[摘要] 传统本科实验教学中普遍存在指导学生死板地按照既有流程实验，而忽视学生自主科研实践和思维能力培养的问题。因此，有必要开展学生自主创新实验的教学探索，即在实验教学中，融入科研选题、实验设计、实验实施、数据处理、论文写作和发明设计等医学科研的基本要素。改革实验课程为四个阶段，选题即科研选题，立题即实验设计并论证，解题即实验实施，结题即数据处理、论文写作、发明设计及课题答辩等并指导学生取得一系列成果。自主创新教学实践，有助于锻炼提高学生的创新意识、逻辑思维、科研方法、实验操作等科研素质；并得到实验教学应将积极推行“教师为向导，学生为主体”的学生自主创新实验模式、优化课程考核方式、 完善教学的规范化和制度化等宝贵经验。
[关键词] 生理机能实验课程；电生理实验；自主创新实验；教学改革
[中图分类号] R965 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2016）07（a）-0120-04
[Abstract] The prevalent problem of traditional experimental course teaching is only to guide undergraduate students with the existing experimental procedures， but not to focus on improving their practical ability and develop their scientific and logistic thinking ways. Therefore， it is necessary to carry out teaching reformation on independent innovation experiments of undergraduate students， that is， experiment course will be carried out in a systematic and scientific framework of medical researches： scientific research subject selection， experiments design， experimental implementation， data collection and analysis， articles and invention writing. Experimental course have been designed for four teaching phases， scientific research subject selection phase， experimental design phase， experimental implementation phase， scientific research subject presentation and measurement phase. This practice of teaching reformation greatly contributes to improving undergraduate students′ innovative spirit， scientific and practical ability and developing their logistic thinking ways； also provides valuable experience， that is， "teacher guide， student led" pattern of independent innovation experiments should be popularized， curriculum evaluation ways should be optimized， and the experimental course teaching should be standardized and institutionalized further.
[Key words] Medical function experiments course； Electrophysiological experiment； Independent innovation experiments of college students； Teaching reformation
当今社会的快速发展对医学教育提出了更高的要求，其中以培养学生实践能力、创新精神和科学思维的素质教育已经成为医学院校教育教学努力的方向[1]。医学机能实验是生理学、病理生理学、药理学的实验课程，是临床医学生培养体系中基础医学与临床医学课程沟通的桥梁环节[2-3]。医学机能实验的教学，除了传授医学基础知识和基础理论，更注重对学生科研思维及实践能力的培养，即培养学生通过实验探索等过程主动获取知识的能力[4]。然而，目前实验教学过程中，普遍存在实验课程设置不完善、学生科研创新能力和实验操作技能欠缺、实验教学内容和考核方法与现代社会的医学需求脱节等问题[5-7]，为提高本科生的实践能力、创新精神和科学思维，第三军医大学基础部生理学教研室自2008年起，创办了“生理创新实验班”，开展学生自主创新实验的教学探索，即在本科医学机能课程教学过程中，融入科研选题、实验设计、实验实施、数据处理、论文写作和发明设计等医学科研的基本要素。以期在掌握基础实验和综合性实验的前提下，启发学生的科学思维和创新精神，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。
1 学生自主创新实验教学的思考和设计
1.1 传统实验教学的现状及反思
医学机能实验有利于培养学生动手能力、观察能力以及逻辑思维和总结能力，但以往的教学模式侧重于验证性实验，即教师先讲解本次实验的题目、目的、原理、操作过程、注意事项、以及数据的解读，然后让学生按部就班地操作[8]。由于验证性的实验有其程序化的实验步骤，学生只需“按菜谱做菜”，容易忽视实验过程中出现的其他现象及其意义。验证性实验追求“标准的实验结果”，达到与理论预期相同的现象和结论，更有甚者为此去编造实验数据[9]，本末倒置。因而，忽视提高科研实践和思维能力的传统实验教学，显然不利于新时期学生综合素质和创新能力的提高。
1.2 学生自主创新实验教学的设计及内容选择
为解决传统实验教学中的弊端，第三军医大学基础部生理学教研室将医学科研的基本框架引入实验教学过程，即在医学机能实验课程中设置学生自主创新实验：学生通过自主查阅有关文献资料或从观察到的实验现象中选题、自主设计实验方案，由教师审核实验的科学性、可行性和创新性，再由学生自主完成实验、处理数据和撰写论文等，最后以发表论文或申请专利的形式结题并进行结题答辩。
在医学机能实验课程中，电生理学实验是教学重点和难点。由于其结构与功能、机制与现象、理论与实际联系的逻辑紧密性，这一内容有利于培养学生科研实践和思维能力，而且电生理学技术也会在医学生日后科研和临床工作中广泛应用，因而非常适合开展自主创新实验。现以“神经干动作电位的引导，兴奋传导速度及兴奋性的测定”[10]为案例，介绍在本科生自主创新实验教学过程中的改革与探索。
2 学生自主创新实验教学的实施与成果
2.1 选题阶段
学生通过自主查阅有关文献资料或就有关实验现象提出问题，初步确定选题方向。
首先，启发学生发现问题。教师简略地介绍选题的方法论，诸如分析与综合等思维方式[11]，拓展同学们的思维与立题范畴，通过自主查阅有关文献资料或就观察到的实验现象进行选题。如在“神经干动作电位的引导，兴奋传导速度及兴奋性的测定”实验中，教师分析基础实验获得的实验结果与理论知识联系的异同点，即可发现问题。神经干动作电位引导方法是神经纤维膜外记录法，本质上是一种细胞外记录方式，记录电极均放置在细胞外，信号反映细胞生物电现象过程中兴奋区与非兴奋区神经干表面的电势差，因此当神经干刺激后可以记录到神经干双相动作电位[10， 12-13]。虽然所记录到的“神经干动作电位”和教材上神经纤维“动作电位”有相似的波形，但仔细观察便可发现一个有趣的现象，实验中实际记录到的却是不对称的波形：神经干动作电位前一相峰值高于、持续时间小于后一相，这一现象明显与“全或无”、“无衰减扩布”的神经动作电位传播特征所推得的两相波形一致的结论不符[14]。
其次，引导同学们进行文献查阅，逻辑分析，尝试提出假设。同学们查阅文献，进行分析和讨论，从而明确了“神经干复合动作电位”概念，以及细胞外记录的基本特点，即通常只做定性的、跟时间或频率相关的分析（如常规实验的要求：传导速度测定、不应期测定、单相复合动作电位观察等）。启发学生再次重复验证这一实验现象并提出了“刺激、引导电极以及引导电极之间的位置关系是引起双相动作电位波形不对称的原因”的假设[14]。
2.2 立题阶段
证实假设，不断完善实验设计，并在教师的引导下进行课题论证。
首先，进行课题实验设计，教师引导学生自主设计实验。实例中，引导学生注意并思考：细胞外电生理记录机制分析表明，双相“复合动作电位”的两相波形应呈现“对称”模式，但实际记录到的经常是前一相峰值高于持续时间小于后一相，明显是神经干的某些生理学信息被带进去了，那么如何根据所掌握的理论知识和实验技术，设计创新实验将其解析出来呢？由此引出实验方案。
其次，进行课题实验方案论证。教师引导学生对设计方案的科学性、可行性和创新性进行讨论，即开展实验方案论证会。一方面学生就设计中的难点或困惑进行咨询，另一方面教师和其他学生就实验设计中存在的问题进行讨论，从而确保实验方案具有科学性、创新性和可行性，同时也增强学生对实验方案的掌握和理解。在该案例论证过程中完善了“电极位置对蟾蜍坐骨神经干动作电位波形记录的影响”[14]的课题设计，以此申报并获得了2013年全国大学生创新创业训练项目资助，项目名称“电生理综合实验屏蔽盒设计及利用”，编号201390035023。
2.3 解题阶段
该阶段利用学生实验室和部分教师实验室的科研条件，在教师的技术指导下开展实验，获得实验数据，并根据实验结果对实验设计进一步补充和修正，改进实验方法和实验装置，得到最终实验结果。
自主创新实验与验证性实验不同，难以有“标准实验结果”，甚至实验结果与实验预期背道而驰。与此同时，由于实验条件的变化或控制不当以及学生对实验经验的缺乏，可能导致实验结果不理想，难以达到预期目标。这就要求学生拥有扎实的理论与实验基础、缜密的逻辑分析能力，从而能够发现规律、解析本质[15-18]。此时，教师要帮助学生分析问题、修改设计、控制实验条件、完善实验记录等，找到实验误差的原因，直至完成实验，若有实验难以完成的，也要有实验记录与分析总结并及时修改实验方案。
另外，针对实验中常常可以发现实验方法和实验仪器装置的局限，教师可以引导学生改进实验方法、设计创新实验仪器装置。本实验中，为了克服现有实验技术和装置中肌肉神经不能同时进行实验观察，不能准确定位神经干，不能有效控制神经干所处的环境条件，以及实验材料密闭性不佳等缺陷，学生改进并发明了《一种电生理综合实验屏蔽盒》（具体实验装置的改进和发明见发明专利公开文件），专利申请号：CN 103454314A。
2.4 结题阶段
学生对实验数据进行分析处理，得到实验结果并撰写科研论文，或对改进实验方法、实验仪器装置进行专利设计和申请，最后对课题的完成进行结题答辩。
数据的统计分析、科研论文撰写、专利的申请对于本科学生都是陌生的，但经过自主创新实验的系统训练，学生能够基本掌握数据统计分析的常用方法，科研论文写作的一般流程、专利申请的大致要求等，最后的结题答辩也有利于培养学生语言表达、学术交流、应变能力。
本实验课题，最终取得了以下成果：在中国科技核心期刊上发表文章一篇，《电极位置对蟾蜍坐骨神经干动作电位波形记录的影响》[14]；申请发明专利一项，《一种电生理综合实验屏蔽盒》，专利申请号CN 103454314 A；获得2013年全国大学生创新创业训练项目课题一项，项目名称“电生理综合实验屏蔽盒设计及利用”、项目号201390035023，顺利结题并获得“大学生创新创业训练计划项目优秀成果奖”。
3 学生自主创新实验教学的经验与总结
生命科学，尤其是医学，是21世纪科学研究的重点，而这一学科仍处于实验或实践科学阶段，即其理论突破和知识更新主要来源于科学研究和临床实践[2， 19]。随着医学教育的发展，社会对医学生综合素质提出了更高的要求，将科研训练引入本科医学生教育逐渐成为一种趋势[20]。医学机能实验课程作为临床医学生培养体系中基础医学与临床医学课程沟通的桥梁环节[2]，第三军医大学基础部生理学教研室自2008年创办“生理创新实验班”起，便积极进行医学机能实验课程教学改革，课程设计上融入学生自主创新实验的教学探索，以期提高学生的实践能力、创新精神和科研思维。
正如一名参与的学生所言：“我享受自主创新实验过程中逻辑推理的乐趣，更享受当初假设被实验所证实的成就感与满足感”，的确，自主创新实验使学生获益良多：① 提高了学习的主动性和积极性，锻炼了自主学习能力。② 培养了创新意识、科研思维、科学的态度，以及综合分析，发现问题、解决问题的能力。③ 提高了学生动手实践操作能力，掌握一定的实验流程与方法。④ 锻炼了学生查阅文献、论文写作、专利发表的能力。⑤ 答辩有利于学生的表达能力和应变能力的提高。⑥ 有利于加强学组织协调能力、集体协作精神。
针对医学机能实验课学生自主创新实验的教学探索，对学生自主创新实验教学的经验与总结如下：① 积极改革传统实验课程教学，调动学生自主学习的积极性，推行“教师为向导，学生为主体”的学生自主创新实验模式。② 将科研引入教学，即在实验教学中，融入科研选题、实验设计论证、实验实施、数据收集处理、论文写作和发明设计等医学科研的基本要素，培养学生的创新意识、科研思维和科学精神，以及善于发现、积极分析和科学解决问题的能力[12]。③ 优化课程考核方式，改变传统单纯卷面分数或者单纯实验操作的考核体系，建立更科学、有效、公正的评价标准，我们的做法是将学科成绩分为理论考试、课堂考核、操作考试、课题实践四个评价模块。优化考核机制，达到以考促学，促进学生提高综合素质[3]。④ 完善教学的规范化和制度化，保障教学质量可持续发展，这主要涉及到四方面的实施要点：文件（课程设计大纲、实验室管理制度、教案、教学计划等），管理（师资队伍、学生情况、教学环境），教学（教学内容、方法、标准化流程和课堂情况）和效果评估（学生基础知识、基础理论、基本技能的掌握情况和各项预期指标的完成情况）[21-22]。
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（收稿日期：2016-02-28 本文编辑：赵鲁枫）
