李櫟 唐歷波

[摘要]隨著科學技術的發(fā)展，組織工程學這門新興學科將成為臨床醫(yī)學的一個重要組成部分。因此，探索為臨床醫(yī)學專業(yè)本科學生開設組織工程課程的教學模式十分必要。本研究以培養(yǎng)臨床專業(yè)創(chuàng)新性人才為教學目標，以組織工程器官-骨膜的制備移植為主線，將分散的實驗串接成綜合性實驗。并通過學生、任課教師調查反饋以及學校教學督導意見對教學效果和教學目標的完成情況進行評價。

[關鍵詞]組織工程;綜合性實驗;教學模式;臨床醫(yī)學

[中圖分類號] R318.08? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1674-4721（2020）5（b）-0191-04

Exploration and practice of comprehensive experimental teaching mode of tissue engineering

LI Li? ?TANG Li-Bo▲

Teaching and Research Section of Medical Tissue Engineering， School of Basic Medicine and Life Sciences， Hainan Medical University， Hainan Province， Haikou? ?571199， China

[Abstract] Tissue engineering， as a new subject， is becoming an important part of clinical medicine with the development of science and technology. Therefore， it is necessary to explore the teaching mode of tissue engineering course for undergraduate students majoring in clinical medicine. With the teaching goal of training innovative talents for clinical medicine specialty， taking the preparation and transplantation of tissue engineering organs-periosteum as the main line， this study combines many dispersive experiments into serial comprehensive experiments. The teaching effect and the completion of teaching objectives are evaluated according to the feedback and investigations from the students and teachers， as well as the teaching advices from the supervisors.

[Key words] Tissue engineering; Comprehensive experiment; Teaching mode; Clinical medicine

組織工程學是一門涵蓋了細胞生物學、材料學、生物化學、再生醫(yī)學、物理學等多門學科的前沿性交叉學科。組織工程學科的發(fā)展離不開大量高水平專業(yè)技術人才。目前，國內已有百所高等院校開設了這門課程或設立了研究機構，醫(yī)學院校也紛紛開設這門課程，縱觀國內院校，都將此課程設為選修課，很少有配套的實驗教學[1-3]。而作為一門實踐性很強的綜合性學科，實驗教學對于培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新能力至關重要。2017年，基于培養(yǎng)崗位勝任力的創(chuàng)新性醫(yī)學人才目標，我校為臨床專業(yè)和生物技術專業(yè)（醫(yī)藥方向）開設了醫(yī)學組織工程學，同時，為培養(yǎng)學生的動手能力和綜合分析問題能力，本教研室也配套開展了實驗課教學。在教學內容的設計上，本研究以組織工程器官制備為主線，融合組織工程三要素即種子細胞、支架材料和生長因子，將分散的各類實驗串接成一個有機的整體，成功地建立了以骨膜這一人工組織制備為基礎的醫(yī)學組織工程綜合性實驗體系。通過兩年的教學實踐，本研究發(fā)現，綜合性實驗能將學生碎片化的理論知識有效地連貫起來，激發(fā)學生的積極性和主觀能動性，有益于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力和綜合實踐能力以及團隊協作能力。

1開設組織工程綜合性實驗的必要性

1.1培養(yǎng)目標決定開設必要性

醫(yī)學院校的課程體系相對固化，不利于對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。鑒于此，本校從2015年開始進行教學改革，建立了以培養(yǎng)創(chuàng)新性醫(yī)學人才為導向的培養(yǎng)模式。在課程設置上，通過整合課程資源形成了器官-系統模塊化教學模式。與此同時，不斷整合前沿交叉學科，使學生在具備扎實的醫(yī)學基礎知識的同時也能了解醫(yī)學領域前沿發(fā)展方向。

組織工程這門新興學科的應用目標是從形態(tài)、結構和功能上對組織、器官喪失或功能障礙進行永久性地置換和替代，從而促進人體健康、長壽和提高生命的質量;隨著學科研究的不斷深入及應用的推廣，組織工程將成為臨床醫(yī)學的一個重要組成部分。因此，為培養(yǎng)與時俱進的創(chuàng)新型醫(yī)學人才，面向臨床醫(yī)學專業(yè)本科學生開設組織工程課程是十分必要的[4]。

1.2學科特點決定開設必要性

組織工程學是一門實踐性很強的交叉性學科，與醫(yī)學有著密切的關系，其最新的研究成果可以很快轉化為醫(yī)學實踐。組織工程實驗本身就是各門學科綜合交叉應用的結果，包括支架材料的制備，細胞的分離與培養(yǎng)，組織或器官的體外構建。因此，開設綜合性實驗有利于學生系統地掌握本學科的特點和實驗操作技能。

2組織工程綜合性實驗課程的教學目標及內容設計

2.1組織工程綜合性實驗課程的教學目標

基于人才培養(yǎng)的創(chuàng)新性，秉承互補、交融、滲透、承前啟后、循序漸進的原則，緊緊圍繞著臨床創(chuàng)新班的培養(yǎng)目標;按照醫(yī)學組織工程實驗內容的復合型、實驗方法的多元性、實驗手段的多樣性、實驗設計的系統性[5]，本教研室制定了組織工程綜合性實驗課程的教學目標：即學生通過實驗教學環(huán)節(jié)獲取直觀的認識，結合理論教學所獲得的知識，發(fā)現問題、分析問題、并最終解釋問題。從而達到加深對組織工程學科的較全面認識與深入的理解。

2.2組織工程綜合性實驗教學內容設計

骨缺損是臨床常見疾病，大段骨缺損難以自愈合，需要進行骨組織修復。臨床上常用自體骨移植采用拆東墻補西墻的方式進行修復。組織工程骨[6]體外構建為骨修復提供了良好的解決方案。在理論課的學習中，學生已認識到骨膜參與骨修復，為骨修復提供營養(yǎng)和引導作用，骨膜的移植往往能增加骨修復成功的概率[7-10]。因此，選擇骨膜制備作為綜合性實驗設計材料與臨床實踐結合緊密，有利于臨床專業(yè)學生創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)。

本研究將6個既相互獨立又相互關聯的實驗有機地串接成一個整體的綜合性實驗。實驗涵蓋了組織工程臨床應用的基本流程，包括從種子細胞的分離、培養(yǎng)與鑒定，生物支架材料的制備及組織學鑒定，種子細胞與支架材料的復合及定向誘導分化，以及最終的組織工程產品體內植入及鑒定。整個綜合性實驗28學時。

2.2.1實驗一：種子細胞的獲取-脂肪干細胞的分離與培養(yǎng)? 從麻醉的SD大鼠腹股溝側分離脂肪組織，進行脂肪干細胞的分離與培養(yǎng)。為遵循實驗動物使用的3R原則[11]，該實驗動物縫合后飼養(yǎng)可用于后續(xù)的骨膜移植實驗。

2.2.2實驗二：支架材料的制備-豬小腸黏膜下層的制備? 取新鮮的豬近端空腸，用物理方法去除黏膜層、漿膜層和肌層，而后用化學法和酶法進行脫細胞處理，最后經消毒處理獲得骨膜制備的支架材料。

2.2.3實驗三：種子細胞與小腸黏膜下層支架材料體外復合培養(yǎng)? 本實驗安排為學生自主設計性實驗，包括種子細胞與支架材料復合條件的探索，三維立體培養(yǎng)和生物反應器的應用，生物相容性的體外檢測方法。

2.2.4實驗四：脂肪干細胞向成骨細胞誘導分化? 采用小分子化合物將黏附在小腸黏膜下層脫細胞基質膜上的脂肪干細胞向成骨方向誘導，以及通過染色的方法鑒定是否誘導成功。最終制備出有功能的骨膜組織。

2.2.5實驗五：骨缺損動物模型的制備及組織工程產品體內植入技術? 將第一次實驗保留的SD大鼠麻醉后，制備一側的脛骨骨缺損模型，將復合了自體脂肪干細胞的小腸黏膜下層移植至缺損部位，手術縫合，注射抗菌素單獨飼養(yǎng)。

2.2.6實驗六：組織工程產品移植效果評價? 包括移植后動物的行為觀察，傷口愈合及炎癥狀況，4周后處死動物，選擇兩側脛骨組織固定，冷凍切片，HE染色觀察移植結果。

本實驗為自主設計性實驗，學生可分組做平行試驗，組間或組內數據可以共享，最后學生通過數據統計分析得出結論。鍛煉了學生綜合分析問題和解決問題的能力以及團隊協作能力。在教學方法上，本研究采用了混合式教學模式[12]，包括課堂講授式、課堂討論式以及實驗過程中問題導向式[13]，引導學生發(fā)現問題并自主設計解決問題。

綜合性實驗的設計與應用對于提升學生綜合素質具有重要意義，在實施過程中，還應注重教學的目的性、整體性和層次性，教學手段的先進性，從實驗內容到教學方法緊密結合，相輔相成，引導學生層層深入學習[12]。經過六次綜合性實驗，學生完整地掌握了組織工程實驗的基本流程，對組織工程產品在臨床的應用有一個全面的認識，為將來臨床科研工作打下了良好的基礎。

3教學效果評價

經過兩輪的課程實踐，本研究分別對臨床創(chuàng)新班和生物技術專業(yè)學生進行了問卷調查，共有82名學生參與了調查問卷，隨機抽取15位同學做訪談交流，從實踐與方法，設計與內容，情感態(tài)度與價值觀三維目標對綜合性實驗進行評價[14]。同時，從學校教學督導層面及任課教師綜合評價方面對組織工程綜合性實驗教學環(huán)節(jié)做出了全面評價。

3.1學生評價

通過學生調查反饋信息可知，學生對實驗設計和實驗內容表現出極大的興趣。學生認為通過組織工程學綜合性實驗，加深了對醫(yī)學組織工程的認識，培養(yǎng)了自身的科研思維，提升了實驗操作技能，提高了對科研工作的興趣。

實驗教學目標是通過實驗教學增強學生對理論理解與應用。學生應掌握一些基本的實驗技能，包括細胞培養(yǎng)技術、細胞定向誘導分化技術、天然生物材料制備技術、細胞與支架材料復合技術;同時，培養(yǎng)學生科研思維及團隊協作能力。根據綜合性實驗教學目標要求，參考蘇小華等[15]設計的學生問卷調查表，對參與綜合性實驗的學生進行問卷調查，結果如表1。

反饋調查結果顯示，綜合性實驗教學有助于學生對理論知識的理解與應用;60%以上的學生認為綜合性實驗做到了理論聯系實際，有利于培養(yǎng)自己的實驗動手能力;62.5%的學生認為提高了團隊協作能力。大部分參與綜合性實驗的同學基本掌握了醫(yī)學組織工程的基本理論和基本操作技能，鍛煉了分析問題、解決問題的能力以及團隊協作能力，達到了實驗預期的教學目標。

另外，綜合性實驗為學生將來開展創(chuàng)新性實驗打下了良好的基礎。組織工程骨膜制備綜合性實驗以學生為主體，通過分組討論，查閱資料和教師指導的方式進行教學活動的開展，給予了學生更大的發(fā)揮空間，調動了學生主觀能動性，提高了學生的自主學習能力，有助于學生科研思維的培養(yǎng)。從教學反饋的信息可知，臨床學生對于骨缺損大鼠模型制作、骨膜植入手術等與臨床相關的實驗興趣度最高，為學生將來進入臨床學習、提升自身的科研能力打下了良好的基礎。

3.2教學督導評價

每輪實驗課分別由學院層次和學校層次各進行一次教學督導聽課，總體評價良好，學生參與的積極性較高，課堂討論氣氛活躍。教師授課注重啟發(fā)式教學，以問題為導向引導學生參與討論，自主設計并解決問題。

3.3帶教教師評價

從課堂與學生的交流反饋情況以及實際教學效果考量教師作出客觀評價。評價結果主要有兩個方面，其一認為綜合性實驗給學生留下充分的想象空間，鼓勵學生主動開展探究性實驗。組織工程學科本身就是生命科學前沿交叉學科，在綜合性實驗實施過程中，總會出現一些難以預料的結果，學生在實驗中學會了合理的解釋實驗結果并能進一步設計實驗加以驗證。其二學生能夠按照實驗指導書完成每一次獨立的實驗，整個實驗流程也是根據組織工程學科特點的進行編排，實驗結果真實可靠。同時，實驗設計增加了動物的利用效率，節(jié)約了藥品和試驗準備工作，體現了實驗設計合理性。

4存在問題及解決方案

組織工程學本身就是一門新興的交叉學科，在醫(yī)學院校開設這門課程的綜合性實驗沒有可借鑒的經驗，一切都需要不斷的摸索和完善。在以往的教學實踐中本研究遇到了以下幾個方面的問題，并根據本校實際的教學條件提出了相應的解決方案。

4.1綜合性實驗與其他類型實驗配套實施問題

實驗教學是一個系統性工程，不僅包括基礎性實驗、經典實驗，還包括創(chuàng)新性實驗、綜合性實驗。這些實驗既相互關聯又自成體系。組織工程作為醫(yī)學生培養(yǎng)體系中的一個創(chuàng)新性培養(yǎng)環(huán)節(jié)，如何與其他基礎課程如生物化學、細胞生物學、分子生物學、細胞工程等有機地結合，形成具有自己特色的課程體系還是一個值得深入探究的課題。本研究在參照中國醫(yī)科大學組織工程實驗教學經驗的基礎上[16]，僅僅圍繞臨床創(chuàng)新班培養(yǎng)目標，有效利用前修學科的教學知識與技能，同時又避免教學內容的重復，建立了一個具有經典型實驗、基礎性試驗、綜合性實驗和創(chuàng)新性實驗編排模式，并與理論課相輔相成的獨立的實驗課教學體系。

4.2每個獨立實驗在時間上的銜接問題

組織工程骨膜的制備是一個完整的過程，將這個過程分解開形成每個獨立的實驗，在時間銜接上需要精心設計，由于每次實驗課的時間是固定的，而細胞培養(yǎng)以及天然支架材料的制備需要一定的周期，與學生上課時間有所沖突。解決方案一方面調整學生上課時間，盡量集中開展試驗;其次，在制定教學計劃中，前兩次實驗安排有2周間隔時間，以保證有足夠的細胞增殖時間。針對天然材料脫細胞處理需要連續(xù)處理3 d，可通過調整計劃，將大部分處理步驟安排在晚上，以便學生錯開上課時間，也可由實驗輔助人員代為處理。

4.3實驗室銜接問題

組織工程綜合性實驗牽涉專業(yè)實驗室較多，包括細胞培養(yǎng)實驗室、生物技術實驗室、組織形態(tài)實驗室、實驗動物培養(yǎng)室和無菌手術實驗室。綜合實驗室管理運作的難度較大，組建專業(yè)性的組織工程實驗室是解決學生綜合性實驗課教學的有效方案，可參考國內外相關醫(yī)學院校的先進經驗，將綜合性實驗、創(chuàng)新性實驗、學生畢業(yè)論文實驗以及教師科研集中在一個平臺，使得科研更好地為教學服務。

5小結與展望

盡管以組織工程器官制造為核心的組織工程綜合性實驗僅僅在兩屆學生中開設，但從教學督導反饋意見以及學生反饋的信息表明，綜合性實驗能極大地提高學生對本課程的學習積極性，引導學生主動探究臨床實際問題，同時，也加深了學生對課堂理論知識的理解。其次，學生通過撰寫實驗報告，分組交流討論等一系列教學活動，可以培養(yǎng)學生的分析問題能力和團隊協作能力?？傊?，組織工程綜合性實驗在培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)，激發(fā)學生自主學習和團隊協作研究，全面提升醫(yī)學生科研能力等方面做了一次有益的嘗試。

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（收稿日期：2019-08-15? 本文編輯：任秀蘭）