神经生物学经典发现案例的设计、编写及在基础医学八年制神经生物学PBL教学中的应用

王亚周 张 坤 薛 茜 邝 芳 武胜昔

（空军军医大学基础医学院神经生物教研室，西安 710032）

创新型医学人才的培养，是高等医学教育人才培养的高地[1]。神经科学被认为是“生命科学的最后前沿”[2]。近年来，我国神经科学的教学、研究力量取得了长足的进步，但与美国相比，仍有很大差距，其关键在于高层次神经科学人才的不足。如，美国神经科学年会的平均参会人数在3万以上[3]，而我国尚不到1万。美国拥有数量最多的诺贝尔奖得主神经科学家，而我国仍在等待零的突破。因此，从早期做起，培养创新性神经科学人才，对于我国神经科学的发展具有重要而长远的意义。神经生物学是神经科学的主干课程。但是近年来，传统的神经生物学授课模式已不适应新时期基础医学八年制人才培养的需求。习近平主席提出“要进一步继续深化教育改革，推进素质教育，创新教育方法，提高人才培养质量”，指出了创新教学方法的重要性。空军军医大学基础医学院神经生物学教研室创造性地利用神经科学历史上的经典发现历程编写基于问题的学习（problembased learning，PBL）案例，在基础医学八年制神经生物学授课中予以采用，取得了良好的效果。现从神经生物学经典发现案例的设计、编写及在基础医学八年制神经生物学PBL教学中的应用及效果等方面进行探讨。

1 面向未来的新时期基础医学八年制的人才培养要求创新神经生物学教学模式

基础医学八年制是以为未来培养高水平基础医学师资为目标的长学制教育模式[4]。其特点是融合本科与研究生阶段的学习，以培养研究型人才为导向。传统的教学模式以传授知识点为主，对学生的启发及科研思维的培养较少；以教师的讲授为主，学生相对比较被动。虽然在学制上本科与研究生阶段相融合，但只是表面上的教育时段的连接，培养模式仍未发生明显改变，不能达到新时期人才培养的需求。面向未来，创新教学模式，具有重要的现实意义。

神经生物学具有前沿性及多学科交叉的特性[5，6]，符合八年制的培养目标，学生学习兴趣浓厚。但是，由于神经生物学部分内容难度较大[7]，传统的授课模式仅能达到传授知识的效果，对于学生科研能力的培养效果甚微。考虑到培养研究型人才是基础医学八年制的核心培养目标，因此，创新教学模式，融入知识的发现过程，提高学生的参与度，让学生以一种“自己参与发现”的方式学习，已成为基础医学八年制神经生物学教学的一个亟待解决的重要课题。

PBL是临床医学教学中的一个成功的创新模式[8]。学生在老师的引导下，通过对典型临床案例的逐层分析，找到问题点（知识点），再通过查阅文献资料，回答问题，掌握与该案例有关的知识。学生变被动为主动，知识的掌握更加全面透彻、而且灵活。因此，在基础医学八年制神经生物学教学中引入PBL案例教学，既能体现神经生物学的前沿性，也可提高学生的参与度，化解难点内容，领悟科研思路，激发学习兴趣，培养科研素养，可为解决上述困境提供一个新的方案。

2 基于经典发现历程的基础医学八年制神经生物学PBL教学的初步探索

基于上述分析，空军军医大学基础医学院神经生物学教研室组织骨干教师，选择神经科学发展史中6个经典发现历程，设计PBL教学案例，在2届基础医学八年制学生中进行应用，取得了良好的效果。

2.1 神经生物学经典发现案例的设计原则

PBL教学的核心在于高质量的PBL案例[9]。长期以来，基础医学学科因缺乏生动而富有情景的案例，PBL教学难以广泛开展。通过梳理神经科学发展史，我们发现很多经典发现背后的历程曲折而精彩，堪比临床案例的病程进展。如对成年神经干细胞的认识，经历了从最初认为成年脑内不存在神经干细胞，到发现特定脑区存在神经干细胞，到发现室管膜上皮存在神经干细胞的现象是假象，再到对成年人海马神经干细胞的争议以及争议的平消等过程。因此，选用与教学的知识点相对应的经典发现的真实故事，设计基于经典发现历程的PBL案例，可能会为基础医学八年制的神经生物学教学带来创新的教学模式。

在设计案例时，如何突出神经生物学特点，避免把案例设计成为病例分析，是整个案例设计的难点。教研室通过多次集体备课，确定了以下设计原则：①以神经科学史上重要的经典发现的真实历程为背景进行设计；②案例对应课程的一个章节，涵盖这个章节的主要知识点；③案例以科学发现的时间轴贯穿，以经典实验为主要内容，以2～3个重大发现作为节点进行分幕；④案例中涉及的相关知识不超过本科阶段范围。设计的案例最终应达到知识性、科学性、趣味性和启发性的有机融合。

2.2 神经生物学经典发现案例的编写

按照以上原则，我们组织教研室副教授以上骨干教师，经过多次讨论和修改，编写了《中枢神经系统扫地僧-神经干细胞的前世今生》《一场车祸带来的灾难-脊髓损伤》《迷人的花香-嗅觉信息传导》《一个名垂千古的病人-语言的神经机制》《时间•爱情-生物节律》《水母与出租车司机-绿色荧光蛋白》等6个PBL案例。

以《迷人的花香-嗅觉信息传导》为例：案例的第1幕为嗅觉受体的发现，以Linda Buck经典的PCR实验为内容。第2幕为嗅球对嗅信息的编码，以Richard Axel经典的P2受体汇聚实验为内容。第3幕为嗅觉诱导的本能行为，以果蝇对CO2的回避反应的神经机制为内容。每一幕从当初研究的时代背景引入，再到提出问题、实验设计、结果分析，最后引出下一步（幕）问题。案例涵盖嗅觉信息传递过程中嗅上皮、嗅球、嗅皮质3个层面，完全对应课本的教学内容，并融入科研思维。

案例的编写要求与课本相融合，即案例中每一幕的关键实验对应课本相应章节的关键知识点学生需要通过对案例中实验的分析，达到对神经科学知识的掌握，并能够进行下一步的推理、设计，具备自主学习，自主探索，自主研究新知识的能力。

2.3 神经生物学经典发现案例在基础医学八年制神经生物学PBL教学中的应用

这种以科学发现为主线，实验设计、结果分析为主导的基础医学PBL教学，与以临床病例病程发展为主线的临床PBL课程有很大区别。临床案例的分析过程，是对一个疾病的认识过程。基础科学PBL案例的分析过程，是对一个经典发现历程的再剖析。因此，案例的使用需符合神经生物学学本身的特点。

在案例的使用中，把握以下原则以突出神经生物学作为基础学科的特点：①案例中问题点的提出，既可以是知识点，也可以是待解决的开放性问题；②学生查阅资料以案例中的经典论文为主，但不受局限；③学生对问题的回答，可以是知识点的总结，也可以是对实验结果的分析或新的实验设计，甚至新的科学猜想；④最终的归纳中必须涵盖对应课本章节所要求的重要知识点；⑤案例虽然经典，也允许合理、客观、有据的质疑。例如，在《一场车祸带来的灾难-脊髓损伤》中，就引导学生总结出了：影响脊髓继发性损伤的因素有哪些？哺乳动物脊髓损伤后轴突再生困难的原因是什么？胶质瘢痕在脊髓损伤后的作用会有哪些等一系列与神经生物学特色联系紧密的问题。从而使得学生对本部分的理解深入而透彻。

2.4 神经生物学经典发现案例在基础医学八年制神经生物学PBL教学中的应用效果

通过对2届实施了基于经典发现案例的神经生物学PBL教学的基础医学八年制学生（共36名学生）的调查，结果显示，与传统教学法相比，实施了PBL教学的学生：①对神经科学的兴趣更加浓厚，对神经科学在21世纪生命科学的前沿地位更加认可；②对传统的教学难点掌握的更加透彻，善于课后主动学习，攻克传统教学中的一些知识难点，并且做到前后章节融会贯通；③成绩普遍上升，平均成绩提高7～9分；④参加神经科学课外科研明显增多；⑤大学本科阶段申报专利，甚至科研论文发表的数量明显增加。近2年来在本教研室参加课外科研的学生已发表SCI论文5篇。参加全国大学生实验设计与创新论坛，获得全国一等奖1项，二等奖2项，三等奖1项。以本科生为第一申请人获批专利4项。整体而言，除了学业成绩提升以外，学生的科研创新能力得到了显著提高，初步达到了预期的教学效果。

3 讨论

如上所述，本项研究的优点在于化解了传统教学方式中学生被动学习的困境，激发了学生的科研热情，启迪了学生的科研思维。在神经生物学教学中融入基于经典发现案例的PBL教学也明显地促进了其他章节传统教学的教学效果。

本研究也存在一些不足，如：①学生对部分实验方法尚不掌握，对于科研案例中部分内容的理解欠佳。本研究中，PBL教学是在基础医学学八年制的第3～4学年，即基础医学其他相关课程（如生理学、细胞生物学、分子生物学、免疫学、生物学、病理学）都已学习完成的情况下开展的。此时学生的《医学文献检索》《基础医学实验技术》等与科研相关的课程还没有学习，部分地影响了预期的教学效果，将该课程推至者八年制的5～6年级或许可以解决该问题；②教员的工作量增大。准备1次PBL课的工作量甚至大于3次普通授课，加之分组多，给教研组增大了教学负担。加大PBL师资力量的培训，邀请高层级的知名专家或老教授参加PBL教学，可能是一种解决方案。

综合而言，在基础医学医学八年制中实施基于经典发现历程的PBL教学可能是一种有利于创新型、学术型人才培养的良好方法。在未来，该教学方法可以推广至研究生阶段的神经生物学基础课程教学，以及基础医学八年制其他学科的教学之中。改革教学理念与教学方式，培养创新性人才，是一个长期的过程，真正的效果或许需要更长时间检验。我们的尝试仅仅是个开始，希望能够抛砖引玉，为新时代我国的神经科学培养更多优秀人才。