“三个一”助推药理学混合式实验教学改革的实践和思考

Practice and thinking of “one idea, one feature and one center” in the promotion of the reform of blended Pharmacological experiment teaching

摘要

药理学实验对于医学生理解药理学基本理论，学习和掌握科学研究的思路、方法和技能具有重要的作用。在“互联网+”背景下，河北医科大学践行“一个理念”“一个特色”和“一个中心”的“三个一”实验教学改革，通过自建或选用适当的线上实验教学资源，配合线下实验开展教学活动，并坚持教学方法的创新，灵活运用信息技术手段充实实验教学内容，合理设计教学活动和优化实验考核方式，充分地调动了医学生学习实验的主动性，有力地助推药理学实验教学质量的提升，也为其他医学基础课的实验教学改革提供一种可借鉴的范式。

Abstract

Pharmacological experiments play an important role for medical students to understand the basic theories of Pharmacology,learn and master the ideas,methods and skills of scientific research.Under the background of “Internet Plus”,experiment teaching reform of “three ones”,which combines “one idea”,“one feature” and “one center” was carried out. Through self-building or selecting appropriate online experiment teaching resources,experiment teaching activities with offline experiments were carried out,innovation of teaching methods was insisted,and information technology was used flexibly to enrich experiment teaching content.Reasonable design of teaching activities and optimization of experimental assessment methods fully mobilized the initiative of medical students to learn experiments,effectively promoted the improvement of the quality of Pharmacological experiment teaching,and the practice may have the potential to provide a mode for the reform of experimental teaching of other basic medical courses.

Graphical abstract

关键词

药理学 / 实验教学 / 混合式教学 / 虚拟仿真

Key words

Pharmacology / experiment teaching / blended teaching / virtual simulation

药理学研究药物与机体相互作用及其作用规律，以生理学、生物化学、病理学、病理生理学、微生物学、免疫学、分子生物学等为基础，为防病治病、合理用药提供基本理论、基础知识和科学思维方法，是基础医学与临床医学以及医学与药学之间的“桥梁”，是医药领域各相关专业医学生的必修课。在阐明药物作用及作用机制，为临床合理用药、发挥药物最佳疗效、防治不良反应提供理论依据的同时，在新药研发和基础医学研究方法创新等方面也发挥着重要作用。药理学实验帮助医学生理解基本概念和理论，掌握基本操作技能，学习科研思路和方法，并孕育理论创新和实验技术方法的革新，是药理学教学的重要组成部分。传统的药理实验课教学方法以“教”为主，学生主体地位不能很好地体现，导致学生自主学习能力、动手能力和创新能力不足，且单一的在线学习也不利于学生系统知识的构建。2018年，教育部发布《教育信息化 2.0 行动计划》指出要建设万门线上线下精品课。2018年，教育部又印发《关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》，强调了混合式教学的重要性^[1]。在“互联网+”时代背景下，高校教师借助丰富的网络微课资源、虚拟仿真实验等辅助线下教学，积极探索具有时代特色的线上、线下混合式实验教学模式已经成为高等教育改革的新常态^[2-5]。近年来，河北医科大学教师充分利用网络教学资源平台，积极进取、不断开拓，贯彻“三个一”，即“一个理念” “一个特色”和“一个中心”的改革思路，开展线上、线下混合式实验教学改革，取得了一定的成效。“一个理念”即“基础知识和实践能力并重”的实验教学理念；“一个特色”即“线上线下互补、重交互、重探索”的实验教学特色；“一个中心”，即实验教学工作“以学为中心”。为了践行以上思路，学校从修订教学培养目标、培养方案、教学大纲、实验讲义入手，制定线上、线下实验教学计划，建立和完善药理学实验线上试题库，录制实验微视频，不断丰富线上教学资源和优化评价办法；在线下教育中恰当地引入临床案例，适时地融入课程思政元素，在实践中对学生群体进行观察、研究，发现问题并提出解决办法和对策。

1 传统药理学实验教学存在的问题

1.1 预习效果参差不齐

药理实验操作性强、知识点多，实验内容涉及多学科交叉，需要进行“有效的”预习才能“有备而来”，学得从容不迫，做得得心应手^[6]。传统课堂多是“先讲后学、先练后学”^[7]，教师需在短时间内逐一介绍实验目的、原理、设计、操作步骤和注意事项，还需兼顾基础知识的回顾，通过提问了解学情。仅凭上课时听一遍就一通百通是不切实际的，学生实验中常常发生实验步骤衔接不畅、耗时过久，出现突发状况不能从容应对，某些关键操作失误，原因之一就是学生未进行有效预习，对实验过程和操作流程不熟悉。教师感叹学生不认真，学生认为教师没教明白。问卷调查显示，课程改革（2018年）前“每次都预习和多数实验都预习”的学生人数不足30%，“偶尔预习”是学生学习药理学的常态（54.71%），“从来不预习和不知道预习内容”的学生达到16.71%（如图1所示）。可见，大部分学生具备预习实验的意识和行动，但总体上主动预习率较低。其原因有几个方面：一是，实验讲义或PPT内容刻板、枯燥，仅凭文字和图片相对抽象，难以想象实际操作过程；二是，传统预习方式缺少结构化的预习目标，学生没有带着问题去学习，很容易使预习流于形式；三是，缺少奖励性回报也是学生容易忽视预习任务的可能因素^[8]。此外，还有少部分学生从不关注实验内容，对实验安排持“无所谓”的态度而忽略了实验预习这一重要自主学习环节。

1.2 学生学习缺乏主动性

实验中学生缺乏主动性的原因是多方面的。有的学生畏惧动物操作，害怕误伤自己或他人而不敢捉拿动物或对动物进行给药操作；有的对上实验课缺少热情，认为学习理论知识更重要，实验看看老师示教就行；有的害怕操作出错，袖手旁观的多，主动操作的少，不管是实验受阻还是实验标本损坏，就宣告实验“失败”，宁可放弃也不愿重新开始，在心理学上表现为“被动的、不努力、容易放弃”的消极行为投入和“无聊、倦怠、沮丧”的消极情感投入^[8]。在创新思维方面，课程改革前60%以上的被调查者在实验课后“从不考虑自行设计实验”，甚至不了解何为“探究性实验”（数据基于所在学校临床医学专业学生调查所得，如图2所示）。因此，教学中应尝试针对不同原因探索解决方案，以提高学生的学习投入。

1.3 教师对信息技术应用有限

多媒体虽然用于实验课教学已久，图片、音视频使实验内容变得具体可视，但课件制作水平参差不齐、内容陈旧、呈现方式单一等弊病，使学生感到乏味枯燥，提不起兴趣。纵观近十年，随着国内“微课”的悄然兴起，带动了SPOC、慕课、虚拟仿真、自媒体等新媒体资源的涌现，网络上各类趣味横生的医学实验微视频不仅生动演示实验原理，还通过人机互动实现实时评价与反馈^[9]。青年学生获取网络资源的渠道更加广泛，当课堂教学难以满足其对新鲜、趣味、多样性的需求时，就会主动转向网络获取其他助益。医学知识专业性强，而网络作品良莠不齐，一些存在知识性的错误，学生因辨识能力有限而常被误导。如教师能从自身专业角度出发加以甄选推荐，则能减少错误信息对学生的误导，还能借此丰富教学资源，提高学生学习投入，并使教学质量得到进一步提高。

1.4 评价方式单一且主观

在传统的药理学实验背景下，实验结束后学生撰写和提交实验报告，由教师进行评阅打分计入平时成绩。小组内协作性、动手操作能力等过程性评价通常参考实验报告完成情况给分，缺乏对个体参与程度的客观评价，使学生认为评分不够客观，未能体现个体在实验中的贡献程度，打击了学生实验的积极性^[10]。

2 “三个一”助力线上线下混合式实验教学改革的实践

2.1 混合式实验教学课程设计

为践行“基础和实践能力并重”的实验教学理念，“线上线下互补、重交互、重探索”的实验教学特色，以及实现实验教学工作向“以学为中心”的模式转变，教师坚持“成果导向”（outcome-based education，OBE）的课程改革模式^[11]，通过制定培养目标、教学大纲、实验讲义、评价方案来建立混合式实验教学体系。具体包括：①梳理知识点。②确定线下课时和线上学时，分清以教师讲授为主的知识点和以学生自学为主的知识点，并根据以学生自主学习为主的知识点难易程度和数量设置线上学时。③编写教学目标。按照布鲁姆教育目标分类学的要求，编写知识点教学目标，明确知识的类别和认知过程要求，特别是将情感目标融入教学目标，实现价值观的引领。④确定恰当的过程性评价方式。制定能检验学生是否达到教学目标的过程性评价方式，特别是注重学生个体参与度的权重评价。⑤拟定教学策略，编排教学活动。采用恰当的教学方法，突出线上学习和课堂教学的融合，合理编排课堂教学活动的流程。⑥形成完整的实验教学教案。以教学设计为基础，形成以知识点为基本单元，多措并举的详细教学方案。在制定教学方案的过程中，依托“五个有效”的学习规律，即“基于问题的学习最有效，基于兴趣的学习最有效，基于实践的学习最有效，基于合作的学习最有效，基于反思的学习最有效”^[12]。

2.2 课前、课中、课后“三段式”教学实践

2.2.1 “线上线下互补”的课前预习

在教学改革实施过程中，实验课的预习采用多种形式开展，例如线下预习提倡采用结构法，布置预习作业单便于学生熟悉实验流程，比如关键词填空、单选题、问答题和填图等。手术操作复杂的实验，提前布置视听教材、自主录制的实验操作视频或线上虚拟仿真实验，让学生重点熟悉操作方法。线上虚拟仿真实验的互动模块支持反复学习和练习，具有“试错成本低”的优势。比如“药物镇痛作用效价强度的比较实验”，动物随机分组是重点和难点，学习方法上以“讲解+操作”的效果较好。虚拟仿真实验将操作难点分解使其条理化和模块化，并在其中嵌入了讲解视频，再配合互动操作，可让学生熟悉原理方法，在课上操作时便可运用自如。又如，家兔颈总动脉插管时导致动脉出血的失误在线下实验中容易遇到。虚拟仿真实验可将常见失误原因以互动问题或动画形式呈现，通过“试错”操作帮助学生了解应如何紧急处置失误，也使其深入思考应当如何提高操作水平而避免失误，正所谓“吃一堑、长一智”，这有助于培养学生的问题意识、鼓励探究精神、加深对规范操作的认识^[13-14]。混合式实验教学的预习不拘泥于时间，可按需进行，帮助学生熟悉、掌握实验流程和技术要领，提高其参与实验的热情和实验的成功率，提升教学效果。经过以上举措，学生预习率均有所提升，“每次都预习+大多数都预习”的学生比例由改革前的28.57%，提高到改革后的40.50%，使课前自主学习逐渐落到实处（如图1所示）。值得注意的是，“不预习”的比例在课程改革前、后的变化并不明显。一般来说，“预习”在实验课评价中占比较低（≤10%），学生对其重视程度可能不如其他环节。同时，受疫情防控影响该学期实验内容的先后顺序存在多次调整，部分未返校在线上课的学生“不知实验内容”未能及时完成实验预习，对预习率造成了一定的影响。

2.2.2 “以学为中心”注重课中问题引入

恰当的课堂导入能迅速抓住学生学习的注意力，引起学习兴趣。正所谓“教无定法”，课中引入宜采用灵活多变的方法和多种多样的形式，包括直接导入、复习导入、直观导入、案例导入和问题导入等。例如，“戊巴比妥钠LD₅₀和ED₅₀的测定实验”以选择题的形式考查LD₅₀、ED₅₀和治疗指数的概念，进而用问题法引出上述概念的用途和意义，从而指出实验的目的；再如，“动脉血压调节以及药物对家兔血压的影响实验”围绕一则高血压病案例以“从临床到基础”的三个问题，即“①调节血压有哪些神经体液因素参与？②该患者高血压的危险因素有哪些？③美托洛尔的降压机制是什么？”导入，既回顾了血压调节的相关知识，也引出了实验的主题——药物作用观察；又如，“豚鼠回肠肌标本制备和药物量效曲线测定实验”中，以“急性阑尾炎切除术后腹气胀”案例导入，列出术后肠麻痹的机制和原因，并设问“①哪些受体激动可以兴奋胃肠道？②为何离体肠肌制备时未用麻醉药？”该案例既能回顾兴奋平滑肌的药物及其作用机制，又解释了该实验中所选动物处死方法的原理。而在“药物对家兔尿量的影响”实验中，播放灌胃和导尿视频，直指实验操作的重点。“基于问题的学习最有效”^[12,15]，无论采用何种导入方法，最后都会落实到提“问题”促“思考”的层面，变“教”为“学”，在内驱力的作用下改善学习倦怠，提升学习兴趣。

2.2.3 “基础和实践相结合”的课后测试和知识拓展

课后测试可发挥检验学习效果的作用，目前最常见的方式是采用线上平台+多选题形式^[10,13]，也可以布置半开放性实验设计任务。课后测试题目不宜过多，应紧扣实验内容，测试结果必须能实时反馈给教师和学生，教师可针对共性的问题在下一次课前集中解释。实验设计任务应为与课堂内容有关的应用和拓展。例如，“豚鼠回肠肌标本制备和药物量效曲线测定实验”后，可以小组为单位布置“药物鉴别”实验设计作业，对给定名称但缺少标签的化学药品（例如氯化乙酰胆碱、硫酸阿托品、磷酸组胺、盐酸苯海拉明等）加以鉴别并给出鉴别步骤。课后测试和布置半开放性作业，既能促进和补充第一课堂的教学内容，丰富教学形式，还能促进学生合作学习，提高学生的综合素质与能力。此外，依托“机能学虚拟仿真实验教学平台”的试题库模块和考试模块，师生可随时组卷进行在线测试。例如，教师组卷考试。在考试过程中，教师可从教师端设备监考并发出信息指令，实现虚拟仿真实验操作和实验考核在同一平台上完成的一体化评价。

2.3 实验评价管理

混合式实验教学模式下，对学习过程的多元化评价体现在课前、课中和课后的整个实验教学过程，主要分为三部分：①以小组为单位完成的实验报告占20%。考查实验报告撰写格式的规范性，实验数据处理是否准确，讨论是否能结合所学知识并有深入的分析和思考等。②线上线下预习完成率、线下出勤率和课堂提问共占30%。③实验完成情况（全部完成或动物中途死亡未全部完成）、实验动物的处置（包括动物麻醉、固定、处死及尸体处置等操作的规范性）、小组内协作（是否有分工）、动手操作能力（各类导管置入，如导尿管、胃管、动脉插管等；各类注射，如兔耳缘静脉注射、小鼠腹腔注射、大鼠股静脉穿刺注射等；其他操作，如麻醉、固定、处死、剪毛、备皮、分离组织、分离血管和神经等）占50%。由于在实验教学中，加强了实验动物伦理学教育，达到善待动物和减少动物痛苦的目的。加强了学生团队协作意识的培养，鼓励学生集思广益共同完成实验操作和实验报告。因此，在多元化评价中既突出了实验教学对培养学生实验技能的重要作用，又体现了思政育人的效果，实现了知识、能力和情感目标的共同达成^[16-18]。

3 结束语

经过两年多的改革实践，通过对传统教学模式的创新，使该课程以学生为学习的主体、教师发挥引导作用的特点更为突出，不仅提高了实验成功率，还培养了学生的自主学习能力、协作能力和辩证思维能力。混合式实验教学模式充分地利用了网络平台和信息资源，使学习内容更加丰富多彩，学习方式更加灵活多样，拓展了实验教学的维度，实现了闭环式、沉浸式自主学习。不足之处是自主研发的药理学虚拟仿真实验数量仍较少，未能实现线下内容全覆盖，还须借助其他在线资源进行辅助。

线上、线下实验各有优势，混合式教学模式将线上、线下实验有机结合起来，扬长避短、互为补充。线上模拟是实验操作的“试练场”，线下实操是发现具体问题的“主阵地”，经由“预习”→“提问”→“实操”→“反思”→“提升”，实现自我提高，完成从“教”到“学”的转变，有力地助推了药理学实验教学质量的提升，也为其他医学基础课的实验教学改革提供了一种可借鉴的范式。

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基金资助

2022—2023年度河北省高等教育教学研究改革与实践项目(2022GJJG147)

2023—2024年度河北省高等教育教学研究改革与实践项目(2023GJJG154)

2022年度河北医科大学教育教学研究教学成果培育项目(2022CGPY-10)

河北省高等教育学会高等教育科学研究“十四五”规划课题(GJXH2021-067)

2022年度河北医科大学教育教学研究项目(2022YBZD-14)

2022年度河北医科大学教育教学研究项目(2022YBPT-74)