美国医学类化学教材Chemistry and the Living Organism述评

刘德智，徐一新，张 颖，梁 莹，陈雅琼，郭可愚

（上海健康医学院，上海 201318）

Chemistry and the Living Organism是由美国Molly M.Bloomfield教授主编，纽约John Wiley&Sons出版社出版发行的一本广受欢迎的化学教材。正如该教材前言所强调的“教材是为大学非化学类专业学生设立的化学课程，尤其是适合于未来从事医学类职业的学生而编写的一本教材”[1]。教材最显著的特色是广泛融合大量生动的医学案例，善于从学生熟悉或可能遇到的医学或社会问题讲述基本化学概念和原理[2]，致力于培养学生对化学的兴趣，传授学习方法。其在内容选择、知识呈现、融合医学、资源配套等方面颇具特色，对我国医学教育领域化学课程的开发具有借鉴意义。

1 教材体系和主要内容

教材内容分为3个层级，共4个单元，由17章以及2个附录组成。第一单元是“引言”，通过对苯酮尿病儿童患者的讨论来说明学习化学的意义。第二单元是“化学背景”，介绍基本的化学术语。第三单元是“生命必需的元素”，讨论对生物体至关重要的元素的功能。第四单元是“生命的化合物”，讨论活的有机体中的大分子和这些分子之间的相互作用。教材体系和主要内容见表1。

表1 教材体系、主要内容及其融合医学内容

2 教材特色

从表1内容可以看出，教材内容体系既注重知识的系统化，同时又灵活地融合了生物、医学、物理等学科知识。教材以会话方式将化学术语、概念、原理融入医学和社会问题之中，旨在强调化学与学生的个人生活和未来职业生涯的密切联系。另外，教材非常注重对学生学习方法和思维方法的引导。下面结合具体案例从3个方面介绍其特色。

2.1 课程内容医学情境化

融合医学内容是该教材最为显著的特色。教材中每一章节均以医学案例（类似小故事）开头引入主题，试图帮助学生理解本章将要学习的化学知识与医学案例之间的关系。表1中最右列，列出了每章中所融合的医学案例。下面结合两个案例来介绍教材融合医学内容的方式。

案例1：苯丙酮尿症。第一单元引言开头讲述了一个苯丙酮尿症遗传性疾病的家族病史的故事。比利的父母都是丙酮尿症性状缺陷基因携带者，他们的小孩比利患有苯丙酮尿症，因对这个疾病知之甚少，没有引起足够重视并进行人为干预，导致小孩智力发展迟钝。后来从医生那里了解到，苯丙酮尿症是由于负责将苯丙氨酸转变为酪氨酸的过程出现障碍（缺少苯丙氨酸羟化酶），导致体内苯丙氨酸浓度过高，而酪氨酸（神经发挥正常功能所需物质）浓度过低。过量的苯丙氨酸改变了脑组织周围的化学环境，导致了脑细胞的损伤，积蓄在体内的苯丙氨酸通过其他途径最终转化成了苯丙酮酸等其他代谢物。最后在第17章中核酸内容后又回到引言中的案例，介绍引起苯丙氨酸不能转化为酪氨酸的原因是因为负责编码苯丙氨酸羟化酶的基因发生了突变。在理解了疾病发生的化学机制后，比利的父母又生下了一个可爱的小女孩苏珊，虽然也是苯丙酮尿症患者，但是，在医生的指导下，通过在饮食中添加酪氨酸来弥补体内苯丙氨酸无法转化的缺陷。科学的干预最终使得小女孩获得了和其他健康小孩一样的智力（正文配有比利和苏珊兄妹对比图，11岁男孩比利未及时干预治疗，智力非常迟钝，而两岁半的妹妹苏珊经干预治疗非常正常）[1]。

通过上述这段描写，可以看出，教材以类似讲故事的方式向读者讲述真实发生的医学案例，将人体的必需氨基酸苯丙氨酸的羟基化反应、氨基氧化反应、羰基还原反应等相关化学知识融入故事情境中，案例中关于苯丙酮尿症是一种怎样的疾病、症状有哪些、发病机制是什么、如何干预等一系列问题的揭示贯穿教材的始终。教材试图启发学生深刻认识到掌握化学知识对于认识疾病甚至治疗疾病是非常重要的。这种模式对于医学生而言或许是非常有价值的，不仅可以帮助学生认识疾病的化学本质，直观感受化学对于医学发展的促进作用，更为今后运用化学知识创造性地解决医学问题提供了可能。

案例2：含钙抗酸药与临床副作用。第二单元第八章水和溶液化学开头讲述了一个中年保险代理商夫雷德，为防止因胃酸过多引起消化不良，常备一盒抗酸药在身边，且常大量饮用牛奶以防止胃溃疡的形成。一天，他突然感觉头晕、血压升高、恶心，胃酸比平时多，去医院检查没有查出病因。最后，医生通过与其长时间的对话中，了解到他的日常生活习惯，获悉这是一种因吸收了含钙量高的抗酸药和大量牛奶所引起的“乳—碱”综合征。为了理解在患者身上所发生的什么，然后介绍胃的工作机制，胃如何分泌胃酸、胃酸如何杀菌、软化食物、激活胃蛋白酶等。有时胃酸过多，引起消化不良和胃灼热。夫雷德吃的抗酸药片的“活性成分”是碳酸钙。碳酸钙溶解于胃中，分解成钙离子和碳酸根离子，碳酸根离子中和胃酸的氢离子，解除消化不良和胃灼热。碳酸钙是一种极好的抗酸药，它反应快，能中和大量的酸，且长效、成本低。然而，就像夫雷德那样，如果长期服用，会引起严重的副作用。最近研究表明，碳酸钙能刺激胃酸的分泌，碳酸钙也容易引起便秘。若反复服用以钙为基础的抗酸药会引起血液中钙离子含量的升高，而对于经常喝大量牛奶的人而言，血液中含钙量升高的可能性就会大大增加，夫雷德就是这种情况。钙离子对人体发挥正常功能是必要的，但若血液中含钙量过高，就会使体内的反应受到破坏，引起像夫雷德那样的综合症状。这种含钙量的升高还会削弱肾功能，引起肾结石。医生限制夫雷德喝牛奶，要求他转而服用铝镁抗酸药，一周后，他的症状就消失了[1]。

上述这段描写将氯化氢水中的解离反应、碳酸钙溶解反应、碳酸钙与盐酸中和反应等相关化学知识融入医学案例中，介绍了胃酸的产生和作用、碳酸钙抗酸的机制、血液中钙离子浓度变化与临床症状、如何选择抗酸药等医学内容。通过案例启发学生思考：临床上如何通过沟通来获悉患者患病的可能病因？如何针对不同患者选择最佳治疗方案？进而引导学生形成临床思维，为形成解决临床实际问题的能力奠定认知基础。

2.2 知识呈现方式图表化

教材正文运用了大量图片和表格，各章中图和表的数目以及图表总数见表2。图片和表格既是教材内容的重要呈现方式，同时又是教给学生学习方法和思维方式的重要载体。

表2 各章中图表分布统计

Chemistry and the Living Organism教材中很多图片以宏微（宏观与微观）结合、类比等形式呈现，而宏微结合是运用微观化学知识阐释宏观现象的能力，类比则是化学抽象概念学习的重要思维方式[3]。教材介绍原子的量子力学模型时，创造性地将微观原子核外电子的运动和排布规律与宏观剧场中的某个座位相联系，进行类比，见图1。原子核外的电子是按照能级分布的，除第一能级之外的每个能级又分为两个或以上的亚能级，而每个亚能级中又包含了一个或多个能态或称轨道函数，每个轨道函数可以包含零个、一个或两个电子。好比在剧场中找某个座位，只能在这个剧场某一楼层，某个区域的第几排里找到。同样，一个原子里的电子，与该原子的某个能级的某个亚能级的轨道函数相关联。这种形象化、直观化的呈现方式不仅有助于化学基础薄弱的学生理解抽象深奥的化学概念和原理，对于基础较好的学生甚至教师也具有启发意义。

图1 原子中电子的位置和剧场里的座位相似

2.3 教材资源系统化

Chemistry and the Living Organism不仅仅是一本教材，更是适合于医学生学习的教科书。教科书属于教材，但不等于教材。真正的教科书需要有完整的课程资源为支撑[4]，该教材配套了丰富的课程资源，主要包含《学生学习指南》（主要为学生学习教材而准备，包含每章每节的内容摘要、每节的重要术语、一套全面的自学习题问答）；《实验手册》（为巩固教材讨论过的原理，为每章而设计的实验室练习，手册共包含25个实验，每个实验包括：参考教科书；简明的实验程序、目的、安全措施；练习和问题，通过实验让学生亲自观察教材中描述的相互作用。另外，还包含与实验手册分开的实验报告单）；《教师手册》（主要包含教材各章后的习题答案、实验练习答案和实验手册上学生需要做的实验所涉及的药品和仪器清单等）。完善的教材配套资源为学生的学和教师的教提供了重要保障，这也是该教材能够经久不衰、广受欢迎的重要原因之一。

3 对我国医学类专业化学教材建设的启示

3.1 加强与医学类学科的交叉融合

自20世纪50年代至今，半数以上的诺贝尔生理学或医学奖被与化学密切相关的分子生物学研究项目获得。进入21世纪，半数以上的化学奖颁发给了与医学相关领域的研究。医学与化学学科的边界随着学科间的交叉而愈发变得模糊，现代医学研究对化学基本原理和技术的应用依赖性越发明显，医学生应该知道这些运用，以便他们能够洞察并理解未来[5]。笔者对所教授的临床医学和护理专业的调查显示，73%的学生最希望获得与医学相关的化学内容。化学教材应该加强与医学类学科的交叉融合，尤其是临床案例的引入，这可以极大地增强学生学习化学的热情与兴趣。这对于拓展学生的眼界和今后开展临床工作和研究都是非常有利的[6]。因此，在开发医学类专业化学教材时应注重与医学类学科的交叉，加强典型医学案例的开发，促进化学与医学的深度融合。

3.2 创新内容体系与内容呈现方式

对比国内外教材发现，国内教材内容体系趋同、变化小，知识系统化和逻辑性强。国外教材内容体系在兼顾系统化和逻辑性之外，富含创新和变化。如表1所示，Chemistry and the Living Organism教材在内容选取上非常注重与中学知识的衔接，选择与医学密切相关的内容以及医学前沿内容，例如：核医学、酶和维生素、色谱分离技术等。而删去了那些只为化学专业所需要的内容和细节，例如：能斯特方程、原子轨道理论和分子轨道理论等。医学类化学教材在内容选取上应该充分考虑到医学发展的需要和学生的化学基础，形成用微观原子、分子的视角去理解、解释宏观医学现象能力的内容。此外，教材内容的呈现应有意识地将学习方法、思维能力培养与呈现方式统一起来。充分运用图表等形式直观呈现化学知识难点和抽象理论，加强对学生类比思维、宏微结合（运用微观化学知识阐释宏观医学现象）等核心思维能力的培养。另外，也可以运用比喻、人物对话、小故事、实验演示等多种形式来丰富教材内容的呈现形式，增强教材的亲和力和可读性。

3.3 完善和拓展教材资源

一本好的教材，想要获得好的使用效果，需要有丰富的配套资源做支撑。随着我国高校课程改革的推进，尤其是“互联网+”教育的兴起，教材配套网络链接以及云教材的开发，极大地丰富了教材配套资源。但是在实体配套资源建设上还存在量和质的不足。如：缺乏专门为教师使用教材而开发的资源、教材配套实验内容陈旧刻板、教材章节后习题有答案无讲解等。不妨借鉴Chemistry and the living organism教材的一些做法，开发具有功能明确的配套资源，例如可以配套《教师教学指南》向教师尤其是刚入职的教师介绍每个章节中的难点和学生可能出现的问题等，促进教师专业发展。学生实验手册的开发应注意实验内容与理论教学的衔接，内容设计与现代医学和实际生活中的现实问题相结合，增强实验主题的趣味性，让学生真切体会到化学与医学、生活的密切联系。如：酸度计测定模拟血液的pH、尿液分析仪测定酮体含量、探究动物红细胞在不同溶液中的形态变化等。