基于创新人才培养的医学生创新训练项目实践

肖新莉,杨蓬勃,靳 辉,许杰华,刘建新,杨维娜,贾 宁,计胜峰,冯改丰

(西安交通大学医学部基础医学院人体解剖与组织胚胎学系, 西安 710061)

大学生创新训练计划(以下简称“大创”)是培养大学生创新能力、科研能力、团队协作能力等综合素质的重要实践活动,是高校教师教学活动的重要组成部分。实验实践环节在医学生的培养方案中占据很大一部分。学生通过参加大创项目,创新能力、科研能力和动手操作能力进一步得到提升,对于培养卓越医生和实现健康中国具有重大意义[1]。近年来,我校大学生参与大创的人数及项目数不断增加,指导教师的队伍越来越庞大,参与的年轻教师也越来越多[2]。目前,国内没有系统规范的大创培养模式作为参考,教学效果参差不齐。本教学团队拥有多年指导医学生大创的经验,经过反复探索与实践,结合本校的实际情况,提出以培养创新型医学人才为导向的大创培养模式,为医药高校教师指导学生提供参考[3]。

1 创新型医学人才科研素养的培养思路

参加大创项目是本科生初次接触科研工作,对于养成良好的科研素养尤为关键。在大创项目开展期间,由于本科生实验条件有限,需要多名学生齐心协力克服各种困难完成项目,是培养学生吃苦耐劳和团队精神的契机。另外,指导教师要以身作则,在大创指导期间,结合具体科研实验,可以很好地进行科研诚信、医学伦理、职业素养以及人文素养等教育。因此,创新型医学人才科研素养的培养主要围绕科学精神、科研诚信、医学伦理、职业素养以及人文素养五个方面进行[4]。

1.1 把科学精神教育融入大创指导

科学精神就是实事求是、坚忍不拔、不断创新、勇于探索的精神。具备科学精神是对一名科研工作者的基本要求,科学精神在无数科学家身上都得以体现。教师通过讲述或在学习微信群推送科学家的故事,使学生在思想上认识到科学精神的可贵,从而在实践中践行科学精神[5]。例如在做聚合酶链式反应(PCR)时,讲述“PCR之父”凯利·穆利斯数十年如一日不断攻克与改良PCR技术,终于在1988年实现了核酸简单快速的体外复制。PCR技术现已普及成为生物化学的基本技术。屠呦呦在研发抗疟疾药物时,发现了青蒿素,为获取高纯度的青蒿素付出了数十年心血,并多次“以身试药”,为人类战胜疟疾疾病做出了巨大贡献。

1.2 将科研诚信理念始终贯彻大创项目

近年来,国内外科研学术界一些人由于急功近利,多次出现重大的论文抄袭、图片造假,甚至在假论文的基础上,提出了假的原创理论,影响非常恶劣[6]。例如,哈佛大学Piero Anversa博士及其团队因数据造假导致发表在顶级杂志上的全部论文撤稿,进而使心肌细胞的干细胞疗法研究倒退几十年。教师通过向学生深度剖析撤稿论文、一稿多投和同行评议造假等学术道德问题,告诫学生引以为戒,诚信做人,实事求是,引导学生树立正确的科学观。

1.3 医学科研伦理的教育

遵守国家和所在单位关于医学科研伦理的规定是每一位科研工作者的基本责任[6]。教师以韩国首尔大学黄禹锡事件为例,向学生解释必须遵守人体实验伦理的几个方面:如诚实严谨、维护受试者安康与知情的原则、保护隐私原则等。在进行动物实验时,向学生介绍动物实验伦理原则,如善待小动物、尽量减少死亡与痛苦、保证合适的饲养环境、手术后注意动物保暖等。

1.4 培养学生爱岗敬业、科学严谨的职业素养

医学生是国家卫生与健康事业的接班人,未来工作岗位服务的对象是人,更要严格要求自己,把爱岗敬业、科学严谨的工作作风深入骨髓。在大创项目开始阶段,学生难免出现各种操作失误,实验结果多数情况下不尽人如意,容易出现畏难情绪。针对这种情况,教师引导学生迎难而上,传承和发扬老一辈科学家在艰苦的条件下、在各自工作岗位上攻坚克难、勤奋执着的革命精神[7]。

1.5 培养学生吃苦耐劳和团队协作的人文素养

大创项目要求学生在有限的时间内克服各种困难完成,例如克服对小动物的恐惧,完成动物实验;克服对某些化学试剂的过敏,完成配制实验用溶液等。在大创项目实施过程中,指导教师引导学生学习老一辈科学家吃苦耐劳、艰苦奋斗、自力更生的精神。在新中国建国初期,两弹一星科学家们在没有外援的情况下,在一穷二白的经济基础上,突破西方国家的科技封锁,在西北荒漠上将两弹一星研发成功。教师通过老一辈人无私奉献和艰苦奋斗的故事,培养学生吃苦耐劳的精神。

大创项目是多名学生在指导教师的指导下共同完成,需要齐心协力、分工合理、及时沟通。如今的大学生是在家庭、学校、社会的百般呵护下成长,多数学生习惯了以自我为中心的处事方式。针对这种情况,指导教师可以组织学生与以往获奖学生团队交流,让学生认可团队的重要性,在团队中做一个既能独立操作、又能与同学通力协作的人,激发学生集体主义精神[7]。

2 大学生创新训练计划的开展

在教育部的统一部署下,全国各省、各高校大规模开展大学生创新训练计划已十余年。目前,虽然大创项目开展的规模很大,参与的教师和学生人数很多,但由于没有统一规范的指导模式、培养模式和评价体系,致使部分参与的学生获益较少[8]。我校大创项目一般由大二或大三学生作为项目负责人,一个项目由3-5人组成团队,由1-2名教师指导,完成周期为1年。大创项目主要由选题、申请、实施和结题组成,学生在教师的指导下自主完成。

2.1 大创项目团队的组建

目前,大学生参与大创项目的热情很高。我们一般会选择学习成绩在中等以上、学有余力的学生参加各种课下项目,选择踏实肯干、责任心强、组织能力强、思维活跃的学生担任项目负责人,尤其是跟随指导教师完成过其他项目的学生,与教师沟通、配合得会更好。团队成员选择不同年级、不同专业的学生组成,成员可以由项目负责人自行寻找,教师进行把关。由于大创项目是课余时间完成,不同年级、不同专业的学生的课余时间和专业知识可以相互补充,有利于项目顺利完成。

团队组建前,教师可以与有意向参加大创项目的学生谈话,说明大学生参加大创项目的意义、完成周期、可能面对的困难以及要占用大量课余时间等,给出1周左右考虑时间再回复是否参加。团队组建后,教师再次与学生谈话,重点强调:①项目申请至完成,学生听从项目负责人的安排与分配,尽量协调好时间和发挥好每个人的擅长方面;②学生不能有“搭顺风车”的想法,一旦在中途发现有人消极对待项目,教师谈话警告,实在因为参加项目而出现学业困难的学生,劝其退出;③学生在项目申请和实施中有新的想法或是遇到困难,及时与同学、教师沟通交流;④团队定期召开组会,轮流汇报实验结果和文献检索结果,交流实验进展和最新相关文献报道。

2.2 大创项目的申请

2.2.1 选题 大创项目的题目通常经过指导教师和学生大创团队多次沟通交流后确定。选题的基本要求:①大创项目一般在一年内完成,应短小精悍;②有创新性,学生确定题目前,应大量检索文献,寻找该研究方向未解决的问题,在反复的小组讨论和文献检索中培养创新意识;③有以往的科研基础,本课题组的大创项目课题一般衍生于以往的大创项目或者研究生的课题;④可行性强,完成课题所需的实验技能本科生易掌握,例如,组织化学染色和免疫组织化学染色、免疫印迹实验、PCR技术、动物行为学实验、常用细胞系的培养等[9]。

2.2.2 申请书的撰写 申请书包括立题依据、研究目的和意义、研究内容和拟解决的关键问题、项目研究与实施的基础条件、项目实施方案、创新性和已有基础等。学生分工协作,通过查阅文献和相互讨论完成申请书的撰写,撰写时注意书写格式、语言书面化、图表的适时呈现等[10]。教师同时给学生强调以下几点:立题依据主要阐述所选题目的国内外研究进展进而给出合理的科学假设;研究目的和意义要简明扼要、实事求是,不能夸大;研究内容应条理清楚,层层递进,最后以图表形式总结呈现;拟解决的关键问题可以是科学问题,也可以是实验方法问题;创新性要求所要研究的内容有自己独有的需要探究的科学问题,不能重复他人工作。

2.3 大创项目的实施

大创项目要求本科生在教师的指导下独立完成。医学生的多数大创项目操作性内容多,一般情况下在实验室完成。实验室可分为动物操作实验室、形态学实验室、分子生物学实验室、细胞培养实验室、试剂存放与称量实验室、动物行为学实验室等。每个实验室都有相应的规章制度,重要的仪器设备有使用说明和注意事项。学生在初次进入实验室时,首先学习规章制度,初次进行某种实验操作或使用仪器设备时,必须有教师或高年级的研究生在现场指导[11]。

2.3.1 开展实验室安全训练 医学生物实验室常见的安全事故包括着火、爆炸、灼伤、割伤、生物安全事故等。指导教师告知学生进入实验室后,必须遵守《实验室安全管理制度》的规定,必须接受实验室安全负责人的培训。学生进入实验室应做好个人防护,实验操作要规范,时刻有安全意识,掌握必要的安全设备操作技能及事故应急处理方法。近年来,实验室安全事故时有发生,需引起足够的重视。SARS疫情期间,出现了新加坡和我国研究机构实验室病毒泄露事件,皆是因为实验室安全管理不善和实验人员操作不当造成实验室内病毒传播,对当地百姓的身体健康构成威胁。教师通过深度剖析这个事故,让学生明白实验室安全的重要性。

2.3.2 实验技能训练 学生进入实验室后,通过给教师或研究生做助手,逐步掌握实验室常用仪器设备的使用方法,学会常用液体的配置和移液器吸头、离心管等的灭菌消毒。学生要开展某种实验时,需要循序渐进,例如进行分子生物学实验时,先复习PCR、Western Blotting原理,再观看他人操作,然后可以自己动手操作其中简单内容,复杂部分让教师或研究生帮忙操作。经过2-3次重复,学生就能独立完成整个操作。在实验技能训练过程中,学生难免会犯错。教师引导学生学会总结经验教训,逐步优化实验操作过程。在这个阶段,有些学生容易犯盲目走实验流程而不关心实验原理的错误。

2.3.3 实验记录方法训练 实验记录是科研工作者进行科研活动的真实记录。我们要求学生进行纸质记录,写明日期、详细的实验过程和实验结果。规范的实验记录可以作为他人实验操作的说明,也可以用来学生自己总结实验的成败经验[12]。详细的实验记录能有效防止科研不端行为的发生,培养学生良好的科研习惯和工作作风。例如在诱导癫痫小鼠模型时,给小鼠腹腔注射匹罗卡品的剂量非常关键,受气温、小鼠体重、药物生产厂家、药物批次等的多种因素影响,每一次药物配成后,学生需要多次摸索合适剂量从而减少动物死亡率。这就要求学生详细记录药物使用剂量和动物死亡情况,便于之后实验调整药物剂量。

2.4 大创项目的结题

结题包括终期答辩、撰写结题报告书和科研论文。教师指导学生将前期的实验结果进行归纳总结,并且对学生进行图像分析软件、作图软件PhotoShop、统计软件SPSS、PPT的制作等初步培训。学生分工进行图片分析、细胞计数、作图、数据处理、PPT制作等。教师跟进了解工作进展并及时调整工作内容,组织学生进行预答辩并提出纠正。结题报告书包括绪论、研究目标与立题依据、研究内容、实验结果、结论与展望,部分内容与申请书相同,研究目标和研究内容有时根据实验结果需要调整;结题报告书的重点在于实验结果和结论,要求学生实事求是地展现实验结果,恰如其分地给出结论。经过前期的一系列训练,学生已经初步形成科研思维,科研论文的构思与撰写要求更严谨和缜密。教师与学生经过反复交流,大致构建出科研论文的框架,然后指导学生分工撰写论文,注意论文格式要符合期刊要求。

3 大创项目取得的成绩

3.1 学生方面

本课题组从2011年起连续多年指导医学生完成20余项大创项目,多次被评为校级优秀完成项目,1项参加陕西省“挑战杯”比赛获得三等奖,3项参加西安交通大学“腾飞杯”比赛获得二等奖,2项参加西安交通大学“腾飞杯”比赛获得三等奖,并且多次参加全国基础医学创新论坛比赛获得优异成绩;发表科研论文6篇,培养本科生100人左右,接近半数的学生在本科毕业当年考上硕士研究生,其中包括12名学生被推荐免试攻读硕士研究生。

学生经过大创项目的科研训练,创新能力、科研素质、专业的应用能力、基本实验操作能力、团队协作能力、论文构思及写作能力等得到全面提升。在参加大创项目中期、末期及专业竞赛的答辩时,学生对整体项目的把控能力、PPT及海报制作水平、临场应变回答问题能力、口头表达能力等得到锻炼。有些学生在整个项目的实施过程中,从盲目被动参与变主动参与,从对科研活动一知半解到熟悉一般规律,从实验操作时的手足无措到处之泰然。在大创项目中深度参与的学生收获也较多,这些学生最后阶段基本能够独立完成一名硕士研究生的课题。

3.2 教师方面

教师在指导大创项目的过程中也获益匪浅。首先,教师在与学生一起构思课题时,需要了解相关课题的国内外进展,在教学中可以将最新的科研成果结合教学内容展现给学生;其次,近距离了解学生的学习情况和需求,及时修正教学中的不足,甚至有些内容可以提炼成为教学改革项目,达到教学相长的效果;最后,指导学生获奖,在年终评优和职称晋级时获得加分项。

4 存在的问题及措施

4.1 学生方面

由于大创项目在学生的课余时间完成,学生容易一开始参与的积极性很高,后期产生懈怠心理。教师要经常鼓励学生持之以恒,树典型人物激励学生;另外,在学生组建大创项目团队时,注意不同专业和不同年级搭配,如此课余时间可以互补。

4.2 教师方面

由于大创项目经费和完成时间有限,教师在确定课题时,应注意把控项目规模。大创项目经费通常需要指导教师补贴。大创项目在初始阶段,指导教师需花费心血对学生进行基本实验理论和技能的培训,给学生奠定好基础后,中后期由研究生辅导,教师从旁协助完成课题,建立本科生-研究生-教师的多级辅导模式。

4.3 学校方面

学校严格把控医学生大创项目质量,从项目申请评审、中期检查和末期结题层层把关,制定相关保障制度。首先,广泛征求教师建议,制定项目评审、中期检查和末期结题验收细则,即时优胜劣汰,动态进行项目管理;其次,对于研究思路新颖、创新性强、项目立项和中期检查表现优秀的项目应该加大资助力度,对于中期检查较差的项目减少资助额度甚至注销。

学校完善激励机制,制定系列政策鼓励教师和学生参与大创项目。教师方面:①将大创项目的指导工作量计入年度考核工作量;②在年度评优和职称晋升中体现指导大创项目获奖方面。学生方面:①本科生参与大创项目应该计入实践活动学分;②在参评奖学金和推荐免试攻读硕士研究生体现大创项目参赛获奖方面和论文发表。