在生物化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力

王雅梅 秦 瓊 孔 璐

（首都醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，北京 100069）

健康中國戰(zhàn)略、教育強(qiáng)國戰(zhàn)略、創(chuàng)新型國家發(fā)展戰(zhàn)略的部署對我國高等醫(yī)學(xué)教育提出了新的目標(biāo)和要求。為適應(yīng)新時(shí)代醫(yī)學(xué)發(fā)展的需要，醫(yī)學(xué)生不僅應(yīng)具備扎實(shí)的理論知識(shí)，而且應(yīng)具備解決醫(yī)學(xué)實(shí)際問題的能力和科研創(chuàng)新能力[1]。生物化學(xué)作為醫(yī)學(xué)院校重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，課程的主旨是使學(xué)生通過本門課的學(xué)習(xí)，掌握生化基礎(chǔ)理論知識(shí)、研究進(jìn)展和相關(guān)實(shí)驗(yàn)技能；為培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力、科研能力和創(chuàng)新意識(shí)搭建平臺(tái)。本文對如何在生物化學(xué)教學(xué)中激發(fā)學(xué)生對生物化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，提高生物化學(xué)的教學(xué)效果，充分利用多種教學(xué)方法，全面提升醫(yī)學(xué)生的專業(yè)技能與科研素質(zhì)，培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力展開探討。

1 培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力具有重要意義

1.1 創(chuàng)新是新時(shí)代醫(yī)學(xué)教育改革發(fā)展的生命線

教育部高等教育司吳巖司長在2018-2022年教育部高等學(xué)校醫(yī)學(xué)類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)聯(lián)席會(huì)議上指出，世界范圍內(nèi)的新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革撲面而來，中國高等教育處于大變局中，高等教育創(chuàng)新發(fā)展勢在必行。醫(yī)學(xué)教育是高等教育重要組成部分，是教育強(qiáng)國建設(shè)的重要內(nèi)容；醫(yī)學(xué)教育作為衛(wèi)生健康事業(yè)重要基礎(chǔ)，是健康中國建設(shè)的重要內(nèi)容。吳巖司長指出培養(yǎng)優(yōu)秀醫(yī)學(xué)人才是醫(yī)學(xué)類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)工作的第一要?jiǎng)?wù)，而創(chuàng)新是新時(shí)代醫(yī)學(xué)教育改革發(fā)展的生命線。從醫(yī)學(xué)教育角度看，隨著醫(yī)學(xué)教育全球化與國際化的發(fā)展，需要醫(yī)學(xué)院校加強(qiáng)對學(xué)生科研創(chuàng)造能力的培養(yǎng)，增強(qiáng)醫(yī)學(xué)生自主創(chuàng)新意識(shí)，才能更好立足于激烈市場競爭中[2]。因此，提高醫(yī)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力對發(fā)展新時(shí)代醫(yī)學(xué)教育具有劃時(shí)代意義[3]。

1.2 現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

隨著人類基因組計(jì)劃的完成，高通量測序技術(shù)的蓬勃發(fā)展，生物醫(yī)學(xué)分析技術(shù)的進(jìn)步，患者信息數(shù)字化：電子病歷、醫(yī)療索賠，從基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)到微生物組等多組學(xué)快速發(fā)展，基因測序成本不斷降低，機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、自然語言等大數(shù)據(jù)分析方法開發(fā)推動(dòng)了精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)時(shí)代的到來。2011年，美國國家科學(xué)研究委員會(huì)發(fā)布《邁向精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)：建立生物醫(yī)學(xué)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)和疾病新分類體系》，首次提出了“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”理念。正如Francis Collins 博士所提出的“從基因組結(jié)構(gòu)到基因組生物學(xué)，再到疾病生物學(xué)和醫(yī)學(xué)科學(xué)”的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)路線圖正在逐步成為現(xiàn)實(shí)。精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的目標(biāo)是有效整合生物醫(yī)學(xué)研究新發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，重新對疾病進(jìn)行分類，更加精準(zhǔn)地診斷疾病和制定醫(yī)療決策；根據(jù)對某種疾病的易感性或特定治療方案的反應(yīng)；針對不同個(gè)體的遺傳和代謝特點(diǎn)，更有針對性地開展疾病的預(yù)測和預(yù)防。因此，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)科技的發(fā)展使醫(yī)學(xué)模式也發(fā)生了深刻的變革，從經(jīng)驗(yàn)醫(yī)學(xué)發(fā)展到系統(tǒng)醫(yī)學(xué)、進(jìn)一步向人工智能醫(yī)學(xué)邁進(jìn)。醫(yī)學(xué)科學(xué)與技術(shù)的重大飛躍對醫(yī)學(xué)教育內(nèi)容與方式帶來重大挑戰(zhàn)。醫(yī)學(xué)教育作為衛(wèi)生健康事業(yè)重要基礎(chǔ)，是健康中國建設(shè)的重要內(nèi)容，2018年教育部提出的卓越醫(yī)生培養(yǎng)計(jì)劃2.0 指出“緊緊圍繞健康中國戰(zhàn)略實(shí)施，樹立大健康理念，深化醫(yī)教協(xié)同，推進(jìn)以勝任力為導(dǎo)向的教育教學(xué)改革，優(yōu)化服務(wù)生命全周期、健康全過程的醫(yī)學(xué)專業(yè)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)信息技術(shù)與醫(yī)學(xué)教育深度融合，建設(shè)中國特色、世界水平的一流醫(yī)學(xué)專業(yè)，培養(yǎng)一流醫(yī)學(xué)人才，服務(wù)健康中國建設(shè)”。醫(yī)學(xué)院校如何適應(yīng)新時(shí)代對大學(xué)的要求，如何面對新的挑戰(zhàn)，在新的起點(diǎn)上進(jìn)一步提升醫(yī)學(xué)本科人才培養(yǎng)質(zhì)量，是一個(gè)重要的課題。而從醫(yī)學(xué)生重要的專業(yè)基礎(chǔ)課入手，在教學(xué)過程中潛移默化培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力，是實(shí)踐新時(shí)代醫(yī)學(xué)教育改革新理念的有益探索。

2 生物化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力的探索

2.1 培養(yǎng)學(xué)生對科研的興趣

興趣是創(chuàng)新的天然動(dòng)力，二者的關(guān)系相輔相成，強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識(shí)會(huì)推動(dòng)興趣的發(fā)展。在生物化學(xué)的發(fā)展史上有很多重大發(fā)現(xiàn)所經(jīng)歷的探究過程都是創(chuàng)新思維的典型案例，例如：教師講解泛素調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)降解機(jī)制時(shí)，穿插介紹該機(jī)制被發(fā)現(xiàn)的簡要過程，1977年Goldberg創(chuàng)新性的選擇網(wǎng)織紅細(xì)胞作為研究對象打開了研究的突破口，在此基礎(chǔ)之上以色列科學(xué)家Aaron Ciechanover，Avram Hershko 和美國科學(xué)家Irwin Rose，經(jīng)過一系列劃時(shí)代意義的研究[4]，成功揭示了泛素（Ubiquitin）調(diào)節(jié)的蛋白降解過程，發(fā)現(xiàn)了新的蛋白降解機(jī)制，他們共同分享了2004年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

在學(xué)生學(xué)習(xí)RNA 的生物合成（轉(zhuǎn)錄）這一章時(shí)，給學(xué)生介紹2006年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主Roger Kornberg 在研究真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄分子機(jī)理方面的卓越貢獻(xiàn)，Roger Kornberg 利用酵母細(xì)胞作為模型, 建立一個(gè)真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)，并創(chuàng)新性的結(jié)合晶體技術(shù)、X 線衍射、生物信息及電子顯微鏡多種技術(shù)手段將RNA 聚合酶催化RNA 合成過程制作成動(dòng)態(tài)圖，從而使真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄的機(jī)理得到全面、深刻而清晰的闡述[5]。學(xué)生在聽故事的過程中加深了對真核細(xì)胞RNA生物合成過程的理解。在教學(xué)過程中精選故事性強(qiáng)的相關(guān)案例穿插于生化課程中，不僅可以激發(fā)學(xué)生對相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)興趣，快速掌握理論知識(shí)，重要的是讓學(xué)生從重大發(fā)現(xiàn)所經(jīng)歷的探究過程中體會(huì)科研創(chuàng)新精神的重要性。

2.2 結(jié)合科研新進(jìn)展開拓學(xué)生的視野

生物化學(xué)是基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)中與科學(xué)前沿聯(lián)系最緊密的課程，注重在教學(xué)過程中給學(xué)生介紹生化領(lǐng)域最新的研究進(jìn)展，有助于開拓醫(yī)學(xué)生的科研視野，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維。例如在核酸的結(jié)構(gòu)和功能章節(jié)中，四鏈體DNA 的概念比較抽象，由于學(xué)時(shí)的限制，教師也無法進(jìn)行深入的講解。筆者在教學(xué)中結(jié)合該領(lǐng)域中四鏈體DNA 的最新研究進(jìn)展：2013年，英國劍橋大學(xué)Shankar Balasubramanian 研究小組首次在人類細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)G-四鏈體DNA 結(jié)構(gòu)，被評為2013年世界十大科技進(jìn)展新聞之一[6]。首先引導(dǎo)學(xué)生對四鏈體DNA 的概念產(chǎn)生興趣，在此基礎(chǔ)上推薦學(xué)生閱讀科普文章：G-四鏈體：核酸的“新結(jié)構(gòu)”[7,8]，讓學(xué)生充分利用課余時(shí)間，深入學(xué)習(xí)了四鏈體DNA 研究簡史、生物學(xué)功能、G-四鏈體與腫瘤發(fā)生及神經(jīng)系統(tǒng)疾病的關(guān)系，進(jìn)而了解G-四鏈體的生物學(xué)意義，拓展了課堂學(xué)習(xí)時(shí)空和內(nèi)容，開拓了學(xué)生的科研視野，收到了非常好的教學(xué)效果。以G-四鏈體DNA結(jié)構(gòu)為出發(fā)點(diǎn)，學(xué)生理解了核酸多元的結(jié)構(gòu)特征，不但很好的掌握了核酸的結(jié)構(gòu)和功能章節(jié)的相關(guān)知識(shí)，還培養(yǎng)了對科學(xué)研究的濃厚興趣。

2.3 注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維

生物化學(xué)是一門系統(tǒng)性很強(qiáng)的學(xué)科，特別是物質(zhì)代謝、能量代謝及代謝調(diào)節(jié)部分的教學(xué)中，重視讓學(xué)生認(rèn)識(shí)生命統(tǒng)一體的概念，建立科學(xué)的全局觀念，通過系統(tǒng)學(xué)習(xí)，充分認(rèn)識(shí)體內(nèi)糖、脂、蛋白質(zhì)、核酸幾大類物質(zhì)的代謝相互獨(dú)立，又相互聯(lián)系，相互制約，機(jī)體通過一整套精細(xì)的代謝調(diào)節(jié)機(jī)制，使各種代謝處于動(dòng)態(tài)平衡，維持生命活動(dòng)正常進(jìn)行。在教學(xué)過程中鼓勵(lì)學(xué)生將所學(xué)的生物化學(xué)的知識(shí)與生理學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、病理學(xué)等其他醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課的知識(shí)相互聯(lián)系，建立網(wǎng)絡(luò)化的知識(shí)體系。學(xué)生按照教師的指導(dǎo)，積極思考，提出了很多非常好的問題。例如：2018 級(jí)的祁欣然同學(xué)，在學(xué)習(xí)了物質(zhì)代謝調(diào)節(jié)的知識(shí)后，積極思考提出問題：機(jī)體是如何感知代謝過程中特定代謝產(chǎn)物量的多少再進(jìn)行反饋抑制調(diào)節(jié)的呢？這個(gè)問題很快受到筆者的重視，協(xié)助祁欣然同學(xué)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，找到了答案。目前對機(jī)體如何感受代謝物水平變化，并“傳遞”給下游調(diào)控機(jī)制目前還沒有研究清楚。最新的研究是2017年生7月19 日，廈門大學(xué)林圣彩教授課題組在Nature 上發(fā)表研究論文，揭示了機(jī)體感受葡萄糖水平并調(diào)節(jié)代謝模式的機(jī)制。他們的研究發(fā)現(xiàn)，無論在不含葡萄糖的細(xì)胞培養(yǎng)條件下，還是在饑餓的低血糖的動(dòng)物體內(nèi)，都不能觀測到AMP 水平的上升，這充分說明了機(jī)體有一套不為人知的、獨(dú)立于AMP 的感應(yīng)葡萄糖水平的機(jī)制。林圣彩教授把機(jī)體的葡萄糖水平描述為一種“狀態(tài)信號(hào)”，以區(qū)別于傳統(tǒng)的“能量信號(hào)”?！盃顟B(tài)信號(hào)”的存在使得機(jī)體能夠“前瞻性”地應(yīng)對復(fù)雜的外界條件和各種應(yīng)激壓力，保證生命活動(dòng)的有序進(jìn)行[9,10]。這一發(fā)現(xiàn)使我們對能量、物質(zhì)代謝和生物體應(yīng)激反應(yīng)之間的復(fù)雜關(guān)系又有了更深刻的認(rèn)識(shí)。學(xué)生在全面掌握課堂知識(shí)的基礎(chǔ)上積極思考，通過創(chuàng)新思維的誘導(dǎo)和啟發(fā)，提出高水平的問題，教師在幫助學(xué)生解答問題的過程中學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域的前沿動(dòng)態(tài)，提高了教學(xué)水平，真正實(shí)踐了教學(xué)相長。

3 利用第二課堂培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力

第二課堂是相對課堂教學(xué)教授學(xué)生知識(shí)的第一課堂，利用學(xué)生課下時(shí)間，為學(xué)生提供一個(gè)學(xué)習(xí)的平臺(tái)，采取自主學(xué)習(xí)的方式提升教學(xué)質(zhì)量和水平[11]。開設(shè)第二課堂的目的是培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，對專業(yè)知識(shí)擴(kuò)展和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)[12]。教師以自己的科研課題為基礎(chǔ)，結(jié)合課堂知識(shí)，我們在學(xué)有余力的學(xué)生中開展了第二課堂，主要活動(dòng)包括最新文獻(xiàn)閱讀，綜述撰寫，參與課題研究等多種形式。例如筆者以高通量測序技術(shù)在腫瘤研究中的應(yīng)用開展的第二課堂，高通量測序技術(shù)，學(xué)生僅在醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)理論課上學(xué)習(xí)了高通量測序技術(shù)的概念、基本原理。但是由于高通量測序儀價(jià)格昂貴，無法引入學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課程，使學(xué)生對此項(xiàng)技術(shù)缺乏感性認(rèn)識(shí)。第二課堂的開設(shè)是對醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)課程的有益的補(bǔ)充。

在第二課堂中，教師引導(dǎo)學(xué)生利用課余時(shí)間深入學(xué)習(xí)高通量測序技術(shù)的基本原理及其在醫(yī)學(xué)相關(guān)疾病研究中應(yīng)用的新進(jìn)展，指導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)文獻(xiàn)撰寫綜述。在此過程中訓(xùn)練學(xué)生掌握文獻(xiàn)檢索、查新、和撰寫綜述的各項(xiàng)技能。指導(dǎo)教師認(rèn)真修改學(xué)生撰寫的綜述，鼓勵(lì)學(xué)生投稿到相應(yīng)的期刊發(fā)表。目前已經(jīng)有學(xué)生出色的完成綜述，在教師修改后順利的發(fā)表在醫(yī)學(xué)研究生雜志上。其次是將學(xué)生帶入學(xué)校的醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，觀看高通量測序儀、基因芯片儀、使學(xué)生通過感性認(rèn)識(shí)，深入了解高通量測序技術(shù)的基本原理，測序?qū)嶒?yàn)的具體流程，以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和分析技術(shù)。并給學(xué)生設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，參與測序樣品的制備過程，實(shí)際提取基因組DNA、RNA 樣品，觀摩測序樣品的純化和質(zhì)檢過程。使學(xué)生將理論與實(shí)踐有效結(jié)合，開拓學(xué)生的視野，提升了學(xué)生的科研創(chuàng)新能力，使他們有機(jī)會(huì)掌握先進(jìn)的分子生物學(xué)技術(shù)，為今后從事醫(yī)學(xué)相關(guān)的教學(xué)、科研及臨床工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

綜上所述，新時(shí)代醫(yī)學(xué)教育要求醫(yī)學(xué)院校培育出適應(yīng)新時(shí)代要求的、具有國際視野的、科技含量高的醫(yī)學(xué)優(yōu)秀人才，為建設(shè)健康中國做貢獻(xiàn)。而人才培養(yǎng)模式改革已形成了多樣化的人才培養(yǎng)模式的新格局，以創(chuàng)新為導(dǎo)向、追求學(xué)術(shù)卓越才是醫(yī)學(xué)教育的最佳模式。醫(yī)學(xué)教育的教學(xué)方式應(yīng)該是醫(yī)學(xué)生為中心，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣。促進(jìn)科研與教學(xué)相互協(xié)調(diào)、教育與教學(xué)有機(jī)融合，激發(fā)教師“教”與學(xué)生“學(xué)”的雙重動(dòng)力。我們在生物化學(xué)的教學(xué)過程中，注重基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)各學(xué)科知識(shí)的交叉融合，通過多種教學(xué)方法潛移默化地激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)研究的興趣，讓學(xué)生領(lǐng)略前沿科學(xué)的發(fā)展?fàn)顩r，開拓學(xué)生的視野，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，并通過第二課堂全面培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力，為培養(yǎng)適應(yīng)新時(shí)代健康中國發(fā)展的高水平醫(yī)學(xué)人才做出了積極的探索。