新型教学模式在微生物检验实验的应用

[摘要]临床微生物检验技术是检验医学的重要课程,实验教学是学生实践微生物相关实验技术的基本环节。传统实验教学模式陈旧,实验内容单一,实验场地和课时严重影响了课堂效率和学生综合能力的培养。虚拟仿真教学能够建立仿真实验环节,模拟实验对象和内容,使学生在虚拟仿真实验中加深对实践操作知识的认知。虚实结合的新型教学模式既能培养学生实践操作能力,又能培养其解决问题和临床思维能力。

[关键词]虚拟仿真实验;临床微生物学检验;实验教学

临床微生物检验技术是医学检验专业的主要课程之一,也是一门实践性、操作性较强的学科,与临床医学密切相关[1]。实验教学是本科生实践微生物相关实验技术的最基本环节,由于其内容庞杂、微生物种类多且知识点连续性差,成为学生学习的一大难点[2]。微生物实验教学内容包括微生物的分离培养、细菌染色方法及形态观察、病原菌鉴定及药物敏感实验等,对培养学生动手能力和临床思维能力至关重要。传统的临床微生物检验技术实验教学采用教师讲解实验原理和方法,学生按步操作的模式开展教学[3],课程缺乏生动性,学生缺乏主动性,课堂效率低,不利于培养学生的实验技能和创新能力。目前,实验教学正面临两大挑战,一是临床微生物检验实验课程的课时缩减,二是临床对微生物检验人员的要求更高,因此需要教师不断改进实验教学课程形式与内容,提高教学质量,才能培养出动手能力和临床思维能力俱佳的微生物检验人员。新时期下,随着计算机信息与网络技术的快速发展,越来越多的现代化教学模式与方法应用到本科生实验教学中[4]。2013年教育部针对建设部级虚拟仿真实验教学中心做出了相关部署[5],微生物检验实验教学面临新的机遇。虚拟仿真教学是利用先进的多媒体、虚拟仿真及网络通信技术,使学生能够在自主开放的平台下进行虚拟实验[6]。虚拟仿真实验平台技能弥补了传统实验教学中实验设备、场地和经费等不足的问题,也能减少生物安全隐患。医学虚拟仿真教学是将虚拟仿真技术和医学教学内容进行结合[7-8],可实现操作高传染性和致病性病原菌,且时间和空间自由,具有良好应用效果。

1传统实验教学模式的局限性

1.1实验教学模式的固化性

现阶段临床微生物检验技术主要采用教师讲解实验原理与方法为主、学生按步操作为辅的传统模式开展教学[9]。教师提前按照指定教材,设计实验内容、时间及结果。学生被动地按课件步骤操作每个实验。学生只是单纯的完成实验操作和实验报告,很少去关注实验的目的及实验意义。在实验操作中,学生因为缺乏主动思考,因而很少能够发现问题、提出问题,出现不同的实验结果也很少主动分析,缺乏学习的积极性与主动性,知识学习处于单向传递状态。

1.2实验教学内容的单一性

由于学生人数与师资力量不协调,实验教学开展的多为简单重复、已知实验结果的验证性细菌生化反应实验和药敏实验,缺乏综合分析型实验。而现阶段临床以大型精密仪器和现代化技术为主,实验教学内容无法满足临床需求和学科发展,学生进入临床实习后会面临迷茫,需要较长适应时间。

1.3实验教学内容的局限性

实验教学涉及实验室生物安全,而高校微生物实验室多为一级或二级实验室,依据实验室生物安全管理条例[10],不能从事高致病性病原微生物实验活动。同时,学生的生物安全意识淡薄[11],例如个别学生不戴手套接触培养基,或者戴着手套看手机。因此,临床微生物检验技术实验内容受到局限,学生无法实践操作如结核分枝杆菌等致病性高但与临床密切相关的病原菌。实验课程中,学生需要熟练地掌握细菌的形态及特殊结构,但理论课和示教片展示的均为典型形态。细菌因培养条件、培养时间等可导致细菌形态在显微镜下呈现多样性,学生无法能清晰观察到不典型细菌形态,或是因为人多而放弃轮流观察示教片的机会。

1.4实验教学内容的局促性

病原菌的培养及鉴定包括病原菌的接种、分离培养、生物化学鉴定实验及药物敏感实验,至少需要3d,而学生在有限的学时里无法参与整个过程,因此实验前部分环节均由带教老师完成,实验操作部分由带教老师指导学生完成,而结果判读部分因课时原因只能由学生独立完成,学生无法真实体验临床微生物鉴定的流程,缺乏参与感,学习积极性不高。

2虚拟仿真实验在临床微生物学检验技术的应用

2.1虚拟仿真实验在普通病原菌中的应用

虚拟仿真实验可以为学生提供预习平台,使其能提前了解每节实验课程的内容,包括实验目的、实验操作和实验结果判读,对于有疑问的部分可以线下找教师解答。细菌形态存在多样性,尤其是革兰阳性杆菌因培养基和培养时间的不同,染色后可呈现不同结果。同一菌株在患者临床样本和实验室菌株保存液中的形态也存在差异。利用虚拟仿真平台,可为每种细菌在临床样本和常见培养基中不同时间点的菌落形态及镜下形态建立数据库,学生可以随时学习。此外,对于常见实验操作,如细菌分离培养、氧化酶实验、触酶实验和吲哚实验等可制作成相应的视频,学生在课前预习和课后复习中均可观看学习。

2.2虚拟仿真实验在高致病性病原菌中的应用

因临床微生物检验技术的研究对象是病原微生物,对实验室的生物安全级别及学生的生物安全意识提出了较高要求。对于高致病性、高传染性病原菌,实验室开展相关实验教学活动,仅能局限于理论教学。此外,对于肺炎链球菌、流感嗜血杆菌等对培养要求苛刻的苛养菌,因实验设备的要求,在大部分高校实验室无法开展此类细菌的鉴定及药物敏感试验。将虚拟仿真实验教学应用于临床微生物检验技术实验教学,能够有效解决实验室生物安全、仪器设备、课时不足等难题。例如,利用虚拟仿真教学,可以模拟结核病患者痰液标本,通过萋尼染色观察结核分枝杆菌在显微镜下的形态,同时动态观察结核分枝杆菌在固体培养基上生长过程,让学生能更全面真实地认识微生物。鼠疫耶尔森菌、霍乱弧菌等临床实验室几乎分离不到的病原菌,能够依靠虚拟仿真教学将病原菌的形态、生物特性形象化,学生能够更好地理解和掌握理论知识。

2.3虚拟仿真实验在学生临床思维能力培养中的应用

本科生的教学以理论教材为主,简单实验操作为辅,大部分学生在实习期间才真正接触临床,但在将课本的理论知识运用于临床实践时比较困难,理论与实践脱离,因此实验教学必须加强学生临床思维能力的培养。但在传统实验教学模式下,学生无法系统、完整地参与病原菌的分离培养及鉴定。因此,通过虚拟仿真实验,模拟临床案例,创建一个具备三维仿真动画、声音的真实学习情境,学生可操作、可互动问答[12],身临其境的体验能有效加深学生对理论知识的理解与掌握。例如,模拟临床1份下呼吸道标本,从标本的采集开始,到接种至培养基、病原菌的分离转纯、病原菌的鉴定及药物敏感试验,最终形成1份临床报告,学生全程参与,并且用所学知识分析病原菌与定植菌、病原菌鉴定方法、抗菌药物的选择,可提升学生综合分析问题和解决问题的能力。

3虚实结合的新型实验教学模式探讨

临床微生物检验技术实验教学是理论与实践相结合的医学教学环节,传统教学模式能够培养学生的动手操作能力,如细菌的转纯接种、细菌生化反应实验等,对学生动手能力要求较高,只有反复练习才能熟练掌握。但由于实验场地、教学成本、课时和生物安全等原因,部分实验无法开展,虚拟仿真教学则能够通过动画、声音和图像等真实模拟临床操作,使学生能够直观地参与整个实验所有流程,同时还可以自己设计实验,模拟实验过程,分析实验结果,巩固和提升理论知识,培养逻辑思维及科研创造能力。但因为虚拟仿真教学时学生无法实际操作,因而无法锻炼学生的实际操作能力[13]。传统教学模式虽然有一定的局限性,但仍有其优势。将两者虚实结合的新型实验教学模式,既能锻炼学生动手能力,又能培养学生临床思维能力。临床微生物检验技术实验教学内容包括7个章节,按新型实验教学模式将实验课课程内容和方式安排建议设计如下,见表1.

4新型实验教学模式的教学评价

本校临床微生物检验技术自2020年逐步进行课程内容改革,2016级36名学生作为传统教学组,2017级37名学生作为虚拟教学组,2018级37名学生作为新型教学模式组。通过纵向比较2016级、2017级和2018级医学检验技术学生实验课程考试成绩发现,2018级学生考试成绩更佳,考试过程中革兰染色、生化反应试验等操作更为熟练。在临床实习过程中,2018级学生能够更快地适应临床工作模式,实验操作能力和临床思维能力也明显优于往届学生。对3组学生分别进行课堂模式满意度、实验参与度、学习效率及学习成果的问卷调查,调查结果见表2。对于课堂模式满意度,新型教学模式组的满意度最高为91.9%,明显高于传统教学组(55.6%)和虚拟教学组(81.1%),差异有统计学意义(F=213.162,P=0.001)。在这种模式下,参生与度和学习效率得到了较大改善,认为自身操作技能得到有效提高的学生比例明显提高。虚拟教学组和新型教学模式组学生的实验参与度均高于传统教学组(F=213.162,P=0.018)。3组学生对学习成果方面的比较,差异无统计学意义(P>0.05)。

5小结

虚实结合的新型实验教学模式既充分发挥了传统微生物检验技术实验教学的优势,锻炼了学生的动手能力,又将虚拟仿真教学应用于教学活动,让学生在虚拟的环境进行创新性学习,使实验教学更具灵活性与趣味性,能够有效培养符合临床需求的操作与临床思维俱佳的学生。

作者：许雨乔 宋为娟 单位：南京医科大学第一附属医院