基于技術(shù)創(chuàng)新的醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實驗改革

馬劍峰， 徐紅巖， 馬 湉， 張尚立， 江 虹， 馬絮飛

(山東大學(xué) a. 醫(yī)學(xué)院機(jī)能教學(xué)實驗室；b.生命科學(xué)院， 濟(jì)南 250012)

基于技術(shù)創(chuàng)新的醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實驗改革

馬劍峰a， 徐紅巖a， 馬 湉a， 張尚立b， 江 虹a， 馬絮飛a

(山東大學(xué) a. 醫(yī)學(xué)院機(jī)能教學(xué)實驗室；b.生命科學(xué)院， 濟(jì)南 250012)

針對醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實驗教學(xué)改革，新開了具有融合性、創(chuàng)新性實驗內(nèi)容的《機(jī)能學(xué)融合實驗》課，并在藥理學(xué)、生理學(xué)、病理生理學(xué)實驗課中開展了大量研究性、創(chuàng)新性實驗項目。隨著改革的深入，無論是實驗技術(shù)、實驗教學(xué)環(huán)境還是融合性、創(chuàng)新性實驗教材建設(shè)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上實驗教學(xué)改革的步伐。為此，從實驗技術(shù)創(chuàng)新、實驗教材建設(shè)和構(gòu)建全新實驗教學(xué)環(huán)境三方面入手對實驗教學(xué)方法、手段和實驗教學(xué)環(huán)境進(jìn)行了大力度的創(chuàng)造性改革。構(gòu)建了一個全新的、資源豐富與共享的、互動的實驗教學(xué)環(huán)境；形成了醫(yī)學(xué)機(jī)能實驗技術(shù)大面積優(yōu)化和系列化改革；建設(shè)了與新開課程同步建設(shè)、同步發(fā)展的立體化機(jī)能學(xué)創(chuàng)新性融合性實驗教材和系列化多媒體視頻教材。通過改革，不僅實驗教學(xué)效果、教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)效益得到了顯著提高，實驗教學(xué)管理得到了規(guī)范，還在實驗室形成了一支重視實驗教學(xué)，熱心實驗教學(xué)改革的創(chuàng)新團(tuán)隊。

醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)； 實驗教學(xué)； 實驗教材； 教學(xué)環(huán)境

0 引 言

我校醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實驗教學(xué)平臺面向醫(yī)學(xué)院、公共衛(wèi)生學(xué)院、口腔醫(yī)學(xué)院、護(hù)理學(xué)院、藥學(xué)院5個學(xué)院開課，開設(shè)有《機(jī)能學(xué)融合實驗》《生理學(xué)實驗》《藥理學(xué)實驗》《病理生理學(xué)實驗》《心理學(xué)實驗》《神經(jīng)生物學(xué)實驗》實驗課程，是我校開設(shè)課程多、學(xué)時多、學(xué)生人數(shù)多、影響面廣的綜合性實驗教學(xué)平臺[1]。

2000年我校在“21世紀(jì)高等教育教學(xué)改革項目”支持下創(chuàng)建了一門跨學(xué)科、綜合性、新興的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實驗課程體系，2005年獲得了國家教學(xué)成果二等獎。近年來，醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實驗教學(xué)改革早已跨越資源共享這一初級層面，正朝著構(gòu)建研究性學(xué)習(xí)課程框架和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方向深入展開，我們以此為契機(jī)對醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實驗教學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行了深層次的改革，在原有課程的基礎(chǔ)上新開了具有融合性、創(chuàng)新性實驗內(nèi)容的《機(jī)能學(xué)融合實驗》課，并在藥理學(xué)、生理學(xué)、病理生理學(xué)實驗課中開展了大量研究性、創(chuàng)新性實驗項目。在教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，隨著教學(xué)改革的深入，無論是實驗技術(shù)、實驗教學(xué)環(huán)境還是融合性、創(chuàng)新性實驗教材建設(shè)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上實驗教學(xué)改革的步伐[2]。為此，本文融創(chuàng)新精神于實驗室建設(shè)和實驗教學(xué)改革，在學(xué)校實驗室軟件建設(shè)項目支持下，以實驗技術(shù)創(chuàng)新為核心，對醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)的實驗技術(shù)、方法和手段進(jìn)行了一系列的創(chuàng)新性改革；以實驗教材建設(shè)為重要內(nèi)容，建設(shè)了與新開融合實驗課程相配套的系列化、立體化實驗教材；在實驗教學(xué)平臺規(guī)范化管理方面，以建立、健全實驗室規(guī)章制度為依托，形成了綜合性實驗教學(xué)平臺科學(xué)、規(guī)范的管理新體系[2-4]。

機(jī)能學(xué)實驗教學(xué)平臺已成為國家級實驗教學(xué)示范中心和國家級虛擬仿真示范中心骨干課程，醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實驗課2010年獲評國家級精品課程、2013年獲評國家級精品資源共享課程。

1 基于技術(shù)創(chuàng)新的醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實驗教學(xué)改革主要內(nèi)容

本文從實驗技術(shù)系列改革、與新開課程同步建設(shè)、同步發(fā)展的立體化系列實驗教材和構(gòu)建全新的、資源豐富的、互動的實驗教學(xué)環(huán)境三方面入手對實驗教學(xué)方法、手段和實驗教學(xué)環(huán)境進(jìn)行大力度的創(chuàng)造性改革(見圖1)。

1.1 對醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實驗技術(shù)進(jìn)行系列改革與優(yōu)化

(1) 打造創(chuàng)新環(huán)境。為加強(qiáng)實驗室的內(nèi)涵建設(shè)，打造創(chuàng)新教學(xué)改革環(huán)境，學(xué)校于2004年啟動實驗室軟件建設(shè)項目，采取自由申報、專家評審、擇優(yōu)立項的方式，鼓勵實驗教師和實驗技術(shù)人員進(jìn)行實驗技術(shù)創(chuàng)新、實驗設(shè)備研制、實驗課件及實驗虛擬仿真軟件制作、實驗項目和實驗教學(xué)網(wǎng)站開發(fā)等方面進(jìn)行教學(xué)研究。截止2014年，共完成軟件建設(shè)項目20余項，這些優(yōu)秀的實驗教改項目在教學(xué)中運(yùn)用，使學(xué)生能夠親歷醫(yī)學(xué)科學(xué)研究的艱辛、枯燥、嚴(yán)謹(jǐn)與激情，分享實驗的成功與喜悅，達(dá)到我們在實踐教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、綜合能力，提高學(xué)生科研素養(yǎng)的目的，從而顯著提高了教學(xué)效果[5]。

圖1 成果主要內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖

(2) 注重發(fā)明創(chuàng)造。當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異、醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實驗技術(shù)進(jìn)展飛速，在實驗教學(xué)中由于生命機(jī)體的復(fù)雜性，一些傳統(tǒng)設(shè)備越來越跟不上時代的步伐，即使一些經(jīng)典實驗項目也對實驗技術(shù)產(chǎn)生了更高的要求，這就需要我們創(chuàng)造性地加以解決[5]。

例如在《小鼠低氣壓致病作用實驗》中，低氣壓實驗裝置是實驗成功的關(guān)鍵，傳統(tǒng)裝置的方法是用兩根橡皮管將真空干燥器分別與抽氣機(jī)和水銀減壓計相連，按下配電盤的電源開關(guān)，開動抽氣機(jī)，使氣壓分別逐漸降至67.4 kPa(507 mmHg，相當(dāng)于海拔3 km高度)，停止抽氣，保持3～5 min，觀察、記錄小白鼠的活動情況，呼吸深度和頻率及末梢部位(耳、唇、尾、腳掌)皮膚顏色等指標(biāo)，然后放開橡皮管上的螺旋夾，使氣壓恢復(fù)正常。而后再開動抽氣機(jī)，使氣壓分別逐漸降至35.9 kPa(270 mmHg，相當(dāng)于海拔8 km高度)、20 kPa(相當(dāng)于海拔10 km高度)，重復(fù)上述步驟。該裝置的缺點(diǎn)是：抽氣機(jī)笨重，準(zhǔn)備實驗時搬運(yùn)難；抽氣機(jī)無開關(guān)，靠配電盤上的開關(guān)開動抽氣機(jī)，氣壓難以達(dá)到設(shè)定值；管路長，接頭多，易老化，氣壓易泄漏；放氣時氣壓控制不好，玻璃管中的水銀猛然下落，易造成水銀外泄，產(chǎn)生嚴(yán)重的實驗室汞污染。在學(xué)校實驗室軟件建設(shè)項目支持下，利用數(shù)字技術(shù)、電子技術(shù)和醫(yī)學(xué)機(jī)能實驗技術(shù)相結(jié)合的方法研制了“新型數(shù)字低氣壓實驗裝置”，該裝置具有無水銀，使用安全；管路密閉，氣壓調(diào)節(jié)范圍大，氣壓穩(wěn)定；一體化，高精度；旋鈕設(shè)定氣壓值，當(dāng)前氣壓值和設(shè)定氣壓值數(shù)碼管實時動態(tài)顯示等優(yōu)點(diǎn)。為教學(xué)、科研中研究整體動物的缺氧機(jī)理，復(fù)制整體哺乳類動物缺氧實驗?zāi)Ｐ吞峁┝诵碌氖侄蝃6-8]。

又例如，泌尿系統(tǒng)實驗是醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實驗課重要的綜合性實驗之一，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力,綜合運(yùn)用知識能力的重要環(huán)節(jié), 許多疾病(如腎炎、中毒、腫瘤、高血壓等)都可引起腎功能障礙，結(jié)合《影響尿生成的因素》及《急性腎缺血對腎泌尿功能的影響》等實驗可使學(xué)生對所學(xué)到的理論知識有更深入、更形象的了解。利用紅外光電傳感技術(shù)和醫(yī)學(xué)機(jī)能實驗技術(shù)相結(jié)合的方法，研制了泌尿系統(tǒng)實驗的關(guān)鍵設(shè)備“生理液滴紅外光電自動計數(shù)檢測裝置”，與傳統(tǒng)的實驗裝置相比抗干擾能力強(qiáng)，能準(zhǔn)確、靈敏地檢測到尿滴通過而導(dǎo)致的信號瞬間變化，可更客觀、更準(zhǔn)確地反映各種理化及藥物因素對腎功能的影響[9-11]。近年來我們共獲得國家發(fā)明專利2項、實用新型專利9項，這些專利教學(xué)儀器應(yīng)用于學(xué)生實驗使醫(yī)學(xué)機(jī)能實驗教學(xué)方法更科學(xué)、結(jié)果更準(zhǔn)確、操作更簡捷、過程更高效，在使用過程中取得了較好的效果，提高了實驗教學(xué)質(zhì)量和效果。

(3) 構(gòu)建全新的實驗教學(xué)環(huán)境。以多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)和信息化技術(shù)為支撐，以人機(jī)交互和網(wǎng)絡(luò)通訊等為依托，以互動式教學(xué)思想為指導(dǎo)，建設(shè)了一個實驗教學(xué)網(wǎng)站、一個國家級精品課程網(wǎng)站和國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心機(jī)能學(xué)實驗板塊，構(gòu)建了一個全新的、資源豐富與共享的、高度仿真的教學(xué)環(huán)境。為學(xué)生提供不受時空限制的醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實驗室環(huán)境，學(xué)生也可在虛擬環(huán)境中開展實驗，達(dá)到教學(xué)大綱所要求的教學(xué)效果。

1.2 與新開課程同步建設(shè)、同步發(fā)展的立體化系列實驗教材

本著面向新開實驗課程、充分利用現(xiàn)代化教學(xué)手段的目的，結(jié)合創(chuàng)新性融合實驗的特點(diǎn)和實驗教學(xué)改革的需求，以學(xué)科的交叉、融合為切入點(diǎn)，建設(shè)了與新開課程同步建設(shè)、同步發(fā)展的立體化機(jī)能學(xué)創(chuàng)新性融合性實驗教材和系列化多媒體視頻教材，形成了與各種實驗教學(xué)手段相配合的創(chuàng)新性融合實驗教材新體系。

(1) 編寫了機(jī)能學(xué)創(chuàng)新性融合實驗教材。2009年對機(jī)能學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了深層次的改革，新開了機(jī)能學(xué)創(chuàng)新性融合實驗。我們以山東大學(xué)實驗室軟件建設(shè)項目為依托，編寫機(jī)能學(xué)創(chuàng)新性融合實驗教材。該教材實驗內(nèi)容新穎，實驗技術(shù)含量高，難度大，首次融合了神經(jīng)生物學(xué)實驗的內(nèi)容，體現(xiàn)了學(xué)科的大交叉和大融合，教材中的實驗項目均是在以往的實驗教材未涉及到的創(chuàng)新性內(nèi)容，教材文圖并茂，以圖代文、以圖示文，形象直觀，圖像種類多樣。

(2) 制作了與機(jī)能學(xué)融合實驗課程相配套的系列化多媒體視頻教材。醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實驗的對象多為哺乳類動物或具有生理活性的離體器官、組織標(biāo)本。實驗時需對實驗動物進(jìn)行麻醉、固定，并手術(shù)分離神經(jīng)、血管和進(jìn)行各種插管，實驗操作精細(xì)復(fù)雜，實驗難度大、時間長；教師示教時實驗室學(xué)生人數(shù)多，效果難以保證；學(xué)生沒有實驗環(huán)境對實驗進(jìn)行預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)，這成為醫(yī)學(xué)機(jī)能實驗教學(xué)的難點(diǎn)。為此，在學(xué)校實驗室軟件項目資助下拍攝并制作了與機(jī)能學(xué)融合實驗相配套的系列化視頻教材(見表1)。醫(yī)學(xué)機(jī)能實驗多媒體視頻教材的研制，能最大限度地發(fā)揮學(xué)生的潛能，強(qiáng)化教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量，另外，還為留學(xué)生拍攝了英文版的實驗錄像。

表1 系列化視頻教材一覽表

1.3 建立機(jī)能學(xué)實驗教學(xué)平臺管理新體系

醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實驗教學(xué)涉及6個學(xué)院、5個學(xué)科，教師來自5個學(xué)科，其教學(xué)環(huán)節(jié)有基礎(chǔ)經(jīng)典實驗教學(xué)、系統(tǒng)融合性實驗教學(xué)和研究創(chuàng)新型實驗教學(xué)，這對教學(xué)組織、教學(xué)管理、教學(xué)質(zhì)量控制等提出了新的課題。2005年申報了山東省教育廳課題《加強(qiáng)機(jī)能學(xué)實驗教學(xué)隊伍及實驗教學(xué)規(guī)范化的管理》，為了保證教學(xué)順利進(jìn)行，有效地進(jìn)行教學(xué)組織管理、質(zhì)量控制等，經(jīng)多年的探索和實踐，制定了《機(jī)能學(xué)教學(xué)實驗室管理規(guī)范》(見附1)，創(chuàng)建了機(jī)能學(xué)實驗教學(xué)平臺管理新體系。實驗室規(guī)范化管理，很好地解決了研究型實驗課程復(fù)雜的教學(xué)組織和管理問題，保證了課程的教學(xué)質(zhì)量和有序的進(jìn)行[12-14]。

附1 機(jī)能學(xué)教學(xué)實驗室管理規(guī)范

一、職責(zé)

1 實驗室主任職責(zé)

1

2 實驗室指導(dǎo)教師職責(zé)

2

3 實驗室工作人員職責(zé)

3

4 實驗技術(shù)人員職責(zé)

4

二、 規(guī)章制度

1 實驗室日常值班制度

6

2 實驗室巡視制度

7

3 教學(xué)經(jīng)費(fèi)、物品建賬管理制度

8

4 儀器設(shè)備管理制度

9

5 儀器設(shè)備損壞、丟失賠償制度

10

6 實驗藥品及實驗器材管理制度

11

7 實驗室安全衛(wèi)生管理制度

12

8 圖書資料管理制度

13

三、實驗室規(guī)則

1 實驗室規(guī)則

14

2 實驗室學(xué)生守則

16

3 計算機(jī)使用規(guī)則

17

四、機(jī)能學(xué)開放實驗室管理規(guī)程

18

五、實驗室技術(shù)人員培訓(xùn)制度

20

1.4 形成一支實驗技術(shù)改革創(chuàng)新團(tuán)隊

在教學(xué)改革中，教師和實驗技術(shù)人員潛心實驗教學(xué)研究，致力于實驗室建設(shè)、實驗教學(xué)改革和實驗技術(shù)改革的探索與實踐，教師和實驗技術(shù)人員自身業(yè)務(wù)素質(zhì)和業(yè)務(wù)水平有了大幅度的提高。近年來獲得省級教學(xué)成果獎1項，校級教學(xué)成果獎及實驗教學(xué)成果獎多項，取得2項省級教研課題和多項校級教研課題資助，極大地促進(jìn)了教師及實驗技術(shù)隊伍建設(shè)和教學(xué)水平的提高，醫(yī)學(xué)機(jī)能教學(xué)實驗課2010年獲評國家級精品課程、2013年獲評國家級精品資源共享課程[15]。

2 實驗教學(xué)改革應(yīng)用效果

2.1 經(jīng)過了數(shù)年教學(xué)實踐的檢驗，取得了明顯的教學(xué)效益，學(xué)生受益面大

實驗教學(xué)改革的研究成果已用于我校醫(yī)學(xué)院、藥學(xué)院、公共衛(wèi)生學(xué)院、口腔醫(yī)學(xué)院等6個專業(yè)8年制、5年制2個層次的醫(yī)學(xué)機(jī)能融合實驗及藥理學(xué)實驗等5門課程的實驗教學(xué)，為學(xué)校多專業(yè)、多學(xué)科共用，每年面對校內(nèi)、外學(xué)生達(dá)1 500人。經(jīng)歷數(shù)年的教學(xué)實踐，得到教師和學(xué)生的廣泛認(rèn)可。

2.2 受到了學(xué)生的良好評價

實驗教學(xué)改革的研究成果明顯提高了機(jī)能學(xué)實驗教學(xué)的成功率和學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究的興趣。臨床醫(yī)學(xué)2009年級7年制的同學(xué)曾在實驗報告中寫到：“使用大鼠固定裝置，對動物的麻醉更方便，對環(huán)境沒有污染，麻醉效果很好?！边@樣的評價使我們對今后的技術(shù)改革有了更多的興趣和信心。

2.3 在全國醫(yī)學(xué)機(jī)能實驗教學(xué)領(lǐng)域中得到認(rèn)可并產(chǎn)生了一定的影響

實驗教學(xué)改革成果在醫(yī)學(xué)機(jī)能實驗教學(xué)等方面取得的一系列成果和經(jīng)驗，近年來在教學(xué)類核心期刊發(fā)表論文10余篇，獲得發(fā)明專利、實用新型專利10余項，在國內(nèi)產(chǎn)生了一定的影響，得到了全國醫(yī)學(xué)機(jī)能實驗教學(xué)領(lǐng)域中同行的廣泛認(rèn)可。在第一屆全國醫(yī)學(xué)類實驗教學(xué)示范中心建設(shè)研討會上作了大會發(fā)言，得到了專家們的一致好評。

3 結(jié) 語

從“實驗技術(shù)系列改革”“與新開課程同步建設(shè)、同步發(fā)展的立體化系列實驗教材”和“構(gòu)建全新的、資源豐富的、互動的實驗教學(xué)環(huán)境”三方面入手對實驗教學(xué)方法、手段和實驗教學(xué)環(huán)境進(jìn)行了大力度的創(chuàng)造性改革， 改革涉及了多媒體實驗教學(xué)、多媒體課件制作、實驗教學(xué)研究、實驗教材編寫、實驗室建設(shè)、實驗技術(shù)發(fā)明、實驗教學(xué)管理等實驗教學(xué)的各個方面，通過改革，不僅實驗教學(xué)效果、教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)效益得到了顯著提高，實驗教學(xué)管理得到了規(guī)范，還在實驗室形成了一支重視實驗教學(xué)，熱心實驗教學(xué)改革的創(chuàng)新團(tuán)隊。

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[15] 余上斌，吳 萍，周新文，等.醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實驗教學(xué)團(tuán)隊建設(shè)與研究[J]．實驗室研究與探索，2014，33(4)：243-246.

Experimental Reform of Medical Functional Science Based on Technological Innovation

MAJianfenga,XUHongyana,MATiana,ZHANGShanglib,JIANGHonga,MAXufeia

(a.Functional Science Laboratory, School of Medicine； b.College of Life Science, Shandong University, Jinan 250012, China)

By the deepening educational reform, experimental teaching has been far behind the pace of construction of experimental teaching reform. Hence, we opened a new integrated experimental course “Integration of Functions” which holds diversity and creation, and carried out a lot of research of experimental projects in pharmacology, physiology and pathophysiology. We processed experimental reform form creation of experimental techniques, experimental textbooks and experimental environment. A new, rich and sharing experimental resource and interactive experiment teaching environment are established. Optimization of medical functional experiments systematic reform are achieved. Three-dimensional kinesiology visual material integrated by experimental materials and multimedia video materials is completed. Through the reform, not only the effect of experimental teaching, teaching quality, teaching efficiency have been significantly improved, experimental teaching management has been normal, but also a creative and enthusiastic team has been formed for experiment teaching and experiment teaching reform.

medical functional science; experimental teaching; experiment teaching material; teaching environment

2016-04-28

馬劍峰(1964-)，男，山東威海人，高級實驗師，研究方向：免疫藥理、機(jī)能實驗技術(shù)。

Tel.：0531-88382572；E-mail：justin_sdu@sina.com

G 642.0

A

1006-7167(2017)03-0203-04