PI負(fù)責(zé)制在生物化學(xué)教學(xué)中的實踐

劉陽珷玥，陳 姍，何鳳田，龔 薇，黃 剛，繆洪明，戴雙雙

(陸軍軍醫(yī)大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室，重慶 400038；△通訊作者)

教學(xué)與科研是大學(xué)的兩大基本職能，兩者相互促進，相互統(tǒng)一。但目前高校重科研、輕教學(xué)的現(xiàn)象依然較為普遍，因此，如何實現(xiàn)以研促教、教研相長來進一步提升授課效果是教學(xué)改革的重中之重[1]。

PI(principal investigator)制度，也稱為課題負(fù)責(zé)人制度，是負(fù)責(zé)人作為核心自行分配人力物力資源，以課題組為基本活動單位的科研管理模式。為了適應(yīng)研究型大學(xué)的發(fā)展，越來越多的高校科研院所從依托教學(xué)體系建立的教研室制度, 逐步過渡到PI制，以最大化地利用科研資源，充分調(diào)動內(nèi)部成員探索創(chuàng)新的主動性[2，3]。為了促進教員主動把科學(xué)研究中獲得的先進學(xué)科知識與教學(xué)內(nèi)容相整合，將科研思維言傳身教地傳授給學(xué)員以激發(fā)其興趣，我們首次將PI負(fù)責(zé)制引入教學(xué)活動，根據(jù)人類認(rèn)識生命現(xiàn)象主線劃分的教學(xué)模塊，承擔(dān)每個教學(xué)PI根據(jù)研究方向自行選擇授課模塊并組建獨立的教學(xué)組；授課過程中賦予教學(xué)PI最大化的主導(dǎo)權(quán)和指導(dǎo)權(quán)，以此激發(fā)教員的教學(xué)主動性，探索科研與教學(xué)相互兼容促進的可能性，為生物化學(xué)的教學(xué)改革創(chuàng)新提供參考。

1 生物化學(xué)的學(xué)科特點和教學(xué)改革需求

1.1 生物化學(xué)的學(xué)科特點

第一，生物化學(xué)是醫(yī)科院校的主干基礎(chǔ)學(xué)科，是洞悉生命本質(zhì)的自然學(xué)科，因此生命的多樣與多維度造就了生物化學(xué)這門學(xué)科的復(fù)雜性。常規(guī)的生物化學(xué)教學(xué)大致可以分為靜態(tài)生化與動態(tài)生化，前者介紹構(gòu)成生命大分子的化學(xué)/物理基礎(chǔ)；后者主要描繪生物大分子是如何通過一系列的化學(xué)反應(yīng)來實現(xiàn)產(chǎn)能、合成、代謝、與外界交互等生命活動。知識點涵蓋化學(xué)、物理、生物、醫(yī)學(xué)等多領(lǐng)域，專業(yè)詞匯紛雜晦澀，對于教和學(xué)均有較高的挑戰(zhàn)[4]。第二，生物化學(xué)領(lǐng)域的理論突破均伴隨著生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重大進展。近50年內(nèi)頒發(fā)的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎內(nèi)有一半的獎項與生物化學(xué)有關(guān)[5]，由此可見生物化學(xué)是不斷突破的、前沿交叉的生命科學(xué)。第三，生物化學(xué)也是基于實驗并對實踐有指導(dǎo)意義的基礎(chǔ)學(xué)科，因此培塑醫(yī)學(xué)生扎實系統(tǒng)的知識體系，擁有發(fā)現(xiàn)和解決科學(xué)問題的思辨水平以及與臨床相結(jié)合的能力也是醫(yī)學(xué)生物化學(xué)教學(xué)的基本需求。

1.2 生物化學(xué)教學(xué)改革的背景及需求

基于以上三個生物化學(xué)的學(xué)科特點，結(jié)合目前高等教育教學(xué)的改革需求，現(xiàn)階段生物化學(xué)的教學(xué)需要著重解決以下四點：第一，教學(xué)效果有待提升：生物化學(xué)知識點雜，步驟過程多，專業(yè)詞匯難記，因此學(xué)生對生物化學(xué)的學(xué)習(xí)有畏難情緒，把大量的精力和時間放在“記口訣，背要點”等方面，對于知識背后的發(fā)展脈絡(luò)、學(xué)科的科學(xué)意義缺乏辯證的思考；第二，授課內(nèi)容更新不及時：生物化學(xué)學(xué)科內(nèi)容的發(fā)展日新月異，教材內(nèi)容由于撰寫發(fā)表的時間差，具有一定的滯后性，需要授課教員及時閱讀最新文獻以更新自身的教學(xué)內(nèi)容。但部分教員過度依賴教材，知識觀念陳舊，與自身科研領(lǐng)域脫節(jié)，很大程度地限制了教學(xué)內(nèi)容高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度的實現(xiàn)[6]；第三，與臨床實踐貼合不夠緊密：學(xué)員對于知識點的應(yīng)用，尤其生物化學(xué)在臨床疾病和科研活動中的應(yīng)用延伸不足，導(dǎo)致基礎(chǔ)與臨床相分離，不利于形成系統(tǒng)的知識構(gòu)架[7]；第四，青年教師的培養(yǎng)不足：現(xiàn)階段大多數(shù)高校的年輕教員均擁有研究生以上的學(xué)歷，受過良好的科研訓(xùn)練。但在個人表達、教姿教態(tài)、與學(xué)員溝通方面缺乏鍛煉，尤其近些年中級以下教師少有講授大課的經(jīng)歷，導(dǎo)致青年教員生物化學(xué)知識儲備不足、教學(xué)技能急需鍛煉和提升[8,9]。

因此如何將教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化重組，兼具科學(xué)性和趣味性，讓學(xué)員成為教學(xué)活動的主體，激發(fā)教員的教學(xué)主動性，將前沿知識與科研方向緊密結(jié)合，同時協(xié)助青年教員打牢教學(xué)基本功，為其提供合適的成長平臺，是我們此次將PI負(fù)責(zé)制引入教學(xué)活動的主要目標(biāo)。

2 PI負(fù)責(zé)制在生物化學(xué)教學(xué)中的組織與實施

2.1 PI負(fù)責(zé)制下教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

醫(yī)學(xué)生物化學(xué)知識體系龐雜，常依托授課章節(jié)來分配教學(xué)任務(wù)，通過教學(xué)組長將授課教員聯(lián)系起來，并統(tǒng)一集中進行考核評價[10]。在PI負(fù)責(zé)制實施前，我們首先將傳統(tǒng)生物化學(xué)的四個專題(生物大分子、物質(zhì)代謝、遺傳信息傳遞和專題篇)拆分成以生命探索為主題的三個模塊(生命的起源，生命活動的基礎(chǔ)，生物體與外界的交互)，以科學(xué)問題為驅(qū)動，凸顯授課內(nèi)容的邏輯性和連貫性(圖1)。例如，以往蛋白質(zhì)的分子組成、結(jié)構(gòu)功能及理化性質(zhì)以及氨基酸的分解及合成被拆分在生物大分子、物質(zhì)代謝和遺傳信息傳遞三個章節(jié)進行講授。但氨基酸作為組成蛋白質(zhì)的基本單位，是構(gòu)成生命體的重要元素，其在生命活動中合成、分解、組裝和調(diào)節(jié)的過程是連續(xù)的，學(xué)員常因分章節(jié)的講授并不能將上述知識點整合連貫起來[11,12]。為此我們就將上述三個章節(jié)調(diào)整至生命活動的基礎(chǔ)，并調(diào)整知識架構(gòu)和講述邏輯，形成思維導(dǎo)圖(圖2)，將生物化學(xué)的授課內(nèi)容系統(tǒng)化，更利于學(xué)生理解并形成知識體系。

其次，PI教員基于自身科研方向，自主選擇模塊與主講內(nèi)容。例如，教授A的研究方向為長鏈非編碼RNA與自身免疫性疾病，那么他的優(yōu)勢領(lǐng)域為基因表達調(diào)控，所以生命體與外界交互模塊中的基因表達調(diào)控與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的專題就由他來擔(dān)任教學(xué)PI；教授B的研究方向為腫瘤微環(huán)境與能量代謝，他來負(fù)責(zé)生命活動的基礎(chǔ)模塊里糖代謝、脂代謝、氧化反應(yīng)等內(nèi)容；教授C的課題主要圍繞蛋白質(zhì)修飾異常與腎臟疾病，那么蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)功能、轉(zhuǎn)錄與修飾以及糖蛋白則由她來負(fù)責(zé)。依托授課模塊來劃分教學(xué)PI是此次教學(xué)嘗試的核心，因此在課程重組的前期，我們結(jié)合本教研室的科研特色優(yōu)化授課模塊分布，從而保證PI教員均有可與研究方向相結(jié)合的授課內(nèi)容。

圖1 PI負(fù)責(zé)制下生物化學(xué)的授課模塊及相應(yīng)章節(jié)

圖2 蛋白質(zhì)與氨基酸的代謝及表達思維導(dǎo)圖

2.2 PI負(fù)責(zé)制下的教員組成

PI負(fù)責(zé)制另一特點是PI教員自行組建教學(xué)團隊而取代原有教學(xué)組，由主講PI教員、輔助教員、合作教員構(gòu)成(圖3)。PI教員主導(dǎo)整個模塊教學(xué)課程內(nèi)容和學(xué)時安排的設(shè)計、任務(wù)分配、實施及考核；輔助教員由課題組或教研室的年輕教員(助教、講師等)擔(dān)任，一方面負(fù)責(zé)課前課后的答疑，另一方面，要參與課堂學(xué)生研討過程中，引導(dǎo)和推動研討的進度，協(xié)助PI教員進行學(xué)情分析，并積累學(xué)習(xí)授課經(jīng)驗；合作教員由PI教員課題合作的相關(guān)臨床專家教授、一線醫(yī)生、科研人員組成，以客串授課或錄制視頻的方式提出實際需求和臨床問題，為課堂營造實踐臨床一體化的教學(xué)范式，同時也可參與學(xué)員的課后答疑、實驗室開放體驗等事項。這樣的團隊組成是以科研合作為背景，彌合教學(xué)活動，打破科研與教學(xué)的壁壘，調(diào)動每名參與教員的優(yōu)勢來提升教學(xué)質(zhì)量，同時課堂上教員的多樣、教學(xué)場景的切換會更好地吸引學(xué)員的注意力，進一步提升學(xué)員課堂的參與感。

圖3 PI負(fù)責(zé)制下教學(xué)團隊的人員組成及相互關(guān)系

2.3 PI負(fù)責(zé)制下的教學(xué)形式

明確授課內(nèi)容后，PI教員可在大綱規(guī)定的相關(guān)模塊總學(xué)時內(nèi)自主調(diào)整課堂形式及考核方式。這種取代原有教學(xué)組長來分配和統(tǒng)籌教學(xué)任務(wù)，打破傳統(tǒng)按照教材章節(jié)或者教案講授順序的模式，將授課內(nèi)容拆分成若干模塊單元兼顧教研室的研究方向，賦予PI教員極大的自主空間，因而在授課前、授課中及授課后也有相應(yīng)的改變，具體如下。

授課前：當(dāng)PI教員明確了授課模塊并完成團隊組建后，根據(jù)教學(xué)需求和設(shè)計確立教學(xué)形式、課堂翻轉(zhuǎn)、研討內(nèi)容及思維導(dǎo)圖等，由輔助及合作教員共同完成多媒體的制作、案例的收集、經(jīng)典文獻的整理、實踐應(yīng)用。我們以類似科研活動中組會的形式替代原有的集中備課、試講等教學(xué)過程，充分促進組內(nèi)教員知識內(nèi)容的更新完善、基礎(chǔ)與臨床學(xué)科的交叉碰撞,實現(xiàn)跨學(xué)科交流和思路的拓展。輔助教員會在課前將研討資料及模塊的思維導(dǎo)圖提前發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生通過研討資料的閱讀實現(xiàn)授課內(nèi)容的預(yù)習(xí)，并借助課前思維導(dǎo)圖對授課內(nèi)容及重難點有所了解[13]。

授課中：由于授課內(nèi)容的重組后每個模塊均有需要解決的核心問題，所以在教學(xué)設(shè)計及授課過程中貫穿整體任務(wù)模式，以生活中常見的問題為導(dǎo)課切入點[14]。例如在探討生命活動的基礎(chǔ)模塊時，我們讓學(xué)生思考食物蛋白質(zhì)是如何轉(zhuǎn)化為人體蛋白質(zhì)，以此為主線依次從蛋白質(zhì)的降解、氨基酸的分解、蛋白質(zhì)的翻譯及運輸、蛋白質(zhì)的構(gòu)象、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)帶領(lǐng)學(xué)生依次展開。以此既保證了模塊內(nèi)知識內(nèi)容的連續(xù)完整，又有助于學(xué)生將知識點串聯(lián)起來。授課形式以小班研討教學(xué)為主，輔助教員與主講教員全程參與并指導(dǎo)研討，課間教員之間及時溝通小組研討效果，并根據(jù)學(xué)員掌握情況及時調(diào)整授課重點。授課方式上充分利用信息化手段，例如在講授肝性腦病時候，我們播放合作教員的查房視頻，拉近學(xué)員與臨床的距離；在展示蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)時候，利用3D打印的模具和PDB數(shù)據(jù)庫，將抽象的立體結(jié)構(gòu)具象化；在講授基因測序時，依托虛擬實驗室，讓學(xué)生近距離接觸單細(xì)胞測序、基因編輯等前沿技術(shù)，打造前沿多維的教學(xué)體驗。

授課后：輔助教員及合作教員是課后的延續(xù)性保障，一方面是三基內(nèi)容的鞏固性幫輔及答疑,另一方面則對課堂研討中提出的問題進行延展。例如在講授信號轉(zhuǎn)導(dǎo)時，有學(xué)員在研討時提出“G蛋白偶聯(lián)受體書本上是基于α亞基的功能進行分類，倘若人們對其結(jié)構(gòu)及α亞基功能并不了解該如何分類”。這時候輔助教員可以結(jié)合前沿文獻，指導(dǎo)學(xué)員利用Uniprot數(shù)據(jù)庫獲取GPCR氨基酸序列，并引導(dǎo)學(xué)員探索是否可以通過比對保守序列來進行分類。在這個過程中，學(xué)員與教員互動可以進一步加深理論知識的理解，將實際科研活動中的科研手段及思路與書本理論知識的結(jié)合。對學(xué)員而言，知識面得到拓寬；對青年教員而言，溝通技巧、表達能力等教學(xué)基本素養(yǎng)也得到鍛煉。

2.4 PI負(fù)責(zé)制下的考核方式

考核評價是最具挑戰(zhàn)性的環(huán)節(jié)，我們也需要意識到好的教學(xué)不僅是技術(shù)，更是藝術(shù)，不同PI教員所具備的教學(xué)風(fēng)格下其考核方式也應(yīng)當(dāng)保留多樣的空間[15,16]。在PI教學(xué)制下的考核由終結(jié)性考核及形成性考核組成，比重分別為60%和40%：終結(jié)性考核即為期末考試，將三個模塊知識點整合，以全客觀選擇題為主，題目由各授課PI教學(xué)組提供并隨機組卷，與執(zhí)業(yè)醫(yī)師的考核形式相接軌；形成性考核則沒有固定方式，由各個PI教員來決定，可以是前沿研討、案例分析，也可以是文獻閱讀、海報制作、生物化學(xué)歌曲的比賽，用多樣的形式凸顯各個PI的教學(xué)特色，也將知識運用延伸到學(xué)習(xí)及生活的方方面面，以此真實全過程地反映學(xué)生的參與度、執(zhí)行力與創(chuàng)新性[17,18]。

3 成效與不足

此次PI負(fù)責(zé)制的教學(xué)改革對教師而言：①教學(xué)相促，課程的整合梳理也是進一步加深理解授課內(nèi)容的過程，尤其是對于年輕教員(助教/講師)，通過準(zhǔn)備研討材料和答疑的過程，可以充分了解學(xué)員的思路，為后續(xù)的備課和教學(xué)設(shè)計提供可靠參考；②教研相促：由于PI教員的模塊選擇多基于自身的研究，研討素材和題目的設(shè)置也是研究課題的延續(xù)，既有利于教學(xué)組內(nèi)夯實理論背景，也有助于研討過程中碰撞出新的思維火花。在課后延伸教學(xué)過程中，一些表現(xiàn)突出的學(xué)生甚至參加了研究課題的組會，這為今后學(xué)生研究方向以及導(dǎo)師的選擇打下了良好的基礎(chǔ)[19]。對學(xué)生而言：①模塊化教學(xué)打破書本知識體系，解構(gòu)梳理生物化學(xué)理論知識背后的發(fā)展脈絡(luò)，學(xué)生對于知識點的教學(xué)要求更明確；②輔助教員與合作教員的參與極大地提高了學(xué)員參與課堂研討的主動性和趣味性；③考核形式與執(zhí)業(yè)醫(yī)師相接軌，摒棄單純的知識點識記，用多樣的形式協(xié)助培塑學(xué)生的知識體系和思維架構(gòu)。

但在實施過程中，我們也遇到如下問題：①教學(xué)組內(nèi)各個教員的分工銜接還有待磨合，當(dāng)參與授課的教員過多時，會削弱PI教員的主導(dǎo)效果；②PI教員及輔助教員需要花費大量的精力和時間整合優(yōu)化授課內(nèi)容，設(shè)計研討考核形式，對教員的教學(xué)功底和理論儲備提出較高要求；③由于課程內(nèi)容的重組，課程每次授課均為3-5個學(xué)時，這就導(dǎo)致單次授課內(nèi)容知識點偏多，學(xué)生課下需要花費一定的時間來消化、復(fù)習(xí)和掌握。

教學(xué)作為大學(xué)的最初職能，也是大學(xué)區(qū)別于企業(yè)及科研院所的關(guān)鍵所在。近年來我國一系列高等教育及評價體系的改革，其中重要一點便是扭轉(zhuǎn)教師晉升中“唯科研，唯論文”的導(dǎo)向，凸顯教書育人的重要性。因此在教學(xué)改革過程中，我們應(yīng)立足本教研室的科研基礎(chǔ)，不斷促進科研成果轉(zhuǎn)化為提高教學(xué)水平的內(nèi)生動力，并以此優(yōu)化改進教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。筆者認(rèn)為PI負(fù)責(zé)制下教學(xué)團隊的構(gòu)建是敦促教學(xué)改革的新思路，也是兼顧團隊每一位教員進步成長的新形式。如何構(gòu)建合理的體系來評估PI負(fù)責(zé)制下的教學(xué)效果，并逐步完善以研促教、以教帶研的平臺建設(shè)是今后的改革重點。