基于系统思维的卫生化学实验模块化教学改革探索

刘迪茹，刘晔玮，李响利，张 莉，张 珂，李 茜 (兰州大学公共卫生学院营养与食品卫生学研究所， 兰州 730000； 兰州大学公共卫生学院公共卫生与预防医学实验中心； 通讯作者)

卫生化学是高等医学教育中预防医学专业学生必修的专业课程，是一门研究与健康相关的化学物质的质、量及其变化规律的学科[1]。其中，卫生化学实验是培养学生操作技能、实践能力及科学思维方法的重要组成部分，内容涉及食品科学、生物技术、化学技术等多个领域的知识[2]，具有较强的交叉性和系统性，在预防医学专业型人才培养中占有重要地位[3]。

然而，传统的卫生化学实验课教学内容编排松散、缺乏系统性，几乎均为单一验证性实验堆砌，无法培养学生基于公共卫生特色的科研思维；教学仪器陈旧，很少用到符合时代特色的新技术、新仪器，不能培养学生顺应时代发展的动手能力。上述教学痛点严重影响了实验教学的质量和培养目标的达成，因此，迫切需要立足于预防医学的专业需求，结合时代特色，发挥已有的仪器平台资源，以系统性的观点对卫生化学实验课进行改革，强调科研思维、操作技能和科研能力的提升，从而真正发挥卫生化学在预防医学中所起的重要作用。

1 改革举措

1.1 内容改革

为了顺应学科发展的需求，培养符合社会需要、理论和操作技能扎实、创新意识突出的高素质应用型专业人才[4]，教师根据目前我院卫生化学实验课程的教学现况，对传统实验课程的教学计划进行调整：在延续基本技能培养的前提下，整合设计基础+综合实验模块。内容涵盖卫生化学常见检验技术、基础性实验操作和应用型仪器分析，合理安排学时和前后次序，构成较为完整的系统性课程思路，改变学生“理论课与实验课是两门课程”的传统观念，内容安排如表1所示。

表1 卫生化学实验内容

从表1可知，改革后的实验课程内容具有以下特点：保留了传统的“荧光法测定硫酸奎尼丁”等验证性实验，培养了学生的基本实践技能；合并实验原理相近的实验，例如将“pH玻璃电极性能检查及溶液pH值的测定”与“离子选择性电极法测定自来水中氟离子”，合并为“pH玻璃电极性能检查及溶液pH值、自来水中氟离子的测定”，有效提高了课堂的有效利用率；开设综合性实验，如“紫外可见分光光度法测定茶叶中的茶多酚”“气相色谱法和高效液相色谱法测定化妆品中邻苯二胺、间苯二胺和对苯二胺的含量”等实验，增加了学生操作的目标物萃取、样品前处理等环节，利于学生系统性思维的塑造。此外，综合性实验设计立足于预防医学专业学生对于卫生化学及相关仪器分析“应用性”的倚重，不一味强调创新，而是突出不同实验路径、不同实验方法均可完成相同实验目标的思想，加深学生对于各方法特点的认识，提升学生对实验设计的理解以及如何根据目标灵活选择最适方法，调动学生的思维，提高了学生的动手实操能力和理论应用能力。

1.2 教学方法与评价模式的改革

传统的实验教学模式以教师讲授、示教、学生复制验证性操作为主，既不利于调动学生的积极性，也不利于培养学生的科研思维。因此，改革后的卫生化学实验课在综合实验设计模块的教学和评价模式上，采取三步走的教学方式，以期达到以学生发展为中心的教学目标：课前与学生共享实验目的，以小组为单位查阅资料，设计方案；课中以小组为单位进行采样-预处理-测试-数据分析的全链条详细汇报、小组间讨论、教师提问点评等TBL教学活动；课后结合学生自评、小组互评和教师评定的结果纳入最终综合实验设计的成绩，占实验总成绩的30%。相较于传统的实验课以实验报告得分为唯一的评价方式而言，改革后的评价模式大幅增加了能体现学生主动钻研、创造性思维的评分占比，利于提高学生的学习兴趣，培养学生系统的科学思维。

2 改革实践效果评价

2.1 课前调查与分析

教师选取本校2018级预防医学专业47名学生作为本次调查的对象，采取书面形式向学生发放问卷，最终共收回完整问卷47份，回收率为100%。调查采用不记名的方式进行，调查内容主要包括学生对自我实验操作技能的评价、对实践能力提高的期望、对教学内容的安排及对指导方式的喜好等。每个问题给出2-5个选项，开放性问题则邀请学生直接填写答案，调查结果见表2。

表2 学生自评及对课程改革的期望

由表2可知，经过先修课程的培训后，在基础实验操作技能的自评方面，认为自己操作规范且熟练的学生仅为13%，其余学生均存在操作的规范性或/和熟练性的问题。因此，教师在卫生化学实验课程前期应加强规范操作培训，为后期顺利开展实践能力培养奠定基础。在学生对课程的期望方面，有82%的学生期望通过课程的教学可以提高分析问题、解决问题、团队合作的能力；有78%的学生期望可以通过实验课加深对卫生化学的基本理论和实验方法的理解；有71%的学生期望建立较为系统的分析方法学的科研思路，规范实验操作，提高实验素养和实验技能。由此可见，充分联系理论和实践，因地制宜地解决现实问题的能力是学生最渴望实现的教学目标。基于学生自身的需求，有80%的学生认为有必要开设综合性实验以代替验证性实验，但仍有51%的学生担心自己无法胜任，有67%的学生面对开放性的题目毫无头绪，有89%的学生期望教师给出实验题目，并提供解决思路，有53%的学生希望在教师的指导下准备实验、完成实验。由此可见，学生期望开展综合性实验，但是囿于自己缺乏科研思路，不具备较强的操作技能，进而出现畏难心理。因此，学生尤其期望教师能在解决思路上给予充分的指导。课前调查结果充分暴露了学生的学习痛点和技能短板，同时也了解了学生对于提高能力的迫切需求，为综合性实验内容的顺利开展奠定了基础。

2.2 课后调查与分析

卫生化学实验结课后，教师向2018级预防医学专业的47名学生发放问卷，最终共收回完整问卷47份，回收率为100%。调查采用不记名的方式进行，调查内容主要包括学生对授课内容、授课效果、学习兴趣以及预期目标达成度的评价，每个问题给出2-5个选项，开放性问题则邀请学生直接填写答案，调查结果见表3。

表3 卫生化学实验授课满意度调查结果

由表3可知，在授课内容的喜爱程度和难易度评价方面，91%的学生认为授课难度适宜，70%的学生表达了对授课内容的喜爱。学生普遍认为卫生化学实验课最难的地方分别是实验操作不熟练/不规范，导致实验进展缓慢/数据不准确(55%)；不会分析实验数据，不明白结果与预期不一致的原因(47%)；不会或不能熟练地使用仪器设备(43%)。这说明对于学生而言，当前的实验操作和仪器使用的培训力度还不够。有30%的学生还认为“不会撰写实验报告，尤其是讨论部分”也是课程难点之一，说明学生对于实验机理的理解还不透彻，与26%的学生选择“理解不了原理，不明白为什么要这么做”的结果相一致。因此，在下一轮的课程安排中，教师需要进一步加强实验操作和仪器使用的教学，讲透实验的基本原理。

在授课内容的趣味性评价方面，有83%的学生认为授课内容能够激发他们的学习兴趣，其中最主要的原因是能掌握较为先进的实验仪器设备(47%)以及实验内容与生活息息相关(36%)。对于内容与理论的结合程度方面，有97%的学生认为实验设计非常合理，与理论课连接紧密性较强。在能力提升和课前预期目标的实现度方面，有81%的学生认为实验课加深了对基本理论和实验方法的理解，有66%的学生认为课程规范了实验操作，提高实验素养和实验技能，64%的学生认为培养了团队合作能力，57%的学生认为提高了分析问题、解决问题的能力，53%的学生认为建立了较为系统的分析方法学的科研思路。在预期目标的实现率方面，有17%的学生认为完全实现了自己的期望目标，有66%的学生认为80%-90%的预期目标得以实现，17%的学生认为60%-70%的预期目标得以实现。在卫生化学实验授课总体效果的评价方面，有62%的学生感到非常满意，有34%的学生基本满意。此外，也有15人(31.91%)对卫生化学实验课的建设提出了意见，主要包括：希望教师讲透抽象的实验原理(比如pH玻璃电极的使用)；教师可以指导具体的数据分析；部分实验步骤过于繁琐且较难理解，希望可以适当简化；可以增加分组和学生参与、动手的机会；希望综合实验设计较早进行，期末负担较重。通过课后的满意度调查，我们发现学生对改革的内容安排和考核方式总体满意，初步达成了提高学生动手能力和系统思维的培养目标。

3 展望

实验课是卫生化学的重要组成部分，其教学质量对学生系统思维、科研能力、实践技能的培养意义重大。通过课前对学生需求的调查，教师明确了学生的学习痛点和短板，同时也了解了学生对于提高动手能力的迫切需求；通过课后对教学效果满意度的调查，发现学生对改革效果总体满意，但实验教学中仍存在的不足。未来，我们还需要进一步加强实验操作和仪器使用的教学，讲透实验的基本原理，合理安排综合性实验设计的周次，将理论原理与实际应用相结合，帮助学生理解并掌握应用范围；此外，将调查后续实验课授课教师对于学生能力的评价与意见，以期更全面地评价改革效果，进一步调整改革举措。