生物医学科学专业“模式动物原理与技术”课程教学方法探究

Teaching Methodology in Principles and Techniques of Model Organisms of Biomedical Science: Methods and Principles

摘要

近年来，我国的生物医药产业蓬勃发展，为满足其创新发展的迫切需要，人才储备必不可少。综合医学、生物学以及生命科学而增设的生物医学科学（Biomedical Science， BMS）专业已经成为我国高等医学教育的重要组成部分。“模式动物原理与技术”是我校生物医学科学专业学生的专业必修课，是一门讲授常用实验动物及其研究方法和应用的基础课程。本研究总结了生物医学科学专业“模式动物原理与技术”课程教学工作中的相关经验，根据生物医学科学专业特点，从优化教学内容、教学方法和评价体系等方面对本课程的教学进行探讨，促进这门新兴专业课程建设和医药领域教学的发展。

Abstract

In recent years, with the urgent need for the development of biopharmacy, the education for Biomedical Science (BMS) has become an important part of higher medical education in China. Principles and Techniques of Model Organisms is a compulsory course for BMS major in Shandong University, which is also a course that reveals important roles of selected model animals and related technologies in Biomedical Science. Based on years of teaching experiences on this course for BMS students, the authors discuss the teaching methodology of model animals from the aspects of optimizing teaching methods and teaching content in this article, to promote the quality of teaching and fulfill the talent market of biopharmacy.

关键词

生物医药 / 模式动物 / 生物医学科学专业 / 教学方法

Key words

biopharmacy / model organisms / biomedical science / teaching methods

随着我国健康科学和健康产业的迅速发展，培养兼具生物学知识和医学知识的复合式生物医学高级人才迫在眉睫，特别是随着“健康中国”规划的全面启动实施，“具有中国特色、更高水平”“建设一流医学专业、培养一流医学人才”的政策目标被明确提出^［1］。从2016年起，以培养优秀基础医学领军人才为目的，上海交通大学、哈尔滨工业大学以及山东大学等多所国内高水平研究型大学先后增设了生物医学科学（Biomedical Science，BMS）的本科专业，成为医学创新拔尖人才培养的重要组成部分^［2-3］。目前，包括西北大学、汕头大学和蚌埠医科大学在内，我国已有9所高校获批开设该专业，以上海交通大学和山东大学为例，该专业以医学院为主体，整合生物科学和医学课程方面的优势，建立以分子医学为核心，以神经科学、系统生物学、干细胞与再生等为引领的“本-博连读”一贯制教学体系。因而，如何科学地开展生物医学人才的教学培养，满足国家创新发展战略的迫切需求就成为目前医学教育值得探索的方向。在生物医学科学的发展历程中，动物实验及其相关技术至关重要，它融合了生命科学、医学和生物学等学科的理论体系和研究成果，其教学成果对于学生的实验技能和科学思维等方面将产生直接影响^［4-5］。

“模式动物原理与技术”既是医学实验技术专业的重要基础课程之一，又是培养基础拔尖创新人才科学研究思维和提高动物实验动手操作能力的综合课程。该课程融合了生命科学、医学和生物学等学科的理论体系、研究方法和研究成果，对学生的实验技能和科学思维等方面将产生直接影响。作为医学乃至整个生命科学研究的重要手段和支撑条件，“医学模式动物学”课程教学已成为医学课题有效实施的必要条件，其教学质量直接影响医学院校教学和科研水平。同时，随着科学技术的进步以及医学教育改革深化的需要，模式动物使用的数量和种类也更多，涉及的学科也更综合，技术手段也更丰富^［6-7］。在课程设置上，“模式动物原理与技术”是我校生物医学科学专业本科生的必修课，具有应用性强、知识点多以及学科融合强的特点，需要不断探索和优化以适应新时期的教学需要^［8］。笔者已连续开展了多轮针对生物医学科学专业“模式动物原理与技术”的教学实践，总结了一些理解和建议，下文对相关心得和体会与大家讨论交流。

1 “模式动物原理与技术”学情分析

生物医学科学专业是我校医学拔尖创新人才培养体系的重要组成部分，获批教育部 “强基计划”和山东省一流本科专业建设点。专业按照“严入口、小规模、重特色、高水平”的原则培养“国内顶尖、国际一流”的基础医学复合型拔尖创新人才。“模式动物原理与技术”是四年制生物医学科学专业的专业必修课（大学三年级），该专业学生将按照3+1+2硕士毕业或3+1+4博士毕业进行培养。学生已经完成包括人体结构与功能、病原生物与免疫、生物医学综合实验、疾病学基础与药物干预等在内的专业核心课程的学习，即将进入实验室，开始“科研轮转训练”，在实验室中进一步了解生物医学科学研究的前沿进展。

“模式动物原理与技术”课程涉及的学科非常多，知识看似简单，但知识更新快，如果课程的系统性和逻辑性不强，学生容易混淆，因此教和学都有一定的难度。课程初期的教学方式单调，教学素材和资料有待丰富与完善。教学若仍沿用教师讲授、学生被动听的传统模式，不利于调动学生的学习积极性，不利于培养学生的学习能力。由于理论与实验的脱节，在学习过程中，学生很少有机会实地观察特定模式动物的形态特征、生活习性以及生物学特性，进行实际动物实验操作机会较少，因此很容易失去兴趣。通过前期调研，目前“模式动物原理与技术”缺乏针对性的课程教材，课程学习完全依赖于课堂教师授课，师生间的互动多以教师问、学生答的方式进行，难以调动学生上课的兴趣，导致学生学习效率不高。针对教学中存在的诸多问题，如何更好地整合基础医学院代谢性疾病研究中心、遗传性疾病研究中心以及模式动物研究中心的教学资源，开展研究型教学，提高该课程的教学质量、激发学生的学习兴趣，成为课程教学重点关注的问题。

同时，系统性的医学本科生科研训练在我国并未广泛开展，开展本科生科研训练，加强科研素质培养是医学教育改革的重要内容^［9］。由于学生与实验动物接触的机会较少，对于利用模式动物开展实验具有畏惧和抵触情绪。因此，如何通过课程学习，让学生对模式动物产生兴趣，消除心理障碍，提高实验动手操作能力，培养科研思维，进而潜心基础研究，立志解决重大疾病防治问题是生物医学科学人才培养模式的共性问题^［3，5］。在复合型专业人才培养需要的前提下，学院整合了代谢性疾病研究中心、遗传性疾病研究中心以及模式动物研究中心的教学资源，并由研究线虫、果蝇、斑马鱼及小鼠等方向的科研导师和负责实验动物福利伦理审查的实验动物管理平台教师一起，结合各自专业优势，开展研究型教学，助力学生的创新能力和科学精神的培养。

2 “模式动物原理与技术”教学的新探索

2.1 优化教学内容，切合专业背景

本课程与生殖工程、分子生物学、基因工程技术以及医学伦理学等学科联系紧密，需要兼顾理论知识和技术操作，相对缺乏系统性；此外，生命科学近年来进展迅速，教材编写与科技前沿间不可避免地会有一定滞后性。因此，针对BMS专业的特点和培养目标，我们对教学内容进行了调整。在知识传授之外，能够兼顾生物医学创新能力的培养。课程共分为11个章节，首先，在“绪论”概述模式动物的概念及其研究应用，围绕线虫、果蝇、斑马鱼和小鼠这四种国内外高校常用模式动物，分别安排4个课时详细介绍其研究历史、生物学特征、常用操作技术和应用场景。教师结合其课题组具体的科研项目，导入相关模式动物在生物医学研究中的前沿案例，激发学生的学习兴趣。其次，结合授课内容，剖析生命科学研究进展和热点，比如以国内科学家利用模式动物发现细胞内血红素“搬运工”以及记忆跨代遗传机制的突破成果为例，激发学生科研思维和创新意识，从而实现学生的“知识-能力-素养”全面发展，并将基础知识、技术应用、科研进展层层递进、相互融合^［10-11］。

此外，我们还设计了其他模式动物、非人灵长类、模式动物实验设计与分析等3个章节，以混合教学和翻转课堂的形式，让学生通过提出感兴趣的医学前沿问题，随后选择合适模式动物并自主设计实验方案。在这个过程中，学生通过查阅文献，了解相关前沿问题的科研进展，增进对于模式动物的基础知识以及常用操作技术的认识，推动学生自主学习能力的提升。最终，通过实验动物福利和伦理、实验动物和动物实验生物安全、模式动物实习课等3个章节，强调模式动物作为人类的替身，为人类健康以及科学研究贡献出了宝贵的生命，引导学生在今后的科学研究中严格遵守动物福利和医学伦理，启发学生思考生命的意义，形成正确的是非观念。

2.2 优化教学方法，适应时代发展

自2019级学生起，“00后”大学生逐渐成为我校生物医学科学专业学生的主流。成长于中国移动网络时代的“00后”学生，具备鲜明的时代特点，学习中有着明确的兴趣导向，注重自我价值的实现^［12-13］。针对新时期大学生的特点，在教学方法上，首先要激发学生对本门课程的兴趣。习近平总书记在中央党校建校80周年庆祝大会上指出，“兴趣是激励学习的最好老师”，即“有了学习的浓厚兴趣，就可以变‘要我学’为‘我要学’，变‘学一阵’为‘学一生’”^［14］。我们在课堂中贯穿启发式提问，增加学生的能动性，提高学生的兴趣，启迪学生的思考。例如，在讲授“线虫基础知识”时，设置与该模式动物特征相关的讨论性题目，包括“为什么线虫会成为第一个全基因组测序的多细胞生物？”“线虫和人在基因结构和序列上有什么异同？”“为什么人体内一半以上的DNA是冗余序列？”等，通过这样一系列问题的讨论，学生对于模式动物的特点以及应用场景的认识得以加深，同时回顾了已经掌握的遗传学、生物化学与分子生物学等相关课程的知识，温故而知新，新旧知识汇合碰撞出新的火花。其次，为了加深学生对于本门课程的了解，在教学中注重对于实验动物研究科学史的讲授。学科的科学史教育，对于培养学生的科学素养具有积极的意义，并对探究型学习起着重要的作用^［15］。例如，在讲授“秀丽线虫在生物医学中的应用”时，授课教师不局限于介绍线虫在绿色荧光蛋白（green fluorescent protein， GFP）发现中的关键作用，更通过回溯GFP蛋白发现、基因定位、克隆、表达、改造和应用的30多年过程，详细介绍不同科学家的重要贡献^［16］。通过实际的例子，引导学生对科学研究产生兴趣，并在日后的科学研究中敢为人先，做第一个吃螃蟹的人，树立严谨的思维理念，保持开放交流的心态。

实验教学是模式动物教学实践中至关重要的一环，能够直观地补充和拓展教师在课堂上的讲授内容。在教学过程中，我们设置了“模式动物实习课”，通过小班教学以及建立实验小组的形式，在山东大学模式动物研究中心进行实地教学，该中心具有屏障环境设施1 790余平方米，配备实验动物病理室、微生物室、细胞室、临床检验室、小动物水迷宫等实验室。授课教师通过现场教学的形式，深化学生对于常用实验操作的理解与掌握。“模式动物原理与技术”是一门强调理论联系实践的课程，具有很强的应用性，实验教学也是模式动物教学实践中至关重要的一环，能够直观地拓展教师在课堂上的讲授内容。

通过混合式教学等加强MOOC学习效果的有力手段，将线上学习与线下讨论相结合，即学生先在网上学习教师预先录制或指定的视频资料，获得初步知识，再在课堂上与教师就不懂的问题或有疑惑的问题进行研讨学习，从而最大限度地提高学生对模式动物原理与技术的学习效果。通过视频资料的建设与丰富，让学生在课外时间完成针对知识点和概念的自主学习，课堂则变成教师与学生之间互动的场所，主要用于解答疑惑、汇报讨论，提高教学效率，加深学生对于知识的理解，培养学生发现问题和解决问题的能力，更好地进行教学改革。

2.3 优化考核方法，建立多元评价体系

“模式动物原理与技术”是一门理论与实践并重的课程，具有很强的应用性，因而对于生物医学科学学生的考核应涵盖在学生对知识的理解，以及科学实践的能力。中共中央 国务院于2020年10月印发的《深化新时代教育评价改革总体方案》中也提出“坚持科学有效，改进结果评价，强化过程评价，探索增值评价，健全综合评价，充分利用信息技术，提高教育评价的科学性、专业性、客观性”，高等教育评价改革对教学评价提出了新要求，也指明了本课程考核方法的优化方向^［17］。

本门课程评价包括形成性评价（占40%）和终结性评价（占60%）两部分，注重考查学生的动手能力和科研思维能力。在形成性评价中，平时考核占10%，包括考勤、回答问题、课堂表现等；章节考试占10%，主要是随堂笔试等；期中考试以及自主学习各占10%，主要有作业、学习成果汇报、课程论文等，形成了一套全方位、多角度的多元评价体系。在作业布置上，教师会选择与教学内容相关的开放性问题，调动学生的积极性，鼓励学生自主学习和探索。例如，在“其他常用模式动物”章节中，由于实验动物和疾病动物模型的种类极为丰富，课堂上很难全面覆盖，因而，我们让学生从感兴趣的“模式动物”或“生物医学问题”出发，通过自主查阅文献资料，介绍一种课堂教学中并未涉及的模式动物，并将该物种的独特属性与其在生物医学研究中的具体应用相结合，突出该物种的不可替代性。在这个过程中，学生通过比较学习，能够举一反三，了解各种模式动物的特点与优势。结合构建国家海洋水产种质资源库、中国西南野生生物种质资源库等资源库的工作，也进行了保护生态多样性的课程思政。在潜移默化中，让学生明白生物资源保护的意义。

3 总结与展望

本文结合生物医学科学专业“模式动物原理与技术”的教学内容，充分考虑学生专业以及学科体系的特点，总结了“模式动物原理与技术”教学实践中的一些优化措施和探索，包括：优化教学内容，切合专业背景；优化教学方法，适应时代发展；优化考核方法，建立多元评价体系等，提高该专业学生自主学习的兴趣，培养学生解决科学问题的能力，为学生将来从事生物医学科学研究奠定基础。

同时，“模式动物原理与技术”涵盖了开展生物医学科学研究所需要实验动物的基本知识与实验技能。伴随着生命科学研究的进步与发展，该学科已经由简单的表型观察发展成由遗传学筛序、疾病模型构建和药物筛选等多方面所构成的新兴学科，课堂讲授与实验操作的重点也在不断地调整与变化中。在“新医科”建设背景下，在我国“健康中国2030”规划指导下，学习相关专业的学生和科研工作者数量也迅速增加，高等医学教育需要逐渐转变其既往固有模式^［8，18］。在今后的授课中，我们将关注学科的发展动态，充分吸收国内外模式动物教学改革的新成果，及时进行经验总结与教学内容的优化，培养能够融会贯通医学知识与生命科学知识、具备创新思维、国际视野和远大理想的生物医学科学研究和教育领域的领军人才。

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基金资助

山东大学基础医学院本科生教改研究经费(21510061120000)

山东大学齐鲁医学特色本科教育教学改革研究立项项目(qlyxjy-202372)

省部共建生物资源保护与利用国家重点实验室开放课题(2022KF006)

国家自然科学基金(32170781)