醫學院校“生物化學與分子生物學”課程教學實踐探索

梁珍珍，張建鵬，孫銘娟，王梁華，盧小玲

（海軍軍醫大學基礎醫學院 上海 200433)

“生物化學與分子生物學”是從分子水平研究生命現象及本質規律的一門學科。近年來，隨著現代分子生物學的迅速發展，其理論和技術在疾病預防、診斷和治療中的作用日益凸顯，極大地推動著醫學的發展?！吧锘瘜W與分子生物學”作為高等醫學院校各專業必修的專業基礎課，既是醫學生后續專業課程學習的基礎，又是未來從事臨床及科研工作的重要理論支撐，在醫學生培養中的地位舉足輕重。如何通過教學實踐培養具有扎實的理論基礎、較高的創新思維和實踐能力、優良的品德修養等真正適應時代發展的高素質醫學人才，是亟須每位教師思考的現實問題[1-2]。下面筆者簡要介紹本科室近年來的具體教學實踐，希望為醫學院校“生物化學與分子生物學”教學改革提供一些實踐經驗與啟示。

1 采用多種教學手段，夯實理論基礎

“生物化學與分子生物學”研究的范疇是微觀分子層面，具有抽象、深奧、繁雜、難以理解等特點，是公認最難學的基礎課程之一。如何在有限的時間內幫助學生高效、系統地內化基本理論知識，夯實理論基礎，一直以來都是我們致力于解決的現實難題。本科室在多年的教學實踐中，注重采取直觀形象化教學手段[3]、引導學生總結知識內在規律、注重知識的結構化與系統化傳授等，在幫助學生建立正確學科思維的基礎上，促進他們系統地掌握專業基礎知識。

1.1 直觀形象化教學，促進學生理解

針對“生物化學與分子生物學”理論知識微觀抽象、難以理解的難題，采取多種教學手段化抽象為直觀形象，以促進學生對復雜機制的理解。①運用動畫、視頻等展示復雜的分子過程。例如DNA復制、DNA損傷修復、轉錄、翻譯等過程，涉及眾多酶和蛋白因子的參與，通過動畫、視頻播放等方式形象地展示動態的生物學過程，促進學生的理解掌握。②使用模型、實物等直觀教具突破教學難點。例如DNA正負超螺旋的形成以及原核生物DNA拓撲異構酶Ⅰ、Ⅱ的作用機制，一直是教學的難點，通過模型演示，可促進學生的理解，有助于教學難點的突破。③直觀通俗易懂地講解。例如，用“欲要取之，必先予之”概括糖酵解、脂肪酸的-氧化等先耗能再產能的規律；用“近朱者赤”“近墨者黑”來分別形容分子伴侶的功能和朊病毒的傳染機制；用開車過程中的“松剎車與踩油門”描述乳糖操縱子的調節機制；以“幕后王者”形容正鏈、有意義鏈、編碼鏈；以“同一起跑線”揭示SDS-PAGE中濃縮膠的作用；以“水輪發電機”類比ATP合酶的原理等。通過運用各種手段，使微觀抽象知識直觀形象化，不僅能深化學生對知識的理解，還能激發學生的學習興趣，提高學習效果。

1.2 挖掘規律和哲學思想，助力學生高效內化理論知識

“生物化學與分子生物學”知識雖然零散、繁雜，但其中不乏“代謝的生化邏輯”[4]“結構決定功能”“高效與簡約”等基本規律，以及“內因與外因”[5]的哲學思想，通過引導學生立足基本規律和哲學思想進行思考，不僅能促進學生對繁雜抽象專業知識的高效內化，還有助于發展學生的學科思維。例如，在講授物質代謝時，注意挖掘“代謝的生化邏輯”，以代謝途徑中各代謝物的結構為明線，以能量的消耗與生成為暗線，講解每一步反應發生的目的和意義，從而幫助學生更好地內化代謝途徑中的每步化學反應；在講授生物大分子的結構與功能時，以“結構決定功能”的基本規律統領教學：比如DNA作為遺傳物質決定于其獨特的反向互補的雙螺旋結構、原核生物DNA聚合酶Ⅲ作為真正的復制酶決定于其不對稱異源二聚體結構、肌紅蛋白和血紅蛋白分別適于利用和儲存氧氣亦決定于其各自獨特的結構等；適當引入生命在長期的演化中所具有的“高效、簡約”特點，以促進學生對生命規律的認識：原核生物基因組結構的簡約與操縱子結構功能上的高效、免疫球蛋白結構基因的簡約與經DNA重組后產生無數專一性免疫球蛋白的高效等都體現了這一特點。此外，還注重挖掘教學內容中所蘊含的哲學思想，以促進學生對知識的內化與掌握。例如，在講授遺傳信息傳遞時，引入哲學上的“內因與外因”：復制從固定復制起點起始、轉錄起始、前體RNA的精確剪接、翻譯起始等，都決定于“內因”——獨特的核苷酸序列以及“外因”——各種蛋白因子之間的精確識別。通過引入這些基本規律和哲學思想，引導學生以專業的思維和開闊的視角學習理論知識，有助于加深學生對抽象復雜生化反應和分子機制的理解與內化。

1.3 引入思維導圖，幫助學生系統構建知識體系

在教學實踐中，引入可視化思維工具——思維導圖，直觀立體式呈現整體理論知識框架，以幫助學生厘清知識內在的邏輯關系，系統構建課程知識體系，有助于學生系統整體地把握課程內容，夯實理論基礎。例如，在授課伊始，向學生展示整章節內容的思維導圖全貌，讓學生系統地把握知識整體框架，而在授課過程中充分利用PPT的鏈接功能，逐級展開進行講解，在每個知識點講解結束后再返回章節思維導圖。通過這種方式，能不斷強化學生對知識內在邏輯和整體框架的系統認識。此外，我們還鼓勵學生在歸納總結的基礎上自行繪制思維導圖，比如在講授了糖、脂、蛋白質的等三大物質代謝及其調節后，讓學生根據這幾章內容之間的關系自行繪制整體代謝的思維導圖，學生在自主構建知識體系的過程中，既加深了對物質代謝的整合與調節的理解，同時也能提高學生的自主學習能力，極大地提高了學習效率。

2 改進教學方法，提高學生能力

在教學實踐中，囿于課程內容繁雜、課時量少等因素，傳統的理論講授法在大班授課制中仍具有不可替代的優勢，比如能向學生高效地傳遞系統完備的基礎理論知識，有助于完整知識體系的搭建。但這種教學方法也存在著局限性：學生缺乏參與感，教學節奏快導致學生缺乏思考時間，不利于學生創新思維和實踐能力的培養。因此，我們在吸取理論講授教學法優勢的前提下，堅持“教師主導、學生主體”的教學原則，適當引入啟發式、案例式教學法，并加強綜合性、創新性實踐教學，以培養學生的創新思維和實踐能力[5-6]。

2.1 啟發式教學

課堂教學不僅是向學生系統傳授科學知識的過程，更是培養學生科學思維能力的過程。在教學中我們注意進行啟發式教學，通過創設一定的問題情景，引導學生自主思考，不僅能有效激發學生的學習熱情，還有助于培養學生的創造性思維。例如，在講解驗證DNA半保留復制的經典實驗時，先引入James Watson和Francis Crick在Nature論文[7]中所提出的半保留式復制，引導學生思考“是否還存在其他的復制方式”；待學生回答后，接著提問“你認同哪種復制方式？依據是什么？”“你認為驗證時，實驗設計的關鍵是什么？”待學生回答出“區分母鏈和子鏈”后進一步提問“怎樣區分？需要借助于什么技術手段？”通過這一系列的提問，不僅有利于培養學生的發散性思維，還能將經典實驗的研究思路外化，幫助學生建立正確的科研思維模式，有助于培養學生的科研思維能力。又如，在講解原核基因表達調控——乳糖操縱子模型時，先以科研工作中應用廣泛的IPTG誘導蛋白質表達導入，以激發學生的學習興趣；接著從“原核基因組特點”“基因表達調控的分子機制”等方面，引導學生分析操縱子的結構；在此基礎上，以乳糖操縱子為例，引導學生分析大腸桿菌操縱子在不同碳源培養條件下的具體調控機制；最后，讓學生思考并回答：當利用IPTG誘導蛋白質表達時，重組表達載體需要具備哪些調控元件。通過啟發式教學，一方面能深化學生對操縱子結構及調控機制的理解，另一方面還能讓學生體驗到“從現象—問題—本質—應用”這一科學探究過程，從而培養學生的科研創新思維。再如，在講授DNA復制的高度保真性時，引導學生從復制的模板、復制方式、各種酶與蛋白的協調作用以及DNA損傷修復等多角度進行分析，既能深化學生對知識的深刻理解，又能培養學生綜合分析問題的思維能力。實踐表明，進行啟發式教學不僅能激發學生的學習興趣，還能能夠促進學生積極主動地思考，幫助學生養成良好的思維習慣，有助于培養學生的創新思維能力。

2.2 案例式教學

在保證教學內容系統性和完整性的前提下，注重將生活實例、臨床病例、社會熱點等引入教學內容，不僅能激發學生的學習興趣，還能提高學生綜合分析問題、解決問題的能力。①引入生活實例。例如，在講授物質代謝及其調節時，引入學生感興趣的減肥話題，引導學生利用物質代謝相關知識解釋肥胖產生的原因，并分析“2，4-二硝基苯酚”“左旋肉堿”“生酮飲食”“節食”“有氧運動”等一系列減肥法背后所蘊含的生物化學原理，讓學生自行查閱文獻資料，對上述減肥方法的可行性及弊端做出理性科學的評價，最后引導學生樹立“合理營養膳食+適量有氧運動”的科學減肥觀。又如，在講解代謝的整合與調節時，引入地震后的黃金救援期（3天內）和拯救生命期（一般4-7天），引導學生利用所學知識分析這兩個時期存在的理論依據。②引入臨床病例。例如，在講授蛋白質結構與功能的關系時，引入鐮狀紅細胞貧血、阿爾茲海默癥等；在講授物質代謝及其調節時，引入代謝異常引發的糖尿病、高脂血癥、肝性腦病、痛風、萊施-奈恩綜合征（Lesch-Nyhan syndrome）等；在講授DNA損傷修復時，引入損傷修復系統缺陷導致的著色性干皮?。▁eroderma pigmentosum，XP）、人類遺傳性非息肉性結腸癌（Herediary Nonpolyposis Colorectal Cancer，HNPCC）等。通過聯系臨床病例，不僅能深化學生對理論知識的理解，還能幫助學生建立初步的臨床思維，培養其運用所學知識分析解決臨床實際問題的能力。③引入社會熱點。例如，引入SARS-CoV-2快速檢測所用到的RT-PCR技術，使學生切實認識到理論與技術在解決實際問題中的應用，激發其自覺學好理論知識的熱情；引入“轉基因食品安全問題”“基因編輯嬰兒事件”等，引導學生運用所學知識進行綜合分析，以培養其科學理性分析問題的能力。

2.3 加強實踐教學

“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”?！吧锘瘜W與分子生物學”是一門實踐性和應用性很強的學科[8]，實踐教學作為該課程的重要組成部分，是培養學生創新能力的重要環節。通過加強綜合性、創新性實踐教學，不僅能深化學生對抽象理論的理解，還能提高學生的創新思維和實踐能力。在實踐教學中，一方面，注重教學內容的系統性、關聯性以及生物化學與分子生物學技術體系的完整性，引入以“基因的克隆、表達和鑒定”以及“酶的分離、純化、酶活性及米氏常數Km值的測定”為主線的綜合性實驗。通過開展綜合性、連續性實驗，不僅能深化學生對相關理論知識的理解，系統地訓練學生的實驗技能，增強實踐能力，還能幫助學生了解基礎科學研究的設計思路，培養學生的創新能力。另一方面，注意將前沿技術引入課堂。分子生物學技術日新月異、發展迅速，但部分教學內容相對陳舊，學生難以“學以致用”，導致學習積極性不高。利用網絡資源將全自動生化分析儀、高通量測序技術等引入實驗教學，讓學生體驗到經典理論基礎所帶來的技術革新，以激發其自覺學好理論知識的熱情。此外，依托學校設立的大學生創新能力培養計劃和孵化基地項目[9]，指導學員自行設計課題并開展科研活動，極大地推動了學生創新性實踐能力的發展。

3 注重思政教育，踐行教書育人

2020年教育部印發的《高等學校課程思政建設指導綱要》中明確提出“全面推進課程思政建設，就是要寓價值觀引導于知識傳授和能力培養之中，幫助學生塑造正確的世界觀、人生觀、價值觀”[10]，因此，在“生物化學與分子生物學”教學實踐中，注重挖掘思政元素進行思政教育，真正踐行教學的育人功能。

例如，在緒論教學中，從吳憲先生的首個生命科學領域以中國人命名的Folin-Wu血糖測定法及其子吳瑞創建的首個DNA核苷酸序列分析法——引物延伸法，到中國首次人工合成結晶牛胰島素、酵母丙酰-tRNA以及作為唯一的發展中國家參與人類基因組計劃，再到施一公教授團隊在結構生物學中的國際領先地位，還有我國共享SARSCoV-2全基因組序列及其特異性引物集和標準操作程序等，著重向學生介紹我國的重大科研成果，培養其民族自豪感和家國情懷。又如，通過講解“DNA是遺傳物質的研究歷程”“逆轉錄機制的發現”“核酶的發現”“天然反義RNA的存在”“DNA聚合酶的從頭合成”等創造性成果，以培養學生理性質疑、敢于創新的精神。此外，通過介紹James Watson和Francis Crick共同發現了DNA雙螺旋結構、M.Meselson和F.Stahl共同設計了“分子生物學上最美麗的實驗”、Francois Jacob和Jacques Monod提出了操縱子模型等故事，強化學生的合作意識。另外，從“韓國黃禹錫造假案”到“日本小保方晴子事件”，從“NgAgo-gDNA相關文章撤稿”再到頻頻暴露的“論文買賣、造假”等，以這些不端案例警示學生要時刻注重科研誠信。最后，從諾貝爾生理學或醫學獎獲得者屠呦呦教授的親身人體實驗到鐘南山院士的臨危受命奔赴抗疫前線以及陳薇院士領導科研小組的新冠病毒疫苗攻關等，著力培養學生的醫者仁心情懷。

4 結語

生物化學與分子生物學作為醫學專業重要的基礎課程，在醫學生培養中占據著重要地位。如何提高教育教學質量是我們需要思考的重要課題。近年來，本科室秉持“厚基礎、強能力、重育人”的教育教學思想，致力于夯實學生基本的理論基礎、提高學生能力、發展學生品德等教育教學工作，為培養適應新時代的高素質醫學人才而努力。教育教學工作是一項與時俱進、永無止境的系統工程，探索成功的教學實踐，我們永遠在路上。