应用与创新为导向的微生物学实验教学设计

［摘 要］ 实验教学是加深医学微生物理论知识的关键部分，也是培养医学生创造力和动手能力的重要途径。教学实践中发现传统微生物学实验课程内容与方法已经逐渐与社会实践脱节，教学效果有待提高。在前期探索的基础上，为进一步提升教学效果，课程组充分分析教学问题，整合教学内容，改革教学方法。以乙型脑炎病毒减毒活疫苗制备为主要内容，在保障生物安全的基础上，将病毒标本处置、生物安全与个人防护、病毒分离培养和鉴定等教学目标及病毒学相关的重要内容融入其中，并在多个部分融入对学员创新能力的培养，形成了一套以应用与创新为导向，从理论到实践、从实践到创新的“医学微生物学实验”课程教学模式。这种模式的初步应用取得了良好的效果。

［关键词］ 微生物学实验；教学设计；乙型脑炎病毒；应用与创新

［基金项目］ 2021年度上海市青年科技英才扬帆计划“SARS-CoV-2感染肺泡上皮细胞的入侵机制研究”（21YF1457800）；2021年度国家自然科学基金青年项目“JEV非结构蛋白1在诱导自身免疫性神经元损伤中的作用机制研究”（32100122）

［作者简介］ 刘延刚（1990—），男，四川内江人，博士，海军军医大学海军医学系讲师，主要从事医学微生物学研究；郑 旭（1987—），男，河北徐水人，博士，海军军医大学海军医学系讲师（通信作者），主要从事医学微生物学与病毒疫苗研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）10-0113-04 ［收稿日期］ 2022-05-27

引言

国务院于2015年印发的《统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案》中明确要求：“要着力培养富有创新精神和实践能力的各类创新型、应用型、复合型优秀人才［1］。”随着医学事业的飞速发展，对医学生创新与实践能力也提出了更高的要求。“医学微生物学”是医学相关专业的一门必修课程，具有较强的应用性和实践性。微生物学是一门建立在实验基础上的学科，而实验教学作为“医学微生物学”至关重要的一个模块，是加深对理论知识学习的关键部分，也是培养医学生创造力和动手能力的重要途径［2-3］。如何改革教学体系，优化实验设计，提高对学生创新与实践能力的培养效果，是“医学微生物学”教学的一项重要课题，也是教学改革的研究热点［4］。

传统微生物学实验课程针对学生理论课程授课内容，尽可能多地将理论知识重点纳入实验课程中来。然而，在近年的实践中我们发现，随着科学技术的突飞猛进，尽管微生物经典原理与理论变化不大，但是原本的多数实验内容与方法已经与社会实践脱节。这不仅会让学生丧失学习兴趣，违背课程设计的本意，更对学生未来在工作实践中运用医学微生物学实验原理与技术不利。鉴于此，本课程组前期根据这门课程的特点，在教学改革方面做了诸多有意义的尝试，并获得了良好的教学效果［5］。在此基础上，为进一步调动学生积极性，提升教学效果，本课程组改革教学模式，更新教学内容，以乙型脑炎病毒减毒活疫苗制备技术为基础，初步建立了一套以应用与创新为导向的实验课程教学模式。笔者现就此教学设计作简要交流，为读者提供参考。

一、分析教学问题

“医学微生物学实验”课程内容基本与理论教材相对应，分为细菌、病毒、真菌以及其他病原体相关实验。各部分实验结构设计基本相似，主要包括概述与具体病原体特性相关实验。在这里，我们以“病毒学实验”为例进行设计。“病毒学实验”部分的教学目标是让学生掌握病毒的标本处理、分离培养和鉴定技术。考虑到生物安全，原来开展的实验课程中学生只操作“血凝实验”部分，“流感病毒鸡胚接种”和“病毒致细胞病变”均只作为展示内容。尽管内容上达到了教学目标，但是在实践中我们发现：一方面，实验内容比较分散，缺乏连贯性，学生整体掌握情况比较一般；另一方面，实验内容距离生活比较远，部分学生缺乏兴趣，导致上课过程不够专注，实验完成度较低，更难培养创造性；此外，操作部分太少，学生难有动手机会，容易缺乏感性认识，导致学生学完以后印象不深。

这些问题不同程度地存在于本课程的其他部分，也广泛存在于其他学科实验课程中。因此，亟须设计一套科学合理、行之有效的新教学模式，不仅要全面涵盖教学目标，还应贴近生活、连贯有序、全程参与，让学生想来做、可以做、做得好。这不仅对我们上好病毒学实验课有重要意义，还可以为微生物学其他部分实验课程乃至其他学科的实验课程改革提供重要的参考。

（一）整合实验内容

本课程组在教研室主任的领导下，组织进行了系统的分析与研究，最终选择了以“乙型脑炎病毒减毒活疫苗制备”基本过程为实验内容，主要考虑是：一方面，乙型脑炎病毒减毒活疫苗是我国计划免疫的重要部分，所有儿童均需接种，贴近学生生活；另一方面，乙型脑炎病毒减毒疫苗株无致病性，可以作为安全的研究材料。实验的流程参考《中国生物制品规程》2000年版中《冻干流行性乙型脑炎活疫苗制造及检定规程》部分要求，在保障生物安全的基础上，将生物安全与个人防护、病毒标本处置、病毒分离培养和鉴定等教学目标及病毒学相关的重要内容融入其中。同时，实验技术是在不断发展的，尽管目前已经有标准操作规程，但是在各方面需要与时俱进，不断创新。因此，我们在实验过程的多个部分中融入了学员可以发散思维的内容，激发学员学习热情的同时，加强对学员创新能力的培养。在此基础上，所有实验内容与流程均以实际应用与创新为导向，最终设计了如下教学内容。

（二）进出实验室

生物安全是医学微生物学的重要内容，不仅是从事医学微生物学研究的基本原则，也与医学生从事临床工作密切关联，是医学生培养的关键内容［3，6］。对此，我们采用无致病性的乙型脑炎病毒疫苗株，模拟具有一定致病性的病毒，让学员从一开始接触病原体就培养生物安全观念。所以在进入实验室之前，不仅要对实验内容进行面授讲解，同时还要对学员在实验室生物安全、个人防护装备的穿脱方法与注意事项等方面进行全面培训。进出过程由教员全程监督，并对不规范操作进行指正。课后通过监控回放，引导学生讨论并指出典型错误，加深学生印象。同时，预留课后思考题，如“设计一套保证防护效果，不增加生产成本，但是穿脱更方便的防护装备”。如果学员中有突出设计（可以多人合作设计），则鼓励其撰稿申请实用新型专利。通过这一过程，可以让学员真正建立起生物安全观，并激发学员创新能力。

（三）病毒接种与培育

给每组（两人一组）分发提前准备好的单层BHK细胞，镜下观察并对正常细胞形态进行拍照。在生物安全柜中取出病毒原液，接种于细胞，置于35～36 ℃培养箱中培养2小时后，更换新鲜的培养基。最后对相关实验材料进行消毒灭菌，退出实验室。实验结束后要求学员做好实验记录，绘制细胞形态，并预留课后思考题，如“如何快速或实时了解培养基中病毒滴度”。这一教学过程不仅要融入病毒分离培养的知识，还要培养学员无菌操作观念和正确处理带有生物威胁的样本的能力，同时还要让学员感性了解生物制品（如疫苗）生产过程的操作环境，提升学员的参与感与学习兴趣。

（四）细胞病变观察

经过72小时培养以后，每天需要学生自主观察2次细胞状态（早晚各一次，拍照保存），直到学生自己判断约60%细胞出现明显细胞病变。这一过程要求学生动态观察细胞形态的变化，掌握细胞发生病变时的具体表现，做好实验记录。同时，还要求学生课后根据实验经历复习病毒感染细胞后复制、释放、再感染的过程，不断加深对理论知识的理解。

（五）病毒液收获与鉴定

学生根据自己判断，当60%细胞出现明显细胞病变时，对细胞进行拍照并收集培养上清液，离心过滤分装至无菌安瓿瓶中密封保存，随后取病毒原液利用空斑法滴定病毒滴度。同时教员取各组学员收获的病毒液统一滴定。一方面比较学员测定的病毒滴度与教员的结果是否存在明显差异，一方面比较不同组别学员滴度高低。最终，确定疫苗制备成功的小组，给予适当奖励。课后，要求学生在完成实验记录之后撰写整个课程心得，根据自己操作过程提出疫苗制备中应该改进的环节及改进的方法。

二、优化考核方式

以往我们主要通过实验记录对学生进行考核，考核方式单一，并且无法避免抄作业情况，难以区分学员是否积极参与到实验操作中来。而在这一教学实践中，我们采取了综合考核方式：将实验课程的考核内容分为4个部分，实验过程参与情况占比20%，实验记录占比20%，实验结果占比40%，创新性思维占比20%。具体来说，对于学员整个实验课程的考核，首先是对上课态度的考核，这是整个课程能顺利完成的基础，对于不积极参与甚至逃课的学员应予以扣分并体现在最终成绩中。其次，正确的实验记录是科学研究和生物制品制备中的重要环节和基础，要求做好实验记录有利于培养学生严谨细致的工作态度，同时培养良好的科研习惯，为未来从事科学研究打下基础。再次，实验结果在整个考核中占据最大比重，这一设计的目的是要以应用为导向，驱动学员在整个实验过程中朝着制备高质量高滴度疫苗去努力，这不仅可以更好地将实验内容串联起来保持学生兴趣，还可以避免学生在实验中途懈怠而造成操作失误。最后，对创新性思维的考核占有重要的地位，主要对学员课后创新性的设计（如新的防护装备、病毒滴度监测方法和其他新的改进设计），以及对实验环节的反思与建议进行评价。这就要求学员在整个实验过程中充分发挥创造性，思考并挖掘可改进的地方，并提出新的设计或改进建议。这样的考核方式更加灵活和系统，促使学生更加积极地投入到实验课程中去。

三、教学效果反馈

经过前期教研室论证后，我们在一个班级试行了一个学期新的教学设计。整体运行下来发现此教学设计具有以下优势：（1）实验准备更方便。实验所使用的材料多数可从实验室现有课题材料中获取，不用单独存储和管理，提高了资源利用率，避免了浪费，同时减轻了教师的工作负担。（2）学生参与度更高。学生对实验更有兴趣了，多数学生在整个实验中都比较积极且能提出各种有意义的问题。（3）实验完成度较高。设计的实验难度不大，将实验结果作为重要的考核目标，所有学员均全程参与并成功培养出病毒，完成了实验。（4）激发了学生的创造性。学生设计了多种更方便穿脱的防护服以及检测病毒的方法，如在培养板中贴抗原检测试剂条等，说明学生在实验过程中以及课后进行了深入的研究和思考。（5）培养了团队协作能力，每组学员需要密切配合才能高效地完成实验，需要多讨论与交流才更利于优化实验条件，从而获取高滴度病毒。

同时，在经过一学期的试行后，学生们提出应在获取病毒后通过动物实验检验所制备疫苗的免疫效果，从而更直观地感受疫苗的应用价值。对此，本课程组也认为，疫苗的实际应用确实也更能凸显本教学设计的应用导向初衷并能提升教学效果。然而，受课程时间的限制，实践中难以在收获病毒后再安排动物实验，这需要我们更加深入地研究来调整实验内容或课程设计。此外，还有学生提出，由于没有见过生物制品生产的实际工作流程，对疫苗生产技术的应用理解不深，希望能够现场参观生物制品生产流水线。

结语

随着社会对应用型、创新型、复合型人才需求的日益增加，我们在培养人才的时候也需要灵活调整，敢于创新和突破。要注重以学生的发展为牵引，以应用和创新为导向，将人才培养的目标融入课程的各个阶段中。本课程组基于前期探索，以乙型脑炎病毒减毒活疫苗制备为主要内容，创新教学设计，形成了一套从理论到实践、从实践到创新的“医学微生物学实验”课程教学模式。这种模式的初步应用取得了很好的效果，并且还进一步发现了学生对技术实用性以及现场参观的需求。在未来的课程中，我们将逐步将这种模式运用到“医学微生物学实验”其他部分的教学，甚至推广运用到其他课程的实验教学中，以期达到更好的教学效果。同时，学生对“知识走出去”具有强烈渴望，我们拟在课程时间允许的基础上，带领学生通过参观生物制品生产工厂、体验工厂生物制品制备等方式，开阔眼界，了解最前沿、最先进的生产设备和工艺，加深对理论知识的理解。

参考文献

［1］卞显洋.“双一流”建设中高校学科建设的分层治理：兼谈非“双一流”高校和学科的建设路径［J］.科教导刊（上旬刊），2020（1）：1-3.

［2］杨希.微生物学实验引入“项目式”分组模式的应用探讨［J］.教育教学论坛，2022（12）：145-148.