基于树立科研理念的医学免疫学实验课程改革

吴 优 包雪阳 沈传来 （东南大学医学院病原生物学与免疫学系，南京210009）

现代医学免疫学理论和技术发展迅速，有较为完整的理论体系和极具价值的技术体系，且在免疫病理、免疫诊断和免疫治疗等方面已经与临床医学各学科广泛交叉，兼具基础性、前沿性和支柱性等特点。免疫学实验技术不但是临床医学检验的支柱技术，同时在临床医学、基础医学和生命科学研究中被广泛应用，成为医学和生命科学领域一门综合性和实践性都很强的专业基础课［1-2］。然而，目前我院医学免疫学课程的实验教学方案已经实施了二十多年，部分实验内容相对浅显，有些实验方法在临床和科研中已被淘汰。例如，沉淀反应中的双向琼脂扩散和对流电泳等，灵敏度低，费时较长；试管凝集反应，主观性太强，结果缺乏标准的判定依据等。

改革发展免疫学实验教学，不但可以加深医学本科生对基础医学尤其是免疫学理论的理解，还可加深学生对临床各种疾病的免疫发病机制和诊疗方法的理解，更可以让学生尽早接触和认识常用的现代免疫学研究思路和方法，树立科研理念，提升学生对医学研究的兴趣。本项目利用现代免疫学研究中常用的实验技术替换陈旧的课程内容，引入以临床和科研问题为导向开展免疫学实验的授课方式，更新成绩考核标准，旨在将实验操作与临床和科研问题接轨、与科学前沿接轨、与基础理论接轨，使学生围绕每个具体问题去思考，进而实施具体实验，在实验过程中更加感性和理性地认识免疫学的抽象理论知识，掌握免疫学问题的解决思路和现代免疫学实验方法，从而树立科研理念，为将来的学习深造奠定基础。本文对过去两年的探索性教学实践进行了总结、反思，以期为形成成熟的教学方案提供基础。

1 更新课程内容，引入科研实验技术

从一定程度来说，实验课不仅涵盖了理论课的内容，且比理论课更加复杂。实验内容必须符合本科生理论基础内容，在有限的学时内，每个实验都应具有代表性，且辅助重难点知识的理解，保证实验内容的系统性和创新性。为此，教研组精简和更新了目前的免疫学实验教学内容。第一，将以往课程中主观性强、操作周期长、实际应用中已被淘汰的实验方法进行精简。比如，删除玻片凝集、试管凝集实验、双向琼脂扩散、对流电泳，舍弃了巨噬细胞吞噬细菌实验等。第二，结合现代科研发展趋势，加大免疫细胞亚群的流式定量分析、免疫细胞的功能性分析、可溶性抗原与抗体及细胞因子的定量检测等应用非常广泛的现代免疫学技术的比重。为此，教研组从体液免疫和细胞免疫两个方面以及定性和定量两个层次来规划实验内容。体液免疫实验有：①酶联免疫吸附实验（ELISA 定性检测法），掌握可溶性抗原和抗体检测技术；②补体溶血实验，验证细胞性抗原与抗体、免疫复合物及补体激活的相互关系；③鼠脾脏B 细胞亚群IgM/IgD 的荧光染色及流式细胞检测，掌握B 细胞亚群的分类及亚群的定量检测方法；细胞免疫实验有：①鼠脾脏T细胞亚群的荧光染色及流式检测，掌握T 细胞亚群的分类（Th 细胞、Tc 细胞、活化 T 细胞、记忆 T 细胞等）和定量分析，评价机体适应性免疫应答能力；②鼠NK 细胞杀伤活性的检测，以NK 细胞杀伤肿瘤细胞的能力来评价机体的天然免疫反应能力；③淋巴细胞转化实验及淋巴母细胞显微镜下计数，观察淋巴细胞受有丝分裂素刺激后的形态学变化；④淋巴细胞转化实验上清中的细胞因子IFN-γ 的定量检测（ELISA kit），评价机体整体T 细胞库的反应能力。另外，在新冠肺炎疫情暴发后，为培养医学生面对高危传染病时的责任感和自我防护意识，切身体会医护人员在疫情中付出的艰辛，提高学生的临床实践能力，教研组将微生物实验课时与免疫学实验课时整合起来，即时增设了4 个学时的新冠病毒模拟检测实验，要求每位学生在三级生物安全防护条件下利用自己的标本检测新冠病毒核酸和特异性抗体，掌握新冠病毒感染的实验室诊断技术和三级生物安全防护知识，并将该项目作为特色项目在今后的实验教学中继续下去。第三，组织授课教师对新增实验进行课堂教学设计，针对每项实验设置相应的需要学生思考和解决的临床或科研问题，准备教案，并进行新增实验内容的预实验，从而制定合理的实验方案。

参与本次免疫学实验改革的是本院两届的二年级临床医学专业五年制和八年制本科生，每届约230 人，每4 人为1 实验小组，以小组为单位进行实验操作。在淋巴细胞亚群检测分析实验中，每组分别设1 只阴性对照管细胞和1 只单阳性对照管细胞，每管加入对应抗体原液1.5µl进行染色，每种荧光标记抗体价格约为 2 000 元/100 µl，人均成本约为 7.5 元。IFN-γ 的定量检测使用商业化 ELISA 试剂盒，约 1 300 元/96 孔，每小组检测 4 个复孔，人均成本约14 元。该实验中，各实验室安排1 个小组进行标准曲线实验，其余组进行样品定量检测。在最近新增设的新冠病毒模拟检测实验中，参与的2018级本科生有228人。防护服和防护眼镜均为循环使用，新冠病毒核酸和抗体检测均采用拥有国家注册批号的商业化试剂盒。防护材料和试剂成本总约8 200 元，人均约36 元。其余实验均为低耗实验，成本不再赘述。总之，虽然实验课程的内容进行了全面更新，但实验经费仍然远未超出大学对本科生教学经费的预算。

2 引进PBL教学模式，树立科研理念

神经病学教授BARROWS 和TAMBLYN 在1969年提出了“以问题为中心教学（problem-based learn‑ing，PBL）”模式［3-4］，该教学模式有4 个关键原则，包括环境式学习、信息处理过程、合作学习和自主学习，倡导把学习置于有意义的问题情境中，让学习者通过合作学习解决真实问题，学习隐含于问题背后的科学知识形成解决问题的技能，培养自主学习能力。现代教育理论从批判性思维、知识获取、实践技能和终身职业学习3 个方面，认为PBL 是一种理想的教学方法。近年来，PBL 教学模式逐渐被重视并作为实验教学方法逐渐取代传统讲授式教学（lecture-based learning，LBL）模式［5］。以实际问题为导向，引导学生寻找解决问题的方法，培养科研思维，在带动课程教学模式创新的同时培养创新型医学人才。我校免疫学实验长期使用LBL 教学模式，学生被动接受，按照设计好的实验方案添加各种试剂即可完成实验任务，导致学生对陌生的免疫学方法不感兴趣，尤其是将来不从事实验室工作的临床医学专业学生，对实验内容印象不深刻，只有少部分同学真正掌握核心知识内容，更谈不上科研思维的锻炼。作为985 和双一流高校，本校很多学生都将在临床工作中同时从事科学研究，因此尽早培养其科研理念尤为重要，在实验教学中推进PBL教学模式就是重要的手段之一。

为了推进PBL 教学方案的执行，教研组将免疫学实验教学内容与临床和科研环境相结合，在每次实验课之前，授课教师提前向学生提出一个临床或科研问题和将要开展的实验教学内容，要求学生在课前的几天时间里查阅文献资料，思考解决该问题的实验思路和方法，每个小组的学生一起讨论并修改实验方案，最终做到小组内实验方案统一。在实验课上，授课教师再进一步围绕该问题讲解解决方案和相关实验技术知识的应用领域，明确实验步骤和注意事项。每次实验课所聚焦的临床和科研问题、讲解的内容及实验内容等归纳于表1。在实际操作中，允许学生犯一些错误，从错误中反思，从而建立良好的实验习惯。实践表明，学生在查阅文献和小组讨论过程中，形成了发现问题、分析问题、解决问题的思路，构建了自己对科研问题的思考和解决模式，对于融入自己理解的实验教学内容有了更深的印象，尤其是在期末理论考核中有最直观的体现。这些不仅能够帮助学生内化所学的知识，锻炼动手动脑能力，更能开阔视野，充实知识储备，树立科研理念，增强自身的综合能力，为后期的临床和科研工作打好基础。因此，PBL 教学模式在未来的实验课程中应该积极推广使用。

表1 免疫学实验课程中提出的科研问题以及对应的实验教学内容Tab.1 Scientific research questions raised in Immunology experimental course and corresponding experimental teaching contents

3 增设课外学时，配合PBL教学

免疫学实验是一个连续性强，耗时较长的系统性实验。本科生的实验课时相对紧缺，免疫学实验课时经过逐年删减，目前只剩余24 个课时，导致有些操作只能由实验室教师提前完成，而学生只做一些结果观察或验证，导致学生对没有亲自动手操作的实验内容无法留下深刻的印象，更无法使其实际操作能力及分析、解决问题的能力得到系统的锻炼。

基于东南大学关于教学改革的文件规定，根据教学计划和教学任务来调整实验课时，在24个课内学时的基础上增设12个课外学时。一方面，教研组利用课外学时让学生在课余时间来到实验室，对连续性实验进行观察或下一步操作，从而解决了目前连续性实验因不连贯导致实验结果无法观察的问题，也避免了因内容调整与学校的课内学时教学计划发生冲突。另一方面，教师更加鼓励学生利用课余时间查阅下次实验相关的文献资料，制定初步实验方案，然后进行小组讨论并修改，授课教师提前收取各组实验方案并给出合理建议，最终在实验课堂上直接实践，实现在有限课内学时的条件下充分调动学生学习的主动性，培养学生独立解决问题的能力。实验课课外学时的增设不仅让一些持续性观察实验的授课节奏更从容，而且使学生更多地参与对具体科研问题的思考和实验设计验中，提高对免疫学的兴趣，建立从了解到理解实验意义的科研思维和理念。此外，在实验分组中尽量减少每个实验小组的人数，最多不超过4人，以保证每位学生的操作内容，增强其动手能力，同时又保证对同一问题的团队性思考、讨论与合作。

4 完善考核方式，激励学生主动学习

传统实验课程的考核方式多以实验报告为主，其内容大多是对实验报告册上的实验目的、方法和过程进行摘抄记录，结果和分析也少有新意，缺乏个人见解。在整个实验过程中，动手能力较弱的学生在撰写实验报告时还会发生抄袭现象，但由于知识的客观性和打分标准的限制，授课老师很难给出较差的成绩，导致仅以实验报告和实验结果作为考核标准具有一定的片面性，不能有效体现出学生在思考问题上的主动性和动手能力上的差距。

为了促进学生理论知识、动手能力和科研素质的综合发展，教师通过完善考核方式来激励学生主动学习和训练科研思维。第一，重视每个小组的实验方案设计和讨论，因为实验方案可以反映出学生的科研思维，故提高其占比至30%。第二，统计课堂出勤状况和课上表现。出勤是基本的纪律要求，不容忽视，为客观分，占10%。课堂表现包括学生在实际操作过程中动手能力和团队合作表现，在课堂讨论小组实验方案的提问和回答等，为主观分，占10%。在记录每天的出勤情况时，同时记录该生当天的实验课表现，按照优、良、中、差来分层次。第三，实验报告的占比仍然较大，为50%，因为实验报告的书写既能体现每个学生的学习态度，又能体现学生对每次实验的思考和总结归纳，实验结果可能是多样的，但结果分析则是最重要的。从以上3方面完善课程成绩的考核机制，配合PBL 教学模式和科研理念的培养模式，使学生重视免疫学实验课程，用心参与实验课程。

5 建设创新型师资队伍，培养创新型医学人才

创新型人才的培养离不开创新型教师队伍的建设。免疫学作为生命科学的前沿学科和基础学科，教师需关注学科的前沿进展，及时更新知识体系和教学课件，并在授课教师间进行交流分享，才能给学生带来新鲜且实用的知识，为后续的科学研究打牢基础。在实验教学中，教师要引导学生进行科学思考，主动积极的动手操作。针对学生设计的实验方案，要充分地评价原理的科学性、设计的合理性和实施的可行性等，引导和培养学生的科研理念，发掘学生的潜力，并在学生独立设计和操作的过程中适时加以指导和修正，鼓励新的想法，并把优秀的实验方案作为课堂教学素材，供以后的学生参考学习。

同时，充分发挥教师的主导作用，在实际教学中不断总结和积累经验。由于免疫学理论有一定的抽象性，而理论课堂又有一定的局限性，导致学生对一些概念的理解模糊。这就需要教师在免疫学实验教学中渗透知识。这与教师本人的专业素养和开拓创新精神密不可分。实际上，教师在实验课教学时不能只是照搬实验手册内容，按部就班地讲解，而要引导学生主动推进实验的每个环节，表达自己的理解，提出不同的可操作性的实验方案，进而提升学生对实验全过程的分析能力。

此外，完善教学成效的评价。教研组及时了解授课老师对新实验的授课感受、学生的接受程度及授课中发现的实际问题等。学期课程结束后，邀请学生提交一份对于教学改革的体验心得和改进建议等，为将来该课程的推广应用提供重要的参考。

6 总结

医学科技的日益更迭对医学生提出了更高的要求，实验教学是免疫学教学的重要组成部分，是培养具有科研理念和创新能力的高端医学人才的重要环节。与理论课程一样，实验课程也要不断更新，紧扣学科的前沿进展，因此教研组重新调整了免疫学实验课程内容，改进了教学模式和成绩考核机制，希望改变现有实验教学内容与临床及科研脱轨的现状，帮助学生更好地掌握免疫学理论知识和现代实验技能，培养科研思维，提升综合科研素质。该教学改革为免疫学实验教学注入了新的活力，并取得了师生都比较满意的效果。改革的本身也是一个长期探索的过程，未来也会不断完善，朝着培养创新性人才这一目标不断努力。