生物医学工程专业的“生物化学”教学改革探究

董 彪，陈 聪，徐 琳，王 林

（1.吉林大学 电子科学与工程学院，吉林 长春 130012；2.吉林大学 口腔医院，吉林 长春 130021）

引言

“生物化学”是生物医学工程专业的主要课程［1-2］，也是吉林大学电子科学与工程学院生物医学工程专业的必修课，且该课程与后续的许多专业基础课都有密切联系，因此，“生物化学”课程具有承上启下的重要作用。随着生物医学工程领域不断发展，为适应新环境，顺应新趋势，吉林大学电子科学与工程学院开设的“生物化学”课程也将在教学内容、教学方法、教学实践上不断创新，以适应社会和时代的要求，培养出更符合时代特点的人才，为生物医学领域的发展做出贡献［3-4］。

一、研究意义

“生物化学”课程的革新具有两方面的研究意义。首先，生物医学领域的科学技术不断发展更新，生物化学领域的创新成果也如雨后春笋般不断涌现，而且生物医学所涵盖的知识处于加速的更新状态［5］，因此必须不断调整生物化学的教学内容。其次，培养学生的综合水平、素质和创新能力是高等学校的职责所在，需要选择适当的教学方法来引起学生学习的浓厚兴趣，以便掌握学生对知识的掌握情况，培养学生的实践能力，提升学生的学术素养［6-7］。“生物化学”课程的新一轮实践与革新将着重于以下两方面。

（一）以需求为导向，培养实践型人才

教学内容要着眼于社会需求，以其为导向，将社会对人才的要求作为授课目标，令我们培养的学生可以熟练掌握社会生产及社会活动所需的基础知识与基本技能，以更好地适应社会的需要［8-9］。我院每年生物医学工程专业的应届生约30人，其中约有20人选择在生物医疗器械及生物技术领域直接就业。目前生物医学技术领域正处于飞速发展的黄金时期，如脑机接口、医疗机器人、纳米医学等领域的蓬勃发展，对从业人员的知识储备提出了更高要求，因此掌握最新的生物化学知识是学生适应该领域的立身之本，因此培养灵活的实践型人才，将社会对人才的要求作为授课导向与目标，提高学生的技术应用水平与课程的实用性，与时偕行，就是该课程改革的重要目的与意义。

（二）以实验教学为基础，培育创新英才

具体到“生物化学”课程来说，在实验课教学中，可以以实际问题为导向，分不同模块，循序渐进、由浅入深地引导学生进行系统性学习［10］，例如蛋白质、核酸的分离提取，物理化学性质的认识，细胞水平的实验操作等，提高学生的学习积极性，发挥创造力及创新思维，培养创新型学习方法，培育创新英才。

二、教学内容改革

经过我院任课教师十几年来的总结和研究，进一步凝练了“生物化学”课程的教学思想，即“教学的基础是教材，教育的目标是应用，教导的结果是提升学生技术应用水平”，并以此教学思想为指导，开展“生物化学”课程教学内容的改革。在学生的理论知识学习方面，我院采用由查锡良主编、人民卫生出版社出版的《生物化学》（第7版）进行课堂授课。教材分为静态生物化学，动态生物化学和分子生物学三个部分，第一部分静态生物化学主要包括前三章内容，即蛋白质、核酸的结构与功能和酶学；从第四章开始涉及动态生物化学，即生物大分子在体内来源和去路，如何转化，具体包括糖代谢，脂肪代谢，氨基酸代谢及物质之间代谢的联系；最后一部分是分子生物学，即中心法则所涉及的重要步骤，核酸的复制，转录和翻译［11］。近年来，我院教师通过教学实践，系统梳理，剖析教材，并结合生物化学发展前沿动态，以够用、必用为标准，对理论教学进行了合理的筛选与整编，以便学生能够更深入、更系统性地掌握课程知识。所以我院教师对“生物化学”的十二章授课内容进行了新的编排：第一章为蛋白质的结构特点与功能，重点内容为氨基酸的分类，蛋白质结构与功能的关系，理化性质及分离纯化手段；第二章为核酸的结构特点与作用；第三章为酶，重点内容为酶促反应机理和动力学，抑制酶促反应的因素；第四章为糖代谢，重点内容为糖酵解和三羧酸循环；第五章为脂肪代谢，重点内容只有β氧化；第六章为氨基酸代谢，重点内容为尿素循环；第十章到十二章为分子生物学，分别是DNA复制，转录和翻译。第十章为DNA的生物合成，其重点是DNA复制过程和涉及的酶学理论；第十一章为转录，重点是核酸链的延长过程；第十二章为蛋白质的生物合成，重点是蛋白质链延长过程。

三、教学方法改革

为使学生更好地理解“生物化学”课程，我院在教学实践中紧密结合社会需求、充分关切学生兴趣点、以信息手段为着力点、以实际效果为考核标准，贯彻“需求、兴趣、互联网、考核”四点教学改革理念，并按照以下几个方面对教学进行改革。

（一）以需求为出发点，设计综合实验教学

目前的“生物化学”实验教学现状并不乐观，长期以来，电子学院生物医学工程专业的课程比较多，在教学过程中引入生物方面的实验课面临实验室建设经费紧张和学生课时紧张的问题。生物化学实验教学通常以教师为主，教师利用课件，通过实际操作或者视频展示的方法讲授实验原理，再由学生按照教师和书本的实验指导循规蹈矩地完成实验，这样虽然减少了学生的操作失误和犯错机会，但同时也遏制了学生的创造性和主动性，这种被动获得知识的方法不利于学生掌握知识点，也不利于创新型人才的培养［12］。此外，生物化学的实验课程缺乏系统性和整体性，与人体解剖、生理等学科的系统性实验课程不同，而且传统的实验体系已无法跟上当前生物化学技术的发展，需要不断改进实验课程设计。如当前医学生的实验课程中，常见的实验有：滤纸层析法、蛋白质沉淀、变性反应、蛋白质含量测定法、酶活测定及影响酶活性的因素等，由于这些实验自成体系，缺少系统性和连贯性，不易激发学生的学习积极性。因此设计了如“小鼠肝脏细胞的提取及过氧化氢酶活性检测”综合实验，该实验涵盖了小鼠血细胞化学成分显示、小鼠肝脏细胞组分分级分离、小鼠肝脏过氧化氢酶的分离纯化和检测纯化过氧化氢酶溶液浓度及酶活性检测等一系列独立实验。此类综合实验将实验室基础操作、蛋白质沉淀、核酸测定、酶学性质研究等单独的实验组合起来，兼具趣味性及连贯性的综合实验能极大地提高学生的参与热情和积极性。

（二）以兴趣为切入点，鼓励从更高维度看待“生物化学”课程

从“道法自然”的角度讲授生物化学，让学生明白人类是自然界中的一部分，发生在人体内的生物化学过程、蛋白质合成过程、能量转化过程是整个自然界共通的过程，比如在讲授三羧酸循环过程中，从葡萄糖分子的代谢过程中说明其来源是动物的淀粉，而淀粉的来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彻底地通过三羧酸循环发生氧化分解，以二氧化碳和水的形式释放，并吸收所释放的能量。通过这个例子让学生明白，能量的来源其实是太阳能，人体内发生的生物化学过程也是自然界中的一部分，我们学习生物化学也要怀着对自然界的“谦卑”态度，从更广阔的视角来学习生物化学，这样的例子还包括脂肪代谢中的β氧化、氨基酸代谢中的尿素循环过程等。通过这种教学方式，更有利于学生带着兴趣主动将生物化学的知识融会贯通，并结合其他学科知识建立完整的知识体系。

（三）以网络课堂为辅助，组织翻转课堂教学

随着信息技术的浪潮汹涌，互联网等多媒体应用形式已经超出了人类的想象。该项技术也被及时地应用到“生物化学”教学当中，为开展翻转课堂教学提供了重要技术支撑［13-14］。目前，在我院“生物化学”的教学中采取了传统板书与PPT相结合的教学形式，课程直观且易于理解。然而由于课时有限，需要学生在课后独立学习一些章节，此外，一些重要的章节也需要通过学生提前以问题为导向、以小组方式进行讨论学习，这些问题可以通过翻转课堂获得很好的解决。在翻转课堂教学过程中，学生成立学习小组并针对课程内容互相讲解，互相学习，形成相互提高的学习方式，这样能极大地提高学生对该课程中的基本知识的掌握。另外，我们利用超星等软件，结合一些社交软件，提前把相关的知识点/视频/习题等内容发给学生，依托互联网平台开设“生物化学”课程网站，网站内容与课上内容互为补充和延伸。形成多位一体的网络教室，同时设立多个网络板块，将教学内容制成视频并放在网站平台上供学生反复观看，与学生形成长期有效的互动，结合现代教学模式，实现翻转课堂教学。

（四）以考核为关键点，改革考核制度

作为一门内容相对独立、涉猎广泛的课程，医学生物化学实验拥有自己独特的科学体系。其公平客观的考核系统，不仅可以调动学生自主学习的积极性，而且可以及时掌握学生的学习效果并提高实验教学水平，使学生拥有学习主人翁精神和团队意识［15］。我院对“生物化学”理论课程的考核采取表现（20%）与考试（80%）相结合的考核形式。这种考核方式的问题是，虽然能考核学生对知识的掌握度，但不利于激励学生自主并深入地学习生物化学知识。

为更好地激励学生自主学习，应建立多元化考核系统：考虑将期中考试（20%）、期末考试（40%）、实验课程考试（20%）、平时成绩（20%）同时纳入总成绩以进行综合评价。以日常出勤率和作业完成度作为平时成绩评判标准，考查学生的学习热情、兴趣和对知识的掌握等情况；期中、期末考试均闭卷笔答以考查学生知识点的学习情况；实验考试部分作为本次课程改革的重点，考试内容分为两部分，包括实验操作能力和实验设计能力，每部分占50%。实验操作能力，即实验室仪器操作步骤、操作熟练度及注意事项和操作要点等，由实验技术教师进行评价；实验设计能力主要考查学生对特定的医学现象的理解，通过自主实验设计诊断或处理该现象并由理论课教师给出评价。这种多元化综合评定方式，不仅可以全方位地反映学生的理论素养和综合能力，也能充分调动学生自主学习的积极性，同时还能够提高学生对本门课程的重视程度，既可以全面掌握学生的学习情况，也能够确保成绩评定的公平客观。

结语

迄今为止，我院生物医学工程专业的实际教学取得了显著的成效，通过对“生物化学”教学内容和方法的革新，我们不仅发现了并解决了一些问题，也通过对问题的研究进一步明晰了改革的方向，其研究成果也使一线教师增强了改革的信心。通过教学改革，使教学方法的适应性更广泛，可以满足不同层次、不同基础学生的教学，课程内容编排也极大地满足了绝大多数学生对课程的基本要求。