生物醫學工程專業的“生物化學”教學改革探究

董 彪，陳 聰，徐 琳，王 林

（1.吉林大學 電子科學與工程學院，吉林 長春 130012；2.吉林大學 口腔醫院，吉林 長春 130021）

引言

“生物化學”是生物醫學工程專業的主要課程［1-2］，也是吉林大學電子科學與工程學院生物醫學工程專業的必修課，且該課程與后續的許多專業基礎課都有密切聯系，因此，“生物化學”課程具有承上啟下的重要作用。隨著生物醫學工程領域不斷發展，為適應新環境，順應新趨勢，吉林大學電子科學與工程學院開設的“生物化學”課程也將在教學內容、教學方法、教學實踐上不斷創新，以適應社會和時代的要求，培養出更符合時代特點的人才，為生物醫學領域的發展做出貢獻［3-4］。

一、研究意義

“生物化學”課程的革新具有兩方面的研究意義。首先，生物醫學領域的科學技術不斷發展更新，生物化學領域的創新成果也如雨后春筍般不斷涌現，而且生物醫學所涵蓋的知識處于加速的更新狀態［5］，因此必須不斷調整生物化學的教學內容。其次，培養學生的綜合水平、素質和創新能力是高等學校的職責所在，需要選擇適當的教學方法來引起學生學習的濃厚興趣，以便掌握學生對知識的掌握情況，培養學生的實踐能力，提升學生的學術素養［6-7］。“生物化學”課程的新一輪實踐與革新將著重于以下兩方面。

（一）以需求為導向，培養實踐型人才

教學內容要著眼于社會需求，以其為導向，將社會對人才的要求作為授課目標，令我們培養的學生可以熟練掌握社會生產及社會活動所需的基礎知識與基本技能，以更好地適應社會的需要［8-9］。我院每年生物醫學工程專業的應屆生約30人，其中約有20人選擇在生物醫療器械及生物技術領域直接就業。目前生物醫學技術領域正處于飛速發展的黃金時期，如腦機接口、醫療機器人、納米醫學等領域的蓬勃發展，對從業人員的知識儲備提出了更高要求，因此掌握最新的生物化學知識是學生適應該領域的立身之本，因此培養靈活的實踐型人才，將社會對人才的要求作為授課導向與目標，提高學生的技術應用水平與課程的實用性，與時偕行，就是該課程改革的重要目的與意義。

（二）以實驗教學為基礎，培育創新英才

具體到“生物化學”課程來說，在實驗課教學中，可以以實際問題為導向，分不同模塊，循序漸進、由淺入深地引導學生進行系統性學習［10］，例如蛋白質、核酸的分離提取，物理化學性質的認識，細胞水平的實驗操作等，提高學生的學習積極性，發揮創造力及創新思維，培養創新型學習方法，培育創新英才。

二、教學內容改革

經過我院任課教師十幾年來的總結和研究，進一步凝練了“生物化學”課程的教學思想，即“教學的基礎是教材，教育的目標是應用，教導的結果是提升學生技術應用水平”，并以此教學思想為指導，開展“生物化學”課程教學內容的改革。在學生的理論知識學習方面，我院采用由查錫良主編、人民衛生出版社出版的《生物化學》（第7版）進行課堂授課。教材分為靜態生物化學，動態生物化學和分子生物學三個部分，第一部分靜態生物化學主要包括前三章內容，即蛋白質、核酸的結構與功能和酶學；從第四章開始涉及動態生物化學，即生物大分子在體內來源和去路，如何轉化，具體包括糖代謝，脂肪代謝，氨基酸代謝及物質之間代謝的聯系；最后一部分是分子生物學，即中心法則所涉及的重要步驟，核酸的復制，轉錄和翻譯［11］。近年來，我院教師通過教學實踐，系統梳理，剖析教材，并結合生物化學發展前沿動態，以夠用、必用為標準，對理論教學進行了合理的篩選與整編，以便學生能夠更深入、更系統性地掌握課程知識。所以我院教師對“生物化學”的十二章授課內容進行了新的編排：第一章為蛋白質的結構特點與功能，重點內容為氨基酸的分類，蛋白質結構與功能的關系，理化性質及分離純化手段；第二章為核酸的結構特點與作用；第三章為酶，重點內容為酶促反應機理和動力學，抑制酶促反應的因素；第四章為糖代謝，重點內容為糖酵解和三羧酸循環；第五章為脂肪代謝，重點內容只有β氧化；第六章為氨基酸代謝，重點內容為尿素循環；第十章到十二章為分子生物學，分別是DNA復制，轉錄和翻譯。第十章為DNA的生物合成，其重點是DNA復制過程和涉及的酶學理論；第十一章為轉錄，重點是核酸鏈的延長過程；第十二章為蛋白質的生物合成，重點是蛋白質鏈延長過程。

三、教學方法改革

為使學生更好地理解“生物化學”課程，我院在教學實踐中緊密結合社會需求、充分關切學生興趣點、以信息手段為著力點、以實際效果為考核標準，貫徹“需求、興趣、互聯網、考核”四點教學改革理念，并按照以下幾個方面對教學進行改革。

（一）以需求為出發點，設計綜合實驗教學

目前的“生物化學”實驗教學現狀并不樂觀，長期以來，電子學院生物醫學工程專業的課程比較多，在教學過程中引入生物方面的實驗課面臨實驗室建設經費緊張和學生課時緊張的問題。生物化學實驗教學通常以教師為主，教師利用課件，通過實際操作或者視頻展示的方法講授實驗原理，再由學生按照教師和書本的實驗指導循規蹈矩地完成實驗，這樣雖然減少了學生的操作失誤和犯錯機會，但同時也遏制了學生的創造性和主動性，這種被動獲得知識的方法不利于學生掌握知識點，也不利于創新型人才的培養［12］。此外，生物化學的實驗課程缺乏系統性和整體性，與人體解剖、生理等學科的系統性實驗課程不同，而且傳統的實驗體系已無法跟上當前生物化學技術的發展，需要不斷改進實驗課程設計。如當前醫學生的實驗課程中，常見的實驗有：濾紙層析法、蛋白質沉淀、變性反應、蛋白質含量測定法、酶活測定及影響酶活性的因素等，由于這些實驗自成體系，缺少系統性和連貫性，不易激發學生的學習積極性。因此設計了如“小鼠肝臟細胞的提取及過氧化氫酶活性檢測”綜合實驗，該實驗涵蓋了小鼠血細胞化學成分顯示、小鼠肝臟細胞組分分級分離、小鼠肝臟過氧化氫酶的分離純化和檢測純化過氧化氫酶溶液濃度及酶活性檢測等一系列獨立實驗。此類綜合實驗將實驗室基礎操作、蛋白質沉淀、核酸測定、酶學性質研究等單獨的實驗組合起來，兼具趣味性及連貫性的綜合實驗能極大地提高學生的參與熱情和積極性。

（二）以興趣為切入點，鼓勵從更高維度看待“生物化學”課程

從“道法自然”的角度講授生物化學，讓學生明白人類是自然界中的一部分，發生在人體內的生物化學過程、蛋白質合成過程、能量轉化過程是整個自然界共通的過程，比如在講授三羧酸循環過程中，從葡萄糖分子的代謝過程中說明其來源是動物的淀粉，而淀粉的來源是植物利用水和二氧化碳在光合作用下形成的，葡萄糖分子的去路是徹底地通過三羧酸循環發生氧化分解，以二氧化碳和水的形式釋放，并吸收所釋放的能量。通過這個例子讓學生明白，能量的來源其實是太陽能，人體內發生的生物化學過程也是自然界中的一部分，我們學習生物化學也要懷著對自然界的“謙卑”態度，從更廣闊的視角來學習生物化學，這樣的例子還包括脂肪代謝中的β氧化、氨基酸代謝中的尿素循環過程等。通過這種教學方式，更有利于學生帶著興趣主動將生物化學的知識融會貫通，并結合其他學科知識建立完整的知識體系。

（三）以網絡課堂為輔助，組織翻轉課堂教學

隨著信息技術的浪潮洶涌，互聯網等多媒體應用形式已經超出了人類的想象。該項技術也被及時地應用到“生物化學”教學當中，為開展翻轉課堂教學提供了重要技術支撐［13-14］。目前，在我院“生物化學”的教學中采取了傳統板書與PPT相結合的教學形式，課程直觀且易于理解。然而由于課時有限，需要學生在課后獨立學習一些章節，此外，一些重要的章節也需要通過學生提前以問題為導向、以小組方式進行討論學習，這些問題可以通過翻轉課堂獲得很好的解決。在翻轉課堂教學過程中，學生成立學習小組并針對課程內容互相講解，互相學習，形成相互提高的學習方式，這樣能極大地提高學生對該課程中的基本知識的掌握。另外，我們利用超星等軟件，結合一些社交軟件，提前把相關的知識點/視頻/習題等內容發給學生，依托互聯網平臺開設“生物化學”課程網站，網站內容與課上內容互為補充和延伸。形成多位一體的網絡教室，同時設立多個網絡板塊，將教學內容制成視頻并放在網站平臺上供學生反復觀看，與學生形成長期有效的互動，結合現代教學模式，實現翻轉課堂教學。

（四）以考核為關鍵點，改革考核制度

作為一門內容相對獨立、涉獵廣泛的課程，醫學生物化學實驗擁有自己獨特的科學體系。其公平客觀的考核系統，不僅可以調動學生自主學習的積極性，而且可以及時掌握學生的學習效果并提高實驗教學水平，使學生擁有學習主人翁精神和團隊意識［15］。我院對“生物化學”理論課程的考核采取表現（20%）與考試（80%）相結合的考核形式。這種考核方式的問題是，雖然能考核學生對知識的掌握度，但不利于激勵學生自主并深入地學習生物化學知識。

為更好地激勵學生自主學習，應建立多元化考核系統：考慮將期中考試（20%）、期末考試（40%）、實驗課程考試（20%）、平時成績（20%）同時納入總成績以進行綜合評價。以日常出勤率和作業完成度作為平時成績評判標準，考查學生的學習熱情、興趣和對知識的掌握等情況；期中、期末考試均閉卷筆答以考查學生知識點的學習情況；實驗考試部分作為本次課程改革的重點，考試內容分為兩部分，包括實驗操作能力和實驗設計能力，每部分占50%。實驗操作能力，即實驗室儀器操作步驟、操作熟練度及注意事項和操作要點等，由實驗技術教師進行評價；實驗設計能力主要考查學生對特定的醫學現象的理解，通過自主實驗設計診斷或處理該現象并由理論課教師給出評價。這種多元化綜合評定方式，不僅可以全方位地反映學生的理論素養和綜合能力，也能充分調動學生自主學習的積極性，同時還能夠提高學生對本門課程的重視程度，既可以全面掌握學生的學習情況，也能夠確保成績評定的公平客觀。

結語

迄今為止，我院生物醫學工程專業的實際教學取得了顯著的成效，通過對“生物化學”教學內容和方法的革新，我們不僅發現了并解決了一些問題，也通過對問題的研究進一步明晰了改革的方向，其研究成果也使一線教師增強了改革的信心。通過教學改革，使教學方法的適應性更廣泛，可以滿足不同層次、不同基礎學生的教學，課程內容編排也極大地滿足了絕大多數學生對課程的基本要求。