基于创新驱动的实验动物学实验课“全景式”教学设计

赵善民，冯 延，张静远，杨文静，陈 超，王君阳，崔淑芳 (海军军医大学基础医学院实验动物学教研室， 上海200433; 通讯作者)

实验动物学是高校生物医学人才培养体系中重要的基础课程之一[1,2]。据统计，生物医学研究课题中60%以上的科研课题需要用到实验动物。PubMed收录的生物医学论文中，79%涉及动物实验。因此，实验动物学具有很强的实践性和应用性[3,4]。实验课教学作为直接连接理论知识和科学实践的桥梁，在培养学生的创新能力和实践应用能力方面发挥着重要作用。实验动物学实验课主要包括常用动物实验技术和人类疾病动物模型的复制。目前在实验动物学实验课教学中，多数院校采用的是传统验证性教学模式，即开展一些简单性、验证性、重复性实验[5,6]。在这种教学模式中，学生不需要自己设计，对培养创新思维和实践能力具有一定局限性。开展基于创新驱动的“全景式”教学设计成为实验课教学改革的必然方向。

1 当前实验动物学实验课存在的问题

1.1 教学观念落后

实验动物学是一门以实验为主的学科，实验课教学是其重要组成部分。但是受传统教学理念的束缚，目前在课程教学中普遍存在重理论、轻实践的现象[7,8]。实验课教学甚至被认为是辅助教学方法，其地位远低于理论课教学，有些高校甚至不将实验课纳入教学督导中。部分教师对实验课的认识也仅停留在单纯的讲解、演示实验技术或方法层面。实际上，实验教学是培养学生核心素养的重要途径，在培养学生创新实践精神方面发挥着不可替代的作用，不仅能够加深学生对所学理论知识的理解，更能培养学生的创新精神和探索实践能力，对人才培养目标的实现起着举足轻重的作用。

1.2 教学资源有限

受场地、经费、学时等因素限制，可用于实验动物学实验课教学的资源比较有限，多集中在部分急性损伤动物模型的制备，如氯化铵腹腔注射诱导肺水肿大鼠模型的制备，甘油肌肉注射肾功能衰竭大鼠模型的制备，乙醇灌胃诱导胃溃疡大鼠模型的制备等。这类模型制备方法简单，症状典型，评判指标明确，短时间内即可成模，适合开展课堂教学。但是一些慢性疾病动物模型或者转基因、基因敲除导致的动物模型在实验课中的使用极少。因此，可用于实验动物学实验课教学的资源相对局限。

1.3 教学模式单一

目前，实验动物学所开设的实验课大都是验证性、重复性实验。通常教师讲解和演示实验内容，然后要求学生严格按照步骤或演示来完成相关实验操作，即“教师照着讲、学生照着做”的教学模式，留给学生“创造发挥”的空间较小[9,10]。如氯化铵腹腔注射诱导肺水肿大鼠模型制备时，大鼠一般腹腔注射后5 min后出现呼吸困难、频率加快、肌肉无力，10-15 min可见广泛肌颤、全身抽搐，最后因呼吸衰竭死亡，鼻孔与口腔涌出血性泡沫样液体[11,12]。在相应的时间点上，学生必然会观察到相应的模型表征。实验缺乏创新性或探索性要素，导致部分学生对实验结果缺乏期待。因此，这种实验课教学模式已成为制约学科发展和人才培养的因素之一，影响了学生创新精神和实践能力的培养，不能适应复合型、应用型、创新型人才的培养需求。实验教学内容和方法的先进性与创新性远不能满足学校对创新型人才培养的需求成为课程教学的主要矛盾。探索突出创新能力培养的实验教学模型，对提升教学质量具有重要意义。教学不是单纯的技能型活动，不只是“授之以鱼”，教学是师生共同进行的以发掘新知、启迪思维、引领不断求索为目的的探究性活动。

1.4 考核方法局限

建立可量化、导向明确的实验课考核评价方法是实施奖惩措施，保障教学质量的关键。目前实验动物学实验课的评价方式比较简单,多采用实验操作考核、笔试或实验报告来进行,侧重于对实验完成度、操作规范性等的评价[5]。这种评价方法虽然能够简便直接地反映出学生对实验操作的掌握，但局限性也很明显。部分学生对实验技术浅尝辄止，不肯积极探索，在教学过程中容易形成走过场的现象。教师并未树立支持积极创新探索的考核导向，无法全面评价学生的实验能力和水平，特别是缺乏基于动物模型的探索性或者创新性活动的评价。因此，学校尚缺乏创新导向的评价体系，从而导致学生实验课创新动力不足，创新实践较少。

2 创新驱动“全景式”教学设计

2.1 拓展实验课教学资源

实验动物学教研单位通常也是所在单位的动物实验平台，开展大量的实验动物繁育和动物实验。这就形成了大量的实验动物资源，部分资源可以转化为教学资源，比如制备的各种急慢性人类疾病动物模型、转基因动物等可以用于实验课教学实践。本教研室常年维持着100余种的不同基因修饰大小鼠的活体繁殖，每年制备数十种人类疾病动物模型。这些实验动物资源可以应用于实验课教学，可开展基于这些资源的实验课教学设计。

2.2 建立实验课教学模式

教学设计是实施教学的重要途径和保障，建立创新驱动的“全景式”教学设计需要突破传统的实验课教学观念、教学方法，甚至授课时间和空间的限制，围绕创新实践合理规划课前、课中和课后三个环节的有效衔接。教学设计是学生经历提出科学问题、设计实验、实验验证、结果分析的全部科研过程。如图1所示，在课程开始前4-5周，教师向学生介绍课堂所要制备的人类疾病动物模型及部分常用模型的制备方法和原理，如甘油注射或肾缺血/再灌注方法制备大鼠急性肾功能衰竭模型，并提出实验设计要求，可通过介绍一些获得成果的实验设计案例，如中医大肠“俞募配穴”、中药肾衰合剂等用于大鼠肾功能衰竭的实验设计，启发学生自主思考。3-4名学生组成学习小组通过查阅文献或者临床咨询等途径，提出在动物模型制备过程中可能的发病机制、预防疾病发生的待验证方法，或者疾病发生之后可有效减轻疾病损伤程度的待验证手段。在课程开始前2-3周，教师参与小组讨论，重点把握实验设计的科学性和操作的可行性，避免过于复杂或难度较大、周期较长的实验设计，指导学生修改完善实验设计。然后，教研室根据学生实验设计协调相应仪器、设备用于课堂教学，同时订购所需试剂满足学生实验需求，也可开展部分预处理实验。课中，学生动手构建人类疾病动物模型，并依据实验设计开展疾病发病机制标本取材，或者防治方法效果观察，验证提出的科学问题。课后，学生对实验进行补充，并对结果进行分析，撰写实验报告，完成整个实验研究。教师依据课堂表现、实验效果、实验分析等方面表现给学生打分，最终建立创新探索驱动的“全景式”实验课教学模式。

图1 “全景式”教学设计模式

2.3 教学效果评价

学生考核可分为技能表现及创新实践两部分，其中技能表现占总成绩的40%，创新实践占总成绩的60%。技能表现主要依据理论综合知识、基本技能掌握程度与模型评价三方面进行考查，成绩比例分别为20%、50%与30%。创新实践主要依据实验设计质量、实验实施程度、验证效果三方面进行考查，成绩比例分别为30%、50%与10%。课程结束之后，教师依据学生各方面成绩所得，综合给出课程总成绩，同时向学生发放实验动物学实验教学改革满意度调査问卷，调查学生对课程改革的满意度，并征集意见。

3 “全景式”教学设计的优势

3.1 激发师生的参与热情

“全景式”教学设计允许学生开展自主设计，激励学生积极探索、勇于创新，能够更好地激发学生开展实验设计的热情。在创新实践中，学生会提出一些假设或猜想。这些假设或猜想虽然可能有很大的不确定性，但有些实验构思能够调动教师的兴趣，激发教师的科研兴趣和探索欲望。因此，教师能够以更加饱满的热情投入实验课教学，与学生一起讨论、共同探索。

3.2 有利于创新型人才培养

“全景式”教学设计不同于以往验证性教学活动，以解决问题为导向需要借助学生掌握的实验技术开展创新实践，使学生得到较全面的训练，有利于激发学生的自主思考和探索。学生通过自主选题、自己设计、探索研究、总结分析等过程，不仅能够学习掌握相应的实验操作技术，更能激发勇于探索、锐意进取的科学精神，充分发挥实验课在培养学生创新思维和实践能力上的优势。

3.3 符合实验动物福利要求

实验动物福利不仅影响着实验动物的健康及动物实验的科学性、准确性，同时也是学生应该具备的职业素养。实验动物福利提倡使用较少量的实验动物获取同样多的实验数据或使用一定数量的实验动物能获得更多的实验数据[13]。在制备的人类疾病动物基础上开展创新实践，可最大限度地发挥实验动物的价值，有效提高资源利用率。同时在实验过程中，我们要求学生熟悉实验内容及操作步骤，减少实验操作不当或不熟练等因素给实验动物带来的痛苦和伤害。

当前，科技竞争已经成为国际关系的主旋律之一，全球竞争集中在“对科技制高点的竞争”上。教育工作者只有不断更新教学理念，创新教学模式，才能培养出适应时代需求的创新型人才。实验动物学作为高等医科院校公共基础课程之一，在培养学生动物实验操作能力和提高科研思维方面具有独特优势。基于创新驱动的实验动物学实验课“全景式”教学设计突破了传统验证型实验课授课模式，顺应了人才培养的发展方向，是实验动物学实验课教学中因材施教的必然趋势。