“双一流”背景下人体机能学实验课程建设初探

胡媛萍，黄伊娜，陈聚涛，孙红荣，汪 铭

中国科学技术大学生命科学与医学部，合肥 230027

2017年1月24日，中华人民共和国教育部、中华人民共和国财政部、国家发展和改革委员会联合印发《统筹推进世界一流大学和一流学科建设实施办法(暂行)》，该办法引导和支持具备较强实力的高校合理定位、办出特色、差别化发展[1]，为实现“两个一百年”奋斗目标和实现中华民族伟大复兴的中国梦提供有力支撑。同年，中国科学技术大学(以下简称中国科大)入选首轮“双一流”建设高校[2]，并且在2021年的中国一流本科教育“百优榜”中位列前茅[3]。2017年在安徽省与国家卫生健康委、中国科学院的共同建设下，中国科大生命科学与医学部正式成立[4]，以“医学+X”复合型高层次医学人才培养改革为重点任务，按照“高端化、精英化、国际化”的要求，旨在培养具有深厚理工背景和人文素养的健康科技领域领军人才。

中国科学技术大学在1958 年成立之初就开设了生理学本科生课程[5]，依托生理学实验平台为构建人体机能学实验教学体系提供了坚实的基础。人体机能学实验不仅是基础医学核心课程[6]，也是基础医学与临床医学的桥梁学科[7]；而且人体机能学的综合性实验强调多学科整合，实验操作复杂，耗费资源：故构建“双一流”背景下集成化、数字化、智能化的人体机能学实验教学体系十分必要。2019—2021年，教学团队已经顺利完成两轮人体机能学实验教学，建立了较为完整的人体机能学实验体系。文章从人体机能学实验体系建设及教学应用效果进行初步探讨，以期丰富人体机能学实验课程构建的教学实践。

1 人体机能学实验体系建设内容

1.1 人体机能学实验室建设

在中国科大各级行政部门的支持下，依托学校新医学“基础医学实验教学中心建设”专项经费所建设的“医学实验教学中心”于2020年12月底正式投入使用。该中心包括形态学、人体机能学、病原生物学、分子医学等教学实验室，其中人体机能学教学实验室面积为140平方米，包括12套信息化集成化信号采集处理系统、1套大屏辅助教学系统等基础实验设备，以及配套改造后的网络、水、电、气等。

信息化集成化信号采集处理系统是由成都泰盟软件有限公司所生产的BL-422I和BL-425I系列系统构成，该系统集成了刺激器和4通道同步采样装置，并内置呼吸机、顶部全局摄像机、可升降实验平台和实验照明系统。

此外，医学实验中心还配置了压力传感器、恒温平滑肌槽等设备，完全满足机能学实验课程设置的需要,能够承担人体机能学的动物实验部分[8]。

大屏辅助教学系统内置实验教学模块，可用于实验教学指导，也可实时观看学生的实验操作情况，还可以实现教学演示、联机讨论、远程辅导实验等功能[9]。教学平台人、财、物统一管理，已初步建成“三合一”(信息化、数字化、智能化)的实验教学平台。

1.2 人体机能学实验教学团队建设

师资队伍与学科建设是“双一流”大学培养创新型人才的必备前提和关键因素[10]，构建一支结构合理、优质高效、政治素质强、师德师风优良、教学科研一体的一流的师资队伍是课程体系建设的基本要求[11]。依托国家级精品课程与国家级精品资源共享课——生理学实验课程的教学团队，根据人体机能学实验课程的教学内容，学校组建了由6名教师组成的人体机能学教学团队，成员均为博士研究生，其中教授3人，副教授2人，实验师1人，并且以中青年为主，拥有生理学、药理学和病理生理学专业多年的教学和科研经历及优秀的教学成果，是一支综合素养高、年龄构成合理的专业化师资队伍。对人体机能实验学课程的教学测评包括校级、院级教学督导组不定期听课，以及课程结束后学生对教学团队进行课程评分。实验教学团队在开课前进行合理分工、相互协作，明确共同的教学目标与课程思政切入点。每次实验课前均进行预实验，提前发现学生实验中可能遇到的问题，在完成教学目标的同时着重培养学生发现问题、解决问题的能力。在中国科大和安徽省教学质量工程建设项目的基础上，支持并鼓励教师从事实验教学改革和教学手段的革新，并为教师的成长和晋升提供有利条件。学校积极组织学院内部及校内外的参观访问、教学观摩和教学方法研讨活动来加强教师间的交流，促进教师成长，加强创新人才培养。

1.3 人体机能学实验教学内容建设

医学基础实验教学是基础医学教育的重要组成部分，在培养具有创新精神和实践能力的高素质医学人才中具有不可替代的作用[12]，它既是与理论教学相互协调的桥梁，又是培养医学生实验能力和创造性能力的途径。人体机能学实验课程内容包含：人体正常的生命活动规律及其机制；药物与机体相互作用规律及原理[13]；疾病状态下的病理生理功能变化及其机制。该课程教学目的是使学生通过跨学科整合的综合性实验课程将多学科理论教学知识进行有机的连接[6]，培养医学生基本技能、综合能力和科研能力，进一步提高教学质量和学生的综合素质。

人体机能学实验教学强调以“学生为主体，教师为主导”的理念[14]，在教师的教学指导下，充分调动学生的主动性和积极性。实验包括生理学、药理学和病理生理学三个部分的实验项目，涵盖基础实验、综合实验和创新性实验三个类别，具体实验项目及类别如表1所示。基础实验主要是经典实验项目和基础技术方法，其目的是训练学生基本实验技能，为学生提供获取知识的可能性；综合实验融合了跨学科教学内容，强调内容的综合性，以培养学生的观察分析能力，体现实践能力和综合素质的融合性；创新性实验体现一定的独特性、前瞻性，注重个性化培养，培养学生的兴趣爱好，提升学生创新思维能力，激发学生的创新智慧。此外，学校还开展了学习记忆的生理基础——海马长时程增强现象、血型鉴定和交叉配血、耳蜗微音器电位等多个虚拟仿真实验，其中海马长时程增强现象实验已入选省级虚拟仿真实验。在今后的教学体系中，将进一步完善实验室开放机制，鼓励本科生开展自主设计实验。

表1 人体机能学实验项目

1.4 人体机能学实验教学手段建设

人体机能学实验的主要教学手段是以人体机能学实验室为平台，充分利用先进的计算机生物信息采集与分析系统、多媒体大屏教学辅助系统、答题宝系统和虚拟仿真实验系统等现代科学技术的教学资源。依托信息化、数字化、智能化的资源与技术优势，在课前利用答题宝系统对学生预习实验内容和复习理论知识进行检测，发现学生知识薄弱点；在教学中始终坚持小班教学，充分利用大屏教学辅助系统生动形象地展现教学内容；课后利用生物信息分析系统分析和传输实验数据。此外，在传统教学的基础上，选择部分经典实验内容，采用翻转课堂教学模式进行教学。通过学生自主观看教学视频、教学案例和大纲，完成课前教师布置的学习任务；学生经过分组讨论，以学生为主体、团队为基础[15]，促进知识的内化，在课堂上教师引导学生运用所学理论知识进行汇报，由学生在课堂上教学，教师进行简要总结并回答学生的疑问，辅导学生进行知识拓展，以点带面，帮助其系统全面掌握所学内容；课后教师对学生学习及团队合作效果做出综合评价，师生互评、反馈学习体验。通过知识传递、知识内化、知识巩固的颠倒安排，将“先教后学”转变为“先学后教，以学定教”，将学生由被动接受的听众转变为教学的主动参与者[16]，其学习积极性明显增强。此外，还开展了启发式教学[17]，以学生为中心，鼓励学生主动提问、发现问题、思考问题并解决问题，提高了学生学习人体机能学的积极性，使教学效果得以提高。

1.5 人体机能学实验教材建设

目前，人体机能学实验课程教材采用的是自编讲义,内容主要是所开设的15个实验项目。此外，电子教材和书籍教材的编撰工作也在进行中，内容分为五个部分：第一部分是基础知识与技能，包括常用设备、动物、器械、仪器、生物信号采集与处理系统等的介绍与使用方法；第二部分是基础性实验，以生理、药理和病理生理课程内容的理论知识为基础，训练学生基本实验技能，以学习机能实验经典实验方法为主；第三部分为综合性实验，以加强学生知识综合能力、扩展知识面，加强知识点的融会贯通；第四部分为创新性实验，培养“双一流”医学生实验研究能力、科研能力和创新意识；第五部分为人体生理实验，建立以人体为对象的实验体系，用人体自身器官系统的功能变化指标代替传统实验动物的变化指标，使学生直接观察人体机能变化，为学生营造一个良好的学习环境，引导学生将理论与实践相联系，促进基础教学与临床实际相结合，使其可以系统地、整体地观察并解决问题[18]。

2 人体机能学实验教学应用效果

人体机能学实验课程是中国科大三年级医学生的专业必修课程，共80学时。学校分别于2020年和2021年完成了2017、2018级医学生的人体机能学实验教学，2019级医学生的实验教学目前仍在进行中。为了解该课程的教学效果，进一步提高人体机能学实验教学质量，以中国科大2017级、2018级医学英才班27名学生为研究对象，采用自制问卷通过校内教学质量管理平台对27名学生进行了教学满意度调查，内容包括课程设置、难易度、学习兴趣、能力培养等。共回收有效问卷 27份，有效率为100%。结果显示，绝大部分学生认为该课程安排合理、准备完善，培养了其独立分析与解决问题的能力，完善了自身的知识结构，并且激发其学习兴趣；但在课程难易度方面，有37%的学生认为有点难和非常难(如表2所示)。

表2 2017—2018级学生对人体机能学实验教学效果评价 n(%)

3 讨论

人体机能学实验是以生理学、药理学、病理生理学理论知识为基础，将三门学科的实验内容进行优化整合的一门基础医学综合性实践课程，在培养“双一流”大学创新型高层次医学人才的实验操作能力、分析问题、解决问题和科学研究能力方面发挥着重要作用[19]。经过四年的不断积累，中国科大目前建立了较为完整的人体机能学实验体系：首先，搭建了信息化、数字化、智能化的实验教学平台，满足了学生的实验需求并提升教学效果；其次，通过人才引进与培育，建设了一支高水平的师资队伍，学生在掌握并整合相关知识水平的基础上，扩展前沿科技进展信息，加强思政教育；此外，利用多种教学方式开展综合性及创新性实验，积极调动学生的主动性、创造性，将培养医学生的实践与创新能力落到实处，尤其是斑马鱼视动实验，该实验的设计及仪器均是由学校自主设计与制作的。

教学满意度调查结果显示：90%以上的学生对该课程感到满意(如表2所示)，认为其教学安排合理，教学大纲和授课计划清晰明了；实验所需教材、实验仪器、设备和试剂准备完善，满足学生实验需求；培养了学生独立分析与解决问题的能力，激发了其学习兴趣等。

尽管学校实验课在实验平台、教学团队、教学内容建设等方面取得了一定的成绩，但也发现该课程存在以下不足：①实验项目操作难度较高。②由于课程内容涉及多学科，相关理论知识的整合和完善不够、理论课程与实验教学存在分割脱节的问题。③该课程涉及大量的实验动物及多种操作技能，某一操作环节的疏漏就会导致实验失败，以至无法观察到实验现象，从而打击学生的学习积极性。④实验项目须完善。在目前的实验教学体系中，仅有一个实验项目是人体生理学实验，需要引进人体生理实验平台，增加一部分人体生理学实验项目。⑤学生反馈课程难度相对较高，需要加强课程前沿知识的拓展。今后学校将不断完善和改进该实验课程，均衡实验难度，增加人体生理实验、创新性实验和自主设计实验的比重，打造机能学实验金课，争创一流课程。秉承中国科大“科教结合，理实结合”的优良传统，打通生命科学与医学的培养环节，勇于尝试，大胆创新，为社会培养更多的医学创新人才。