以科学思维提升为抓手的“生物化学”课程教学改革与探索

马红樱

(湖北理工学院 a.医学院,b.肾脏疾病发生与干预湖北省重点实验室,湖北 黄石 435003)

0 引言

“生物化学”是医学专业的基础核心课程。由于“生物化学”课程的重难点繁多,且知识点之间逻辑性不强,是教师难教、学生难学的一门专业基础课[1]。因此,如何提高学生的学习积极性、激发学习兴趣是“生物化学”课程教师面临的挑战。

结构生物化学部分主要描述生物大分子的性质、结构以及构效关系,属于静态生化,是后续学习代谢生化(动态生化)的基础,内容较枯燥乏味,很难激发学生的学习兴趣。笔者经过多年的探索和实践,在讲述影响蛋白质二级结构α-螺旋稳定性的因素时,引入科研案例,不仅使学生快速理解并记忆了知识点,而且学习兴趣大大增加。

本文以笔者所在实验室的科研问题的发现及解决过程为案例,阐述甘氨酸(Gly)和脯氨酸(Pro)的出现如何破坏α-螺旋的稳定性,进而导致蛋白的结构和功能发生改变,最终引发疾病[2-3]。通过引入案例,把基因(核苷酸)、蛋白质(氨基酸)、疾病表型串联起来,实现从分子水平到个体水平的知识系统化,提高学生的学习兴趣,达到较好的教学效果。

1 甘氨酸和脯氨酸影响α-螺旋的稳定性

“生物化学”课程的第一章“蛋白质的结构与功能”的重难点之一是掌握蛋白质的分子结构。蛋白质最重要的二级结构形式是α-螺旋。课堂上,教师会引导学生思考:哪些氨基酸的特殊侧链基团会影响α-螺旋的稳定性?学生们总结的结果是:侧链很长的亮氨酸和异亮氨酸。空间位阻作用会影响α-螺旋的形成,连续排列的带同种电荷的酸性氨基酸或碱性氨基酸因静电排斥也会影响α-螺旋的形成。学生往往没有考虑到甘氨酸(Gly)和脯氨酸(Pro)如何影响α-螺旋的稳定性。教师继续总结补充:甘氨酸的侧链基团为H,由于侧链太小,构象不稳定,是α-螺旋的破坏者;脯氨酸的亚氨基少一个氢原子,无法形成氢键,而且Cα—N键不能旋转,中断α-螺旋,形成一个“回折”或“结节”,所以也是α-螺旋的破坏者。讲完这些知识点后,学生们还是停留在记忆知识点的层面,为了进一步提高学生们运用所学知识的能力和分析问题的能力,笔者在实际教学中采用科学案例引导学生进行深入学习。

2 案例引入的教学实施过程

案例引入的教学实施过程主要环节有:提出问题、深入学习精读论文、从最新研究中寻找问题的答案、通过小组讨论进行思维的激发并总结亮点内容、小组代表进行结果展示。通过案例学习,学生们充分认识到基础知识的重要性,学习热情提高[4],培养了思考问题的能力和积极探索的科学精神,学生对疾病致病基因的鉴定这一科学研究领域的兴趣得到激发。案例引入的教学设计具体流程见表1。

表1 案例引入的教学设计具体流程

通过案例学习及科研思维的启发,积极引导学生参与课外科研活动,努力培养学生的科学素养、科学态度和科研能力,使学生将所学的理论知识转化成学生认识和解决实际问题的能力。通过科研和教学相互促进、相互依存的正面事例,师生获得新知识,教学内容得到更新,有利于提高本科生的教学质量。

3 效果评价

对135名学生进行问卷调查,学生满意度调查见表2。85%以上的学生表示引入科学案例的教学模式非常好,能提高学习兴趣,消除对“生物化学”课程学习的畏难情绪,同时也纠正了觉得“生物化学”课程和临床专业课关联不大的错误想法。也有少数学生由于英语基础比较薄弱,阅读英文文献存在困难,所以课程参与度不高。因此,在以后的教学中,教师在课前和课后要加强个体化辅导。

表2 学生满意度调查

本教学模式于2019年初探,经过了2个授课周期的实践。和传统教学对比,科学案例式教学的考试成绩得到了很大的提高,2种教学模式考核成绩对比见表3。2018级临床医学专业2个班的“生物化学”课程考试成绩直线上升,很多医学院的同学反馈2019级临床医学本科专业的学生在图书馆都自学“生物化学”课程,课堂小测验和期末考试均反映出学生课堂知识掌握得较好。2019级临床医学专业2个班的期末考试及格率达90%,平均分为83分, 80分以上的同学占32%。

表3 2种教学模式考核成绩对比

“生物化学”是医学专业的基础课程,在案例启发的学习过程中不但强化了学生对基础知识的理解和记忆,同时也提高了学生分析问题、利用知识解决问题的能力[5],对学生系统地学习其他专业课程起到了促进作用,专业水平测试成绩也逐年提高。

在创新活动中,学生重新梳理和建构所学的知识,不断加深对基本理论的理解,同时扩展了知识的应用。另一方面,解决问题带来的成就感和满足感又可以增强学生学习的兴趣,提升学生的创新能力,如2019级临床医学专业的学生参与国家级大学生创新项目1项,省级大学生创新项目3项,在全国大学生生命科学竞赛中获二等奖。

4 总结

通过引入案例,使学生把基因、蛋白质、疾病表型这些零散的知识点串联起来,实现了从分子水平到个体水平的知识系统化。科学探索的问题来自课堂学习,并延伸到实验室,不仅使理论知识得到升华,学生分析问题和解决问题的能力也得到提高。基于科学问题驱动的案例教学方法,在激发学生学习兴趣的同时,提升了课程的高阶性、突出了课程的创新性并增加了课程的挑战性。在今后的教学中,需持续挖掘并精炼针对不同重点知识的案例,以提高课堂教学的质量。

本文所阐述的案例教学策略主要是针对“生物化学”课程的自然科学属性,根据临床医学专业培养医师人才的要求,突出价值引领、能力卓越的导向,把职业素养、科学精神、求真创新等教育理念落实到教学实践,有利于提高课堂教学质量,更好地为培养医学人才服务。