挑战性学习模式在医学免疫学教学改革中的实践

吴 宁 祁 海 王银银 吴 励

(清华大学医学院基础医学系,北京100084)

我国高等院校的课程挑战度不足是一个普遍现象，许多高校学生沉迷于各类活动，对于学习投入不够，考前临时抱佛脚也能够通过甚至获得高分；几乎所有的高中教师都曾告诉学生“高中辛苦三年考上大学就轻松了”，均反映出高校课程挑战度不足的事实。“清华大学本科教育学情调查报告2010”的结果也显示，我校学生在学业挑战度和生师互动水平两项指标均落后于美国同类大学[1]。

早在2008年，我校就已经意识到课程挑战性不足是建设世界一流大学的瓶颈，因此在全国率先提出“挑战性学习”(Challenge Based Learning)的理念，全面提升大学课程的挑战度[2]。挑战性课程在价值塑造、能力培养和知识传授三方面让学生接受挑战并获得成就感，从而增加自我认同的信心和能力。挑战性教学的目标强调提高学习者的分析、综合、判断和创新等高阶能力，任课教师通过对学习者提出较高的要求和期望，在教学内容上增加广度、深度和难度，或者提出具有趣味性和挑战性的问题激发学生自主学习的热情，吸引学生主动学习挑战自己，真正做到“以学生为中心的教与学”[3]，同时在教学形式上增加师生互动、生师互动、生生互动，并让“做中学”的学习模式成为课程的主旋律。

医学免疫学是基础医学中一门重要的必修课，其理论精深、概念抽象、发展迅速，学习难度较大；与此同时，越来越多的疾病与免疫系统相关，免疫治疗也在多个领域发挥越来越重要的作用，使得医学免疫学在基础医学和临床医学中的地位越来越重要。一方面难学，另一方面重要而必须学好，两者存在很大的矛盾与反差，成为医学免疫学的教学难题，传统以课堂为主的填鸭式教学无法满足飞速发展的学科需要。

国内很多医学院校开展了相关的教学研究工作，比如复旦大学提出将基于问题意识的创新力培养引入到实验教学内容，以提高学生的创新力[4]；南通大学医学院使用角色扮演方式进行学生团队协作和人际沟通能力，增进师生感情[5]；长治医学院采用辩论赛的方式激发学生的兴趣[6]；湖北科技学院提出基于移动终端的互动方式[7]，这些工作都从不同侧面反映了各大医学院校已经有意识地开展这方面的探索。清华大学医学院也在进行了充分调研和探索后，认为将挑战性学习的理念引入医学免疫学教学改革中是符合学科发展需要的。

为使挑战性课程落实到实处，清华大学提出加强七方面要素的挑战性实践，包括内容、形式、作业、讨论、考核、教学资源和课堂规模[2]。当然，教学目标也是重要的要素之一。此外，医学类课程中实验占比都很大，不仅是整体课程的重要组成部分，而且与理论课程和讨论课程不可分割。医学免疫学挑战性课程教学改革针对这九个要素都做了深入细致的分析、研究并付诸实践。具体措施包括：调整教学大纲，在传统理论课和实验课的基础上，引入大量讨论课并大幅提高最新文献的阅读量；在教学内容上兼顾基础性与前沿性，提出饶有趣味的挑战性问题深挖课程难点；注重教学与科研相结合全面改革实验课，删减过时的实验技术，将最先进的实验技术转化为实验课程应用到教学中；采用最新原版英文教材作为主教材、课堂使用双语授课，双语讨论，期末考试采用英文试卷、双语答题。通过多管齐下，我校医学免疫学形成了“讲、做、论、学”多位一体具有极大挑战性的新课程体系。本文对清华大学挑战性教学模式的理念和实践在基础医学教育方面的应用进行了概括和总结,较为系统地介绍了相关工作，希望对医学教学工作有所补益。

1 挑战性学习模式在医学免疫学教学改革中的实践

1.1教学目标设计 教学目标是教与学双方共同合作以期达到的最终目的，教师是目标设立者，学生是目标达成的主体。教学目标是所有要素中最为重要的一个，它应指导教学的各个方面[8]。20世纪布卢姆(B.Bloom)的研究中将“认知领域”的教学目标又依次细分为知识(Knowledge)、理解(Comprehension)、应用(Application)、分析(Analysis)、综合(Synthesis)、判断(Evaluation)、创新(Creation)[9]，挑战性课程的教学目标应更加强调分析、综合、判断和创新等高阶能力的培养，并将教学目标转化为学习目标[10]。

教师首先要对学习主体即学生有足够的预判，挑战性课程在完成知识、理解等低阶目标的基础上应提出更高要求：既不能过于简单，避免学生唾手可得，体会不到挑战的乐趣；也不能过于艰难，让学生觉得遥不可及，希望渺茫而放弃挑战。教学目标尺度的控制，应恰好使学生跳一跳能够达到，在百思不得其解时经教师点拨豁然开朗得到答案，从而获得满足感、成就感和自信心。

然而,教学目标是带有主观性的，较之于客观性教学元素，更需要凸显多元化视角和多样性表述[11]。挑战性课程的教学目标设计主观性比普通课程更加强烈，任课教师对学生的要求和期望应更加明确而直接的表达，并且更严谨和严格地贯彻在各项教学活动中。以图1所示的作业为例，该作业的题目是绘图《淋巴细胞的一生》，要求学生在充分理解免疫系统整体的工作原理后绘图，内容需包括B淋巴细胞和T淋巴细胞从造血干细胞开始如何一步步发育成熟，如何参与免疫应答抵御感染，又是如何凋亡，从生到死的全过程。在没有贯彻挑战性学习模式时，学生可能有两种不同做法，可以看出，学生1A极为认真，图片布局合理，内容精准，系统而全面，制图精美，达到了教师的要求；相反学生1B明显敷衍了事，错误百出。在挑战性教学中，教师在布置作业时就明确展示两种做法，并强调1B的做法是不可取的，如果收到要发回重做，也就是明确提升了作业的难度和高度。教师如果没有明确表达自己的要求和期望，或者没有严谨而严格的执行(例如作业收上来几乎不看)，学生自然会选择挑战性更小的方式来完成作业，也就无法保证教学目标的达成，使挑战性学习沦为纸上谈兵，流于形式。

1.2教学资源 挑战性学习模式的核心之一就是“以学生为中心的教与学”，学生是学习的主体，“我要学”而不是“要我学”。因此，丰富的教学资源对于教学目标的达成是必不可少的条件。随着科学技术的发展,教学资源的格局也发生了巨大的变化，除各类教材、参考书外，文献、软件、视频、图片、网络资源，以及近年来出现的虚拟仿真技术等都是重要的教学资源。

图1 挑战性教学的作业Fig.1 Challenge-based learning homework

医学免疫学挑战性课程改革第一轮实践时使用的是《Janeway′s immunobiology,8th edition》和《Roitt′s essential immunology,12th edition》，这两本书由国际上著名教授团队编写，内容详实、讲解细致、英文浅显易懂，适合学生学习和阅读，在学到免疫学精妙知识的同时，也锻炼了英文阅读能力。第二、三轮实践时使用的是《Janeway′s immunobiology,9th edition》，紧紧跟踪免疫学日新月异的发展。为保证学生的学习效果，医学院给每位学生都配备了一本全英文原版教材，极大地方便了学生自学。除此之外，还提供了全英文的病例讨论教材《Case Studies in Immunology》，以及由我们教学团队编写的《医学免疫学实验指导》。这几本教材均包含大量的视频和图片，也有许多网络资源和病例。

著名的医学教育家，循证医学之父David Sackett说过“Half of what you′ll learn in medical school will be shown to be either dead wrong or out of date within five years of your graduation;the trouble is that nobody can tell you which half.”《医学免疫学》亦是如此，从挑战性课程改革实践以来短短三年时间，教材已经从《Janeway′s immunobiology》第8版更新至第9版。在教学实践中，我们发现第9版仍有许多过时的知识，需要与时俱进及时更新。课程通过大量引入讨论课，精读文献8篇，其中1篇为诺奖级别的经典文献，其余7篇均为当年发表在Science、Nature、Cell等顶级期刊上的最新文献。这些前沿文献极大地拓宽了教学资源，为学生自主学习创造了良好的前提条件。

1.3教学内容 教学内容是课程的主体和核心，改革后采取模块化教学，但又不拘泥于教学模块，相互之间渗透融合，由浅入深，层层深入。前两个模块均为基础免疫学内容，涉及免疫分子、免疫细胞、免疫反应，第三个模块着重讲解和学习临床免疫学部分，更加注重免疫学的临床应用。所有模块在教学安排上都是根据各自特点进行调整，基础理论部分理论课占比相对较大，而临床免疫部分讨论课占比相对较大。每一部分都配有相应的基础实验和前沿技术，拓展学生思维和动手能力。见表1。

理论课使用英文教材及双语授课提高了学习强度，基础部分主要包括Generation of antigen receptors，Development of B and T lymphocytes，T cell mediat-ed adaptive immunity， Humoral immune responses；临床部分主要包含Immune deficiency，Allergy and hypersensitivity，Autoimmunity，Transpl-antation，Tumor immunology等内容。

讨论课是随着理论授课的不断深入而逐渐增加的。然而讨论课虽好，上好讨论课却十分不易，很多其他课程也尝试过讨论课的形式，但往往出现学生兴趣不高，发言者寥寥无几的冷场局面，造成师生尴尬，最终使得不少讨论课成为课程鸡肋[12]。解决问题的关键在于“趣味性”和“挑战性”，趣味性强调的是课堂形式，挑战性强调的是课堂内容。医学免疫学挑战性课程的10次讨论课形式都不相同，避免枯燥无味保持新鲜感和趣味性，包括PBL(Problem based learning)、CBL(Case based learning)，学生互为师生互相教学、假想学生是50年前的科学家如何解决一个科研问题，跌宕起伏的肾脏移植案例引发讨论，情景扮演，学生展示文献等。讨论课的内容包括回顾经典文献，阅读最新文献，深入挖掘理论课难点，自学部分内容等，对学生都具有很大的挑战性。学生通过内容新颖，形式多样的讨论课，饶有兴趣地学到该学的知识，同时又极大地锻炼了学生口头表达能力和科研思维。

表1医学免疫学挑战性课程内容

Tab.1MedicalImmunologyContent

教学模块理论内容讨论内容实验内容作业内容Ch 1-1 Introduction轮空轮空/Ch 1-2 History of Immunology免疫细胞与分子Ch 2: Innate immunityD1: 固有免疫(回顾经典文献)D2: T细胞发育(深挖课程难点)E1:免疫器官E2:骨髓移植绘图:《淋巴细胞的一生》Ch 3: Antigen recognitionCh 4: Generation of antigen receptorCh 5: Antigen receptor signalingCh 6: Development of T, B cellsCh 7&8: Antigen presenting cells

Note：Ch: Chapter；D:讨论课；E:实验课.

为紧扣挑战性课程的教学目标，经过三年的实践，我们对实验课也做出合理删选：①摒弃落后传统的实验(如琼脂扩散、凝集反应等)。这些实验虽然都非常基础，但从实验性质来说属于验证性实验，而不是创新性实验；从实验技术的角度来说，在现代的免疫学中无论是科研工作中还是临床应用中都已不再使用，且实验技术陈旧，学生收获不大，离“挑战性”课程相去甚远，因此予以删去。②新增前沿的、紧密结合临床的现代免疫学实验(如骨髓移植实验、分离PBMC、流式细胞技术等)。其中骨髓移植实验在现代免疫学科学研究中已经非常普及，但由于该实验技术含量高，对实验室及实验条件要求极高，对实验耗材等消耗巨大，因此目前没有已知的任何一家医学院校开设该实验。但是本着与时俱进建设“挑战性”课程的理念，得到了校级、院级、实验动物中心等多家单位的鼎力支持，使得团队能够完成在国内首屈一指的高难度本科生教学实验。除此之外，流式细胞技术实验在某些医学院校开设相关的研究生课程，但是，同样没有已知的任何一家医学院校为本科生开展该实验，医学免疫学挑战性课程团队开创了本科教学实验的先河。③改造经典实验(如免疫荧光)，免疫荧光在现代科学研究中仍发挥着重要作用，因此我们将其设计为一个创新型实验，分别标记T淋巴细胞和B淋巴细胞，并使之形成免疫突触，让学生将实验报告写成Research Letter，大大增加实验课的挑战性和趣味性，同时提高学生的科研思维和英文写作能力。

最后，每个模块还有一个极具挑战的作业，如前所述的绘图作业，学生需要整体理解免疫系统的工作原理；Research Letter需要有科研思维并用英文写作；第三个作业是英文标书习作，要求学生设计课题并包含所学的各项前沿免疫技术。这几项作业都需要学生的大量投入，对深入理解免疫学大有裨益，达到既定的教学目标。

1.4教学形式 研究表明，积极的生师互动是实现高水平学业挑战度和学校归属感的主要形式，高度影响学生的学习结果[13]。清华大学的挑战性课程也提倡教学形式应以互动为主。

教师与学生之间的互动可以分为师生互动、生师互动、生生互动三个方面。师生互动是指那些由教师主导的互动形式，往往是提问、建议、关心等，需要学生配合教师作出回应，带有一定的强制性和权威性，在与学生相识之初以这种互动形式为主。相反，生师互动是指由学生主导的互动形式，往往是答疑、解惑等，参与生师互动的学生大多成绩较好、思维活跃、充满自信、而那些内敛腼腆，成绩较差的学生很少参与生师互动。由于成绩好而自信活跃的学生即便在没有互动的课堂也能取得较好的学习成效，因此决定一门课的教学成效好坏的关键因素是那些成绩较弱、内向腼腆的学生是否参与生师互动。第三，生生互动往往发生在课外，以讨论、讲解、思维碰撞为主，教师难以掌控，只有当学生的自主学习意愿增加到一定程度时，生生互动才会大大增加，也是决定教学成效的重要因素之一。

这三种互动不是各自独立的，而是相辅相成的。教师与学生相识之初以师生互动为主，尽管带有强制性与权威性，但只要教师放下身段主动与学生互动，通过饶有趣味的问题、和蔼可亲的态度以及说出学生的名字等方式亲近学生，就有可能换来生师互动。如果教师永远高高在上，学生也只会敬而远之。

关于互动的形式，首先是以理论教学为主的课堂互动。许多教学研究都曾经探索过教师如何在课堂上与学生互动，但是如果在以讲授为主的课堂教学中频繁互动，势必会打乱教师思路，打扰其他同学听课，最终会难以按时完成教学任务，所以课堂教学中不宜出现过多互动。课堂教学中的互动应该由教师精心安排，并且预留时间，鼓励学生与之互动，例如清华大学首创的教学新技术“雨课堂”就是由教师精心设计的一种课堂互动形式[14]。其次是高互动课堂形式-讨论课和实验课。讨论课大幅度拉近了教师与学生的距离，教师走进学生中间，参与学生的讨论，学生也会很快激发出学术志趣，主动学习意愿将大大增加。实验课中教师手把手地指导学生，也会拉近师生距离，使学生亲近老师，增加互动。第三，是课后互动。课后互动主要是答疑形式，可以是面对面答疑，也可以是电话、短信、邮件等形式。近年来微信、QQ等社交软件逐渐普及，生师互动通过这些新技术手段变得更加便捷[15]。

互动的内容也分为如下三个层次。最为初级的是课程、知识、重点、难点等内容的互动，其次是关于课外知识、最新研究、拓展能力等内容的互动，最高级的是关于人格、人生、视野、格局等内容的互动。清华大学秉承价值塑造、能力培养、知识传授“三位一体”的教学理念，将价值塑造放在了首位，并通过高度的师生互动、生师互动来塑造学生的价值观。

医学免疫学课程改革后大幅提高讨论课学时比例，如表1所示，大大增强了教师与学生之间的互动。与此同时，教师能够叫出所有学生的名字，与每一位学生都加微信好友，也都加入共同的微信群，实现了多形式、多层次、多内容的互动，为实现挑战性课程的教学目标提供保障。

2 教学成效

教学试验对象是清华大学医学院医学实验班的学生。医学实验班每年招收25～30人，学制八年，采取3+2+3培养方案，即前三年在清华大学校本部学习基础课程，中间两年赴海外进行科研训练，最后三年回国进入综合性三甲医院学习临床课程及见习、实习。医学免疫学安排在大三，正值学生即将赴海外进行科研训练前夕，学生的科研成果能部分反映出教学改革的成效。

医学免疫学自2015年开始进行挑战性课程改革至今已有3年，即2013级、2014级、2015级三届学生接受了挑战性课程学习，且有一届(2013级)已完成海外两年的科研训练回国。每届赴海外学习的学生遴选标准历年来保持一致。在此期间，另一门课程《病理学》也进行了挑战性课程改革，但病理学的课程改革偏重临床方向，对基础医学研究方向影响相对较小。

图2 三个年级学生发表论文情况对比Fig.2 Publications of 3 cohorts

2.1科研成果比较 近几届学生完成两年科研训练后发表论文统计如表2所示，2011级和2012级学生未进行挑战性课程改革，将作为对照组；2013级进行了挑战性课程改革，将作为试验组，2014级和2015级科研训练尚未完成，发表文章较少，未统计数据。从表格中可以看出，进行了挑战性课程改革的2013级有50%的学生在两年内发表了科研论文，远大于对照组2011级(29%)和2012级(33%)。同时，2013级学生的论文发表平均影响因子(8.92)也高于两个对照班级(分别为8.10和7.22)，与免疫学相关的论文比例和质量也都高于两个对照班级，这从一个侧面反映出挑战性学习改革的教学成效。参见图2和表2。

2.2学生调查问卷 对最近一届学生的调查结果显示：86%的学生认为医学免疫学实验课程“内容充实、新颖、前沿”，在后续的科研训练中，65%的同学选择了免疫学科研方向或与免疫相关的科研方向。显而易见，在众多生物医学科研领域中，选医学免疫学的学生明显超过其他学科，获得了同学们的喜爱，并愿意为之继续进行科研探索。

2.3学生的感受性反馈 学生的感受性反馈很好，对课程的评价很高，而且普遍认为只有到了国外，才知道这门课程的学习成效非常好。在征求教改意见时，学生认为这是接近完美的课程，并评价“是所有学过的最接近理想大学教育的课程”，“超级高端超级前沿”，“特别喜欢免疫学课程”，“学到了很多东西，提高了各方面能力”，“这次去墨尔本发现我们医学生免疫学真的学得特别好”，“实验很有意思，讨论课也很欢乐”等不一而足。

2.4同行评价 美国匹兹堡大学医学院的教授评价这些刚刚完成大三课程的学生在免疫学方面的基础知识和科研能力不像本科生反倒像博士后；澳大利亚墨尔本大学教授评价学生的免疫学基础非常扎实，令人惊讶。

表2学生进行两年科研训练后发表论文统计

Tab.2Researcharticlespublishedaftertwo-yearsoftraining

2011级2012级2013级2014级2015级是否学习挑战性课程否否是是是是否完成海外科研训练是是是否否发表论文统计截止时间2016.92017.92018.9//学生总数2118202年内发表论文学生人数6610发表论文学生比例29%33%50%论文平均影响因子8.107.228.92与免疫学相关论文比例50%50%58%与免疫学相关论文平均IF9.178.2810.06

3 结论

本文对清华大学挑战性教学模式的理念和实践在医学教育方面的应用进行了概括和总结,并以免疫学的教学作为试验课程，详细阐述了在教学目标设计、教学资源的拓展、教学内容改革以及教学形式互动等方面的思路和做法。教学实践证明，挑战性教学模式是一种有效提高学习者的分析、综合、判断和应用等高阶能力的新型教学模式，可以使学习者获得满足感、成就感和自信心，从而增强学习的主动性和自觉性。