自主实验设计与学生创新力锻炼

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机能实验教学作为基础医学教育的重要组成部分,在培养医学生的实践能力和团队精神中发挥了重要的作用。但传统的机能实验教学强调的是验证性实验,是理论课教学内容在实验室的再现,对启发学生的科研思维、培养其创新能力还远远不够。为此,自1999年我校机能实验中心成立后,我们进行了一系列机能实验教学改革,包括最初的综合性实验、随后的自主实验设计以及新近设立的医学动物实验设计理论课,为促进学生多学科知识的交叉与融合,培养学生的创新精神和独立分析问题、解决问题的能力奠定了良好的基础,受到学生广泛的好评。但同时我们也注意到,在这些实验的具体实施过程中还存在一些问题,需要我们不断进行总结,及时调整教学方案,为深化机能实验教学的研究与改革,培养学生的创新能力和开阔的视野发挥积极的作用。

一、综合性实验的开展

传统的机能实验教学以验证性实验为主,主要目的在于强化与巩固课堂理论知识,往往忽视了对学生创新能力和综合素质的培养。而且,由于各学科之间缺乏有效地融合,使得实验内容有较多的重复,因此在一定程度上还造成了教学资源的浪费。为此,北医在1999年成立了统一的机能实验中心,将生理学、病理生理学和药理学三个教学实验室融合在一起,实现了资源的优化和共享,并相应开设了一系列综合性实验,如“血压调节和失血性休克”、“影响离体心脏灌流的因素及缺血—再灌注损伤”和“家兔肾功能测定及急性肾功能衰竭”等”,将生理学、病理生理学和药理学的知识有机地结合起来,使学生对机体正常的生理调节机制、疾病时功能代谢的改变和药物的作用有了直观和连贯的认识,促进了学生对所学知识的融会贯通,提高了他们综合运用知识的能力及彼此互助合作的团队精神。综合性实验的不足之处在于实验往往比较复杂,需要较多的课时来完成一个完整的实验,因此在时间安排上常常具有一定的难度。另外,综合性实验中依然是教师占据主导地位,学生相对来说还是处于一个被动的地位,对于培养学生的科研创新性还远远不够。

二、自主实验设计的开展

在掌握基础实验和综合性实验的前提下,为了进一步加强学生在实验过程中的主动性,激发他们的科研兴趣,培养他们的创新意识和独立分析问题的能力,我们在2001年又开设了设计性实验课程[1]。针对与机能学内容相关的研究目标,由学生以实验小组为单位自选题目,课下利用图书馆、互联网络查阅文献,提出实验设计方案,然后在实验课上进行实验设计答辩,通过学生之间的提问、回答以及老师的点评完善学生的实验设计,选择优秀的设计方案在橱窗展出。比如学完肝功能衰竭,很多学生就会想到去设计一个肝性脑病及其防治的实验方案;学完呼吸衰竭,就会想到去设计一个肺水肿及其抢救的实验方案。设计性实验的优点在于能够提高学生的自学能力,使他们能够结合课堂所学内容,针对某个有争议的环节去设计实验进行验证;或者突破所学课程的局限,设计跨学科的综合性实验,对于培养学生的科学思维能力、文献检索能力和表达能力具有较大的帮助。不足之处在于最初的实验设计只是纸上谈兵,缺乏实际操作,很多学生感到意犹未尽,抱有不小的遗憾。

三、自主实验设计及操作

经过对学生自主设计实验的不断完善,这项工作得到了专家的认可,学校也拨专款资助机能实验教学改革,从2004年起我们在评选出较优秀的实验方案后,就让学生们自己动手完成实验,这样学生们的设计性实验就不仅仅局限于纸上谈兵了。自主实验设计方案的实施为学生们提供了一个自由发挥、施展才能的更大空间,对调动他们的热情和积极性,进一步提高他们的科研兴趣具有重要意义,也由此获得了学生广泛的好评和热爱,许多学生甚至把它作为自己最喜爱的一个实验来对待,称为“我的实验”。为了提高实验的成功性,学生们会更加认真地设计自己的实验方案,课下和同学、教师经常进行交流和探讨,对设计方案不断进行修改和完善,对可能的结果反复推敲,保证了实验方案的科学性和可行性。比如,学生曾设计过“人工冬眠状态下家兔对缺氧的耐受性”,通过静脉注射氯丙嗪配合冰袋降温来模拟家兔人工冬眠状态,并通过监测血气来观察家兔对缺氧的耐受性。由于是刚刚开展自主实验设计的操作,并没有太多经验可拿来借鉴,因此尽管理论上准备的很充分,但由于没有事先安排预实验,所以实际操作时还是出现了一些意想不到的问题,比如药物剂量的把握等等,最终造成实验结果不够理想。尽管设计性实验的教学目的并不在于实验的成功与否,但如果实验结果不好,在一定程度上还是会影响学生的积极性。因此在后来的实验中,我们都尽可能地组织一部分动手能力较强的学生进行初步预实验,然后根据预实验的结果进行实验条件的调整和优化,以最大程度地保证学生在自主实验设计操作中取得较好的结果[2]。

四、实验设计的理论指导

自主实验设计不仅为学生充分运用自己所学的理论知识和施展实验技能提供了空间,也使学生对科研工作有了初步的认识,这对于培养他们的科学思维和创新能力,提高他们的科研素质都有较好的启示作用,也为今后从事科学研究工作奠定了良好的基础。尽管如此,在对几年来开展的学生自主实验设计进行总结的过程中我们还是发现了一些问题,主要表现在实验设计方案的科学性和创新性还有待加强。因为大多数学生都是初次接触实验设计,受知识结构及科研经历的限制,他们的实验设计大都局限在一个固有的框架中,是对已有机能实验的一个模仿,创新性还远远不够。而且,部分学生对实验设计的一些基本原则还缺乏应有的了解。为此,自2010年起我们又专门开设了2学时的理论课,由具有多年机能实验教学经验的教师对“如何进行实验设计”进行讲解。老师先让学生把实验设计中不了解、不注意以及不满意的问题全都提出来,然后引导学生展开讨论,最后才将实验设计的基本要素、基本原则及实验动物的选择等知识加以介绍。这堂课与其说是一堂理论课,不如说更像是一堂讨论课,教师采取开放式教学,以学生互相讨论为主,教师仅仅起一个引导作用。学生们提问非常踊跃,老师并不急于回答,而是把学习的主动权交给学生,让他们在相互讨论的过程中自己去寻找答案,以加深他们对实验设计的认识和理解。课后学生们反映这堂课收获很大,初步懂得了应该怎样去设计一个实验,了解了真正意义上的科研设计应该注意的基本原则。在进行实验设计的理论指导后,我们也看到同学们的实验设计水平有了一定的提高。

五、机能实验改革的展望

综上所述,自主实验设计是机能学实验教学中极其重要的一个阶段,是一种模拟科研过程的实验教学模式,它既可以使学生初步掌握医学科学研究的基本过程,又能激发学生的科研兴趣,对于培养学生的创新思维能力,提高其综合素质具有较大的优势,是未来机能学实验教学改革的重点[3]。目前让我们感到非常遗憾的一点是,尽管有些学生设计的实验方案具有较强的创新性和临床意义(比如“急性弥散性血管内凝血及其抢救”、“心肌缺血再灌注损伤的防治”等),但最终由于机能实验室条件的限制(比如实验仪器和药品)而未能实施,很是可惜。相信随着学校对机能实验教学投入的增加,实验室和实验设备条件的改善,动物和试剂的保障,机能实验中心将会为开展自主实验设计创造更好的条件,为培养高素质医学创新人才提供更好的保障。