实验动物学教学中医学生创新能力培养探索

王维蓉,赵四海,白 亮,王 蓉,刘恩岐

(西安交通大学医学部基础医学院医学实验动物学系,陕西 西安 710061)

创新是民族进步的灵魂,是一个国家兴旺发达的不竭源泉。习近平总书记指出,惟创新者进,惟创新者强,惟创新者胜;人才是创新的根本,创新的核心是人才培养,唯有创新才能推动中华民族伟大复兴中国梦的实现。贯彻创新发展理念的关键在于培养创新人才,提高人才培养质量的重要途径之一在于创新人才培养模式,高等院校学生创新思维与创新能力培养是推动科技进步的基础环节[1]。

随着医学的发展,对医生的职业能力要求越来越高,高等医学教育不仅要培养救死扶伤、治病救人的医生,同时也要培养具有创新能力的医学科研人才。培养医学生科研创新能力是医学院校改革创新的重要内容。我们在传授医学生专业知识的同时,要培养具有科研创新意识的创新型人才。面对新形势,注重加强医学生创新能力的培养,既符合医学行业对人才创新性培养的要求,也是主动适应社会发展对人才的需要。因此,高校培养医学生,除了掌握扎实的专业基础和医疗技术外,还应具备较强的创新能力。

《医学实验动物学》是关于医学实验动物、进行医学动物实验研究的学科,是生命科学研究的重要组成部分,是医学生物学研究的重要手段和支撑条件,直接影响着许多生物医学研究课题的确立、实施和结果的可靠性;它的迅速发展推动和引领了整个生物医学发展[2]。实验动物学在医学基础教育中的作用日益突出,是医学生创新能力培养的重要课程[3]。在高等医学教育中,实验动物学主要目的是传授学生实验动物理论知识、掌握动物实验所需的方法和技能、培养学生严谨求实的工作态度及科研创新能力。构建以创新能力为核心的医学人才培养模式,是贯彻以学生为中心的教育理念的必然要求,在教学过程中应注重对医学生创新能力方面的培养。结合我们教学团队的实践经验,浅谈一下如何在《医学实验动物学》教学中开展医学生创新素质教育,促进医学创新人才培养。

1 理论教学与科研实践紧密结合,激发创新性思维

科教融合、创新发展,是新时代新型研究型大学建设的重要特征。教学与科研是互相促进、相辅相成的。推进科教融合培养人才,就要加强教学和科研的结合,用科研成果丰富教学内容,师生在共同探索的过程中相互学习、共同提高[4]。要营造有利于学习科研的创新氛围,让学生进入实验室参与各项科研活动,培养学生的创新思维和创新性学习能力。

《医学实验动物学》涉及实验动物相关的医学、遗传学、微生物学等多学科知识。由于涉及的知识体系较为广泛,对于实验动物的基础理论知识,医学生很容易感到枯燥乏味。为提高学习兴趣,在理论课中引入科研案例教学法,将理论教学与教师所从事科研工作紧密结合,培养学生创新性思维能力。

《医学实验动物学》教学目的就是让医学生掌握以实验动物为模型,模拟临床人类疾病特征,解决人类的健康问题。在人类疾病动物模型章节的理论教学中,将课堂教学与教师科研方向联系起来。以动脉粥样硬化发生发展及防治为例,开展相关的研究需要建立动脉粥样硬化动物模型。首先是实验动物的选择,小鼠和家兔是研究动脉粥样硬化模型最常用的模型动物,载脂蛋白E(apolipoprotein E,ApoE)或低密度脂蛋白受体(low-density lipoprotein receptor,LDLR)基因敲除小鼠是研究动脉粥样硬化最经典的两个小鼠模型。在动脉粥样硬化研究中,主要将ApoE或LDLR基因敲除小鼠与带有其他基因缺失/突变的小鼠杂交,研究该基因在动脉粥样硬化进程中的作用。家兔体型相对较大,和小鼠相比,家兔在系统发育上更接近人。家兔脂蛋白的特征与人相似,对饮食中胆固醇敏感,更适合于人类动脉粥样硬化方面的研究,是目前研究动脉粥样硬化应用最广泛的动物模型之一[3]。小鼠和家兔用于动脉粥样硬化研究各有优缺点,我们在这部分教学中,首先说明研究目的,然后是动物的选择,最后展示教师课题相关的研究结果,让学生更好地理解小鼠和家兔在动脉粥样硬化研究中应用于不同的方面。动脉粥样硬化模型建立中的科研案例教学法是一个很好的尝试,授课教师选取历年来主持的科研项目中最具有代表性的科研案例,进行总结后呈现给学生,更有利于培养学生的创造性思维。同时,通过科研案例教学,促使教师积累科研案例,起到科研促教学、教学促科研的双重作用,充分将实验动物学教学和科研密切结合起来[5]。

其次,要结合学科发展前沿,传授新知识[6]。肿瘤已成为我国常见的死亡原因之一,建立合适的肿瘤动物模型是肿瘤研究进行临床转化的关键,动物模型应尽可能地接近人类肿瘤的自然发生发展过程。由于缺乏合适的肿瘤动物模型,目前大部分抗肿瘤药物在进入Ⅱ期临床试验前便提前终止研究。人源性肿瘤异种移植模型(patient-derived tumor xenograft,PDX)是将患者肿瘤组织移植到免疫缺陷动物体内形成的移植瘤模型。PDX模型保留了患者肿瘤的主要生物学特征,且能够在后续肿瘤传代中保持特征稳定,是具有较高临床疗效预测价值的肿瘤动物模型[7]。PDX模型可用于新开发抗肿瘤药物临床前疗效评价、新的肿瘤生物标志物发现以及个体化精准医疗服务临床肿瘤患者。目前我们实验动物中心与附属医院合作建立国家区域PDX模型共享中心,为临床的精准医疗服务。因此,在实验动物学最新进展的理论课教学中,我们进行了人源化动物模型授课,重点讲述了人源化动物模型概念、免疫缺陷动物及人源化动物模型在肿瘤研究中应用。在理论课教学中,结合动物模型的最新进展,改革实验动物学授课内容,将最新科研进展融入教学,激发了学生学习兴趣,为培养学生的创新思维能力打好基础。

通过将科研融入《医学实验动物学》的教学过程中,使学生感受到科学的严谨性、科技创新的魅力,同时提高了学生对课程的学习兴趣,学生实验动物学的知识、科研素养和创新能力均有很大的提高。同时,科教融合使得思想碰撞迸发创新灵感,教师的科学研究在教学中得到进一步的提升。

2 加强动物实验技能训练,促进科研创新能力培养

《医学实验动物学》是实践性很强的课程,生命科学研究中有 80% 以上的生理学、药理学、病理生理学、实验外科模拟手术等都需要通过动物实验完成,作为医学院校的学生,掌握动物实验基本操作技能非常必要。因此,在理论教学的基础上,相应地进行动物实验基本技能的训练,使学生熟练地掌握动物实验的基本操作。开设实验操作课的具体内容有:常见实验动物(小鼠、大鼠、家兔)的抓取和固定、性别鉴定、编号标记方法、采血方法、给药方式、麻醉以及安乐死等操作方法。通过实验课教学,学生掌握了动物实验的基本技术,为以后研究创新型实验的完成打下坚实的基础,是培养学生创新能力的关键。

在掌握实验动物基本技术的基础上,将实验教学与大学生创新基金项目相结合,培养学生的创新能力[8]。为了促进创新型人才的培养,学校开展了多种本科生申请参与的科研项目,如大学生创新实验和大学生开放实验。在实验动物学教学过程中,许多学生对动物实验产生了浓厚的兴趣,并主动申请参加授课教师指导的大学生创新基金项目。在大学生创新实验和大学生开放实验实施过程中,让学生主动地获取信息、查阅文献、设计研究方案、动手操作、并将实验结果通过撰写报告的方式进行总结,变被动学习为主动学习。学生通过对文献资料的总结,查找研究的创新点,设计实验方案,并及时与课题组的学生、教师进行交流,变主动学习为创造性学习。通过实验动物学实验教学与大学生创新基金项目的结合,提高学生参与科研的能力,为培养创新型的医学人才打下坚实基础。

为培养学生的创新能力,推动产学研融合互促,争做西迁精神新传人,学校每年举行“腾飞杯”创新创业大赛,选拔出的优秀作品推荐参加“挑战杯”科技作品竞赛和“互联网+”大学生创新创业大赛。近5年,我们《医学实验动物学》的任课教师作为指导教师指导了20多项大学生创新基金项目,参加“腾飞杯”创新创业大赛获得二等奖2项、三等奖5项。动物实验教学和大创项目的结合,为本科生提供宝贵的系统地接受科研训练的机会,明显提高了学生的学习兴趣、实验动手能力和科研创新能力,在教学中收到较好的教学效果。同时,在以后实验课教学中,我们要对实验课程内容安排进行进一步优化,加强综合性、设计性、创新性实验,进一步培养学生的创新精神和实践能力。

3 完善课程评价体系,适应创新人才培养要求

合理的动物实验设计在提高科学研究质量中起着非常关键的作用,研究人员在实验设计和统计学分析方面的训练不足,是导致研究工作质量低下的重要原因。一个好的动物实验设计,能够更容易地解决我们提出的科学问题,而一个不合理的动物实验设计,使我们从实验结果中提炼不出准确的信息。另外通过良好的实验设计和统计学方法也可减少动物使用数量,对满足动物实验的伦理性和经济性要求也有重要的意义[9]。

为了充分激发学生学习的积极性和主动性,体现实验动物学的课程特色,除了进行理论课和实验操作考试,在课程的考核中增加动物实验设计考核内容。在《医学实验动物学》的理论课和实验操作学习结束后,让学生根据自己的兴趣,自主设计动物实验。首先是实验动物的选择,选择动物的一般流程是先确定种属、品种、品系,然后考虑性别、规格、生理状态、微生物等级等具体要求;其次是实验条件的配置,实验条件是为动物实验研究目的专门匹配的除动物以外的各项环境条件的总和,对于保障实验的顺利进行、实验结果的科学性和可靠性至关重要。动物对实验处理的反应在遗传性决定之后,主要受到环境因素的影响,环境标准化是动物实验标准化的重要内容,因此实验的环境和饲养条件必须与实验目的以及动物正确匹配;然后是实验方法和技术的确定,动物实验方法和技术决定了对动物的直接操作,研究者依靠这些方法和技术施行实验处理与获取观察指标[10]。对实验方法和技术的选择应遵循动物实验的3Rs原则,即替代(replacement)、减少(reduction)与优化(refinement),用其他方法替代动物实验、减少动物使用的数量、优化实验设计方案,从而减轻动物遭受的痛苦,最大限度地保证动物的福利水平[11]。通过自主设计动物实验,使学生对实验动物学理论和实验操作知识的掌握更加深入。

通过把学生的实验报告作业改为自主设计动物实验,激发学生学习的积极性,变被动学习为主动思考,提高学生的动物实验设计能力。在动物实验设计论文的写作过程中,学生的文献查阅能力也有了显著的提高,实验设计中涉及的动物的选择、实验操作步骤、动物福利和伦理等的写作也进一步规范。而且,实验结果的讨论中也融入自己的思考,提高了学生科研论文的写作能力。能够充分发挥实验动物学教学在培养学生创新思维和实践能力上的优势,通过课程评价方式的改革创新,促进教学相长。

4 开展特色动物福利伦理教育,提高医学生的人文素质

我们在实验动物学教学中注重德育教育,提高学生的医学人文素质。医学生在学习过程中要接触各种各样的动物实验,在进入大学之前他们并未接受过这方面系统的训练,因此我们在学生进行动物实验时,给他们强调将动物福利和伦理置于首位[12]。

对于医学生来说,绝对不能认为实验动物是缺乏感觉的“自动机器”。作为一种生命形式,实验动物与人类一样有着基本的生存需要和高层次的心理需要。实验动物具有各种感觉能力,也有丰富的情绪和才能。我们要在保障动物福利的前提下,对实验动物进行各种处理,获得新的、科学的实验数据,其中满足实验动物基本的自然需求(维持生命、健康和舒适需要)是保障动物福利的首要原则。 人为地改变或限制动物的这些需要,会造成动物行为和生理方面的异常,既影响动物的健康,又影响我们实验结果的可靠性[13]。我们在教学上非常注重动物福利伦理教育,在理论课教学中有2学时专门介绍实验动物福利和伦理的内容;在实验课授课过程中进一步向学生强化动物福利伦理的观念;并且定期向我们实验动物中心网站和微信公众号上传有关实验动物福利的相关内容。此外,学生在进行动物实验之前,必须进行动物福利伦理有关的培训,引导学生在动物实验过程中要关爱实验动物、维护动物福利。

西安交通大学医学部每年举行的实验动物纪念活动,是开展特色动物伦理教育,提高医学生人文素质的重要方式。2010年,西安交通大学医学部在我国西部地区,首次对为人类健康和医学事业发展献出生命的实验动物竖立纪念碑。十多年来一直在进行实验动物纪念活动,注重生命教育,将医学人文教育贯彻在实验动物学教学之中。2023年4月24日,是第44个“世界实验动物日”,实验动物日活动旨在倡导全体师生科学、人道地开展动物实验,铭记为人类健康和科学发展做出重大贡献的实验动物,我们要怀以感恩之心,用实际行动尊重和善待实验动物。实验动物纪念日主题活动的开展,培养了医学生敬畏生命的医学人文精神,强化了同学们在今后的动物实验过程中遵守动物福利伦理要求的理念,正确选择实验动物,合理设计动物实验方案,遵循实验动物的3Rs原则,在收获知识、能力的同时,感恩实验动物为人类作出的牺牲,努力成为一名具有仁心仁术的优秀医务工作者。

5 结语

高等医学院校作为培养救死扶伤医生和医学科研人才的摇篮,应注重创新型人才的培养,医学生的创新思维与创新能力培养是推动医学发展的关键环节。如何培养创新人才是新时代高等医学院校人才培养所面临的挑战,也是机遇[14]。《医学实验动物学》教学目的是使学生掌握实验动物学的基本理论知识以及开展动物实验的方法和技能,为培养具有创新能力的医学科研人才打下坚实的基础。在今后的教学过程中,我们要继续进行教学改革,面向不同专业的学生,进行差异化教学,调整教学内容。将创新意识贯穿于《医学实验动物学》整个教学过程中,促进医学科技创新与医学教育的进步和发展,使实验动物学教学更助力于高等医学院校创新型人才的培养。