医学院校“生物化学与分子生物学”课程教学实践探索

梁珍珍，张建鹏，孙铭娟，王梁华，卢小玲

（海军军医大学基础医学院 上海 200433)

“生物化学与分子生物学”是从分子水平研究生命现象及本质规律的一门学科。近年来，随着现代分子生物学的迅速发展，其理论和技术在疾病预防、诊断和治疗中的作用日益凸显，极大地推动着医学的发展。“生物化学与分子生物学”作为高等医学院校各专业必修的专业基础课，既是医学生后续专业课程学习的基础，又是未来从事临床及科研工作的重要理论支撑，在医学生培养中的地位举足轻重。如何通过教学实践培养具有扎实的理论基础、较高的创新思维和实践能力、优良的品德修养等真正适应时代发展的高素质医学人才，是亟须每位教师思考的现实问题[1-2]。下面笔者简要介绍本科室近年来的具体教学实践，希望为医学院校“生物化学与分子生物学”教学改革提供一些实践经验与启示。

1 采用多种教学手段，夯实理论基础

“生物化学与分子生物学”研究的范畴是微观分子层面，具有抽象、深奥、繁杂、难以理解等特点，是公认最难学的基础课程之一。如何在有限的时间内帮助学生高效、系统地内化基本理论知识，夯实理论基础，一直以来都是我们致力于解决的现实难题。本科室在多年的教学实践中，注重采取直观形象化教学手段[3]、引导学生总结知识内在规律、注重知识的结构化与系统化传授等，在帮助学生建立正确学科思维的基础上，促进他们系统地掌握专业基础知识。

1.1 直观形象化教学，促进学生理解

针对“生物化学与分子生物学”理论知识微观抽象、难以理解的难题，采取多种教学手段化抽象为直观形象，以促进学生对复杂机制的理解。①运用动画、视频等展示复杂的分子过程。例如DNA复制、DNA损伤修复、转录、翻译等过程，涉及众多酶和蛋白因子的参与，通过动画、视频播放等方式形象地展示动态的生物学过程，促进学生的理解掌握。②使用模型、实物等直观教具突破教学难点。例如DNA正负超螺旋的形成以及原核生物DNA拓扑异构酶Ⅰ、Ⅱ的作用机制，一直是教学的难点，通过模型演示，可促进学生的理解，有助于教学难点的突破。③直观通俗易懂地讲解。例如，用“欲要取之，必先予之”概括糖酵解、脂肪酸的-氧化等先耗能再产能的规律；用“近朱者赤”“近墨者黑”来分别形容分子伴侣的功能和朊病毒的传染机制；用开车过程中的“松刹车与踩油门”描述乳糖操纵子的调节机制；以“幕后王者”形容正链、有意义链、编码链；以“同一起跑线”揭示SDS-PAGE中浓缩胶的作用；以“水轮发电机”类比ATP合酶的原理等。通过运用各种手段，使微观抽象知识直观形象化，不仅能深化学生对知识的理解，还能激发学生的学习兴趣，提高学习效果。

1.2 挖掘规律和哲学思想，助力学生高效内化理论知识

“生物化学与分子生物学”知识虽然零散、繁杂，但其中不乏“代谢的生化逻辑”[4]“结构决定功能”“高效与简约”等基本规律，以及“内因与外因”[5]的哲学思想，通过引导学生立足基本规律和哲学思想进行思考，不仅能促进学生对繁杂抽象专业知识的高效内化，还有助于发展学生的学科思维。例如，在讲授物质代谢时，注意挖掘“代谢的生化逻辑”，以代谢途径中各代谢物的结构为明线，以能量的消耗与生成为暗线，讲解每一步反应发生的目的和意义，从而帮助学生更好地内化代谢途径中的每步化学反应；在讲授生物大分子的结构与功能时，以“结构决定功能”的基本规律统领教学：比如DNA作为遗传物质决定于其独特的反向互补的双螺旋结构、原核生物DNA聚合酶Ⅲ作为真正的复制酶决定于其不对称异源二聚体结构、肌红蛋白和血红蛋白分别适于利用和储存氧气亦决定于其各自独特的结构等；适当引入生命在长期的演化中所具有的“高效、简约”特点，以促进学生对生命规律的认识：原核生物基因组结构的简约与操纵子结构功能上的高效、免疫球蛋白结构基因的简约与经DNA重组后产生无数专一性免疫球蛋白的高效等都体现了这一特点。此外，还注重挖掘教学内容中所蕴含的哲学思想，以促进学生对知识的内化与掌握。例如，在讲授遗传信息传递时，引入哲学上的“内因与外因”：复制从固定复制起点起始、转录起始、前体RNA的精确剪接、翻译起始等，都决定于“内因”——独特的核苷酸序列以及“外因”——各种蛋白因子之间的精确识别。通过引入这些基本规律和哲学思想，引导学生以专业的思维和开阔的视角学习理论知识，有助于加深学生对抽象复杂生化反应和分子机制的理解与内化。

1.3 引入思维导图，帮助学生系统构建知识体系

在教学实践中，引入可视化思维工具——思维导图，直观立体式呈现整体理论知识框架，以帮助学生厘清知识内在的逻辑关系，系统构建课程知识体系，有助于学生系统整体地把握课程内容，夯实理论基础。例如，在授课伊始，向学生展示整章节内容的思维导图全貌，让学生系统地把握知识整体框架，而在授课过程中充分利用PPT的链接功能，逐级展开进行讲解，在每个知识点讲解结束后再返回章节思维导图。通过这种方式，能不断强化学生对知识内在逻辑和整体框架的系统认识。此外，我们还鼓励学生在归纳总结的基础上自行绘制思维导图，比如在讲授了糖、脂、蛋白质的等三大物质代谢及其调节后，让学生根据这几章内容之间的关系自行绘制整体代谢的思维导图，学生在自主构建知识体系的过程中，既加深了对物质代谢的整合与调节的理解，同时也能提高学生的自主学习能力，极大地提高了学习效率。

2 改进教学方法，提高学生能力

在教学实践中，囿于课程内容繁杂、课时量少等因素，传统的理论讲授法在大班授课制中仍具有不可替代的优势，比如能向学生高效地传递系统完备的基础理论知识，有助于完整知识体系的搭建。但这种教学方法也存在着局限性：学生缺乏参与感，教学节奏快导致学生缺乏思考时间，不利于学生创新思维和实践能力的培养。因此，我们在吸取理论讲授教学法优势的前提下，坚持“教师主导、学生主体”的教学原则，适当引入启发式、案例式教学法，并加强综合性、创新性实践教学，以培养学生的创新思维和实践能力[5-6]。

2.1 启发式教学

课堂教学不仅是向学生系统传授科学知识的过程，更是培养学生科学思维能力的过程。在教学中我们注意进行启发式教学，通过创设一定的问题情景，引导学生自主思考，不仅能有效激发学生的学习热情，还有助于培养学生的创造性思维。例如，在讲解验证DNA半保留复制的经典实验时，先引入James Watson和Francis Crick在Nature论文[7]中所提出的半保留式复制，引导学生思考“是否还存在其他的复制方式”；待学生回答后，接着提问“你认同哪种复制方式？依据是什么？”“你认为验证时，实验设计的关键是什么？”待学生回答出“区分母链和子链”后进一步提问“怎样区分？需要借助于什么技术手段？”通过这一系列的提问，不仅有利于培养学生的发散性思维，还能将经典实验的研究思路外化，帮助学生建立正确的科研思维模式，有助于培养学生的科研思维能力。又如，在讲解原核基因表达调控——乳糖操纵子模型时，先以科研工作中应用广泛的IPTG诱导蛋白质表达导入，以激发学生的学习兴趣；接着从“原核基因组特点”“基因表达调控的分子机制”等方面，引导学生分析操纵子的结构；在此基础上，以乳糖操纵子为例，引导学生分析大肠杆菌操纵子在不同碳源培养条件下的具体调控机制；最后，让学生思考并回答：当利用IPTG诱导蛋白质表达时，重组表达载体需要具备哪些调控元件。通过启发式教学，一方面能深化学生对操纵子结构及调控机制的理解，另一方面还能让学生体验到“从现象—问题—本质—应用”这一科学探究过程，从而培养学生的科研创新思维。再如，在讲授DNA复制的高度保真性时，引导学生从复制的模板、复制方式、各种酶与蛋白的协调作用以及DNA损伤修复等多角度进行分析，既能深化学生对知识的深刻理解，又能培养学生综合分析问题的思维能力。实践表明，进行启发式教学不仅能激发学生的学习兴趣，还能能够促进学生积极主动地思考，帮助学生养成良好的思维习惯，有助于培养学生的创新思维能力。

2.2 案例式教学

在保证教学内容系统性和完整性的前提下，注重将生活实例、临床病例、社会热点等引入教学内容，不仅能激发学生的学习兴趣，还能提高学生综合分析问题、解决问题的能力。①引入生活实例。例如，在讲授物质代谢及其调节时，引入学生感兴趣的减肥话题，引导学生利用物质代谢相关知识解释肥胖产生的原因，并分析“2，4-二硝基苯酚”“左旋肉碱”“生酮饮食”“节食”“有氧运动”等一系列减肥法背后所蕴含的生物化学原理，让学生自行查阅文献资料，对上述减肥方法的可行性及弊端做出理性科学的评价，最后引导学生树立“合理营养膳食+适量有氧运动”的科学减肥观。又如，在讲解代谢的整合与调节时，引入地震后的黄金救援期（3天内）和拯救生命期（一般4-7天），引导学生利用所学知识分析这两个时期存在的理论依据。②引入临床病例。例如，在讲授蛋白质结构与功能的关系时，引入镰状红细胞贫血、阿尔兹海默症等；在讲授物质代谢及其调节时，引入代谢异常引发的糖尿病、高脂血症、肝性脑病、痛风、莱施-奈恩综合征（Lesch-Nyhan syndrome）等；在讲授DNA损伤修复时，引入损伤修复系统缺陷导致的着色性干皮病（xeroderma pigmentosum，XP）、人类遗传性非息肉性结肠癌（Herediary Nonpolyposis Colorectal Cancer，HNPCC）等。通过联系临床病例，不仅能深化学生对理论知识的理解，还能帮助学生建立初步的临床思维，培养其运用所学知识分析解决临床实际问题的能力。③引入社会热点。例如，引入SARS-CoV-2快速检测所用到的RT-PCR技术，使学生切实认识到理论与技术在解决实际问题中的应用，激发其自觉学好理论知识的热情；引入“转基因食品安全问题”“基因编辑婴儿事件”等，引导学生运用所学知识进行综合分析，以培养其科学理性分析问题的能力。

2.3 加强实践教学

“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”。“生物化学与分子生物学”是一门实践性和应用性很强的学科[8]，实践教学作为该课程的重要组成部分，是培养学生创新能力的重要环节。通过加强综合性、创新性实践教学，不仅能深化学生对抽象理论的理解，还能提高学生的创新思维和实践能力。在实践教学中，一方面，注重教学内容的系统性、关联性以及生物化学与分子生物学技术体系的完整性，引入以“基因的克隆、表达和鉴定”以及“酶的分离、纯化、酶活性及米氏常数Km值的测定”为主线的综合性实验。通过开展综合性、连续性实验，不仅能深化学生对相关理论知识的理解，系统地训练学生的实验技能，增强实践能力，还能帮助学生了解基础科学研究的设计思路，培养学生的创新能力。另一方面，注意将前沿技术引入课堂。分子生物学技术日新月异、发展迅速，但部分教学内容相对陈旧，学生难以“学以致用”，导致学习积极性不高。利用网络资源将全自动生化分析仪、高通量测序技术等引入实验教学，让学生体验到经典理论基础所带来的技术革新，以激发其自觉学好理论知识的热情。此外，依托学校设立的大学生创新能力培养计划和孵化基地项目[9]，指导学员自行设计课题并开展科研活动，极大地推动了学生创新性实践能力的发展。

3 注重思政教育，践行教书育人

2020年教育部印发的《高等学校课程思政建设指导纲要》中明确提出“全面推进课程思政建设，就是要寓价值观引导于知识传授和能力培养之中，帮助学生塑造正确的世界观、人生观、价值观”[10]，因此，在“生物化学与分子生物学”教学实践中，注重挖掘思政元素进行思政教育，真正践行教学的育人功能。

例如，在绪论教学中，从吴宪先生的首个生命科学领域以中国人命名的Folin-Wu血糖测定法及其子吴瑞创建的首个DNA核苷酸序列分析法——引物延伸法，到中国首次人工合成结晶牛胰岛素、酵母丙酰-tRNA以及作为唯一的发展中国家参与人类基因组计划，再到施一公教授团队在结构生物学中的国际领先地位，还有我国共享SARSCoV-2全基因组序列及其特异性引物集和标准操作程序等，着重向学生介绍我国的重大科研成果，培养其民族自豪感和家国情怀。又如，通过讲解“DNA是遗传物质的研究历程”“逆转录机制的发现”“核酶的发现”“天然反义RNA的存在”“DNA聚合酶的从头合成”等创造性成果，以培养学生理性质疑、敢于创新的精神。此外，通过介绍James Watson和Francis Crick共同发现了DNA双螺旋结构、M.Meselson和F.Stahl共同设计了“分子生物学上最美丽的实验”、Francois Jacob和Jacques Monod提出了操纵子模型等故事，强化学生的合作意识。另外，从“韩国黄禹锡造假案”到“日本小保方晴子事件”，从“NgAgo-gDNA相关文章撤稿”再到频频暴露的“论文买卖、造假”等，以这些不端案例警示学生要时刻注重科研诚信。最后，从诺贝尔生理学或医学奖获得者屠呦呦教授的亲身人体实验到钟南山院士的临危受命奔赴抗疫前线以及陈薇院士领导科研小组的新冠病毒疫苗攻关等，着力培养学生的医者仁心情怀。

4 结语

生物化学与分子生物学作为医学专业重要的基础课程，在医学生培养中占据着重要地位。如何提高教育教学质量是我们需要思考的重要课题。近年来，本科室秉持“厚基础、强能力、重育人”的教育教学思想，致力于夯实学生基本的理论基础、提高学生能力、发展学生品德等教育教学工作，为培养适应新时代的高素质医学人才而努力。教育教学工作是一项与时俱进、永无止境的系统工程，探索成功的教学实践，我们永远在路上。