王 放,辛 穎,張 靈,于 蕾,李 輝,劉 玲△

(1吉林大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院病原生物學(xué)系, 長春 130021;2吉林大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院病理學(xué)系; 3吉林大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)科學(xué)系; 4吉林大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生理學(xué)系; 5吉林大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院教學(xué)管理科; △通訊作者)

生物醫(yī)學(xué)科學(xué)是研究人體全周期各階段結(jié)構(gòu)與功能,特別是研究疾病的發(fā)生發(fā)展機(jī)制以及如何通過物理、化學(xué)、工程等手段治療疾病,促進(jìn)健康的基礎(chǔ)學(xué)科。如今,我們已經(jīng)進(jìn)入了精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)、轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)、個(gè)性化醫(yī)療和大數(shù)據(jù)時(shí)代,對生物醫(yī)學(xué)科學(xué)人才的需求越來越多,要求也越來越高。我校自成立生物醫(yī)學(xué)科學(xué)專業(yè)以來,不斷進(jìn)行新醫(yī)科知識體系的構(gòu)建,促進(jìn)學(xué)生醫(yī)學(xué)與理化、生物、工程、數(shù)據(jù)、信息等多學(xué)科交叉于一體的形成[1,2]。

1 課程整合的背景

在我校的生物醫(yī)學(xué)科學(xué)專業(yè)中,人體結(jié)構(gòu)與功能作為構(gòu)建綜合的生物醫(yī)學(xué)科學(xué)知識體系的一門重要課程,與生命科學(xué)基礎(chǔ)、疾病學(xué)基礎(chǔ)、疾病學(xué)概論等核心整合必修課程相互滲透,又與醫(yī)學(xué)前沿、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等選修拓展課程相互關(guān)聯(lián)。我們對其的整合教學(xué)進(jìn)行了多方面的探索和嘗試。這門課程研究正常人體器官組織結(jié)構(gòu)以及生理功能,包括傳統(tǒng)課程中的人體解剖學(xué)、組織學(xué)與胚胎學(xué)、生理學(xué)等內(nèi)容。國內(nèi)外一些院校根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)需求的不同,從內(nèi)容和形式上采取了不同的整合方式。如部分院校的臨床專業(yè)將人體結(jié)構(gòu)與功能作為一門重要的橋梁課程與臨床課程對接,內(nèi)容和形式上更多地引領(lǐng)學(xué)生建立臨床診療思維。有些院校的非臨床專業(yè)如生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè),將解剖學(xué)與組織學(xué)進(jìn)行整合成為人體結(jié)構(gòu)學(xué),主要為了與生物學(xué)、工程學(xué)融合,面向醫(yī)療器械、醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展[3]。針對生物醫(yī)學(xué)科學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo),此課程整合的基本理念是實(shí)現(xiàn)人體解剖學(xué)、組織學(xué)和生理學(xué)在邏輯上銜接,不僅考慮人體系統(tǒng)為單位的結(jié)構(gòu)和功能之間的聯(lián)系,同時(shí)也兼顧學(xué)科知識交叉的特點(diǎn),使人體結(jié)構(gòu)與功能不再是獨(dú)立的知識點(diǎn),而成為能夠縱橫交錯(cuò)聯(lián)系的知識紐帶。

2 課程整合的設(shè)計(jì)

人體結(jié)構(gòu)與功能教學(xué)主要采用理論講授、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、線上資源相結(jié)合的方法,以基本理論、實(shí)驗(yàn)技能為根基,加強(qiáng)交叉學(xué)科的拓展融合。理論課除了為學(xué)生提供基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí),更為其展示交叉學(xué)科的相關(guān)知識,提高學(xué)生的科研意識,鍛煉學(xué)生的應(yīng)用能力,提升課程的融合程度[4]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,教師通過虛擬實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)與傳統(tǒng)實(shí)物、切片的觀察相結(jié)合的教學(xué)模式,做到理論與實(shí)踐相結(jié)合,并通過臨床及科研案例,培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力。對于人體結(jié)構(gòu)與功能這門課程,我們從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)形式上實(shí)現(xiàn)了八個(gè)方面的整合,詳述如下。

2.1 教學(xué)內(nèi)容

2.1.1 結(jié)構(gòu)與功能的整合:培養(yǎng)學(xué)生具有寬厚扎實(shí)的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)知識以及相應(yīng)學(xué)科方向的專題知識 我們將課程內(nèi)容按照學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,由形態(tài)到功能、由宏觀到微觀有序地進(jìn)行組合,改進(jìn)了原來學(xué)科間只有時(shí)間順序相互照應(yīng)的整合模式,打破了學(xué)科間系統(tǒng)、細(xì)胞、分子、功能相互分割的講課方法,以系統(tǒng)整合為主線,在每一節(jié)課內(nèi)進(jìn)行結(jié)構(gòu)與功能上的充分融合,引導(dǎo)學(xué)生在掌握人體各器官系統(tǒng)的正常形態(tài)結(jié)構(gòu)、位置和毗鄰關(guān)系,進(jìn)而了解其生理功能的表現(xiàn)形式、活動過程、發(fā)生機(jī)制及影響因素,理解機(jī)體為適應(yīng)環(huán)境變化和維持整體生命活動所做的相應(yīng)調(diào)節(jié)。以神經(jīng)系統(tǒng)為例,教師在講解視覺這一章節(jié)時(shí),先從通路層級(解剖)講述視覺傳導(dǎo)通路的構(gòu)成,再從視網(wǎng)膜的細(xì)胞和環(huán)路(組織學(xué)與胚胎學(xué)),至視桿細(xì)胞內(nèi)的分子路徑(生理),最后引入科學(xué)前沿實(shí)驗(yàn),介紹單光子激發(fā)視桿細(xì)胞的電反應(yīng),以系統(tǒng)生物學(xué)的方法來解釋整個(gè)視覺現(xiàn)象的機(jī)制,實(shí)現(xiàn)了形態(tài)與功能的深度融合。知識構(gòu)建不但促使學(xué)生掌握人體正常器官和系統(tǒng)的形態(tài)和功能,更為后續(xù)課程奠定基礎(chǔ)。

2.1.2 系統(tǒng)與系統(tǒng)間的整合:培養(yǎng)學(xué)生建立邏輯思維,使其具備自主學(xué)習(xí)和終生學(xué)習(xí)能力 盡管該課程按系統(tǒng)進(jìn)行整合,但并不是一個(gè)線性系統(tǒng)。系統(tǒng)間根據(jù)知識相互穿插,形成一個(gè)高度交叉連接的網(wǎng)絡(luò)。以神經(jīng)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的整合為例,首先,神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)三者之間相互作用形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)共同維持機(jī)體的穩(wěn)態(tài),三大系統(tǒng)在細(xì)胞組成、生物活性物質(zhì)、周期性變化、信息存儲和記憶、作用途徑、正負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制等方面存在許多共性,在授課過程中,我們將這三個(gè)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和功能上的聯(lián)系再度進(jìn)行整合;另外,神經(jīng)和體液的調(diào)節(jié)是貫穿諸多系統(tǒng)的重點(diǎn)難點(diǎn),如何發(fā)揮神經(jīng)系統(tǒng)對各系統(tǒng)的統(tǒng)一和調(diào)節(jié)作用,是這門課程融合的重點(diǎn)。多數(shù)國外教材將神經(jīng)系統(tǒng)編排在各章節(jié)前面,以利于學(xué)習(xí)者更好地理解神經(jīng)和體液對各個(gè)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功能。但是,國內(nèi)普遍認(rèn)為神經(jīng)系統(tǒng)非常復(fù)雜,是建立在各系統(tǒng)器官結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上,涉及大量的解剖和生理名詞,需要學(xué)習(xí)者先掌握其他系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),才能理解神經(jīng)系統(tǒng)在全身的分布、支配和調(diào)節(jié)。所以,我們在保持原有神經(jīng)系統(tǒng)在后的順序基礎(chǔ)上,對復(fù)雜的內(nèi)容進(jìn)行分層次融合,將內(nèi)臟神經(jīng)的結(jié)構(gòu)與功能在各章節(jié)逐漸滲透,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間知識的相互聯(lián)系和融合,使學(xué)生在學(xué)習(xí)知識的同時(shí)培養(yǎng)系統(tǒng)性思維能力,深化醫(yī)學(xué)科學(xué)思維訓(xùn)練。

2.1.3 學(xué)科與學(xué)科間的整合:培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建綜合的生物醫(yī)學(xué)科學(xué)知識體系 依靠計(jì)算機(jī)的輔助,生物醫(yī)學(xué)在診斷設(shè)備、三維圖像重構(gòu)、輔助藥物設(shè)計(jì)、生物組學(xué)等方面都取得了跨越式的進(jìn)步。生命科學(xué)的進(jìn)步,尤其是在人工智能、仿生技術(shù)等領(lǐng)域的重大進(jìn)展,又為計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展不斷創(chuàng)造新的結(jié)合點(diǎn)和突破口,二者的深度融合使生物醫(yī)學(xué)加速進(jìn)入數(shù)字化和高速化時(shí)代。生物醫(yī)學(xué)科學(xué)專業(yè)融合了基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和數(shù)學(xué)的理論知識,設(shè)置了人工智能、醫(yī)學(xué)3D打印等拓展課程。人體結(jié)構(gòu)與功能作為醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課,在課程設(shè)計(jì)中加強(qiáng)了與相關(guān)課程的聯(lián)結(jié)。學(xué)生通過對人體器官結(jié)構(gòu)和功能的學(xué)習(xí),輔以3D打印人體器官來觀察其病理變化,進(jìn)而進(jìn)行藥物篩選和個(gè)性化用藥指導(dǎo),從而了解藥物作用機(jī)制,再利用3D打印人體器官來模擬不同的臨床病例,進(jìn)行手術(shù)模擬訓(xùn)練,從而提高診療技能和水平[5]。因此,人體結(jié)構(gòu)與功能、疾病學(xué)基礎(chǔ)、疾病學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、醫(yī)學(xué)3D打印實(shí)現(xiàn)了課程間知識的融合和醫(yī)學(xué)科學(xué)思想的滲透。

2.1.4 基礎(chǔ)理論與科學(xué)研究的整合:培養(yǎng)學(xué)生形成科研思維,具有科學(xué)創(chuàng)新力 每節(jié)課程的設(shè)計(jì)不以涵蓋浩如煙海的知識點(diǎn)為目標(biāo),而是精心挑選一些重要的基礎(chǔ)理論加以展開探討。每個(gè)話題都以經(jīng)典的或最新的科學(xué)實(shí)驗(yàn)為出發(fā)點(diǎn),相關(guān)知識點(diǎn)由相互關(guān)聯(lián)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)的推演過程組成。例如,學(xué)生學(xué)習(xí)腦的皮質(zhì)功能時(shí),可以通過PET和fMRI等腦功能成像技術(shù),在屏幕上看到人腦思維行進(jìn)的軌跡,甚至捕捉到瞬間頓悟、決策中的思想沖突等特定的腦圖像,感受科學(xué)帶來的震撼。學(xué)生也可以通過設(shè)計(jì)手機(jī)程序,利用Muse的EEG頭盔檢測到腦電波程序,分析出受試者是在發(fā)呆還是集中注意力,體會腦電波在人工智能中的研發(fā)應(yīng)用。我們將這些科學(xué)實(shí)驗(yàn)以問題的形式提出,隨之加以闡述,解釋人類如何通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)達(dá)到目前對人體結(jié)構(gòu)與功能的認(rèn)知。課程的插圖大多源于原始文獻(xiàn),利于學(xué)生在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識的過程中實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)理論與科學(xué)研究的結(jié)合,產(chǎn)生求知欲,逐步形成科研思維。

2.2 教學(xué)形式

2.2.1 理論與實(shí)踐的整合:培養(yǎng)學(xué)生具備運(yùn)用必要的科研方法,自主設(shè)計(jì)并獨(dú)立從事科學(xué)研究的能力 教學(xué)形式中實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的整合。實(shí)課驗(yàn)與理論課同步,分基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和研究性實(shí)驗(yàn)三種類型。基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)精選最基本的、最代表實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù),通過學(xué)習(xí)掌握相應(yīng)學(xué)科的基本知識與基本技能,為綜合性實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)[6]。以神經(jīng)系統(tǒng)為例,基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)置6個(gè)內(nèi)容,2次為一單元,一單元內(nèi)包括內(nèi)容相關(guān)聯(lián)的形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)和生理功能實(shí)驗(yàn),例如形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)為脊髓與脊神經(jīng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)觀察,生理學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行反射時(shí)的測定和反射弧的分析,完成從結(jié)構(gòu)到功能的實(shí)踐認(rèn)知。綜合型實(shí)驗(yàn)由多種實(shí)驗(yàn)手段和技術(shù)以及多層次的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容所組成,主要訓(xùn)練學(xué)生對知識和實(shí)驗(yàn)技術(shù)運(yùn)用的綜合能力、對實(shí)驗(yàn)的獨(dú)立工作能力,為研究性實(shí)驗(yàn)順利開展做好準(zhǔn)備,例如,神經(jīng)系統(tǒng)開展兔大腦皮層運(yùn)動區(qū)的刺激效應(yīng)及去大腦強(qiáng)直的研究。研究性實(shí)驗(yàn)是在完成基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和綜合型實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合其他學(xué)科的知識和技術(shù),要求學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,開展科學(xué)研究,撰寫課程研究論文,為畢業(yè)論文研究工作的開展打下基礎(chǔ)。例如,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明神經(jīng)末梢是通過釋放神經(jīng)遞質(zhì)發(fā)揮對效應(yīng)器的作用。理論與實(shí)踐的結(jié)合,使學(xué)生在充分掌握知識的同時(shí),具備必要的科研能力。

2.2.2 線下與線上資源的整合:培養(yǎng)學(xué)生具備國際化視野和國際競爭力,拓展學(xué)生的知識寬度 我們在理論課知識體系的框架下,增添了一些由其衍生出來的特色線上資源,推進(jìn)醫(yī)療新技術(shù)、新藥物研發(fā)的復(fù)合型人才的培養(yǎng),將人體結(jié)構(gòu)繪圖與Procreate等繪圖軟件結(jié)合,錄制手繪視頻,開展學(xué)生基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)知識動畫設(shè)計(jì)線上比賽,輔助理解理論課重點(diǎn)難點(diǎn)知識。對于實(shí)驗(yàn)課,我們構(gòu)建實(shí)驗(yàn)示范視頻,方便學(xué)生課前預(yù)習(xí)了解實(shí)驗(yàn)過程,同時(shí)建立數(shù)字實(shí)驗(yàn)?zāi)M軟件,讓學(xué)生深入了解實(shí)驗(yàn)原理和相關(guān)知識,實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有效的結(jié)合。線上資源也將利用人工智能技術(shù),為學(xué)生提供更多與醫(yī)學(xué)相關(guān)的前沿咨詢和知識拓展。學(xué)生可以了解一些人工智能與人體生理功能、疾病診療相結(jié)合的原理和應(yīng)用場景,并與專業(yè)人士進(jìn)行交流和探討[7]。IBM Watson Health是一個(gè)利用人工智能技術(shù)解決醫(yī)療保健行業(yè)挑戰(zhàn)的平臺,它可以幫助醫(yī)生、研究者、政策制定者等各方面利益相關(guān)者提高診斷、治療、預(yù)防、研發(fā)等方面的效率和質(zhì)量。這樣的拓展學(xué)習(xí),既可以增強(qiáng)學(xué)生對人工智能在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的作用的認(rèn)識,也可以激發(fā)他們對醫(yī)學(xué)創(chuàng)新的探索興趣。線上資源為學(xué)生搭建挑戰(zhàn)醫(yī)學(xué)極限的舞臺,形成序進(jìn)跨越相結(jié)合的創(chuàng)新實(shí)踐平臺[8]。

2.2.3 規(guī)劃教材與輔助教材的整合:以新醫(yī)科知識體系導(dǎo)向?yàn)樵瓌t,確保教材的先進(jìn)性和引領(lǐng)性 我們在選用規(guī)劃教材的基礎(chǔ)上,針對整合課程的特點(diǎn),編寫具有系統(tǒng)性和實(shí)用性的教材,為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供重要支持。因?yàn)橛幸?guī)劃教材作為依托,所以整合課程教材作為輔助和補(bǔ)充。整合課程的教材按照人體的大體結(jié)構(gòu)、組織結(jié)構(gòu)和功能來組織,形成一個(gè)完整的知識體系。針對學(xué)生的不同需求,整合教材具有多樣性,包括紙質(zhì)教材、電子教材等多種形式,內(nèi)容包括學(xué)習(xí)筆記、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、習(xí)題集等不同方面,讓學(xué)生根據(jù)自己的情況選擇最適合自己的學(xué)習(xí)方式。整合課程的知識更新非常快。因此,教材尤其是電子版輔助教材做到及時(shí)更新,根據(jù)醫(yī)學(xué)前沿研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),及時(shí)修訂、補(bǔ)充內(nèi)容,以保持時(shí)效性和科學(xué)性[9]。

2.2.4 師資隊(duì)伍的整合:極具創(chuàng)新思維的優(yōu)秀教師聚集在一起,相互激勵(lì),共同超越,營造思想及能力引領(lǐng)的育人環(huán)境 高素質(zhì)的教師隊(duì)伍是教學(xué)質(zhì)量的保證。整合課程涵蓋多學(xué)科、多領(lǐng)域,教學(xué)難度大。我們從各學(xué)系挑選教師,組建專門的整合課程授課團(tuán)隊(duì),兼顧學(xué)科專業(yè)與科研方向,將醫(yī)學(xué)背景與非醫(yī)學(xué)背景教師相結(jié)合,形成科學(xué)的培養(yǎng)方案;加強(qiáng)教師的理論知識和實(shí)踐能力培養(yǎng),通過集體備課和教學(xué)研討,促使教師走出原有的學(xué)科圈,構(gòu)建人體結(jié)構(gòu)與功能這門課程完整的知識體系,進(jìn)而參加交叉學(xué)科的學(xué)習(xí)和培訓(xùn),拓展知識的廣度;組織教師參加教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)方法的培訓(xùn),引導(dǎo)他們使用多種教學(xué)方法和手段來提高整合教學(xué)效果;建立整合課程教學(xué)評估機(jī)制,對教師進(jìn)行評估,并提供針對性的反饋和建議,幫助教師不斷改進(jìn)和提高教學(xué)質(zhì)量。

人體結(jié)構(gòu)與功能整合課程打破形態(tài)學(xué)與機(jī)能學(xué)的學(xué)科壁壘,實(shí)現(xiàn)了內(nèi)容和形式上八個(gè)方面的整合,不僅能夠幫助學(xué)生建立對人體結(jié)構(gòu)和功能整體的認(rèn)識和理解,還能夠促進(jìn)不同學(xué)科之間的交流和合作,形成一個(gè)更加完整和全面的知識體系,為科研與教學(xué)、醫(yī)學(xué)信息產(chǎn)業(yè)、藥物設(shè)計(jì)與研發(fā)等打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。今后的課程教學(xué)中,我們將進(jìn)一步創(chuàng)新,根據(jù)專業(yè)需求,及時(shí)調(diào)整課程的側(cè)重點(diǎn)和教學(xué)方法,逐步完善醫(yī)理、醫(yī)工、醫(yī)文交叉融合的發(fā)展模式,培養(yǎng)符合新時(shí)代需求的復(fù)合型人才。