医学机能学实验室实验教学模式的改革与探索

李 宁， 李红芳， 蔺美玲， 方 泉

（兰州大学基础医学院，兰州730000）

0 引 言

医学机能学实验室是针对各院校医学本科生开展以动物实验为主的实验教学的重要场所，在医学基础课程的实验教学中发挥关键作用［1-3］。本校医学机能学实验室针对全校范围的临床医学、预防医学、口腔医学、护理学、影像学、麻醉学、检验医学及药学专业的医学本科生开展实验教学工作，承担生理学、药理学、病理生理学和机能综合实验学4 门课程的实验教学任务，每门课程每年上课人数超过1 000 人。为高质量训练学生的动手能力、培养学生的实践技能，课程均实行小班制，控制每班学生人数在20 ～30 人之间且分成6 个实验小组。

在当前“双一流”建设的新形势下，对实验教学提出了更高的要求［4-6］。由于本校医学机能实验教学涉及学生多、教学任务重、培养质量要求高，教师示教讲解和学生实验操作的传统实验教学模式，已不能完全适应机能实验教学的发展和综合型医学人才的培养。通过多年的探索和实践，实验室逐渐形成多样化的实验项目类型和混合式的实验教学手段相互结合的实验教学模式，使开设的各门实验课程教学效果显著提升。医学生理学实验既是本校医学本科生的重要主干基础实验课程，又是学生首次接触实验动物的课程，在医学实践教学环节中占据重要地位。因此，本文将以医学生理学实验教学为例，从实验项目类型、实验教学手段和实验教学过程3 个方面，总结本实验室目前的实验教学实践，并对进一步实验教学改革提出思考。

1 多样化的实验项目类型

不同的实验项目类型在学生操作技能和科学素养的培养中发挥不同功能［7-8］。通过多年教学实践和改革，按照循序渐进、先基础后提高再升华的原则，目前实验室的生理学实验教学设置“五类型三阶段”模式的实验项目（见图1）。包括演示性、验证性、演示+验证性、综合性和设计研究性“五类型”实验以及基础、提高和升华“三阶段”。

图1 “五类型三阶段”模式的实验项目

演示性实验项目通过播放实验录像或教师课堂操作示范，使学生直观地学习实验的基本操作方法和过程，对于学生快速了解实验操作和仪器使用至关重要。验证性实验项目都是典型且成熟的实验项目，不仅训练学生的基本操作技能，而且通过实验对理论知识或已知现象加以验证，进而加深学生对生理学理论知识的理解。演示+验证性实验项目将演示性和验证性加以结合，既有教师示教过程，又有学生操作过程，主要在学生首次接触某类动物的实验中开展。

演示性、验证性以及演示+验证性3 种类型的实验项目作为生理学实验教学中的第1 阶段，即“基础阶段”，主要训练学生的基本实验操作技术以及理论联系实际的科学思维。基于生理学实验作为基础实验课程的特点，目前“基础阶段”实验项目设置比重较大，演示性实验、验证性实验和演示+验证性实验在总项目中所占百分比分别为6.25%、43.75%和25%（见图2），总占比75%。

图2 不同实验项目类型在总项目中的占比

综合性实验项目应用生理学的综合知识或融入药理学、病理生理学相关学科知识，以训练和培养学生的综合技能和素质，属生理学实验教学的第2 阶段，即“提高阶段”，目前共计开设3 次该类实验。此外开展1 次设计研究性实验项目，以限定条件的方式进行，即任课老师课前规定题目和范围，学生课前文献调研和课堂陈述讨论，师生交流互动，最终确定实验方案，并以课题报告的形式提交成果。设计研究性实验鼓励学生大胆设计和探索研究，可充分调动学生的积极性和创造性，培养学生分析和解决问题的综合能力，同时培养学生的协作能力和创新意识，属于生理学实验教学的第3 阶段—“升华阶段”。

2 混合式实验教学手段

随着网络技术和智能设备的不断发展，教学手段和方式也不断丰富［9-13］。课堂讲授和现场示范教学是实验教学的常规手段，也是实验教学的关键教学手段，然而仅依靠常规实验教学手段，已无法满足新时代背景下复合型、综合型人才的培养［13-14］。因此在教学实践过程中，实验室逐渐融入小型局域网、电子教室软件、智能黑板、QQ学习群、实验微课、网络学习平台和虚拟仿真实验等一些现代化实验教学手段。

2.1 小型局域网建设

实验室网络建设是实施多种新型教学手段的基础［11］，目前本实验室已建成小型局域网，布局图如图3 所示。主控室网络端口通过网络交换机与6 间教室的网络端口连接，每间教室的智能黑板和电脑再通过路由器连接网络端口与主网络相连，从而构成小型局域网，实现所有电脑和网络互联互通。小型局域网配合其他教学手段可实现机能实验教学中的计算机管理、示范教学、观摩教学、学生实验监看、教学录像播放、语音广播、数据传输和打印等功能。

图3 实验室小型局域网布局图

2.2 电子教室软件应用

在小型局域网建设成功的基础上，实验室引入电子教室软件（见图4），分别在主控室电脑和学生实验室电脑安装软件的教师机端与学生机端。通过电子教室软件，实现视频播放、语音广播、实验监看和文件传输等功能。例如，教学实践中可以通过语音广播提醒实验室所有学生注意实验过程中其他班级出现的问题；还可以监看学生实验进展，且防止学生进行浏览网页等与实验无关的操作。

图4 电子教室示意图

2.3 QQ学习群建立

基于腾讯QQ 软件的普及性，为保持教学过程的持续性，建立了生理学习QQ群（见图5），学生在学期初加入，课程结束时退出。老师可在学习群发布学习计划、上传实验视频和文件、布置作业或随时在线辅导答疑等；学生可在学习群随时就课程疑难点提问，或查看老师发布的公告、视频、文件或链接等。QQ学习群的建立，丰富了线上实验教学过程。

图5 生理学习QQ群

2.4 智能黑板使用

实验室引进智能黑板替换传统投影仪，可实现教学笔记扫码带走、电脑或手机内容投屏显示等功能，可为快速解决实验教学过程中临时出现的问题提供有效手段，也可为基于PBL教学法和翻转课堂等教学模式的课程改革提供有效辅助。例如，在教学实践中，老师实验示教过程投屏显示，解决了因学生人数多、可视区域小导致的不能清楚观看示教内容的问题；各实验小组的数据采集图等实验结果传屏至智能黑板，分屏显示后进行对比和分析，及时发现共性问题，利于寻找原因并予以解决。

2.5 实验微视频录制及多方式共享

因受课堂时间限制，老师的实验课堂讲授时长与学生的课堂操作时长存在冲突，而学生课前观看实验视频、老师课堂专注重点讲解是有效的应对策略。目前共录制医学生理学实验微视频30 个，囊括大部分实验项目，涵盖仪器设备和手术器械的使用方法、实验动物的基本操作以及实验项目的操作过程。

实验微视频已上传至腾讯视频平台，可在线观看，如医学生理学实验spoc15-兔基本操作［见图6（a）］。也可以通过超星网络学习平台学银在线［见图6（b）］或者手机客户端学习通进行学习。课前老师通过QQ学习群上传实验视频、发布腾讯视频链接并开放学银在线学习平台，学生可随时随地自由选择3 种方式之一完成在线自学，掌握相关实验理论和实验技术细节，为课堂实践操作节约时间。

图6 实验微视频线上学习平台

2.6 虚拟仿真实验项目建设

实验教学中医学伦理、实验课时、教学成本、教学资源和大型仪器限制等多方面的因素，决定了在医学机能学实验室建设虚拟仿真实验项目具有重要意义，有助于充实实验内容和项目，加强学生的实验技能和理论知识［10，12］。目前实验室购置商品化机能学虚拟仿真实验项目10 项，可通过线上平台“兰州大学基础医学院虚拟仿真实验教学中心”观看（见图7）。此外，自主设计虚拟仿真实验项目2 项，后期也将进一步扩大自主建设项目的数量和范围。

图7 虚拟仿真实验项目建设

3 全方位的实验教学过程

管理规范、内容丰富、结构优化的实验教学过程可为学生的实践能力、科学思维和创新意识的培养创造有利条件［15-16］。本实验室医学生理学实验目前开展1次演示性实验项目，主要内容为观看实验录像实验动物基本操作技术以及演示生物机能实验系统软件的操作和数据的采集、处理及打印，帮助学生快速了解生理学实验中实验动物和仪器的基本操作。其他的实验项目类型，即验证性、演示+验证性、综合性和设计研究性实验均通过线上、线下教学相结合的混合式教学方式开展实验教学，全方位覆盖实验教学的课前、课中和课后整个过程。

3.1 验证性、演示+验证性及综合性实验项目的教学过程

验证性、演示+验证性及综合性实验的教学过程相似，如图8 所示，包括课前网上预习、课堂现场教学和课后知识巩固3 个环节。各个环节借助不同的实验教学手段，环环相扣，在相互促进中完成整个实验教学过程。

在课前网上预习环节，老师通过QQ 学习群发布课前预习任务，并以上传实验视频、发布视频链接和开放网络学习平台3 种方式发布有关实验项目和仪器使用微视频，学生自由选择方式完成课前预习，并就视频观看中产生的疑问通过查阅课本或QQ学习群互动交流得到解答。学生通过网上预习，既了解了基本的知识理论和实验操作，又充分调动了其课堂操作体验的积极性。

图8 验证性、演示+验证性和综合性实验项目教学过程示意图

在课堂现场教学环节，老师在较短时间内对该次实验课程的疑难点和关键内容及操作注意事项进行重点讲述，并对代表性实验项目，特别是学生首次接触某种动物的实验项目开展课堂示教实验，以进一步规范实验操作。此后，学生课堂实践操作，完成实验项目，记录和处理实验结果，并利用局域网打印结果图片。在学生进行实验操作的过程中，老师利用电子教室软件监看实验进展，同时通过现场交流、语音广播、智能黑板演示等多种方式与学生互动，及时发现并解决问题。

在课后知识巩固环节，学生通过学习相应的虚拟仿真实验项目，巩固本次实验知识；学生针对本次课程内容疑难点通过QQ 学习群在线提问，老师在线答疑指导，同时老师通过QQ 群分享最新研究进展和前沿实验技术，丰富学生课后知识；学生通过书写实验报告将理论知识和实践操作有效结合，有利于学生理解和巩固相应的知识点。

3.2 设计研究性实验项目的教学过程

设计研究性实验，包括课前调研、课堂互动和课后提交报告3 个环节（见图9）。在课前调研环节，老师在课前2 周通过QQ 学习群布置实验设计任务，学生以实验小组为单位进行分工、查阅文献、设计实验方案并制作PPT。在课堂互动环节，各实验小组选定的讲解人临时扮演“老师”，利用PPT展示并讲解本小组的设计方案，小组其他成员扮演“助教”进行补充；其他小组针对方案的优缺点和疑惑提问，进行讨论互动；最后由授课老师点评并在所有小组完成汇报后进行总结，表扬各小组设计方案的优点，解决学生方案中存在的问题。在课后环节，各小组针对课堂讨论内容重新修改设计报告，并可通过QQ 学习群向老师咨询和交流，最后完成设计报告并提交。设计研究性实验教学过程实现学生学习过程从“被动接收”到“主动参与” 的转变，并培养学生的科学探索精神。

图9 设计研究性实验项目教学过程示意图

4 实验教学改革的思考

在以后的实验教学中，实验室将进一步通过合理的实验项目设置和有效的教学方式调整，充实和完善医学生理学实验教学过程，以期进一步提高实验教学质量，并对其他学科的实验教学改革提供借鉴和指导。根据当前的实验教学经验，并基于实验教学以实践操作为主的特点，在生理学实验教学实践中将探讨如下改革和调整：①随着电脑和手机等电子设备的普及，将探讨取消演示性实验项目内容，相应内容以课前线上教学方式进行，项目调整为训练动手能力的实操性实验项目。②将部分验证性实验项目在实验课学时允许的范围内进行组合、优化或更新，以提高综合性实验项目比例并引进前沿实验技术，更有利于培养学生的综合能力。③目前开设的设计研究性实验项目由于受到课次和课时限制，仅存在设计环节，缺乏实践操作环节。探讨增加一次设计研究性实验的课次，学生可针对设计报告的内容，自行开展一次全程参与的实验项目，充分发挥积极性和能动性，有利于进一步增强实践技能和创新意识。④鉴于对医学伦理和实验动物福利的重视，部分虽典型但实验过程中动物较痛苦的实验项目，如去大脑僵直实验，探讨将其以实验微课、虚拟仿真实验和PBL教学法相结合的混合模式代替传统的课堂教学，引导学生主动学习，既保证学生掌握该内容的基本操作，又培养学生的创造性思维和综合素质。

5 结 语

本校医学机能学实验室对传统实验教学模式进行了改革，经过多年探索，开设的各门实验课程，特别是生理学实验课程的教学模式，形成了多样化的实验项目类型与混合式的实验教学手段的有效融合。教学实践证明，改革后的实验教学模式极大地提高了学生学习的积极性，有效地提升了实验教学质量，有利于“双一流”建设背景下综合型、创新型医学人才的培养。医学机能学实验室将进一步通过合理的实验项目改革和现代化实验教学手段的融入，在教学实践中持续探索，不断提高实验课程教学效果。