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[關鍵詞]食品專業 本科 免疫學
[中圖分類號]G642.0 [文獻標識碼]A [文章編號]1005-5843(2013)04-0174-02
[作者簡介]匡華,彭池方,徐麗廣,宋珊珊,胥傳來,江南大學食品學院(江蘇無錫214122)
“免疫學”是一門理論性和應用性很強的學科,已廣泛滲透到生命科學的各個領域。食品學科作為典型的交叉學科,與醫學、生物技術等學科密切相關。隨著食品科學的發展,目前對食品營養、食品功能、膳食攝入與健康、食品分析等方面的研究已成為食品科學以及預防醫學等學科的重要研究內容。因此,國際上食品科學發展較好的院校非常重視食品科學教學中基礎生命科學知識的教學,其中,最受重視的就是免疫學基礎。
一、課程設置
免疫學課程最大的特點就是內容抽象、枯燥,毫無醫學相關知識和臨床經驗的食品專業本科生幾乎對免疫學缺乏感性認識,學習起來較為困難。
江南大學食品專業學生在基礎課程階段開設了生物化學(理論講授56學時,實驗課程32學時)、微生物學(理論講授48學時。實驗課程32學時)、食品營養(理論講授24學時.實驗課程16學時)和食品化學(理論講授40學時)等相關課程。為學習免疫學知識打下了一定基礎。江南大學食品學院的免疫學課程開設在第7學期,只開設了理論講授課程。共計16個學時.相對于其他兄弟院校,沒有開設免疫實驗課程,而且學時數量也偏少。例如:暨南大學食品專業開設免疫學理論課程40學時,實驗32學時;陜西師范大學食品專業免疫學理論學時36,實驗課程18學時。其他如西北農林科技大學、內蒙古農業大學等食品專業都在開設免疫學理論課程在同時開設了免疫實驗課,總學時數遠遠多于江南大學食品學院的課時安排。
江南大學食品學院的免疫學課程安排在大四的第7學期,這距離生物化學、微生物學、食品營養學等相關課程相關背景課程的開設已經過了1年的時間,此時,學生對于生化或微生物方面的知識大多已經淡忘,給課程的講授增加了難度。而國內其他院校都安排在了大二或大三階段(即第4至第6學期),這個時間安排在生物化學及微生物等相關基礎課程之后,非常有利于學生的學習。
免疫學是一門抽象的理論型學科,也是一門實踐性很強的課程,實驗教學在免疫學教學中尤為重要。而且,學生對直接的感性認識印象更為深刻。因此.我們認為,食品專業本科生免疫學課程開設時間不宜過晚,應該在生化、微生物等基礎課程之后開設,并輔以適當的試驗課程,這將會對學生的認知起到較大的推進作用。
二、課程理論講授內容的選擇
免疫學內容紛繁蕪雜,理論深奧。一般來說,醫學本科生的免疫學是專業核心的骨干課程,其講授分為基礎免疫學、免疫學試驗和臨床免疫學等3個部分。目前我們對國內高校使用的“食品免疫學”的教材進行了梳理、歸納,主要教材包括:化學工業出版社出版、江南大學胥傳來主編的《食品免疫學概論》;中國農業大學出版社出版、顧瑞金主編的《食品免疫學概論》;化學工業出版社出版、江漢湖主編的《食品免疫學導論》;中國輕工業出版社出版出版、宋宏新主編的《食品免疫學》,以及合肥工業大學出版社出版、范遠景主編的《食品免疫學》等,這些教材基本都覆蓋了醫學免疫學的全部內容。而在一些非醫科大學中,免疫學理論課學時數開設相對較少,如此眾多的內容,讓學生在較短的時間內掌握實在很困難,使其望而生畏。在教學過程中,如果教師一味強調學科的完整性而將內容全面展開,勢必加重學生的負擔,挫傷學生學習的興趣。
此外,各種教材在章節順序的編排上也存在著較大的差異。本科學生平時在學習中比較容易接受一些宏觀概念。而對微觀上一些概念的理解感到很難。因此我們認為,在章節的順序上應遵循從宏觀到微觀,有重點、有層次地展開教學內容。講授內容一般包括:緒論和免疫系統(2個學時)、免疫細胞和免疫分子(4個學時)、免疫應答(4個學時)、食品免疫檢測技術(2個學時)、食物過敏及預防(2個學時)及功能性食品與健康(2個學時)。講授內容應摒棄較為晦澀難懂的主要組織相容性復合物及細胞因子等知識,而將涉及這些內容的書籍和教材推薦給學生,讓他們在課后閱讀參考。
開設免疫學課程的目的是讓學生理解并掌握免疫學的基本原理.從而指導日后他們可能從事的食品研發、食品加工和食品檢測工作。我們在食品專業免疫學的講授中發現,本科生對于大量出現的各種醫學名詞、定義和關系很難一下子弄清楚。因此,根據學科和專業特點明確教學重點,適當地精簡內容,是改善教學效果的重要途徑之一。
三、課程實驗內容的選擇
免疫學課程的實驗教學具有與理論教學同等重要的作用,既可鞏固理論知識,又可為以后的研究和實踐奠定扎實的基礎。國內醫科專業學校由于安排了足夠的實驗學時,可以就抗原抗體反應、免疫細胞檢測、免疫分子檢測、臨床免疫(超敏反應)等內容安排凝集實驗、沉淀實驗、免疫電泳、補體結合實驗、免疫標記實驗、抗體制備實驗、免疫細胞分離實驗、淋巴細胞功能檢測實驗,以及免疫分子測定等實驗內容。
對于食品專業本科生的教學而言,由于受課時的限制,使得他們對基礎知識的掌握程度不高,因此在講授內容上,不能照搬醫學院免疫學實驗課程的全部內容,而應根據“免疫學”這門學科特點將課程分為掌握、熟悉、了解三個層次進行教學。“掌握”的內容要求理解透徹,能在本學科和相關學科的學習工作中熟練、靈活運用其基本理論和基本概念;“熟悉”的內容要求能熟知其相關內容的概念及有關理論,并能適當應用;“了解”的內容要求對其中的概念和相關內容有所了解。
實驗教學工作不僅要培養學生的操作技能,還應該側重于學生分析問題、解決問題及創新能力的培養,并根據理論講授的內容進行優化和調整,力求簡明實用。為此,我們建議在實驗教學內容中開設抗原抗體凝集和沉淀反應實驗(可設置4個學時)、抗體制備實驗(可設置8個小時)、酶免疫測定實驗(可設置8個學時)等內容。
免疫學是一門綜合性和實踐性很強的學科,免疫學實驗技術已廣泛應用于醫學診斷和生物學研究。隨著免疫學理論的進展及相關學科新技術在免疫學的應用。近年來誕生了不少免疫學新技術。這些技術不僅推動了免疫學的發展。也是疾病診斷、療效評估和探討疾病機制和治療的重要手段。為此,不同學校可根據本校對儀器和設備資源的具體占用情況,采用現場講授和演示的方式對免疫電泳技術、免疫印跡技術,以及流式細胞儀技術進行介紹,使學生了解其檢測過程和應用目的。通過本課程的學習,使學生掌握免疫學的基本概念、基本理論、基本實驗原理及操作技能,具有一定的分析問題和解決問題的能力。
四、講授方式
1 醫學免疫學內容比較復雜抽象,看不見,摸不著,不直觀[1]
比如說免疫分子這一章節,凡參與免疫應答的體液因子都稱為免疫分子,包括免疫球蛋白、補體系統和細胞因子三大類。這三大類分子都很抽象,知識點很零碎,往往讓教師感到很難講,無法用形象的、具體的語言直觀的講給學生,從而讓學生覺得這些內容很難、很枯燥、不好記憶,對這門課程產生厭學情緒。這時就需要教師有效地合理的利用多媒體教學,來克服醫學免疫學知識比較復雜抽象這一情況。教師可將學生難以想象和理解的抽象內容、復雜的變化過程等采用動畫、圖片、聲音等形式展現出來,將抽象轉化為具體,深奧轉化為淺顯,枯燥乏味轉為生動形象,從而有利于學生對學習內容的理解。教師應該突出重點難點,切忌面面俱到。同時,教師可以采用啟發式教學方法,充分調動學生學習的主動性和積極性。根據教材內容的內在聯系,精心設置一系列問題,層層深入地引導學生沿著合乎邏輯的思路進行思考,這種方法比將知識直接告訴學生更能激起學生的探索興趣,調動學生的學習積極性。這樣學生對所獲取的知識理解更深,記憶更牢,同時也培養了學生的思維能力,開發了智力。
2 各章節內容獨立但又聯系密切,知識由淺入深,環環相扣
教師在講授部分內容時, 必然會涉及到后面章節將要詳細介紹的很多概念, 比如我們在第一章講述抗原時,必然會涉及到抗體、致敏淋巴細胞等專業名詞,但教師不可能在這一時間詳細的給學生講述所涉及到的后面章節的內容,這往往使教師覺得很難教。而這些概念對于學生來講都是陌生的,教師在講授的時候只講本節概念,而對于后面章節內容不過多展開講授,這就使得學生感到概念多,頭緒不清,壓力較大,從而在課程的開始就產生畏難情緒,對本學科失去興趣。針對這種情況,教師應該在每次課前都擬定好本次課的目的、重點和難點,以及突出重難點的方法,特別是要把抽象的概念具體化、形象化,用學生們能聽懂的語言或者實例來表達和闡述。比如當給學生介紹抗原的概念時,我們往往會提到抗原是一類能刺激機體免疫系統啟動免疫應答,并能在體內或體外與免疫應答產物(抗體或效應T細胞)發生特異性結合的物質[2]。很顯然這里面提到的免疫應答和抗體都在后面的章節講到,這時我們就可以把免疫應答比喻成一場戰爭,而這場戰爭的入侵者就是抗原,防御者就是免疫系統。用這些簡單易懂的語言來表達,學生就可以更好的理解明白,同時在提到某些暫時不能展開講授的知識點時,應該向學生說明這些知識點,現在可能不易接受,但隨著課程的進展,知識的增加,就會逐漸理解這些知識點。在學習該門課程前,應該讓學生全面瀏覽教材內容,了解本課程的特點,有針對性的獲取更多相關的知識信息,這樣有利于提高學生課堂學習效率,能更好的掌握基本知識,克服畏難情緒。
3 醫學免疫學與其它基礎學科有著聯系的密切
教師在講授醫學免疫學時,因講授的內容和這些學科的知識緊密相聯,但解剖生理、生物化學、醫學遺傳學這些課程有時被安排在同一學期學習,這往往使教師覺得難教。因為學生沒有全面的相關背景知識,每講一個知識點就會涉及到其他學科的內容,這時就會讓學生覺得難以消化,總是似懂非懂。這就要求教師應該全面掌握相關學科的相關知識,經常了解與免疫學相關學科的交叉內容的進展,若講課過程中涉及到醫學后期課程內容,盡量簡明扼要講解,并提醒學生在學習過程中務必注意各學科之間的密切聯系性,不能孤立地學習某一學科知識。引導學生利用課余時間到圖書館或者通過網絡了解相關背景知識,學會融會貫通,學以致用,把似懂非懂的問題弄清楚,這也培養了學生的自主學習能力。
4 醫學免疫學發展迅速,知識更新快也是難教難學的原因之一
關鍵詞:免疫學;食品專業;積極性;互動
中圖分類號:G622
文獻標識碼:A 文章編號:16749944(2017)09023402
1 引言
作為生命科學和醫學的基礎性、支柱性學科,免疫學非常重要。免疫學與基礎醫學、臨床醫學、微生物學、分子生物學、生物化學、營養學等學科均有一定的交叉。目前在蘇州大學,免疫學也是食品系學生的必修課程之一[1,2]。然而,由于專業背景的差異,食品系學生在學習免疫學的過程中有著不同于醫學專業學生的規律和特點。而且近10多年來,免疫學的發展更是日新月異,基礎理論不斷修正和更新,新的免疫學技術不斷涌現。這就要求免疫學專業教師必須采取合適的策略和方法,才能夠取得理想的教學效果。筆者同時承擔著醫學專業和食品專業學生的免疫學n程,在教學過程中總結了一些經驗和教訓,在此與大家共同分享授課過程中的一些心得與體會。
2 教學方法分析
2.1 以日常生活中的實例調動學生的學習積極性
免疫學理論知識較為抽象、內容繁雜、概念和英文縮寫較多,即使對于醫學背景的學生來說,學習上也存在著一定的難度,部分同學對免疫學學習興趣低下,學習效果不理想[3~5]。因此,調動食品專業學生學習免疫學的興趣,是提高授課效果的關鍵因素之一。筆者認為,可以結合日常生活中的實例,講解背后的免疫學原理,這樣有助于提高學生的學習興趣。比如,筆者在講授“超敏反應”時,以日常生活中的花生和雞蛋過敏為例,先給學生介紹基本癥狀,再結合生理學和免疫學知識詳細講解引起超敏反應的機制。然后又拓展到花粉過敏、螨蟲過敏等其它常見的過敏性疾病。這樣,一方面貼近實際生活,另一方面也與食品系學生的專業背景相符合,提高了他們學習免疫學的興趣。又如,在講授“免疫缺陷病”章節關于“人免疫缺陷病毒導致獲得性免疫缺陷綜合征”時,通過講解骨髓移植治療HIV感染的病例,一方面復習了HIV病毒入侵T細胞的機制;另一方面鼓勵學生多學習免疫學知識以及其它學科的知識,并靈活運用到工作和生活中。在講授免疫耐受時,通過實驗分組的討論,讓學生了解科學實驗的構思及邏輯。通過講述一些偉大免疫學家取得的成就及其研究過程,激發學生對免疫學的的主動學習熱情和興趣。
2.2 運用多媒體課件,使抽象的理論豐滿生動
在科學技術飛速發展,知識成倍增長的信息時代,各種新式的教學手段和方法層出不窮。怎樣使免疫學那些“看不見、摸不著”的概念和抽象的理論具象化、生動化,是對課件的基本要求之一,也是教學方法研究的重點之一。筆者認為,在課件中應該盡量減少文字,多以圖片及動畫的形式,詳細、系統、精確地展示免疫學的基本理論。比如通過圖片演示免疫細胞結構時,可以通過不同形狀和顏色去區分不同的細胞器;講解T細胞活化過程時,通過動畫、視頻的方式一步步演示T細胞活化的步驟,并且在關鍵步驟要有顏色深淺的區分。在講解淋巴細胞的黏附與遷移時,則首先要通過圖片講解黏附分子的結構和相應的配體,然后通過視頻一步步講解淋巴細胞在趨化因子的驅動下,引起黏附分子構象的變化,從而將不同的淋巴細胞募集到特定的免疫器官。多媒體手段的引入,使抽象的理論變得形象具體,有利于學生對這些理論的理解及記憶,激發學生的學習熱情。
2.3 重點傳授免疫學的學習方法,引導學生主動學習
在免疫學知識快速更新,各種信息呈現爆發式增長的信息時代,免疫學理論不斷地擴充。因此,作為教師也要不斷整合新知識、更新舊理論,提高自身的知識水平。應深刻認識到,只依靠老師的講解和傳授是不可能把免疫學的全部知識教授給學生的。因此,讓學生掌握學習方法,引導學生主動學習已經成為各個大學階段學習的基本要求之一。教師不僅僅要在課堂上傳授書本上的理論知識,而且還要傳授給他們學習方法,培養他們自我學習的能力。蘇州大學的老師都非常重視提高學生的自學能力。在筆者的授課過程中,主要從以下幾個方面來培養學生的自我學習、自我管理能力。首先,從今后的學習和工作角度,強調免疫學理論知識的重要性,讓學生了解到,幾乎所有的疾病都與免疫系統有一定的關系。其次,摘取頂級期刊的最新的研究結果,向學生展示免疫學的重要性。再次,向學生推薦一些免疫學的經典著作,包括中文以及英文的經典教材。最后,給學生推薦一些免疫學論壇的網址和鏈接,讓學生自己通過互聯網去查閱免疫學資料。通過學習方法的傳授,增強了學生的學習能力,達到了“授之以漁”的教學目的。
2.4 及時復習并增強課后互動
在每節課開始前,都要對上次課的重點內容進行復習,這樣可以不斷加深對免疫學知識的理解和記憶。如在講解T細胞受體時,首先回顧B細胞受體的結構,引出T細胞受體的內容;在講解了T細胞受體結構后,將其與B細胞受體進行比較,分析二者在結構上的相似性和差異,可以增強學生對兩種受體結構的理解和記憶。在“淋巴細胞的分化發育”章節,著重講解T細胞和B細胞在中樞發育的相似之處和不同之處,通過視頻動態呈現B細胞和T細胞發育的過程。在講授過程中,及時提出問題,如“外周淋巴結中是αβT細胞多還是γλT細胞多?為什么?”。通過這種互動,將原本比較枯燥的TCR胚系基因圖以及難以理解的T細胞發育過程變得生動、形象,大大提高學生學習的效果和興趣。在講解理論知識時,幽默、風趣、形象的比喻,能夠快速地活躍課堂氣氛、吸引學生的注意力。生動的比喻帶給學生對免疫學抽象概念的形象理解,比如在講解“細胞因子的分泌方式”時,筆者將“自分泌作用方式”比喻成自己掙錢自己花;“旁分泌作用方式”比喻成自己掙錢朋友花;“內分泌作用方式”比喻成自己掙錢多了,就去做慈善,讓邊遠地區的人民一起花。這使得免疫學課程的節奏變得生動、活潑、輕快,使學生易于接受免疫學的理論知識。課后,通過手機、電子郵件及微信、QQ等軟件,進行實時互動與交流。在互動的同時,鼓勵學生自主學習免疫學理論知識,并用免疫學理論知識去解釋日常生活中及臨床上的現象,做到學以致用。這些課中、課后的交流與互動手段,充分調動了學生的主觀能動性和學習興趣,提高了免疫學的教學與學習效果。
3 結語
對食品專業的學生而言,免疫學是一門相對深奧、抽象、邏輯性強的課程。這就要求我們在教學中貫徹“教師主導,學生為主體”的教育理念。運用各種新穎的教學方法與手段,在預習、復習及課堂教學的各個環節,培養和激發學生的學習興趣。在充分調動學生的學習興趣的同時,引導學生主動學習,形成良好的互動氛圍,營造良好的課堂氣氛,提高教學效果。近10年來,免疫學新理論層出不窮,許多免疫學現象有了新的、更合理的解釋,甚至有的理論被重新改寫。這些對于教授免疫學的教師來說是一種挑戰,要求我們要與時俱進,時刻主動學習新理論、更新知識。在將新理論傳授給學生的同時,也要讓學生掌握免疫學的學習方法,讓他們自己完成知識的整合、更新,為其進一步深入學習、研究打下一個堅實的基礎。
參考文獻:
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[3]林巧愛,薛向陽.提高醫學免疫學教學效果探討[J].基礎醫學教育,2011(13):407~409.
關鍵詞:醫學;微生物;免疫學;教學
醫學基礎課是醫學院校各專業的一個非常重要的組成部分,基礎課學不好,那么在學習臨床課時就會有困難。因此,各學校非常重視醫學基礎課的教學,然而,在諸多的基礎課中,多數學生卻對醫學微生物學及免疫學缺乏足夠的重視。這其中原因很多,來自學校、教師、學生等各個方面。主要原因是醫學微生物學所研究對象是體積微小,內容瑣碎復雜;而免疫學內容大多是深入到分子水平、概念多、抽象、前后章節內容環環相扣、邏輯推理性強。因此在課程教學中難度較大。筆者在十幾年的教學實踐中積累了一些經驗,就如何提高學生對醫學微生物及免疫學課程的重視以及教師在教學過程中的一些注意事項,提高教學質量,筆者從以下幾方面談幾點體會。
一、提高學生對微生物學及免疫學課程的認識
在課程安排上,微生物學及免疫學課程在大多數醫學專業課程中,都設為考查課。主觀上,學生在開始學習時,就缺乏足夠的重視,認為考查課程很容易過關,不用下功夫學。教師要正確引導學生,向學生講清楚,醫學是一門系統性很強的學科,各學科間有著密切的聯系,中間缺少哪一環節都不行。否則,在今后的學習工作中,就有可能遇到困難。
二、教師對教材的深入理解
中專教材的特點是簡而精,許多內容是概括性的講述,學生對某些知識的理解就有困難,教師要根據實際情況,對有些問題向學生做更進一步地闡述。例如,在講授免疫學時,就根據認知規律按抗原、免疫器官、免疫細胞、免疫分子、免疫應答、免疫學應用的順序進行講解。而微生物部分將以前要求掌握的脊髓灰質炎病毒改為了解內容,將奈瑟氏菌屬、人類免疫缺陷病毒、密螺旋體屬等內容改為掌握;增補冠狀病毒、禽流感病毒、霍亂弧菌O139.大腸桿菌O157及朊粒等較新的內容;增補新發現的“超級細菌”內容;結合學生大多來自農林牧區的特點,特將布魯菌屬、森林腦炎病毒作為掌握內容。另外,在細菌學各論的講解中,教材都沒有講細菌的分類,我們在講細菌學各論之前,先把細菌的命名法,分類法給學生講清楚,這樣學生在以后的學習中,就清楚了種、型、亞型、株等之間的關系。這樣醫學微生物學及免疫學教學就會突出重點、循序漸進。力求做到了教學的先進性與實用性。
三、采用多種方法提高學生學習的興趣
近年來進入中專學校的學生大多學習基礎差,因此,學生對基本概念和基本理論的理解能力差;對物質結構的空間想象力差;邏輯思維能力和解決問題的能力差;因此造成大多數學生對學習興趣低,成績差。
因此,在講緒論和新的學習內容時,我都精心設計,激發學生對所要學的內容產生濃厚的興趣,以調動學生們學習積極性和主動性。例如:在講Ⅰ型超敏反應一節時,筆者導入一些人在日常生活中因冷熱、接觸某些食物(牛奶、雞蛋等)、花粉、紫外線等而過敏;甚至母親因接觸嬰兒含有青霉素的尿液而使母親過敏性休克而死亡的案例;又另外講授了蠶豆過敏癥、面食過敏癥、蔬菜過敏癥等的臨床表現。提高學生們的興趣與求知欲,授課效果相當好。
授課內容緊貼生活實際,能提高教學效果。例如:在講消毒滅菌這一節內容時,就濕熱和干熱哪種消毒效果好進行提問,讓同學們以日常生活體會(移動溫度較高的物品時用干手巾還是濕手巾)進行討論并總結。
基礎課的內容是相互聯系的,教師在授課過程中,要聯系其他學科的一些內容,以加深對醫學微生物學及免疫學內容的理解。例如:在講授補體系統激活途徑前,就生理學內容中的輸血時為什么要做和怎么做交叉配血實驗進行提問。這樣提高學生的學習興趣,使學生帶著問題聽課,教學效果好。
四、加強綜合應用的訓練,注意歸納總結
1.1一般資料
對象為我校護理專業2008級護理18班和19班為實驗班(組),2008級護理20班和21班為對照班(組),實驗組106人,對照組為l09人,兩組學生間入學成績、平時成績、年齡結構差異無統計學意義,具有可比性。
1.2方法
兩組均采用教育部職業教育與成人教育司推薦教材“技能緊缺人才培養培訓教材”陳慰峰主編的《醫學免疫學》進行授課,授課時間、授課計劃、授課教師均相同,實驗組采用暴露思維過程結合多媒體教學方式,對照組單純采用多媒體教學方式。
2、教學效果評價
課程結束后,對實驗組學生以問卷的形式進行調查,發放調查問卷106份,收回l09份,調查結果見下表1;比較實驗組和對照組學生病案分析及期末考試成績,用x±s表示,采用t檢驗進行統計學分析。
3、分析與體會
免疫學是一門研究生物體對抗原物質免疫應答理論及其方法學的生物醫學科學,學科的內容抽象、更新快,與醫學各學科的關系密切。免疫學與醫學的任一學科結合即形成一門邊緣學科,如與病理學結合為免疫病理學,與藥理學結合為免疫藥理學,與毒理學結合為免疫毒理學,類似的諸如感染免疫學、臨床免疫學、腫瘤免疫學、移植免疫學、血液免疫學、放射免疫學、神經免疫學、生殖免疫學,免疫學本身也已派生出許多分支學科,如免疫生物學、免疫遺傳學、免疫化學、免疫生態學等[1,2],免疫學技術作為一種方法學對醫學科學研究的發展具有很大的推動作用。在教學過程中,教師應抓住這些特點,最大限度地激發同學的創新意識與創造靈感,使他們能把這些意識和靈感帶到即將或正在開展的科研工作之中。免疫學作為飛速發展的機能學科,其自身特點是理論深奧,機理復雜,專業知識橫向面廣、縱向面深,相互交錯形成復雜的網絡知識結構。專業理論通常是概念中富含概念,用定義來解釋定義,抽象難懂不易理解。要想教好免疫學,核心是要解決好學生的學習思路和學習方法,一旦學生的學習思路跟不上或出現思維上的誤區,必然導致學生產生對免疫學學習的惰性心理,使免疫學教學無法順利進行。
從本次問卷調查的結果可以看出,93.10%的學生認為對課堂知識的理解能力有提高,94.8%學生認為對問題的分析綜合能力有提高;認為對理論聯系實際能力的占98.3%,認為對溝通能力和對自學能力分別為93.1%和96.5%。實驗組病案分析成績77.22±9.01,期末考試成績79.64±8.20;對照組則分別為73.03±11.84和76.59±7.39,統計學有明顯差異。與傳統教學方法相比,暴露思維過程教學方法是一條可行之路,值得深入探討。
1)暴露教師的思維體現在:
①轉變教學觀念,綜合實際情況分析學好教材。將免疫學知識、理論與臨床實際結合起來進行綜合分析、鍛煉學生的思維能力,對現代免疫學新進展、尤其是分子免疫學內容要適當的加入,學習新的免疫學知識。
②全面分析教材特點,用好教材。由于各個版本的教材都各具特色,因此,在教學中應以一本為主,其他的教材可作為資料,在備課時作為參考。
③在現有普通高等教育的基礎上拓寬知識面,加強素質教育,培養自學能力,為他們的可持續發展奠定基礎。結合實際,使學生更容易接受。
④根據標準,理清概念,適當拓展教材的內的研究以優化教學設計,豐富教學內容,擴大學生視野。明確疾病的概念,利于同學掌握、理解和應用。
⑤部分內容過多、過細,少部分內容較偏、較難。因此,教學中應刪繁就簡、概括歸納,在復習回顧的基礎上,重點講授重要的基礎理論,加強學生基本技能訓練的力度和基礎理論服務臨床免疫學的力度。總之,教學內容的深度、難度必須做到既把握教學大綱要求,又要適合大多數學生的知識水平的接受能力,這樣才能激發他們的學習積極性,否則會降低他們的學習興趣,影響學習效果。
2)學生思維暴露體現:改變學生學習方式,激學生學習興趣。要改變學生的學習方式,關鍵教師本身要轉變觀念,積極倡導探究性學習方,給學生提供各種機會和主動參與教學過程的平臺。
①在教學中要精心設計和創造富有感染力的教學情景,誘導學生產生猜想,提出問題,充分調動學生的良性思維,培養學生的求知欲和好奇心,充分調動學生的學習興趣和積極性。學習有了興趣,教學過程就有了動力及活力,俗話說:“良好的開端是成功的一半”,在師生初次見面的第一堂課上,教師留給學生的印象十分重要,應該把該門課的學科性質、重點內容、教學目的等講清楚。其中,應特別向學生強調學習這門課程后會有什么收獲,這一點對成教學生尤為重要。
②在教學中還可運用類比法,設定情景,引導學生進入學習狀態。在講解免疫的三大功能時,筆者設置了這樣的情景:將免疫系統比喻為國家的國防體系維護國家的和平與安寧,如免疫防御――軍隊的作用,阻擋外敵入侵或把入侵者消滅并趕出國門;將現實生活中的常識用于解釋看不見摸不著的免疫理論,形象生動,通俗易懂,課堂氣氛也很活躍輕松,消除了學生聽說免疫學難學而產生的畏懼心理。新課導入是教學過程的起始環節,它的一個重要藝術特征就是引起學生興趣,富有藝術性的導入,可以誘發學生的期待心理,喚起學生的注意心理,激發學生帶著濃厚的興趣進入新的教學情境。
③設計合理教學模式。
摘要:
“免疫學”課程是生物、醫學、藥學類專業的重要專業基礎課程,內容豐富,交叉性、實踐性強。我們將目前主流的移動社交媒體軟件———微信應用于“免疫學”理論課的教學,進行了初步的教學改革實踐。用微信引導學生學習“免疫學”課程、提供交互學習環境、評價學習效果,把更多的課堂教學時間用于講解課程的重點、難點和引導學生討論,初步實現微信輔助的“免疫學”混合教學模式,以提高學生的學習興趣和自主學習能力,改善教學效果。
關鍵詞:
免疫學;微信;混合教學
“免疫學”課程是國內外綜合性大學、醫學院校以及師范類高校生物、醫學和藥學類專業本科生、研究生的重要專業基礎課程。近年,我們在總結多年教學經驗的基礎上對“免疫學”課程教學的內容和形式進行了初步的改革探索,借助目前主流的移動社交媒體軟件———微信的力量,逐步構建一個便捷、輕量級的互動學習平臺,讓學生更有效地完成課前知識的獲取、課堂知識的學習和課后知識的內化,目的是提高學生的學習興趣和自主學習能力、改善教學效果。
1“免疫學”課程的特征和存在的問題
免疫學是一門多邊緣、多交叉的學科,在抗體生產、檢驗檢疫、醫學檢驗、農業研究、微生物研究、基因工程與分子生物學研究等方向中都有大量應用。我國政府近年來大力扶持人類和動物疫苗、生物制劑、免疫細胞等免疫產業發展。以廣東省為例,在廣州、深圳、東莞等地區已形成產學研結合的完整產業鏈,每年都有不少高校畢業生進入相關高新技術企事業單位從事技術工作。因此“免疫學”課程不僅要讓學生掌握基礎知識,還要為學生在后續多門課程和生產實踐中運用免疫學原理打下堅實基礎。“免疫學”課程涉及的概念和技術多而復雜,缺乏實踐基礎的學生很難充分理解和掌握理論知識。如何在有限的課堂教學時間里做到深入淺出、循序漸進,把復雜、枯燥的專業知識和研究思路生動有趣地呈現給學生,如何在課外引導學生積極完成知識內化,是“免疫學”課程教學的難點。廣州大學生命科學學院開設的相關課程包括“免疫學技術”和“免疫學基礎”,是生物技術專業和生物工程專業每年200余名本科生的專業基礎課,是兩個專業后續多門理論、實驗課程和專業實習必須具備的知識基礎。作為一門發展迅速、緊密結合生產實踐的大學專業基礎課程,“免疫學”應該在完成教學大綱規定的教學內容的基礎上,盡可能向學生提供學科的研究思路、應用實例和最新進展。我國“985工程”“211工程”高校“免疫學”課程的課時一般為36理論課學時+16實驗課學時(理學)或48~64理論課學時(醫學)。作為地方高校,在本科培養模式改革減少總學時、壓縮理論課學時的趨勢下,目前廣州大學兩個專業的“免疫學”課程各設32學時,未設置實驗課時。教學學時不足、缺乏實驗課設置引發了不少問題:“免疫學”的不少內容在課堂上只能一帶而過,教師沒有時間詳細講解、分析和拓展,學生很難深入理解多而分散的小知識點之間的聯系,容易遺忘和混淆;課堂外也缺乏教師的直接引導,學生的自主學習程度和知識內化水平低,很難在后續的學習和實踐中應用“免疫學”的知識和技術。
2移動社交媒體微信輔助“免疫學”課程教學的價值
2.1有助于提高學生的課程參與度
2015年1月,微信的使用人數已超過5億,與QQ并駕齊驅,成為移動互聯網上最主要的社交溝通工具。據《微信2015年數據研究報告》統計,微信的主要用戶群體是18~26歲的青年,20%的微信用戶是大學生,55.2%的用戶每天打開微信10次以上。高用戶黏性使微信成為用戶獲取資訊的主要渠道,而用戶在微信上獲取資訊的最主要方式是公眾號(41.1%),80%的微信用戶關注了公眾號。根據我們在廣州大學城高等院校的小范圍調查,98%以上的本科二至四年級學生使用微信,每日多次的使用頻率讓微信成為大學生日常生活中不可分割的部分。作為輔助移動教學的平臺工具,微信特別適合免疫學這類知識點繁多的課程。我們建立了“免疫學課程”微信公眾號和微信群,以引導學生更多地參與課程學習。學生可以隨時隨地用一兩分鐘甚至幾秒鐘的時間在微信上瀏覽教師推送的學習資源,進行碎片化學習,使學習不再受時間和地點的限制,有助于提升課程的參與度。通過微信開展移動教學,學生和教師都無需安裝新軟件,學生通過查看微信公眾號和微信群參與學習,學習和社交可以無縫對接,無疑會提高學生對教學內容的接觸頻率;教師通過微信官方網站或微信手機版便捷地管理、控制移動教學的全過程。微信的手機版、PC版和網頁版界面簡潔易操作,有助于提升學習的體驗和樂趣。
2.2有助于改善課堂教學效果
我們采用混合教學模式,通過微信推送的形式向學生提供豐富、智能化的互動學習體驗,讓學生對課程內容更感興趣。教師課前用微信推送免疫學的基本概念和思考題,引導學生利用零散時間自主學習基礎內容。在課堂上由課前思考題引出課堂講授內容,有針對性地解決師生在微信群中討論時提出的問題,將更多的課堂時間用來引導學生思考“免疫學”課程的重點、難點,將課堂灌輸式教學逐漸轉變為啟發式教學;用微信進行快速的實名制投票和小測驗,可以代替傳統的課堂點名,提高課堂效率;在課外,通過微信公眾號課堂總結、布置作業、答疑解惑,促進知識的融會貫通,可以充分調動學生主動分析、解決問題的積極性,有助于增加課程的吸引力和課堂的凝聚力,改善課堂教學效果。
3微信輔助“免疫學”課程教學的方法
3.1使用微信的功能,讓所有學生加入“免疫學”課程移動學習平臺
移動教學開展的前提是讓全體學生加入課程學習,并保證在微信平臺中能有效地識別用戶(學生)的身份信息。我們設置了“免疫學”課程的“微信教學班”和“傳統教學班”。對于“微信教學班”,教師在第一次課的課堂上通過多媒體向學生介紹“免疫學”課程的微信公眾號、微信群及其使用方法,讓學生通過掃二維碼“搖一搖”“附近的人”或者搜索的方式加入微信移動學習平臺。同時要求學生向微信公眾號發送姓名、班級、學號,在微信群中修改昵稱,便于教師在微信管理后臺中建立起身份識別信息。
3.2用微信公眾號的推送功能,引導學生課外自主學習、課內啟發性學習
我們選擇緊扣“免疫學”課程特色的教學內容,用學生感興趣的方式設計課堂內外的學習內容。在本科生專業課課堂教學時間不足的情況下,我們根據課程進度,通過微信平臺按時間點推送學習資源,引導學生在課外形成主動利用微信平臺自主學習的習慣,將課堂時間更多地留給重點、難點和交流討論,使學生從被動接受轉變為主動思考理解課程內容。比如,我們將“疫苗接種”內容按知識體系的先后和難易程度分為相互關聯的4個模塊:疫苗接種原理、抗體和細胞介導的保護作用、免疫接種和疫苗制備。教師使用微信公眾號的群發功能,在課前推送課程進度、資源列表、思考題和學習任務表,以問題的形式讓學生在課前預習“疫苗接種”4個模塊的基礎知識,明白需要在什么時間學習什么資源。有了課外自主學習的基礎,就可以將更多的課堂時間用于啟發學生思考,讓學生更多地通過重溫科學發現的過程、接觸學科前沿來深入理解課程內容。課堂上教師用EdwardJenner發明牛痘接種的故事和現代多種疫苗的特征引入重要概念,用感染后抗體和細胞介導免疫的時間軸動畫形象地介紹抗體和細胞與感染作斗爭的過程,讓學生簡單地討論、總結,再用脊髓灰質炎疫苗的發展歷程將4個模塊的基礎知識聯系起來,此時通過微信推送小測驗,引導學生總結、思考疫苗的特征。最后以當前廣泛使用的Salk株脊髓灰質炎滅活疫苗為例講解疫苗制備,盡可能以生動有趣的形式將教學內容展示給學生。在課堂講授的最后,通過PPT和微信推送的形式,針對4個模塊的內容給出拓展閱讀的鏈接,要求學生在課外利用本校圖書館資源,通過中國知網、萬方、PubMed、Elsevier等文獻數據庫查閱相關文獻,以拓展學生的知識面,查閱的效果在下一節課上通過提問或課堂小測驗的方式檢查。對“疫苗接種”感興趣的同學以調查報告、小論文的形式提交課程大作業,作業評分計入課程期末成績。
3.3通過微信群提供交互學習環境,激發學生學習“免疫學”課程的主觀能動性
在“免疫學”課程微信群中,師生、生生之間可以隨時交流與討論,將學習與日常的交流整合在一起,改變傳統教學中單一的知識傳授模式,從單向傳授變為多向交流,有助于拉近師生之間的心理距離,培養學生之間相互協作的精神,營造良好的學習氛圍,提高學生學習本課程的興趣。希望私下提問的學生也可以隨時在微信公眾號平臺上留言,教師通過查詢留言進行一對一的解答。比如,課堂教授和微信推送使不少學生對“疫苗接種”產生了濃厚興趣,超過60%的學生在微信平臺、微信群中參與了討論,近20%的學生就親友的疫苗接種史、疫苗的生產流程撰寫了課程小論文。
3.4按需推送圖文、視頻、語音等免疫學資源,解決學生個性化的學習需求
我們借助微信初步實現了“免疫學”課程教學的個性化、定制化。“免疫學”課程涉及的概念和技術多而復雜。根據教學目的,教師選擇合適的學習資源,其形式包括微課視頻、動畫、圖片、語音、文字等,其內容除了免疫學基礎知識,還包括理論課堂上因學時不足難以兼顧的拓展內容。考慮到學生在學習進度、學習要求上的差異,“免疫學”課程的教師在微信公眾號中提供了不同深度、廣度的學習資源,供學生自由使用。“免疫學”課程微信公眾號的功能菜單有“作業”“課程資料”“拓展資料”3個欄目,每一個欄目下有若干子菜單,例如“課程資料”欄目下有“參考書”“課程課件”“課下思考”“技術方法”子菜單,學生點擊后會收到推送的圖文、視頻、音頻等消息,再根據學習需要選擇閱覽或參與互動。“課程課件”“課下思考”欄目承載了課程的基本內容,是學生必修的學習資源。由于課堂教學時間和教學條件不足無法在課堂上講授的課程內容,如實驗操作視頻、前沿技術、學科進展等,可以作為拓展學習內容放在“拓展資料”和“課程資料”中的“技術方法”里,供學有余力的學生點擊學習。
3.5用微信跟蹤、控制和評價學習過程,提升教學效果用微信輔助
“免疫學”課程教學的效果最終需要量化。我們設置了問卷、測驗、作業、討論參與度等評價指標,借助微信的投票、鏈接外部網頁、自動統計的功能,每學期收集1~2次問卷、4~6次隨堂小測驗結果,通過微信群的消息記錄和混合教學過程中的課堂表現評價學生的討論參與度,結合1~2次大測驗和1次大作業的成績,綜合評價微信輔助“免疫學”課程的教學效果。用微信平臺收集反饋評價不受時間、地點、學習進度的限制,能降低學生參與的門檻和教師的工作量。學生可以在“免疫學”課程微信公眾平臺內提交問卷、測驗、作業,主動獲取學習資料,在微信群中就學習過程中遇到的問題與老師同學們交流,形成自主學習的習慣。學生還可以通過微信,對教師授課的方式方法等提出建議或意見,使教師能夠根據學生的學習動態調整教學策略,保證師生的教學活動是一個有效的“環路”。第一堂課建立起的實名信息保證了所有學生在課程微信平臺上進行的操作都是實名制的,教師可以方便地在管理后臺上查到統計信息,獲取學生參與交流協作、提交作業測評的數據,了解學生使用課程微信平臺的頻率和參與討論、測驗的結果,評價學習效果和學習深度并納入平時成績的考核中。這樣,教師可以方便、及時地了解學生的知識掌握程度和學習需求,對知識內化過程中出現的問題給予幫助,這種反饋對提高教學效果有十分積極的作用。初步實踐的結果顯示,“免疫學”課程“微信教學班”的大多數評價指標優于“傳統教學班”。
4總結
用微信輔助“免疫學”課程教學是利用信息技術促進傳統教學方式變革和實現教育教學創新的一次初步嘗試。我們在多年教學的經驗基礎上,針對“免疫學”課程的特殊性,用目前主流的移動社交媒體軟件微信設計構建相應的免疫學課堂支撐系統,并結合實際課程研究該支撐系統對課程課堂教學的影響。廣州大學生命科學學院用微信輔助“免疫學”課程教學的初步實踐顯示,微信能提高學生的課程參與度,幫助教師了解學生的學習情況和興趣點,解決學生個性化的學習需求,使教師能夠及時調整教學策略、激發學生的學習興趣和主動性,最終有效地提高了“微信教學班”的課堂參與度和學習成績。微信也特別適合翻轉課堂的教學,可以將教學內容和課程要求通過微信推送給學生,要求學生在課前完成教學內容的學習,將課堂時間全用于引導學生參與討論。雖然我們將微信初步應用于“免疫學”課程的教學,取得了部分結果,但還需要優化實踐中遇到的一些問題,比如,部分學生自主學習時間不足,如何促進他們在課外自主學習;極少部分學生不習慣用微信輔助學習,如何激發他們的興趣、讓他們參與到微信學習的群體中來。今后我們將繼續深化課程改革,進一步研究如何更好地借助微信的力量提高“免疫學”混合教學模式的教學效果,逐步實施“免疫學”翻轉課堂教學模式改革。
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【摘要】理論免疫學用數學的方法來研究和解決免疫學問題,以及對免疫學相關的數學方法進行理論研究的一門科學。隨著高通量方法和基因組數據的出現,理論免疫學從受體交聯和免疫原理、Jerne的相互作用網絡和自我選擇等經典建模方法開始向信息學、空間擴展模型、免疫遺傳學和免疫信息學、進化免疫學、分子生物信息學和表遺傳學、高通量研究方法和免疫組學等方面轉變。
【關鍵詞】免疫學, 理論;數學模型;生物數學
Advances of theoretical immunology
JIN Yan
(Basic medical college, Liaoning Universtity of Traditional Chinese Medicine, LIAONING Shenyang, 110032,)
【Abstracts】Theoretical immunology is to develop mathematical methods that help to investigate the immunological problems, and to study the mathematical theory on immunology. With the advent of high-throughput methods and genomic data, immunological modeling of theoretical immunology shifted from receptor cross linking, Jerne interaction networks and self-non self selection, toward the informatics, spatially extended models, immunogenetics and immunoinformatics, evolutionary immunology, innate immunity and epigenetics, high-throughput research methods and Immunomics. Immunology, Theoretical; Mathematical Models; biomathematics
理論免疫學[1](Theoretical Immunology)是指用數學的方法來研究和解決免疫學問題,以及對免疫學相關的數學方法進行理論研究的一門科學。理論免疫學是免疫學與數學交叉的邊緣學科,也稱數學免疫學(Mathematical Immunology),是生物數學的一個分支。由于免疫現象復雜,從免疫學中提出的數學問題往往也十分復雜,需要進行大量計算工作,因此從近年興起的復雜系統研究的角度來講[2],理論免疫學也稱復雜免疫學(Complex Immunology)。理論免疫學的任務就是揭示免疫系統運行的規律和機制,及其病理機制。數學模型(Mathematical Models)和數據分析是理論免疫學的主要方法,計算機是研究和解決理論免疫學問題的重要工具。
雖然從上個世紀中期,數學模型已經開始應用于免疫學,但傳統的模型大部分是基于微分方程[3]、差分模型和元胞自動機(Cellular Automata)[4]。這些傳統模型以少數成份(一種受體和一種抗原,或兩個T細胞群之間等)參與的簡單動力學為主要研究內容。直到2000年,人們才開始對免疫學的復雜性進行數學建模。隨著高通量方法(High Throughput Methods)和基因組數據(Genomic Data)的出現,理論免疫學開始轉向信息學(Informatics)方面[5]。與分子免疫學的生物信息學(Bioinformatics)分析一樣,當前免疫學研究中與復雜性有關的主要研究目標大多集中在高通量測量計劃和系統免疫學(System Immunology)或免疫組學(Immunomics)計劃。在數學模型水平上,分析方法也從以微分方程為主的簡單系統轉向廣泛應用Monte Carlo模擬(Monte Carlo simulations)。這種向更多分子和更多計算的轉變態勢與復雜系統涉及的所有研究領域出現的轉變極為相似。同時,理論免疫學中另一個重要轉變是,人們關注焦點從對外源性的適應性免疫系統的轉向更多考慮固有免疫系統的平衡。
1理論免疫學經典模型
免疫學是生物學的一個領域,很早就認識到了數學建模和數學分析方法的作用。早在上個世紀60年代和70年代,數學模型已經應用于免疫學的不同領域,例如:抗原-受體的相互作用、T和B細胞群動力學、疫苗接種、生發中心動力學、病毒動力學和免疫系統對病毒的清除[6]等。現在的許多免疫學原理和觀點都是數學模型的結果。
1.1 受體交聯和免疫原理
受體交聯[7-9](Receptor Cross Linking)和免疫原理(Immunon Theory)是由Alan Perelson提出、Carla Wofsy作了進一步分析。這個原理根據的事實是,低價抗原不能激活B細胞,而高價抗原(即抗原擁有多個重復基序)即使在抗原密度非常低(3-4目)的情況下也能夠激活B細胞。Sulzer和Perelson[10-13]據此發展了這個理論和數學模型并提出,抗原能夠聚集B細胞受體,從而激活B細胞。這個結論是B細胞免疫的基礎之一。
盡管數學模型對免疫學發展的貢獻的例子還有很多,但是免疫網絡(Immunological Networks)的概念和自我選擇(Self-Non Self Selection)問題占有相當重要的地位。
1.2 Jerne的相互作用網絡
假設受體庫(Receptor Repertoire)是滿的,即受體庫中每一個分子都有其相對應的受體,并且這些受體可以特異性地與其它受體相互作用。Jerne據此提出免疫調節網絡[14](Regulatory Immune Networks)的存在。抗原激活的淋巴細胞可產生新受體,這些受體對于其它淋巴細胞來說是抗原,等等,以此類推。這個網絡的概念對理論學家來說很有吸引力,特別是在提出神經網絡(Neural Networks)中的認知行為(Cognitive Behavior)概念之后,提出了更多的免疫網絡模型[15][16]。有人用元胞自動機和布爾網絡(Boolean networks)建立大尺度行為(Large Scale Behavior)模型,有人用常微分方程(ODEs)來建立自身調節網絡模型(Local Regulatory Networks)。隨著時間的推移,人們對Jerne網絡學說逐漸失去了興趣,其主要原因是Jerne網絡學說的理論模型和實際的實驗證據沒有很好的相關性。
1.3 自我選擇
調節性網絡實際上是理論免疫學中自我選擇這個大課題的一部分。假設表達自身反應性受體的淋巴細胞被機體清除(陰性選擇)。大多數陰性選擇可能是由于中樞性耐受(Central Tolerance)所導致的(T細胞在胸腺,人和小鼠的B細胞在骨髓)。陰性選擇機制失敗可導致自身免疫性疾病。人們通過多種途徑對自我選擇展開研究。有人從分子的角度和基于特殊的選擇機制來研究,而有人則建立了更為復雜的模型,例如Polly Matzinger的危險模型[17][18](Danger Model)和Irun Cohen的侏儒模型[19-27](Homunculus Model)。這些模型都是想反映真實的復雜系統,盡管僅通過檢測免疫系統的成分,人們是無法接近問題的實質,但是他們的嘗試拓寬了我們的視野。直到今天,關于獲得和打破(自身免疫性疾病)耐受的途徑,也沒有一個公認的解釋。
2理論免疫學的現代模型
理論免疫學的模型和問題現在正逐漸向分子理論免疫學方向發展。這種理論方向的演變與大量基因組全序列的檢測、分子生物學工具的巨大進展、高通量測量技術的發展、空間分布(Spatial Distribution)作用的測量和建模能力的發展等實驗技術的發展是分不開的。同時,計算機處理能力和建模技術的發展也是影響現論免疫學的重要因素。
2.1 Immsim、Simmune和其它復雜模型
免疫學中,最大膽的嘗試可能就是建立一個免疫系統的系統模型。第一個建立這樣模型的嘗試是上世紀80年代由IBM公司Philip Seiden開發的IMMSIM模型[28-31]。其設計的主要目的是為了在計算機上進行免疫應答試驗。IMMSIM采用了克隆選擇原理的基本觀點,認為免疫細胞和免疫分子獨立地識別抗原,免疫細胞被競爭地選擇,以產生更好的識別抗原的克隆種類。IMMSIM模型的基礎是空間擴展的元胞自動機,它用位串(或比特流,Bitstrings)代表受體、抗原和MHC分子的可變性。到目前為止,抗原和受體多樣性的位串表示方法已被許多其他研究者[32,33,34]所采用。IMMSIM包括了適應性免疫系統的所有主要成份:CD4和CD8 T細胞、B細胞及其相應的受體,MHC Ⅰ類和Ⅱ類分子和一些細胞因子。但是IMMSIM模型仍然是對免疫系統的粗略描述。因此,人們在此基礎上又進行了其它的開發。
第一個較有影響的是由Martin. Meier-Schellersheim開發的Simmune[35-36]。這個系統嘗試建立一個足夠寬廣和復雜的平臺,從而能夠對免疫學的任意實際過程進行模擬。它不僅是一個特殊模型,更是一個建模技術或語言。
還有應用了Monte Carlo模擬[37-38]或稱免疫模擬(Immunosi m)、狀態圖[39](State-Charts)等多種數學模型,試圖涵蓋免疫系統所有可能細節并建立動力學模型。在這個方向上,最有影響的是Sol Eforni的模型。此模型嘗試提供胸腺空間擴展動力學的完全模擬,并以此來研究細胞選擇[40]。這些綜合模擬的優勢在于他們涵蓋了當前免疫學的所有細節。但是這些模型也有缺點,他們過于復雜,因此對于所觀察到的動力學變化,我們無法充分理解其原因及模型對參數變化的敏感性。
2.2 空間擴展模型
從分子水平上講,免疫學復雜系統分析的最大進展是細胞內分子定位[41](Molecule Localization)測量技術。免疫突觸(Synapses)的發現就是利用了該技術。人們建立了多個細胞膜動力學模型,用來解釋突觸的形成以及突觸的分子動力學。細胞膜動力學模型也應用于B細胞。這些模型中,有的是假設一個固定的細胞膜在二維晶格上(2D Lattice),有的假設一個自由漂浮的細胞膜[42-44]。另一個研究方向的是受體動力學,以及受體與其它細胞膜成份,比如Src家族激酶和脂筏[45](Lipid Rafts),之間的相互作用。目前此領域的所有模型都是以廣泛的數值模擬(Numerical Simulation)為基礎的。
空間擴展模擬的另一個領域是生發中心動力學的模擬。經典模型主要采用ODEs來描述一或兩個總體的均勻動力學[46](Homogenous Dynamics),而現代模擬主要應用Monte Carlo模擬[47-49]來研究多空間擴展或者均勻總體之間的相互作用,但是也有一些是采用ODEs。
2.3 免疫遺傳學和免疫信息學
不同基因組的排列和不同等位基因的序列使免疫遺傳(Immunogenetic)數據庫得到了全面的發展[50-51]。免疫遺傳數據庫IMGT儲存了多個物種的T和B細胞受體基因序列(B細胞H鏈和T細胞β/δ鏈的V、D和J基因,L鏈/α鏈/γ鏈的V和J基因)。該庫也包括了最新的MHC分子的基因序列(包括經典和非經典的)。另外,IMGT數據庫還包括了大量的淋巴細胞受體重排序列。
這樣龐大的數據庫是伴隨著免疫信息學(Immunoinfor matics)工具的大量發展而建立的。其中包括用于junction分析[52]、免疫基因對準(Immunogene Alignment)以及系統發育的工具[53-55]。所有這些工具的基礎都是將生物信息學理念應用于免疫學。免疫遺傳數據庫日漸顯現的重要性表明,免疫學建模逐漸向基因化方向轉變。
2.4 進化免疫學
與B細胞重排受體多重序列的測量一樣,多細胞生物中免疫基因的不斷積累,使免疫系統發育學(Immuno-Phylogenetics)得以快速發展。目前研究的主要焦點是適應性免疫系統的起源。適應性免疫是免疫系統的一部分,通過隨機基因重組以適應新病原體。很明顯,在軟骨魚類(Cartilaginous Fish)分化之前,適應性免疫最早出現于有腭脊椎動物(Jawed Vertebrates)。然而,這樣一個復雜系統起源的來源還不清楚。T細胞受體結構域(Receptor Domain)和B細胞受體結構域之間的相似性、RAG1和RAG2分子(RAG1和RAG2可起到隨機連接基因的作用,又稱重組激活基因)在重排過程中的關鍵作用及其物理性相鄰(Physical Proximity),使許多研究者認為,淋巴細胞受體重排的起源是轉座子(Transposon)橫向轉移到原始免疫受體(Primeval Immune Receptor)中。這個領域中使用的主要工具是系統發育分析(Phylogeny Analysis)及其相關的所有數學模型[56]。
另一個系統發育概念和方法的應用是B細胞的體超變異[57](Somatic Hyper Mutations,SHM)分析。在生發中心反應過程中,通過活化誘導胞嘧啶脫氨酶(Activation-Induced Cytidine Deaminase,AID),B細胞的受體基因發生超變異。隨著克隆性增殖,B細胞受體基因平均每分裂一次就發生一次超變異,導致突變克隆的產生。這些克隆表現為微進化(Micro-Evolution),可以很容易地在實驗室中研究。對B細胞系統發育樹(Phylogenetic)以及它們與其它因素關系的分析,比如老化和自身免疫疾病,也已開始研究[58]。
2.5分子生物信息學和表遺傳學
在分子生物信息學(Molecular Bioinformatics)和表遺傳學(Epigenetics)的研究過程中[59],隨著分子信息研究水平不斷提高,在免疫學中應用模型水平的精細程度也不斷提高。免疫學的一個特殊方面是需要將信號轉導(Signal Transduction)與基因重排結合起來建模。現已建立了不同條件下的B和T細胞內的基因重排過程和淋巴細胞信息轉導的模型[60-61]。從分子角度來講,另一個重要的分子建模是在抗原提呈給T細胞之前,對抗原處理過程的分析。
2.6高通量研究方法
免疫學是典型的、以免疫假說和免疫原理為基礎的研究領域。免疫學是最晚轉向以數據為基礎的、目前已在其它生物學領域中應用的高通量方法。近5年,在這一領域已取得了很大的進展。這些進展是依靠來自生物學其它領域的經典基因表達的自適應和定位技術[62][63],以及針對免疫學的新技術的發展取得的。免疫學領域主要依靠實驗手段,但實驗所取得的結果卻是應當屬于理論免疫學的范疇,并且與復雜科學密切相關。
在基因重排過程中應用熒光原位雜交技術[64](FISH techniques)來定位基因是一個令人興奮的、對免疫學來說更具有針對性的研究進展。這些測量手段使我們在研究基因重排過程中,能夠確定受體不同部分之間的相互作用。
另一個對免疫系統來說具有針對性的工具是抗原芯片(Antigen Chips)的發展。這些芯片可同時測量B細胞對成百上千種抗原的應答,并提供整個免疫系統的系統表達[65]。在這類分析中使用的主要數學工具是聚類方法(Clustering Methods)。
2.7 免疫組學
目前,在理論免疫學中,最璀璨的研究領域可能就是新產生的免疫組學。這個年輕的學科已經擁有了自己的雜志《immunomic research》(省略)。免疫組學的主要目標是全方位地研究免疫系統[66][67]。這個領域采用實驗與理論相結合的工具。免疫組學目前正在研究的項目有:全部T細胞抗原決定基檢測;全B細胞抗體庫的定義及其在不同情況下的變化方式;自身免疫性疾病相關的所有基因位點的檢測。這個新生領域的成果還有限,但是在不到10年內,免疫學建模將會從基于預定假設(Predefined Hypotheses)的理論問題研究轉向對免疫系統受體和靶目標充分認識的、具有針對性的建模。
當前,理論免疫尚處于探索和發展階段,許多方法和理論還很不完善,它的應用雖然取得某些成功,但仍是低水平、粗略,甚至是勉強的。許多更復雜的免疫學問題至今未能找到相應的數學方法進行研究,還有一些免疫核心問題還存在爭議。這就需要未來的醫學工作者具備更多的數學知識,對免疫學和數學都有更深入的了解,這樣才有可能讓免疫學研究更多地借助數學的威力,進入更高的境界。
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關鍵詞 免疫學 實驗教學 改革與思考
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A
隨著現代科學與技術的迅速發展,免疫學已成為連接生物學與醫學的重要紐帶,成為生物學及醫學的基礎課,在許多生物學專業均已開設了免疫學課程。但由于生物學專業學生背景與醫學專業學生背景不同,且免疫學課程本身理論內容抽象,名詞概念新穎繁多,內在聯系緊密,新理論新方法很多,致使學生在學習本門課程時倍感吃力。實驗教學是免疫學基礎教學中極其重要的一個組成部分。它既可驗證有關理論,又可幫助學生理解和鞏固基本概念,強化操作技能,還可培養學生嚴謹的科學態度和實事求是的作風。筆者在從事免疫學教學中發現多數學生存在著重理論輕實踐的思想,認為理論學習是硬任務,而實驗操作是軟任務,對實驗課不夠重視。因此,如何上好實驗課并努力提高實驗課的水平,對提高免疫學的理論教學質量起著至關重要的作用。筆者針對所開設的實驗課程進行了改革,取得了一定的效果。
1 實驗教學改革的必要性
傳統的免疫學學習,對實驗教學并沒有引起足夠的重視。實驗課在教學中一直處在輔助的位置,傳統意義上的實驗課,教師在講授完各個章節的相關理論知識以后,讓學生根據上課講的理論進行機械式的實驗操作,學生收獲很小,不利于調動學生的主觀能動性和創造性,因此,必須對實驗教學進行改革。
2 實驗教學內容的改革
2.1 原實驗教學內容及弊端
生物學專業的免疫學教學大綱里規定了三個必開的實驗課,依次是凝集反應、沉淀反應和免疫血清的制備。以往的實驗課開課前,為了滿足前兩個實驗的需要,實驗老師都是先從公司購買相應的抗原和抗體,在實驗課上學生根據老師的講解重復實驗步驟,觀察實驗結果。學生上完實驗課就忘了做的什么,更不用說掌握實驗原理了。對于第三個實驗,實驗老師先把抗原制備好,由學生免疫實驗動物,到了采血時間后,讓學生采血測抗體水平。由于學生不夠重視,采集的免疫血清往往效價不高甚至沒有抗體產生。顯而易見,傳統的上課方式在購買試劑及實驗動物上花費了不少實驗經費,而實驗三所制備的抗體又沒有合理利用,這樣就造成了雙重浪費。而且老師基本上包辦了實驗準備的各個環節,學生只是在課堂上機械的操作,看實驗結果,達不到預期的實驗效果。
2.2 實驗教學的改革
鑒于原實驗教學的種種弊端,筆者考慮將實驗課進行改革。
首先,實驗順序的調整。既然前兩個試驗需要抗原抗體,而第三個實驗是制備抗體,何不將三個實驗的開設順序調整一下,先進行第三個實驗,制備的抗體再用于第一和第二個試驗?這樣就節約了購買抗原抗體的費用。
其次,實驗模式的改變。傳統的實驗三屬于綜合性實驗,但只有4學時,用于制備抗體時間不足,將其轉變為設計性綜合性實驗,將實驗過程融入到理論教學的課外時間。教師在講解完抗原的全部理論后,即由學生制備抗原,免疫實驗動物,并自行管理實驗動物。鼓勵學生對實驗進行自主設計,將實驗的整個過程、實驗結果記錄好,實驗結果的好壞在實驗一和實驗二里呈現出來。所有實驗結果最后以實驗報告的形式呈現出來。這樣做的好處是,學生在自主實驗的過程中,能夠根據學到的理論知識,根據實驗變化的實際過程進行相關的調節,既能培養學生解決實際問題的能力和動手操作能力,還能夠培養學生的創新能力。
3 實驗改革的效果及思考
本次實驗改革,學生普遍認為很好,不僅調動了他們的實驗動手的積極性,而且使他們系統地理解了免疫學的基礎知識。對于學校來說,大大節約了實驗經費。
在進行設計性綜合性實驗時,其時間與內容都經過了細致的編排,能夠激發學生的學習興趣,能讓學生在以后的學習中善于帶著問題去學習,能夠將所學的理論知識有機結合起來,讓學生跳出傳統實驗的束縛,給學生更大的發揮空間。設計性實驗還有占用學時少,知識量大的特點。設計性實驗所占的課時不多,但是學生為了能夠做好設計性實驗,需要在課后查閱大量的與設計性實驗相關的資料,學生要提前設定在實驗中要遇到的問題,這樣,原先的被動接受就轉變為積極主動的學習。開展設計性實驗往往需要幾個同學一起合作來完成整個實驗,因此可以培養學生的團隊協作精神,所有的同學一起努力才能圓滿完成整個實驗。
但要做好實驗改革,也需要注意以下幾點:
(1)充分準備。要想實驗能夠順利進行,教師必須做好充分準備,這不僅包括實驗材料的準備,也包括理論知識的準備,不管是教學老師還是實驗老師,都必須有扎實的理論技術功底,才能指導學生。
(2)正確引導。實驗前要給學生講解實驗(下轉第78頁)(上接第76頁)理論,要求學生提前了解實驗理論及步驟,知道每一步要干什么。
(3)精心策劃,周密實施。教師在指導學生操作練習時的表率作用和嚴謹的科學態度,對提高學生操作練習基本功,培養學生今后開展教學或科研工作可產生不可低估的作用。教師在指導學生操作練習時必須對學生的操作加強指導使其掌握正規的操作要領。
(4)良好溝通。在實驗進行過程中,教師要緊密跟進,與學生要很好地溝通,發現問題及時糾正,保證實驗進程及效果。
4 結語
作為教師,要重視實驗課的教學效果。教師要通過不斷地學習來充實提高自己,不但要有熱忱而且一絲不茍的工作態度和非常強的責任心,還要有敬業精神、奉獻精神和相互間的協作精神,以教師的人格魅力去影響和教育學生,從而進一步提高免疫學的教學質量。
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一、啟發式提問的方法
1.利用生活事例提問。問題是產生思維的動因,是深入學習的起步。學生頭腦中有了疑問,才會開動思維,深入探究。因此,在教學中可以利用設問、質疑等方式來創設問題情境,啟發學生思維,引導他們進入新知識的學習[3]。如在課程開始時,先講解每一個人出生后預約的接種流程,提問為什么接種疫苗可以產生保護作用,為什么不同的疫苗有不同的性狀和接種方法?使學生產生疑問,開始思考,再因勢利導,抓住時機講解抗原的免疫原性和抗原性,以及影響機體對抗原應答的影響因素等重點知識。這樣通過聯系生活事例的提問就能很好的引入新課,使學生留下深刻的印象,達到較好的教學效果。
2.通過概念對比提問。醫學免疫學是一門理論性很強的學科,概念、學說的提出都是通過大量的實驗研究和學術討論得到的。如何能夠幫助學生們更深入的理解和掌握概念和學說,一直是影響教學效果的一個重要環節。通過提問可以有效地幫助學生們積極思考特定的概念和學說的形成過程。例如在講解免疫球蛋白章節時,先講免疫球蛋白,丙種球蛋白再講抗體,IgG,并提問免疫球蛋白和丙種球蛋白的區別,免疫球蛋白和抗體的區別。這樣從學生已有的知識出發,利用啟發式提問,引導學生思考、分析概念之間的不同,再結合臨床上的剖析、歸納,就會使學生對所學概念有清晰的理解,有效克服抽象和難以記憶的困難,避免了概念上的混淆,達到預期的教學效果。
3.結合臨床案例提問。醫學免疫學是一門應用性很強的學科,許多臨床疾病的發病學說都比較復雜,學生難以有效整合基礎免疫學的知識,靈活地分析臨床病例。如何能加深學生對臨床疾病的理解和掌握,是關乎學生們以后臨床技能和素質的一個很重要的問題。應用臨床典型案例,結合基礎免疫學的重點和臨床技能要點來設計相應的問題,使得基礎和臨床免疫學的教學相得益彰,相互促進,有機整合。例如在講解典型藥物過敏性休克案例時,預先設計了如下三個問題:1.該患兒發病的機制是什么?2.應該采取哪些治療措施?3.該病例對醫護人員有何借鑒?另外,在案例中的病人角色或者職業特點也可用于相關知識的提示和聯系。例如在講解接觸性皮炎時,引用手術大夫因橡膠手套而致的過敏案例。這樣又可起到調節情緒、集中注意力的作用。
二、啟發式提問的意義
1.效果評估,直接反饋。一個新知識的教學結束后,教師必須及時進行教學效果的檢測,從而發現問題,盡快進行矯正補救。啟發式提問是簡便易行,及時有效的一種檢測方法。例如,在學習適應性免疫應答章節時,學生往往對T、B淋巴細胞的活化信號混淆不清。為了檢測學生對T、B活化過程涉及分子的掌握熟練程度,可在這免疫細胞章節內容講完后,或者適應性免疫應答開始時,向學生提出幾個相關問題。根據學生的回答,教師就可以及時了解學生對適應性免疫細胞章節主要內容是否真正的理解和掌握,取得前面教學的反饋信息,對教學效果作出評價,從而適當調整適應性免疫應答章節的教學進度。
2.因材而異,因人施教。對于比較復雜的綜合性問題,涉及的知識面比較廣,教師可根據具體內容適當采用“化繁為簡”的方法,設計若干深度不同的問題進行提問,以便學生進行思考與討論。同時,通過提問,教師也可根據學生對具體問題的理解能力及掌握程度的不同,給予適當的啟發引導,或給予及時的矯正補充,以滿足不同層次的學生需求。
3.活躍氣氛,暢通情感。提問是師生在課堂上實現互動交流的重要方法。在提問和解答的過程中,教師與學生一起分析問題、討論問題,并給予學生認真的指導、熱情的鼓勵。在這種輕松活躍的氣氛中,教與學互動性強,師生心情舒暢,教與學的興趣和積極性都有很大的提高,思維也更加敏捷,教學效果也得到提高[4]。通過啟發式提問和其它教學方法的有機結合[5],能夠使師生進入了積極的“雙向發揮”狀態,為保證醫學免疫學教學的順利完成,提高教學效果創造了良好的條件。
三、啟發式提問的效果
1.考試成績。在2007級本科的八個班中做了分組實驗,對照組全部理論課36學時均為傳統式系統授課,實驗組在傳統式授課的過程中,特意設計40個啟發式的問題,適時地引導學生思考。對期末考試試卷,主要選取與解決實際問題能力相關的10個選擇題和1個論述題進行分析,發現對于與臨床案例相關的考題,實驗組的平均成績好于對照組,而對其它試題成績的分析沒有統計學差異。