在生物化学教学中培养医学生的科研创新能力

王雅梅 秦 琼 孔 璐

（首都医科大学基础医学院，北京 100069）

健康中国战略、教育强国战略、创新型国家发展战略的部署对我国高等医学教育提出了新的目标和要求。为适应新时代医学发展的需要，医学生不仅应具备扎实的理论知识，而且应具备解决医学实际问题的能力和科研创新能力[1]。生物化学作为医学院校重要的专业基础课，课程的主旨是使学生通过本门课的学习，掌握生化基础理论知识、研究进展和相关实验技能；为培养学生的科学思维能力、科研能力和创新意识搭建平台。本文对如何在生物化学教学中激发学生对生物化学的学习兴趣，提高生物化学的教学效果，充分利用多种教学方法，全面提升医学生的专业技能与科研素质，培养医学生的科研创新能力展开探讨。

1 培养医学生的科研创新能力具有重要意义

1.1 创新是新时代医学教育改革发展的生命线

教育部高等教育司吴岩司长在2018-2022年教育部高等学校医学类专业教学指导委员会联席会议上指出，世界范围内的新一轮科技革命和产业变革扑面而来，中国高等教育处于大变局中，高等教育创新发展势在必行。医学教育是高等教育重要组成部分，是教育强国建设的重要内容；医学教育作为卫生健康事业重要基础，是健康中国建设的重要内容。吴岩司长指出培养优秀医学人才是医学类专业教学指导委员会工作的第一要务，而创新是新时代医学教育改革发展的生命线。从医学教育角度看，随着医学教育全球化与国际化的发展，需要医学院校加强对学生科研创造能力的培养，增强医学生自主创新意识，才能更好立足于激烈市场竞争中[2]。因此，提高医学生的实践创新能力对发展新时代医学教育具有划时代意义[3]。

1.2 现代医学教育面临的机遇和挑战

随着人类基因组计划的完成，高通量测序技术的蓬勃发展，生物医学分析技术的进步，患者信息数字化：电子病历、医疗索赔，从基因组学、转录组学到微生物组等多组学快速发展，基因测序成本不断降低，机器学习、深度学习、自然语言等大数据分析方法开发推动了精准医学时代的到来。2011年，美国国家科学研究委员会发布《迈向精准医学：建立生物医学知识网络和疾病新分类体系》，首次提出了“精准医学”理念。正如Francis Collins 博士所提出的“从基因组结构到基因组生物学，再到疾病生物学和医学科学”的精准医学路线图正在逐步成为现实。精准医学的目标是有效整合生物医学研究新发现的基础上，重新对疾病进行分类，更加精准地诊断疾病和制定医疗决策；根据对某种疾病的易感性或特定治疗方案的反应；针对不同个体的遗传和代谢特点，更有针对性地开展疾病的预测和预防。因此，现代医学科技的发展使医学模式也发生了深刻的变革，从经验医学发展到系统医学、进一步向人工智能医学迈进。医学科学与技术的重大飞跃对医学教育内容与方式带来重大挑战。医学教育作为卫生健康事业重要基础，是健康中国建设的重要内容，2018年教育部提出的卓越医生培养计划2.0 指出“紧紧围绕健康中国战略实施，树立大健康理念，深化医教协同，推进以胜任力为导向的教育教学改革，优化服务生命全周期、健康全过程的医学专业结构，促进信息技术与医学教育深度融合，建设中国特色、世界水平的一流医学专业，培养一流医学人才，服务健康中国建设”。医学院校如何适应新时代对大学的要求，如何面对新的挑战，在新的起点上进一步提升医学本科人才培养质量，是一个重要的课题。而从医学生重要的专业基础课入手，在教学过程中潜移默化培养医学生的科研创新能力，是实践新时代医学教育改革新理念的有益探索。

2 生物化学教学中培养医学生的科研创新能力的探索

2.1 培养学生对科研的兴趣

兴趣是创新的天然动力，二者的关系相辅相成，强烈的创新意识会推动兴趣的发展。在生物化学的发展史上有很多重大发现所经历的探究过程都是创新思维的典型案例，例如：教师讲解泛素调节的蛋白质降解机制时，穿插介绍该机制被发现的简要过程，1977年Goldberg创新性的选择网织红细胞作为研究对象打开了研究的突破口，在此基础之上以色列科学家Aaron Ciechanover，Avram Hershko 和美国科学家Irwin Rose，经过一系列划时代意义的研究[4]，成功揭示了泛素（Ubiquitin）调节的蛋白降解过程，发现了新的蛋白降解机制，他们共同分享了2004年的诺贝尔化学奖。

在学生学习RNA 的生物合成（转录）这一章时，给学生介绍2006年诺贝尔化学奖得主Roger Kornberg 在研究真核细胞转录分子机理方面的卓越贡献，Roger Kornberg 利用酵母细胞作为模型, 建立一个真核细胞转录系统，并创新性的结合晶体技术、X 线衍射、生物信息及电子显微镜多种技术手段将RNA 聚合酶催化RNA 合成过程制作成动态图，从而使真核细胞转录的机理得到全面、深刻而清晰的阐述[5]。学生在听故事的过程中加深了对真核细胞RNA生物合成过程的理解。在教学过程中精选故事性强的相关案例穿插于生化课程中，不仅可以激发学生对相关知识点的学习兴趣，快速掌握理论知识，重要的是让学生从重大发现所经历的探究过程中体会科研创新精神的重要性。

2.2 结合科研新进展开拓学生的视野

生物化学是基础医学中与科学前沿联系最紧密的课程，注重在教学过程中给学生介绍生化领域最新的研究进展，有助于开拓医学生的科研视野，培养学生创新思维。例如在核酸的结构和功能章节中，四链体DNA 的概念比较抽象，由于学时的限制，教师也无法进行深入的讲解。笔者在教学中结合该领域中四链体DNA 的最新研究进展：2013年，英国剑桥大学Shankar Balasubramanian 研究小组首次在人类细胞中发现G-四链体DNA 结构，被评为2013年世界十大科技进展新闻之一[6]。首先引导学生对四链体DNA 的概念产生兴趣，在此基础上推荐学生阅读科普文章：G-四链体：核酸的“新结构”[7,8]，让学生充分利用课余时间，深入学习了四链体DNA 研究简史、生物学功能、G-四链体与肿瘤发生及神经系统疾病的关系，进而了解G-四链体的生物学意义，拓展了课堂学习时空和内容，开拓了学生的科研视野，收到了非常好的教学效果。以G-四链体DNA结构为出发点，学生理解了核酸多元的结构特征，不但很好的掌握了核酸的结构和功能章节的相关知识，还培养了对科学研究的浓厚兴趣。

2.3 注重培养学生的创新思维

生物化学是一门系统性很强的学科，特别是物质代谢、能量代谢及代谢调节部分的教学中，重视让学生认识生命统一体的概念，建立科学的全局观念，通过系统学习，充分认识体内糖、脂、蛋白质、核酸几大类物质的代谢相互独立，又相互联系，相互制约，机体通过一整套精细的代谢调节机制，使各种代谢处于动态平衡，维持生命活动正常进行。在教学过程中鼓励学生将所学的生物化学的知识与生理学、细胞生物学、病理学等其他医学基础课的知识相互联系，建立网络化的知识体系。学生按照教师的指导，积极思考，提出了很多非常好的问题。例如：2018 级的祁欣然同学，在学习了物质代谢调节的知识后，积极思考提出问题：机体是如何感知代谢过程中特定代谢产物量的多少再进行反馈抑制调节的呢？这个问题很快受到笔者的重视，协助祁欣然同学查阅相关文献，找到了答案。目前对机体如何感受代谢物水平变化，并“传递”给下游调控机制目前还没有研究清楚。最新的研究是2017年生7月19 日，厦门大学林圣彩教授课题组在Nature 上发表研究论文，揭示了机体感受葡萄糖水平并调节代谢模式的机制。他们的研究发现，无论在不含葡萄糖的细胞培养条件下，还是在饥饿的低血糖的动物体内，都不能观测到AMP 水平的上升，这充分说明了机体有一套不为人知的、独立于AMP 的感应葡萄糖水平的机制。林圣彩教授把机体的葡萄糖水平描述为一种“状态信号”，以区别于传统的“能量信号”。“状态信号”的存在使得机体能够“前瞻性”地应对复杂的外界条件和各种应激压力，保证生命活动的有序进行[9,10]。这一发现使我们对能量、物质代谢和生物体应激反应之间的复杂关系又有了更深刻的认识。学生在全面掌握课堂知识的基础上积极思考，通过创新思维的诱导和启发，提出高水平的问题，教师在帮助学生解答问题的过程中学习科学领域的前沿动态，提高了教学水平，真正实践了教学相长。

3 利用第二课堂培养学生的科研创新能力

第二课堂是相对课堂教学教授学生知识的第一课堂，利用学生课下时间，为学生提供一个学习的平台，采取自主学习的方式提升教学质量和水平[11]。开设第二课堂的目的是培养学生的自主学习能力，对专业知识扩展和创新意识的培养[12]。教师以自己的科研课题为基础，结合课堂知识，我们在学有余力的学生中开展了第二课堂，主要活动包括最新文献阅读，综述撰写，参与课题研究等多种形式。例如笔者以高通量测序技术在肿瘤研究中的应用开展的第二课堂，高通量测序技术，学生仅在医学分子生物学理论课上学习了高通量测序技术的概念、基本原理。但是由于高通量测序仪价格昂贵，无法引入学生的实验课程，使学生对此项技术缺乏感性认识。第二课堂的开设是对医学分子生物学课程的有益的补充。

在第二课堂中，教师引导学生利用课余时间深入学习高通量测序技术的基本原理及其在医学相关疾病研究中应用的新进展，指导学生查阅相关文献撰写综述。在此过程中训练学生掌握文献检索、查新、和撰写综述的各项技能。指导教师认真修改学生撰写的综述，鼓励学生投稿到相应的期刊发表。目前已经有学生出色的完成综述，在教师修改后顺利的发表在医学研究生杂志上。其次是将学生带入学校的医学实验平台，观看高通量测序仪、基因芯片仪、使学生通过感性认识，深入了解高通量测序技术的基本原理，测序实验的具体流程，以及实验数据的采集和分析技术。并给学生设计相应的实验，参与测序样品的制备过程，实际提取基因组DNA、RNA 样品，观摩测序样品的纯化和质检过程。使学生将理论与实践有效结合，开拓学生的视野，提升了学生的科研创新能力，使他们有机会掌握先进的分子生物学技术，为今后从事医学相关的教学、科研及临床工作打下坚实的基础。

综上所述，新时代医学教育要求医学院校培育出适应新时代要求的、具有国际视野的、科技含量高的医学优秀人才，为建设健康中国做贡献。而人才培养模式改革已形成了多样化的人才培养模式的新格局，以创新为导向、追求学术卓越才是医学教育的最佳模式。医学教育的教学方式应该是医学生为中心，培养学生自主学习的能力，养成自主学习和终身学习的习惯。促进科研与教学相互协调、教育与教学有机融合，激发教师“教”与学生“学”的双重动力。我们在生物化学的教学过程中，注重基础医学各学科知识的交叉融合，通过多种教学方法潜移默化地激发和培养学生对科学研究的兴趣，让学生领略前沿科学的发展状况，开拓学生的视野，培养学生的创新思维，并通过第二课堂全面培养医学生的科研创新能力，为培养适应新时代健康中国发展的高水平医学人才做出了积极的探索。