新型教學模式在微生物檢驗實驗的應用

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[摘要]臨床微生物檢驗技術是檢驗醫學的重要課程,實驗教學是學生實踐微生物相關實驗技術的基本環節。傳統實驗教學模式陳舊,實驗內容單一,實驗場地和課時嚴重影響了課堂效率和學生綜合能力的培養。虛擬仿真教學能夠建立仿真實驗環節,模擬實驗對象和內容,使學生在虛擬仿真實驗中加深對實踐操作知識的認知。虛實結合的新型教學模式既能培養學生實踐操作能力,又能培養其解決問題和臨床思維能力。

[關鍵詞]虛擬仿真實驗;臨床微生物學檢驗;實驗教學

臨床微生物檢驗技術是醫學檢驗專業的主要課程之一,也是一門實踐性、操作性較強的學科,與臨床醫學密切相關[1]。實驗教學是本科生實踐微生物相關實驗技術的最基本環節,由于其內容龐雜、微生物種類多且知識點連續性差,成為學生學習的一大難點[2]。微生物實驗教學內容包括微生物的分離培養、細菌染色方法及形態觀察、病原菌鑒定及藥物敏感實驗等,對培養學生動手能力和臨床思維能力至關重要。傳統的臨床微生物檢驗技術實驗教學采用教師講解實驗原理和方法,學生按步操作的模式開展教學[3],課程缺乏生動性,學生缺乏主動性,課堂效率低,不利于培養學生的實驗技能和創新能力。目前,實驗教學正面臨兩大挑戰,一是臨床微生物檢驗實驗課程的課時縮減,二是臨床對微生物檢驗人員的要求更高,因此需要教師不斷改進實驗教學課程形式與內容,提高教學質量,才能培養出動手能力和臨床思維能力俱佳的微生物檢驗人員。新時期下,隨著計算機信息與網絡技術的快速發展,越來越多的現代化教學模式與方法應用到本科生實驗教學中[4]。2013年教育部針對建設國家級虛擬仿真實驗教學中心做出了相關部署[5],微生物檢驗實驗教學面臨新的機遇。虛擬仿真教學是利用先進的多媒體、虛擬仿真及網絡通信技術,使學生能夠在自主開放的平臺下進行虛擬實驗[6]。虛擬仿真實驗平臺技能彌補了傳統實驗教學中實驗設備、場地和經費等不足的問題,也能減少生物安全隱患。醫學虛擬仿真教學是將虛擬仿真技術和醫學教學內容進行結合[7-8],可實現操作高傳染性和致病性病原菌,且時間和空間自由,具有良好應用效果。

1傳統實驗教學模式的局限性

1.1實驗教學模式的固化性

現階段臨床微生物檢驗技術主要采用教師講解實驗原理與方法為主、學生按步操作為輔的傳統模式開展教學[9]。教師提前按照指定教材,設計實驗內容、時間及結果。學生被動地按課件步驟操作每個實驗。學生只是單純的完成實驗操作和實驗報告,很少去關注實驗的目的及實驗意義。在實驗操作中,學生因為缺乏主動思考,因而很少能夠發現問題、提出問題,出現不同的實驗結果也很少主動分析,缺乏學習的積極性與主動性,知識學習處于單向傳遞狀態。

1.2實驗教學內容的單一性

由于學生人數與師資力量不協調,實驗教學開展的多為簡單重復、已知實驗結果的驗證性細菌生化反應實驗和藥敏實驗,缺乏綜合分析型實驗。而現階段臨床以大型精密儀器和現代化技術為主,實驗教學內容無法滿足臨床需求和學科發展,學生進入臨床實習后會面臨迷茫,需要較長適應時間。

1.3實驗教學內容的局限性

實驗教學涉及實驗室生物安全,而高校微生物實驗室多為一級或二級實驗室,依據實驗室生物安全管理條例[10],不能從事高致病性病原微生物實驗活動。同時,學生的生物安全意識淡薄[11],例如個別學生不戴手套接觸培養基,或者戴著手套看手機。因此,臨床微生物檢驗技術實驗內容受到局限,學生無法實踐操作如結核分枝桿菌等致病性高但與臨床密切相關的病原菌。實驗課程中,學生需要熟練地掌握細菌的形態及特殊結構,但理論課和示教片展示的均為典型形態。細菌因培養條件、培養時間等可導致細菌形態在顯微鏡下呈現多樣性,學生無法能清晰觀察到不典型細菌形態,或是因為人多而放棄輪流觀察示教片的機會。

1.4實驗教學內容的局促性

病原菌的培養及鑒定包括病原菌的接種、分離培養、生物化學鑒定實驗及藥物敏感實驗,至少需要3d,而學生在有限的學時里無法參與整個過程,因此實驗前部分環節均由帶教老師完成,實驗操作部分由帶教老師指導學生完成,而結果判讀部分因課時原因只能由學生獨立完成,學生無法真實體驗臨床微生物鑒定的流程,缺乏參與感,學習積極性不高。

2虛擬仿真實驗在臨床微生物學檢驗技術的應用

2.1虛擬仿真實驗在普通病原菌中的應用

虛擬仿真實驗可以為學生提供預習平臺,使其能提前了解每節實驗課程的內容,包括實驗目的、實驗操作和實驗結果判讀,對于有疑問的部分可以線下找教師解答。細菌形態存在多樣性,尤其是革蘭陽性桿菌因培養基和培養時間的不同,染色后可呈現不同結果。同一菌株在患者臨床樣本和實驗室菌株保存液中的形態也存在差異。利用虛擬仿真平臺,可為每種細菌在臨床樣本和常見培養基中不同時間點的菌落形態及鏡下形態建立數據庫,學生可以隨時學習。此外,對于常見實驗操作,如細菌分離培養、氧化酶實驗、觸酶實驗和吲哚實驗等可制作成相應的視頻,學生在課前預習和課后復習中均可觀看學習。

2.2虛擬仿真實驗在高致病性病原菌中的應用

因臨床微生物檢驗技術的研究對象是病原微生物,對實驗室的生物安全級別及學生的生物安全意識提出了較高要求。對于高致病性、高傳染性病原菌,實驗室開展相關實驗教學活動,僅能局限于理論教學。此外,對于肺炎鏈球菌、流感嗜血桿菌等對培養要求苛刻的苛養菌,因實驗設備的要求,在大部分高校實驗室無法開展此類細菌的鑒定及藥物敏感試驗。將虛擬仿真實驗教學應用于臨床微生物檢驗技術實驗教學,能夠有效解決實驗室生物安全、儀器設備、課時不足等難題。例如,利用虛擬仿真教學,可以模擬結核病患者痰液標本,通過萋尼染色觀察結核分枝桿菌在顯微鏡下的形態,同時動態觀察結核分枝桿菌在固體培養基上生長過程,讓學生能更全面真實地認識微生物。鼠疫耶爾森菌、霍亂弧菌等臨床實驗室幾乎分離不到的病原菌,能夠依靠虛擬仿真教學將病原菌的形態、生物特性形象化,學生能夠更好地理解和掌握理論知識。

2.3虛擬仿真實驗在學生臨床思維能力培養中的應用

本科生的教學以理論教材為主,簡單實驗操作為輔,大部分學生在實習期間才真正接觸臨床,但在將課本的理論知識運用于臨床實踐時比較困難,理論與實踐脫離,因此實驗教學必須加強學生臨床思維能力的培養。但在傳統實驗教學模式下,學生無法系統、完整地參與病原菌的分離培養及鑒定。因此,通過虛擬仿真實驗,模擬臨床案例,創建一個具備三維仿真動畫、聲音的真實學習情境,學生可操作、可互動問答[12],身臨其境的體驗能有效加深學生對理論知識的理解與掌握。例如,模擬臨床1份下呼吸道標本,從標本的采集開始,到接種至培養基、病原菌的分離轉純、病原菌的鑒定及藥物敏感試驗,最終形成1份臨床報告,學生全程參與,并且用所學知識分析病原菌與定植菌、病原菌鑒定方法、抗菌藥物的選擇,可提升學生綜合分析問題和解決問題的能力。

3虛實結合的新型實驗教學模式探討

臨床微生物檢驗技術實驗教學是理論與實踐相結合的醫學教學環節,傳統教學模式能夠培養學生的動手操作能力,如細菌的轉純接種、細菌生化反應實驗等,對學生動手能力要求較高,只有反復練習才能熟練掌握。但由于實驗場地、教學成本、課時和生物安全等原因,部分實驗無法開展,虛擬仿真教學則能夠通過動畫、聲音和圖像等真實模擬臨床操作,使學生能夠直觀地參與整個實驗所有流程,同時還可以自己設計實驗,模擬實驗過程,分析實驗結果,鞏固和提升理論知識,培養邏輯思維及科研創造能力。但因為虛擬仿真教學時學生無法實際操作,因而無法鍛煉學生的實際操作能力[13]。傳統教學模式雖然有一定的局限性,但仍有其優勢。將兩者虛實結合的新型實驗教學模式,既能鍛煉學生動手能力,又能培養學生臨床思維能力。臨床微生物檢驗技術實驗教學內容包括7個章節,按新型實驗教學模式將實驗課課程內容和方式安排建議設計如下,見表1.

4新型實驗教學模式的教學評價

本校臨床微生物檢驗技術自2020年逐步進行課程內容改革,2016級36名學生作為傳統教學組,2017級37名學生作為虛擬教學組,2018級37名學生作為新型教學模式組。通過縱向比較2016級、2017級和2018級醫學檢驗技術學生實驗課程考試成績發現,2018級學生考試成績更佳,考試過程中革蘭染色、生化反應試驗等操作更為熟練。在臨床實習過程中,2018級學生能夠更快地適應臨床工作模式,實驗操作能力和臨床思維能力也明顯優于往屆學生。對3組學生分別進行課堂模式滿意度、實驗參與度、學習效率及學習成果的問卷調查,調查結果見表2。對于課堂模式滿意度,新型教學模式組的滿意度最高為91.9%,明顯高于傳統教學組(55.6%)和虛擬教學組(81.1%),差異有統計學意義(F=213.162,P=0.001)。在這種模式下,參生與度和學習效率得到了較大改善,認為自身操作技能得到有效提高的學生比例明顯提高。虛擬教學組和新型教學模式組學生的實驗參與度均高于傳統教學組(F=213.162,P=0.018)。3組學生對學習成果方面的比較,差異無統計學意義(P>0.05)。

5小結

虛實結合的新型實驗教學模式既充分發揮了傳統微生物檢驗技術實驗教學的優勢,鍛煉了學生的動手能力,又將虛擬仿真教學應用于教學活動,讓學生在虛擬的環境進行創新性學習,使實驗教學更具靈活性與趣味性,能夠有效培養符合臨床需求的操作與臨床思維俱佳的學生。

作者：許雨喬 宋為娟 單位：南京醫科大學第一附屬醫院