生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的“生物化學(xué)”教學(xué)改革探究

董 彪，陳 聰，徐 琳，王 林

（1.吉林大學(xué) 電子科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130012；2.吉林大學(xué) 口腔醫(yī)院，吉林 長(zhǎng)春 130021）

引言

“生物化學(xué)”是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的主要課程［1-2］，也是吉林大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的必修課，且該課程與后續(xù)的許多專業(yè)基礎(chǔ)課都有密切聯(lián)系，因此，“生物化學(xué)”課程具有承上啟下的重要作用。隨著生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域不斷發(fā)展，為適應(yīng)新環(huán)境，順應(yīng)新趨勢(shì)，吉林大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院開(kāi)設(shè)的“生物化學(xué)”課程也將在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)實(shí)踐上不斷創(chuàng)新，以適應(yīng)社會(huì)和時(shí)代的要求，培養(yǎng)出更符合時(shí)代特點(diǎn)的人才，為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展做出貢獻(xiàn)［3-4］。

一、研究意義

“生物化學(xué)”課程的革新具有兩方面的研究意義。首先，生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展更新，生物化學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新成果也如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)，而且生物醫(yī)學(xué)所涵蓋的知識(shí)處于加速的更新?tīng)顟B(tài)［5］，因此必須不斷調(diào)整生物化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容。其次，培養(yǎng)學(xué)生的綜合水平、素質(zhì)和創(chuàng)新能力是高等學(xué)校的職責(zé)所在，需要選擇適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法來(lái)引起學(xué)生學(xué)習(xí)的濃厚興趣，以便掌握學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，提升學(xué)生的學(xué)術(shù)素養(yǎng)［6-7］?！吧锘瘜W(xué)”課程的新一輪實(shí)踐與革新將著重于以下兩方面。

（一）以需求為導(dǎo)向，培養(yǎng)實(shí)踐型人才

教學(xué)內(nèi)容要著眼于社會(huì)需求，以其為導(dǎo)向，將社會(huì)對(duì)人才的要求作為授課目標(biāo)，令我們培養(yǎng)的學(xué)生可以熟練掌握社會(huì)生產(chǎn)及社會(huì)活動(dòng)所需的基礎(chǔ)知識(shí)與基本技能，以更好地適應(yīng)社會(huì)的需要［8-9］。我院每年生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的應(yīng)屆生約30人，其中約有20人選擇在生物醫(yī)療器械及生物技術(shù)領(lǐng)域直接就業(yè)。目前生物醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域正處于飛速發(fā)展的黃金時(shí)期，如腦機(jī)接口、醫(yī)療機(jī)器人、納米醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，對(duì)從業(yè)人員的知識(shí)儲(chǔ)備提出了更高要求，因此掌握最新的生物化學(xué)知識(shí)是學(xué)生適應(yīng)該領(lǐng)域的立身之本，因此培養(yǎng)靈活的實(shí)踐型人才，將社會(huì)對(duì)人才的要求作為授課導(dǎo)向與目標(biāo)，提高學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用水平與課程的實(shí)用性，與時(shí)偕行，就是該課程改革的重要目的與意義。

（二）以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為基礎(chǔ)，培育創(chuàng)新英才

具體到“生物化學(xué)”課程來(lái)說(shuō)，在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中，可以以實(shí)際問(wèn)題為導(dǎo)向，分不同模塊，循序漸進(jìn)、由淺入深地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)性學(xué)習(xí)［10］，例如蛋白質(zhì)、核酸的分離提取，物理化學(xué)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)，細(xì)胞水平的實(shí)驗(yàn)操作等，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，發(fā)揮創(chuàng)造力及創(chuàng)新思維，培養(yǎng)創(chuàng)新型學(xué)習(xí)方法，培育創(chuàng)新英才。

二、教學(xué)內(nèi)容改革

經(jīng)過(guò)我院任課教師十幾年來(lái)的總結(jié)和研究，進(jìn)一步凝練了“生物化學(xué)”課程的教學(xué)思想，即“教學(xué)的基礎(chǔ)是教材，教育的目標(biāo)是應(yīng)用，教導(dǎo)的結(jié)果是提升學(xué)生技術(shù)應(yīng)用水平”，并以此教學(xué)思想為指導(dǎo)，開(kāi)展“生物化學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容的改革。在學(xué)生的理論知識(shí)學(xué)習(xí)方面，我院采用由查錫良主編、人民衛(wèi)生出版社出版的《生物化學(xué)》（第7版）進(jìn)行課堂授課。教材分為靜態(tài)生物化學(xué)，動(dòng)態(tài)生物化學(xué)和分子生物學(xué)三個(gè)部分，第一部分靜態(tài)生物化學(xué)主要包括前三章內(nèi)容，即蛋白質(zhì)、核酸的結(jié)構(gòu)與功能和酶學(xué)；從第四章開(kāi)始涉及動(dòng)態(tài)生物化學(xué)，即生物大分子在體內(nèi)來(lái)源和去路，如何轉(zhuǎn)化，具體包括糖代謝，脂肪代謝，氨基酸代謝及物質(zhì)之間代謝的聯(lián)系；最后一部分是分子生物學(xué)，即中心法則所涉及的重要步驟，核酸的復(fù)制，轉(zhuǎn)錄和翻譯［11］。近年來(lái)，我院教師通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，系統(tǒng)梳理，剖析教材，并結(jié)合生物化學(xué)發(fā)展前沿動(dòng)態(tài)，以夠用、必用為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)理論教學(xué)進(jìn)行了合理的篩選與整編，以便學(xué)生能夠更深入、更系統(tǒng)性地掌握課程知識(shí)。所以我院教師對(duì)“生物化學(xué)”的十二章授課內(nèi)容進(jìn)行了新的編排：第一章為蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與功能，重點(diǎn)內(nèi)容為氨基酸的分類，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，理化性質(zhì)及分離純化手段；第二章為核酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與作用；第三章為酶，重點(diǎn)內(nèi)容為酶促反應(yīng)機(jī)理和動(dòng)力學(xué)，抑制酶促反應(yīng)的因素；第四章為糖代謝，重點(diǎn)內(nèi)容為糖酵解和三羧酸循環(huán)；第五章為脂肪代謝，重點(diǎn)內(nèi)容只有β氧化；第六章為氨基酸代謝，重點(diǎn)內(nèi)容為尿素循環(huán)；第十章到十二章為分子生物學(xué)，分別是DNA復(fù)制，轉(zhuǎn)錄和翻譯。第十章為DNA的生物合成，其重點(diǎn)是DNA復(fù)制過(guò)程和涉及的酶學(xué)理論；第十一章為轉(zhuǎn)錄，重點(diǎn)是核酸鏈的延長(zhǎng)過(guò)程；第十二章為蛋白質(zhì)的生物合成，重點(diǎn)是蛋白質(zhì)鏈延長(zhǎng)過(guò)程。

三、教學(xué)方法改革

為使學(xué)生更好地理解“生物化學(xué)”課程，我院在教學(xué)實(shí)踐中緊密結(jié)合社會(huì)需求、充分關(guān)切學(xué)生興趣點(diǎn)、以信息手段為著力點(diǎn)、以實(shí)際效果為考核標(biāo)準(zhǔn)，貫徹“需求、興趣、互聯(lián)網(wǎng)、考核”四點(diǎn)教學(xué)改革理念，并按照以下幾個(gè)方面對(duì)教學(xué)進(jìn)行改革。

（一）以需求為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)

目前的“生物化學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀并不樂(lè)觀，長(zhǎng)期以來(lái)，電子學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的課程比較多，在教學(xué)過(guò)程中引入生物方面的實(shí)驗(yàn)課面臨實(shí)驗(yàn)室建設(shè)經(jīng)費(fèi)緊張和學(xué)生課時(shí)緊張的問(wèn)題。生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)通常以教師為主，教師利用課件，通過(guò)實(shí)際操作或者視頻展示的方法講授實(shí)驗(yàn)原理，再由學(xué)生按照教師和書(shū)本的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)循規(guī)蹈矩地完成實(shí)驗(yàn)，這樣雖然減少了學(xué)生的操作失誤和犯錯(cuò)機(jī)會(huì)，但同時(shí)也遏制了學(xué)生的創(chuàng)造性和主動(dòng)性，這種被動(dòng)獲得知識(shí)的方法不利于學(xué)生掌握知識(shí)點(diǎn)，也不利于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)［12］。此外，生物化學(xué)的實(shí)驗(yàn)課程缺乏系統(tǒng)性和整體性，與人體解剖、生理等學(xué)科的系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)課程不同，而且傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)體系已無(wú)法跟上當(dāng)前生物化學(xué)技術(shù)的發(fā)展，需要不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)。如當(dāng)前醫(yī)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課程中，常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)有：濾紙層析法、蛋白質(zhì)沉淀、變性反應(yīng)、蛋白質(zhì)含量測(cè)定法、酶活測(cè)定及影響酶活性的因素等，由于這些實(shí)驗(yàn)自成體系，缺少系統(tǒng)性和連貫性，不易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。因此設(shè)計(jì)了如“小鼠肝臟細(xì)胞的提取及過(guò)氧化氫酶活性檢測(cè)”綜合實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)涵蓋了小鼠血細(xì)胞化學(xué)成分顯示、小鼠肝臟細(xì)胞組分分級(jí)分離、小鼠肝臟過(guò)氧化氫酶的分離純化和檢測(cè)純化過(guò)氧化氫酶溶液濃度及酶活性檢測(cè)等一系列獨(dú)立實(shí)驗(yàn)。此類綜合實(shí)驗(yàn)將實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)操作、蛋白質(zhì)沉淀、核酸測(cè)定、酶學(xué)性質(zhì)研究等單獨(dú)的實(shí)驗(yàn)組合起來(lái)，兼具趣味性及連貫性的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)軜O大地提高學(xué)生的參與熱情和積極性。

（二）以興趣為切入點(diǎn)，鼓勵(lì)從更高維度看待“生物化學(xué)”課程

從“道法自然”的角度講授生物化學(xué)，讓學(xué)生明白人類是自然界中的一部分，發(fā)生在人體內(nèi)的生物化學(xué)過(guò)程、蛋白質(zhì)合成過(guò)程、能量轉(zhuǎn)化過(guò)程是整個(gè)自然界共通的過(guò)程，比如在講授三羧酸循環(huán)過(guò)程中，從葡萄糖分子的代謝過(guò)程中說(shuō)明其來(lái)源是動(dòng)物的淀粉，而淀粉的來(lái)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(guò)三羧酸循環(huán)發(fā)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(guò)這個(gè)例子讓學(xué)生明白，能量的來(lái)源其實(shí)是太陽(yáng)能，人體內(nèi)發(fā)生的生物化學(xué)過(guò)程也是自然界中的一部分，我們學(xué)習(xí)生物化學(xué)也要懷著對(duì)自然界的“謙卑”態(tài)度，從更廣闊的視角來(lái)學(xué)習(xí)生物化學(xué)，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(huán)過(guò)程等。通過(guò)這種教學(xué)方式，更有利于學(xué)生帶著興趣主動(dòng)將生物化學(xué)的知識(shí)融會(huì)貫通，并結(jié)合其他學(xué)科知識(shí)建立完整的知識(shí)體系。

（三）以網(wǎng)絡(luò)課堂為輔助，組織翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)

隨著信息技術(shù)的浪潮洶涌，互聯(lián)網(wǎng)等多媒體應(yīng)用形式已經(jīng)超出了人類的想象。該項(xiàng)技術(shù)也被及時(shí)地應(yīng)用到“生物化學(xué)”教學(xué)當(dāng)中，為開(kāi)展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)提供了重要技術(shù)支撐［13-14］。目前，在我院“生物化學(xué)”的教學(xué)中采取了傳統(tǒng)板書(shū)與PPT相結(jié)合的教學(xué)形式，課程直觀且易于理解。然而由于課時(shí)有限，需要學(xué)生在課后獨(dú)立學(xué)習(xí)一些章節(jié)，此外，一些重要的章節(jié)也需要通過(guò)學(xué)生提前以問(wèn)題為導(dǎo)向、以小組方式進(jìn)行討論學(xué)習(xí)，這些問(wèn)題可以通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂獲得很好的解決。在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生成立學(xué)習(xí)小組并針對(duì)課程內(nèi)容互相講解，互相學(xué)習(xí)，形成相互提高的學(xué)習(xí)方式，這樣能極大地提高學(xué)生對(duì)該課程中的基本知識(shí)的掌握。另外，我們利用超星等軟件，結(jié)合一些社交軟件，提前把相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)/視頻/習(xí)題等內(nèi)容發(fā)給學(xué)生，依托互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)開(kāi)設(shè)“生物化學(xué)”課程網(wǎng)站，網(wǎng)站內(nèi)容與課上內(nèi)容互為補(bǔ)充和延伸。形成多位一體的網(wǎng)絡(luò)教室，同時(shí)設(shè)立多個(gè)網(wǎng)絡(luò)板塊，將教學(xué)內(nèi)容制成視頻并放在網(wǎng)站平臺(tái)上供學(xué)生反復(fù)觀看，與學(xué)生形成長(zhǎng)期有效的互動(dòng)，結(jié)合現(xiàn)代教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)。

（四）以考核為關(guān)鍵點(diǎn)，改革考核制度

作為一門內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立、涉獵廣泛的課程，醫(yī)學(xué)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)擁有自己獨(dú)特的科學(xué)體系。其公平客觀的考核系統(tǒng)，不僅可以調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，而且可以及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)效果并提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，使學(xué)生擁有學(xué)習(xí)主人翁精神和團(tuán)隊(duì)意識(shí)［15］。我院對(duì)“生物化學(xué)”理論課程的考核采取表現(xiàn)（20%）與考試（80%）相結(jié)合的考核形式。這種考核方式的問(wèn)題是，雖然能考核學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握度，但不利于激勵(lì)學(xué)生自主并深入地學(xué)習(xí)生物化學(xué)知識(shí)。

為更好地激勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，應(yīng)建立多元化考核系統(tǒng)：考慮將期中考試（20%）、期末考試（40%）、實(shí)驗(yàn)課程考試（20%）、平時(shí)成績(jī)（20%）同時(shí)納入總成績(jī)以進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。以日常出勤率和作業(yè)完成度作為平時(shí)成績(jī)?cè)u(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，考查學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、興趣和對(duì)知識(shí)的掌握等情況；期中、期末考試均閉卷筆答以考查學(xué)生知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)情況；實(shí)驗(yàn)考試部分作為本次課程改革的重點(diǎn)，考試內(nèi)容分為兩部分，包括實(shí)驗(yàn)操作能力和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，每部分占50%。實(shí)驗(yàn)操作能力，即實(shí)驗(yàn)室儀器操作步驟、操作熟練度及注意事項(xiàng)和操作要點(diǎn)等，由實(shí)驗(yàn)技術(shù)教師進(jìn)行評(píng)價(jià)；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力主要考查學(xué)生對(duì)特定的醫(yī)學(xué)現(xiàn)象的理解，通過(guò)自主實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)診斷或處理該現(xiàn)象并由理論課教師給出評(píng)價(jià)。這種多元化綜合評(píng)定方式，不僅可以全方位地反映學(xué)生的理論素養(yǎng)和綜合能力，也能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，同時(shí)還能夠提高學(xué)生對(duì)本門課程的重視程度，既可以全面掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，也能夠確保成績(jī)?cè)u(píng)定的公平客觀。

結(jié)語(yǔ)

迄今為止，我院生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的實(shí)際教學(xué)取得了顯著的成效，通過(guò)對(duì)“生物化學(xué)”教學(xué)內(nèi)容和方法的革新，我們不僅發(fā)現(xiàn)了并解決了一些問(wèn)題，也通過(guò)對(duì)問(wèn)題的研究進(jìn)一步明晰了改革的方向，其研究成果也使一線教師增強(qiáng)了改革的信心。通過(guò)教學(xué)改革，使教學(xué)方法的適應(yīng)性更廣泛，可以滿足不同層次、不同基礎(chǔ)學(xué)生的教學(xué)，課程內(nèi)容編排也極大地滿足了絕大多數(shù)學(xué)生對(duì)課程的基本要求。