中医院校大鼠脑关键核团精准定位及快速取材实验混合式教学设计*

侯俊林 杨丽萍△ 曹 珊 李晓冰 赵培源 刘喜红 刘 征 陈四清

《医学综合设计性实验》是河南中医药大学近年来开设的一门改革创新课程,旨在培养学生综合运用所学知识和技术,自主开展中医药创新研究的能力与素质[1]。课程特色是“以创新为引领,以项目为主线、以学生为主导、以成果为导向”,即对标金课“两性一度”标准,由学生自主选择实验项目,以项目需求确定教与学的内容,引导学生开展以成果为导向的创新性研究[2-4]。

混合式教学是指将在线学习与常规的师生面授教学相结合的一种教学策略和教学理念[5]。大鼠脑组织是医学研究中常用的动物组织,大鼠脑关键核团精确定位和快速取材是医学生常用的实验技能,也是《医学综合设计性实验》课程常用的实验技术之一。由于大鼠脑组织核团众多难识别,组织柔软易损伤,缺血缺氧易液化,因此本实验对于学生来讲具有较大的难度和挑战度,需要带教老师采用线上线下混合式教学,遵循“以虚补实、虚实结合”的原则,在进行理论知识讲解之后,先让学生自主通过虚拟仿真实验进行在线练习。学生反复训练后进行考核,满分同学再进入真实实验室完成整个实验。教学设计具体方案如下。

1 教学目标

1.1 知识目标①掌握大鼠脑立体定位图谱的使用方法,精确定位大鼠脑关键核团的操作方法以及大鼠海马、垂体、杏仁核等关键核团的快速取材方法;②熟悉大鼠脑关键核团的形态结构和位置关系;③了解脑立体定位技术原理。

1.2 能力目标①加深学生对中枢神经系统的认识和理解,培养学生运用所学知识解决复杂问题的能力和创新思维;②提升学生的自主学习和动手操作能力;③培养学生探究性学习能力,加强知识的内在转化。

1.3 情感和价值观目标①对学生进行伦理学教育,使学生养成规范操作、爱护实验动物的良好素养;②培养学生感恩心态和关爱生命的意识;③培养学生实事求是的态度和诚信意识;④帮助学生树立大国工匠精神,坚定科技报国思想。

2 教学内容

2.1 虚拟仿真学习让学生通过团队自制的虚拟仿真实验:①了解实验原理、目的和内容;②通过透视、旋转、拆装、拼接等虚拟化操作观察和掌握关键核团的位置;③模拟脑立体定位和关键核团取材操作,通过反复练习以熟练掌握;④进行虚拟仿真操作考核,给出成绩,并指出错误步骤及扣分原因。

2.2 线下实际操作包括称重并计算麻醉药物用量、动物麻醉、大鼠固定、备皮、脑立体定位仪的使用、大鼠颅骨解剖要领、海马组织的解剖定位、海马组织取材要领、垂体组织的解剖定位、垂体组织取材要领、杏仁核的解剖定位、杏仁核组织取材要领等步骤。

3 学情分析与教学预测

3.1 学情分析①课程授课对象为中西医临床医学本科专业大三学生,学生学习目的明确,基础较好,思维活跃,大多数学生能在教师引导下积极参与课堂教学互动和学习。本实验具有较大的难度和挑战性,需要带教老师在进行理论知识讲解之后,先让学生通过虚拟仿真实验进行在线练习。学生经过反复训练后,进行虚拟仿真实验操作考核,满分同学再进入真实实验室完成整个实验过程。②三年级学生已具备大鼠的抓取、称重、麻醉等操作知识,因此本次实验要分清主次,在复习上述操作要领的基础上,重点让学生学习脑立体定位仪的使用、大鼠脑立体定位图谱的查阅、大鼠海马、垂体、杏仁核等关键核团的定位及取材方法。

3.2 教学预测①实验过程中,核团识别错误、麻醉药物计算错误、注射部位及方法错误、核团定位不准、取材速度不达标等都会导致实验失败,因此必须要求学生精益求精,耐心细致,快速准确;②本次实验内容繁多,操作难度较大,学生容易出现急躁和倦怠心理,需要带教老师悉心指导,做到课上交流与课下指导并重,及时发现学生遇到的问题并进行答疑解惑,对学生取得的点滴进步进行赞美,鼓励学生再接再厉,顺利完成实验。

4 教学策略、方法与手段

4.1 教学策略

4.1.1 虚拟与现实结合虚拟为线上,现实为线下,教师先进行线下的理论讲授和示教演示,然后让学生进行线上的虚拟仿真练习,虚拟操作考核合格后再进行线下实际操作,可在减少实验动物用量、节约实验成本的前提下提高学生学习的兴趣和效果。

4.1.2 传授与启发并重因材施教,灵活运用讲授式、启发式、问题式、案例式等不同的教学方法,使学生在掌握基本概念、基本理论、基本技能的基础上,提升综合运用所学知识解决实际问题的能力。注意在教学过程中留下一些问题让学生独立思考,把传授知识的过程转变为素质教育的过程。

4.1.3 课上与课下衔接将BOPPPS教学模式融入教学过程。课前发布本次实验课程的PPT让学生预习。上课时首先播放脑科学研究短片进行课程导入,讲解本次授课的学习目标,采用问答、集体讨论形式对学生课前预习情况及先备知识进行预评估,以便调整后续教学内容的深度及进度。在讲解重点、难点知识之后,采用分组讨论、学生操作、学生评价等方式,引导学生积极参与到学习活动中来。授课结束后通过学生回答问题、操作演示等方式对教学效果进行评估,并由学生自己进行知识的归纳总结。布置课下思考题,要求学生以小组为单位进行讨论,有任何疑问可以私信老师,大部分学生共同的疑问会放到课上统一解答。

4.1.4 基础与提高兼顾授课过程中首先保证对基础知识讲解到位,力求学生对所讲知识理解透彻,尤其注重重点和难点知识的诠释,多与学生互动,通过学生的眼神、表情和行为举止判断学生接纳知识的程度,实时进行策略调整。同时利用网络教学平台给学生推送与该课程相关的中国大学MOOC等校外视频教学内容,让有能力的学生扩充知识,并告知学生可通过学校图书馆中英文数据库进行科研成果检索,以扩大知识面,提升科研素质。

4.2 教学方法与手段

4.2.1 情景教学法通过情景教学方法导入新课,播放脑科学研究的短片,让学生知道世界各国均已将脑科学研究定位成国家战略,中国也将脑科学与类脑研究列为“科技创新2030重大项目”,脑科学已成为世界各国科研竞争的高地。以此激励学生投身脑科学研究的热情,帮助学生树立大国工匠精神,坚定科技报国思想。

4.2.2 示教演示法带教老师示教大鼠脑关键核团精准定位及快速取材的方法,使学生对实验操作先有一个直观的了解,便于后续进行虚拟仿真和实操训练。

4.2.3 讨论教学法通过学生操作学生点评、学生操作老师点评、师生共同讨论等课堂交流和课下布置作业的形式,培养学生探究性学习能力,加强知识的内在转化。

4.2.4 启发教学法以提问方式在授课过程中多次采用启发式教学方法,例如在讲到大鼠腹腔麻醉时,询问学生为什么不用水合氯醛进行麻醉?让学生思考,提高其分析问题、解决问题的能力。

4.2.5 成果引入法在讲述脑立体定位时,将课题组脑立体定位后,采用微透析技术和高效液相测定自由活动大鼠脑神经递质的研究,以及最近课题组正在进行的神经元钙离子成像研究引入课堂,让学生明确脑立体定位的应用,激发学生的求知欲。

4.2.6 举行仪式法①举行承诺仪式,对学生进行伦理学教育,要求全体实验人员严守“3R”原则,善待实验动物,庄严承诺用最少的动物和最小的伤害完成实验,使学生养成规范操作、爱护实验动物的良好素养。②举行致敬仪式,老师在总结发言时提议学生向为科学实验献出生命的实验动物致敬,培养学生感恩心态和关爱生命的意识,为学生走上临床之后做一个充满爱心的医生奠定基础。

4.2.7 诚信教育法让学生重温习近平总书记在国内外多个场合关于诚信的讲话,教育学生诚信做人,客观描述实验结果、不作弊、不造假。培养学生实事求是的态度和诚信意识。

5 教学互动

5.1 师生互动①教师进行理论讲解和实验示教操作,授课过程穿插对学生的提问,帮助学生理解实验原理,掌握操作要点;②学生在观看教师示教和通过虚拟仿真操作考核后,择优进行实际操作,老师点评,指出优点和不足,提出修改建议;③建立微信群或者QQ群,随时解答学生课程相关的问题。

5.2 生生互动①学生在观看教师示教操作后进行小组讨论,交流学习心得;②学生进行实验操作后,小组内其他学生进行分析和点评,相互切磋,共同提高。

6 教学测量与评价

6.1 评价内容全面化评价内容对课程涉及的内容进行全覆盖,从理论知识的掌握和灵活运用能力、突发状况的应变能力、实际动手操作能力等方面进行多维度考核评价[5]。在进行实际操作之前先要求学生进行虚拟仿真实验操作,虚拟仿真实验成绩达到满分者才能进入实验室进行实际操作,加强学生对操作步骤的熟悉和掌握。

6.2 评价主体多元化摒弃带教老师 “一言堂”的现状,评价主体既有带教老师,又有虚拟仿真系统打分,还有学生参与。学生既要对他人评价,又要自我评价[6]。 多元化的评价主体加强了师生之间和生生之间的交流,充分调动了学生的积极性和主动性。

6.3 评价手段灵活化既要通过对学生提交的实验记录、学习心得等文字材料进行评价,还要对学生的实验操作技能、小组讨论表现等进行评价。同时重视与学生的互动,通过互动,考查学生是否认真听讲,是否完全理解所讲知识。

7 小结

大鼠脑部核团众多难辨认,结构复杂不易学。因此大鼠脑关键核团精确定位及快速取材实验历来是学习的难点。传统的教学方法难以让学生形成直观印象,学生反映学完之后总有一种雾里看花、水中望月、似是而非的感觉。针对这一难点,团队采用三步法进行教学,让学生“先看图谱再虚拟,实验实操强记忆”。即先进行理论讲解,查看大鼠脑解剖图谱,初步认识不同核团的平面位置和相互关系;其次通过虚拟仿真实验,让学生直观认识核团的三维结构和位置关系,并进行核团定位和取材的虚拟练习;最后进行实验室实际操作,让学生更加深入地认识核团的形态和比邻关系,并掌握大鼠脑关键核团定位和取材的方法。上述3步从平面到立体、从虚拟到现实、从模糊到清晰,学生学完之后会有一种拨云见日、豁然开朗的感觉,最终较好地实现了教学目标。实验积极对标金课“两性一度”要求进行教学设计和授课,课程内容具有一定的难度、前沿性和时代性,教学形式体现了一定的先进性和互动性,学习过程具备探究性和个性化特点,努力做到知识、能力、素质的有机融合。采用上述方式进行教学,学生反响良好。