基础医学专业立体化医学微生物学实验培养体系构建

秦付军，臧文巧，李 敏，唐 悦

(郑州大学基础医学院微生物学与免疫学系， 郑州 450052； △通讯作者)

基础医学教育是医学教育的基础[1]。在当今医学变革的大背景下，根据医学教育长远发展的需要，郑州大学从2015年开始招收基础医学专业本科生，充分利用学校基础医学培养的传统优势，借鉴世界一流大学先进培养模式，2019年立项“卓越拔尖人才培养计划2.0”项目。该项目旨在培养基础医学领域国际化创新拔尖人才，从科学素养和人文底蕴两个维度强化培养具有宽厚科学基础、扎实医学基础理论和实验技能[2]，富有创新思维和较强的医学科研工作能力，同时爱国爱家的人才。

基础医学拔尖人才学生的培养定位是使学生在未来成为基础医学学科领军人才，所以其培养目标更应凸显出扎实的基础实验技能和突出的解决科研问题能力。为此基础医学专业学生的实验课程体系不能用单一形式解决，需要构建立体多组合的实验培养体系，既高效传授学生切实需要的基础实验技能，还能让学生尽早沉浸于真实科研过程，帮助学生顺利由知识、技能的学习者转变进入科研研究者的状态[3,4]。

医学微生物学是本科生在大二学期开设的一门重要的医学基础课，主要研究内容包括微生物的形态结构和机能两大方面，知识层面与临床传染病学和流行病学等学科紧密联系。郑州大学基础医学专业医学微生物学实验培养体系包含了基础实验+综合实验+大学生创新创业项目+毕业设计的立体化构架、多层次的教学内容、多元化的考核手段，旨在强化以学生为中心的创新教学理念，实现了基础医学拔尖人才学生综合素质的不断提升。

1 传统的实验教学与虚拟仿真实验的结合

1.1 扎实的传统实验教学

传统的实验教学内容依附于理论知识，有助于学生巩固课本上的知识点。整个实验课过程由教师主导讲授，过程简洁清晰，可以高效地通过实验技能和基本仪器的使用培训，规范学生实验基本操作。在郑州大学基础医学专业医学微生物学实验培养体系中保留了医学微生物学中最重要的三个实验技术的学习内容：第一个传统实验内容为细菌培养基的制备、细菌的接种方法。该实验要求同学们了解培养基的制作原则和方法，掌握细菌的分离培养技术，促进学生系统掌握各类病原细菌的基本特性与实验诊断技术。第二个传统实验内容革兰氏染色是一项经典的细菌染色鉴别手段。该实验要求一定的动手能力，非常适合锻炼学生的无菌操作技术、染色技术和显微镜镜检技术。观察是重要的科学研究方法。在第三个传统实验中，教师会讲授显微镜各部分的名称和作用、显微镜的使用方法及使用显微镜的基本步骤。学生在学会正确规范使用显微镜的同时养成爱护显微镜的习惯，在绘制细菌形态图的过程中树立实事求是的科学态度。

1.2 虚拟仿真实验的运用

虚拟仿真技术通过逼真模拟现实世界的事物和环境，形成一个智能化的课堂，有助于解决传统教学中的短板[5,6]。我们在传统医学微生物的实验课堂上引入了3个虚拟仿真实验。学生借助电脑、平板等网络终端设备，访问郑州大学基础医学院教学系统，通过身份认证、登录，点击进入虚拟实验模块，通过鼠标点击和选择开展虚拟仿真沉浸式交互学习。例如流感病毒培养实验应用虚拟仿真技术，还原真实流感病毒培养场景，呈现鸡胚准备、检卵、定胚位、尿囊腔接种、培养及观察、收获尿囊液病毒完整全过程。

虚拟仿真技术摆脱了实验教学过程对客观实验条件的依赖。例如，人体痰液中结核分枝杆菌的检验虚拟仿真实验避免了在现实中接触结核分枝杆菌等存在生物安全隐患的微生物，提高了高校实验教学安全性。病毒鸡胚培养虚拟仿真实验呈现3D立体实验过程，在学生掌握该实验技术的同时也节约了实验成本。

2 基于高层次人才科研成果的综合实验

培养具有强烈的创新意识和较强的科学研究能力的国际化人才，是当前我校基础医学专业学生教育的首要任务。对于基础医学拔尖人才学生来说，满堂灌的传统实验教学模式不利于培养他们浓厚的科研兴趣、开阔的创新思维和突出的解决问题能力，为此急需顶层设计培养基础医学专业学生实践能力和创新意识的综合实验课程体系[7,8]。鉴于基础医学专业学生的培养目标，实验课程与临床专业本科生实验课程应有所不同，其实验内容更应注重研究性和前沿性。

2.1 综合性实验选题来源

郑州大学医学微生物学综合性实验设计由高层次人才科研团队提供具有探究性质的课题内容，面向基础医学专业同学开放选修，旨在紧跟生命科学领域的快速发展，将学科研究热点融入实验教学体系，帮助学生理解如何应用实验技术来解决科研中的问题，强化构架学术论文的思考能力，为学生今后自主设计实验、申请和实践本科生科研项目、参加学科竞赛等打下坚实的基础。

自2017-2019年，郑州大学基础医学学科投入建设经费共计4 370万，既有引进人才的支持经费，如高层次人才秦志海教授的人才学科项目和海外高层次人才秦付军教授的人才学科项目，也有各个团队的平台建设经费。这些人才的引进和平台的建设，为提升基础医学专业学生科研能力提供了硬件和软件的保障。通过高层次人才一流师资的一线教学指导，基础医学专业学生保持与名师名家的零距离接触，可以最大程度地挖掘自身潜质，紧跟国际科研的最新动态，从而对规划学业及未来的发展充满信心。

2.2 综合性实验方案及课程设置

目前基础医学院在医学微生物学实验教学中设计了如下综合性实验项目：郑大一附院慢性前列腺炎患者前列腺按摩液菌群结构多样性研究；自主筛选双歧杆菌对高糖高脂饮食诱导小鼠肠道菌群的影响；新型冠状病毒S1蛋白噬菌体展示抗体的制备。指导教师从背景介绍、实验设计、操作步骤、分析讨论及思考这4个版块提出问题,布置任务。例如，在慢性前列腺炎患者前列腺按摩液菌群结构多样性研究综合实验中，第一部分背景知识准备如下：①从临床标本中分离细菌的目的和步骤是什么？②目前在临床实践中主要依靠什么方法检测病原微生物？有什么局限性？对于苛养菌或无法培养的细菌,培养法尤其不足，还有哪些其他检测方法？③细菌的分类鉴定的分子生物学手段有哪些？什么是16sRNA？④生殖道微生态的独特性和平衡的重要性是什么？第二部分：实验技术方案包括基因组DNA的提取及质量评估、生信结果解读、细菌培养、细胞培养和酶联免疫吸附实验(ELISA)。第三部分：学生设计并实施实验步骤，将过程整理成稿。第四部分：学生联系临床问题，对结果分析和讨论：挖掘与疾病相关的微生物对于临床诊断、治疗、预后和流行病学的调查有何价值？本次实验结果对临床用药有何指导意义？学生带着这些引导问题,通过一系列实验流程逐一解答。在规范实验操作的过程中，学生应熟悉实验安全相关的规章制度，诚实完整地记录实验现象与结果，在第一时间接触科研时便接受科研诚信教育。

3 与早科研相结合的大学生创新创业项目

3.1 承接学科导师研究领域

大学生创新创业项目是学生通往独立自主展开科学研究的桥梁[9,10]。郑州大学基础医学院非常重视对基础医学拔尖人才创新创业项目的扶持。目前基础医学拔尖人才学生的创新创业计划可以得到一定资金的支持，为开展创新创业之路提供有效的保障。同时学院专门成立大学生创新中心，让学生有专门场地开展创新创业之路。

基础医学拔尖人才学生大学生创新创业项目的选题结合了学生自身的兴趣和能力，也紧密结合目前导师的专业范畴，这样有利于学生科研素养的进一步提升和主观能动性的发挥。尤其是部分大学生创新创业项目与来源高层次人才科研成果的综合性实验一脉相承。这就使学生的科研训练具有延续性，学生成长的环境具有稳定性。目前在医学微生物学科导师指导下，很多学生自主完成了创新性研究项目设计、研究条件准备和项目实施、研究报告撰写等工作，如可视化核酸等温扩增法即时检测新型冠状病毒(SARS-CoV-2)、郑州大学校园水环境中军团菌的检测等。

3.2 大创项目的科研训练

大创项目的科研训练过程要求学生清楚准确记录实验目的、实验步骤，尤其注重实验方法中表现出的科研思维与对实验结果的研判能力；学生学会运用SPSS等软件进行统计学分析，运用作图软件处理实验照片(我们要求结果图清晰，标识准确)，处理数据能力得到极大提升；项目结果的呈现以小组为单位进行汇报，过程要体现团队合作精神。

4 具有延续性的毕业设计

4.1 有效整合各阶段实验结果

基础医学专业毕业生通常要面对实习、就业、考研等多方面的压力，无法进行周期较长的毕业实验设计，进而导致毕业论文质量不高。为高效、有序地组织学生进行毕业设计，我们将毕业实验内容与前期微生物学本科实验课程、综合性实验、大创项目有效整合。学生从大学二年级开始学习基本实验方法和实验技巧，通过基于高层次人才科研成果的综合实验接受基础的科研训练；大学三年级期间通过大学生创新创业项目开展独立的科研思考和动手锻炼；毕业设计阶段基于之前的课题背景完善实验总体规划，进行数据的整理和实验的补充及收尾工作。

4.2 强化过程管理

基础医学院从考核绩效政策层面鼓励高层次人才带领优秀年轻教师加入本科生人才培养工作中来。整个培养过程都在同一教学团队的指导下进行，围绕同一教授的科研领域。这种技术与知识背景不间断的科研培养体系，能避免重复的简单技术学习，减轻学生的负担，能让学生尽早投身于科研能力的学习中。一贯而至的研究领域也能让学生在一个具体的专业方向深入探索和思考，吸引他们报考本系室的研究生。

在课程改革实施过程，我们也遇到了一些棘手的问题，比如不少学生迷惘在专业课程学习和科研项目的时间分配。带教老师会向他们强调找到自己感兴趣的研究方向，会对未来职业生涯的发展有更加明确的认识，使个人科研生涯的发展更顺畅。我们也会通过师生谈话、学术论坛等方式及时帮助学生解决科研训练中的问题，同时进行时间管理的训练，后续还要继续探索平稳有序、更加完善的新型评价标准。在医学微生物整个实验培养过程中，一体化的目标贯穿始终，四个层次为具体操作规划，最终目的是通过实验教学理念、实验教学体系、实验资源配置和运行机制等方面的创新[11]，引领实验教学改革，贯通本科生科研训练通道，达到提升大学生创新能力和综合素质的目的。