知识点通过学生的主动思考，从此不再是孤立的，而是形成了一个相互联系的网络。通过设计实验，学生对所关注的知识点的各个方面的认识都会得到升华，全面提高了学生发现、分析和解决问题的能力，也为将来的交叉学科的研究和工作打下牢固基础[7]。

工科院校不具备临床的条件，因此通过课堂上的理论与实践结合的方法掌握生理学知识尤为重要。随着生物医学工程专业教育改革的不断深化，实验教学改革的日趋成熟，生理学、人体解剖学与自主探索性实验联合教学是现代生理学课程改革的一个方向，对培养学生的综合分析能力、创新能力和科研思维具有极为重要的意义。

Jpx RNA regulates CTCF anchor site selection and formation of chromosome loops

Hyun Jung Oh, et al.

Chromosome loops shift dynamically during development, homeostasis, and disease. CCCTC-binding factor (CTCF) is known to anchor loops and construct 3D genomes, but how anchor sites are selected is not yet understood. Here, we unveil Jpx RNA as a determinant of anchor selectivity. Jpx RNA targets thousands of genomic sites, preferentially binding promoters of active genes. Depleting Jpx RNA causes ectopic CTCF binding, massive shifts in chromosome looping, and downregulation of >700 Jpx target genes. Without Jpx, thousands of lost loops are replaced by de novo loops anchored by ectopic CTCF sites. Although Jpx controls CTCF binding on a genome-wide basis, it acts selectively at the subset of developmentally sensitive CTCF sites. Specifically, Jpx targets low-affinity CTCF motifs and displaces CTCF protein through competitive inhibition. We conclude that Jpx acts as a CTCF release factor and shapes the 3D genome by regulating anchor site usage.

Cell. 2021 Nov 25;S0092-8674(21)01327-1. doi: 10.1016/j.cell.2021.11.012.