创新思维培养与医学生物化学教学探讨

摘要：创新是教育追求的终极目标之一。生物化学是一门医学生必修的专业基础课，理论教学过程中创新思维的培养较少引起关注。通过归纳总结各知识点之间的规律，再以其内在联系这一哲学规律为主要手段，以教、学探究的方式进行授课，将所授知识点与其在医学中的应用融会贯通、有机统一起来，通过举一反三的思维训练，加强学生对知识的理解和学以致用，在很大程度上培养了医学生的创新思维。多年的教学实践证明该教学方法应用于学生创新思维的培养效果良好。

关键词：医学生物化学；创新思维；联系；培养

生物化学因知识点繁多、内容晦涩且直观应用性不强等原因，导致部分学生学不会或不愿学[1]，在医学教育中被学生公认为最难学的科目之一[2]。因此，生物化学的教学成为历来医学教育研究的热点[3-5]。培养学生的创新能力是高等医学教育的重要目标之一。目前医学教育的创新能力培养主要放在了专业课的教学过程中，作为基础医学学科的生物化学，尽管在实验教学方面已为一些研究者所关注[6-7]，但理论教学在创新思维培养上的重要作用却往往被忽视。唯物辩证法认为世界是普遍联系的，医学生物化学亦不例外，如果挖掘出所授知识之间及其与相关专业、职业等之间存在的内外联系，运用这一哲学规律将知识点化繁为简、诠释晦涩及体现实用性，再以探究为载体启迪学生思维，则医学生物化学教学中以上困境将迎刃而解。应用联系规律进行探究式教学，可着重培养医学生的创新思维，充分体现医学生物化学教学在创新培养方面的重要作用。以下用具体实例来进行探讨。

1联系规律

联系具有客观性，不会以教学主、客体的主观认识而改变；学生对生物化学的学习欠热情，却常常归咎于课程内容与生活、专业及将要从事的职业等无太大关系，这正是他们忽略了联系存在的普遍性和多样性。实质上，相互作用、相互影响、相互制约才是生物化学与社会诸多方面的真正关系。因此，教学时要重点突出他们之间的联系，使学生切实体会到生物化学内容与课程之外的极大关联。如“吃啥补啥、以形补形、以脏补脏”的饮食理念深入人心(课程外)，该说法虽源于人体的化学组成，但却归于生命活动化学的变化规律(课程内)，因此，“猪皮未必能美容，猪腰可能不补肾”，由此衍生出“吃啥也不一定补啥”的理念。

2医学生物化学内容的内在联系及运用

医学生物化学是研究人体的化学组成和生命活动的化学变化规律的科学，是从分子水平探讨生命现象的本质及疾病发展机制的一门重要基础医学学科。研究内容如果从宏观层面化学角度来概括，实质上包括人体的化学组成和化学变化规律两大模块：第一，生物体的化学组成有生物大分子、有机小分子、水和无机盐，属于静态生物化学模块；第二，生命活动的化学变化规律，生物体的化学组成不是一成不变的，而是处于永恒的变化之中，这就是生物学上所指的新陈代谢，化学上的合成代谢、中间代谢与分解代谢，属于动态生物化学模块。一“静”一“动”、动静结合，这就是整个生物化学内在的本质联系，使生物化学的研究内容浑然一体。教学时，利用动静联系的辩证哲学规律，诠释“物非物，我非我”的哲学现象，这是学习生物化学的主纲。生物体的化学组成模块，主要包括蛋白质、核酸等生物大分子的结构和功能，而这些生物大分子之间的联系，主要体现在生物学的中心法则上，即DNA→RNA→蛋白质。然而，DNA、RNA的生物合成需要先有蛋白质为酶，因此在起源问题上，三者之间尚存在“鸡生蛋，还是蛋生鸡”的混沌关系。生物大分子的学习内容主要包括化学组成、分子结构、理化性质和生理功能(用途)模块，各知识点之间貌似无甚联系，实则前后之间存在着决定和被决定的关系。其中化学组成是后三者存在的根本性决定因素，具有“牵一发而动全身”的作用，如酶原激活、镰刀形红细胞贫血等生命现象的发生，都基于化学组成的变化。四者之间可视为现象发生的“原因(化学组成)→变化过程(分子结构)→结果(理化性质、生理功能)”之间的联系，如图1所示。这种关系有助于加深对酶原的激活、变性、复性、沉淀、两性解离及分子病发生机制等专业术语的理解记忆，更有助于临床用药及疾病发病机制的探索。如基于牛或猪胰岛素与人胰岛素化学组成即氨基酸序列相似，可用于糖尿病的治疗，然而又因其组成与人胰岛素的不完全相同，一些患者注射胰岛素后会产生一种早期过敏反应或形成胰岛素抵抗的临床现象。疯牛病是因为感染病毒后，朊蛋白二级结构形式由正常的α-螺旋转变为致病的β-折叠，蛋白质空间结构层次的异常引起功能上的改变——神经退行性病变。化学组成决定了分子结构，完整的分子结构基础之上，具有一定的理化性质和生理功能。化学组成改变，原有分子结构亦随之发生改变，最终导致生理功能改变，这种内在联系即可成为学习生物大分子结构和功能的纲。如蛋白质结构与功能部分的一些知识间的因果关系具体体现如表1所示。基于课程内容之间的内在联系，生物大分子繁多、琐碎的知识点被有序串联、并联起来，共同形成一张错落有致的关系网，琐碎成线，线连成面，成为一个完整的系统，这样便于知识的理解记忆，更有利于有序创新思维的锻炼。化学组成模块内在联系的教学运用：教学时，首先和学生探讨物质化学组成、分子结构、理化性质和生理功能之间的关系；然后，按照生物大分子各具体知识点之间决定与被决定的关系一一阐明；接着，以此联系总结所学内容；最后，应用于临床药物的研发和疾病治疗策略的设计，加强创新思维锻炼。如学习蛋白质时提出“镰刀形红细胞贫血如何治疗”，经学生之间讨论后，给出结论，最有效的治疗手段将寄希望于能够更正患者Hb基因的基因疗法。对分子结构、性质应用的教学，深化为探究药物、临床治疗作用靶点的基础。如若想抑制癌细胞的快速增殖，可采取什么措施？由生物大分子功能可知，核酸是遗传信息的携带者，蛋白质是执行各种生命活动的物质基础。想抑制细胞增殖，则需改变癌细胞内异常的核酸或者蛋白质的生物学功能。若需改变核酸或者蛋白质的功能，则可通过化学组成、分子结构、理化性质和生理功能(用途)之间的关系，改变相应分子的化学组成或/和分子结构即可。因此，临床药物作用的靶点多为蛋白质、核酸。如抗癌药物顺铂，进入人体后其活性形式和DNA双链共价结合，从而破坏DNA的结构，最终起到抑制癌细胞增殖的作用。授课时通过步步推理、层层深入，逐步延展学生思维，得出核酸的组成、一级结构为基因治疗提供了理论基础；双螺旋结构表面形成的大沟、小沟是许多临床药物结合的位点等深层次内容。并由此引导学生，如果让你开发一种新型药物，可从何处着手？基于化学作用可以改变生物大分子的化学组成，或者通过物理/化学作用改变分子结构的知识支点，就可以充分发挥学生的想象力，激发出他们的创新精神。生命活动的化学变化规律模块：构成人体的化学物质在不停的运动之中，表现为体内物质代谢与调控，主要包括糖代谢、脂代谢、氨基酸代谢、核苷酸代谢及DNA、RNA及蛋白质的生物合成。各物质代谢之间的联系，基于各物质代谢之间的动态平衡，而物质本身来源与去路的动态平衡则为其内部联系，一“间”一“内”两个“动”，终了一个“平”字，完美地体现了物质代谢之间及其内部的联系。对于具体物质的代谢，主要内容可以概括为“哪儿来(来源)，哪儿去(去路)；如何来，怎样去”的问题，即来源→代谢物→去路的代谢规律，实质为合成代谢、中间代谢和分解代谢的动态平衡。代谢的调节，就是机体动用神经、器官和激素等协同调节体系，通过协调物质来源与去路各代谢途径之间不断进行的博弈，以达到“减多增少”、维持物质代谢动态平衡的目的。化学变化规律模块内在联系的教学运用：通过物质代谢“来龙去脉”的教学，沿着代谢脉络进行梳理，引导学生共同探究临床上调控物质代谢的可能可行方案。由生物遗传学中心法则DNA→RNA→蛋白质可知，在遗传信息传递及表达的整个过程中，仅抑制/激活其中传递或/和表达过程中任一阶段，即复制或/和转录或/和翻译过程中的任一阶段，即可达到使被作用生物体的生命现象被抑制/激活的目的。如6-巯基嘌呤、5-氟尿嘧啶、阿糖胞苷等一系列抗核苷酸代谢物，通过竞争性抑制核苷酸代谢关键酶，最终抑制DNA的复制而达到抗癌的目的；利福霉素类抗生素，通过抑制原核生物RNA聚合酶的β亚基，抑制RNA的转录，起到抗菌作用；伊短霉素(抗病毒)、四环素、链霉素、氯霉素(抗菌)及嘌呤霉素(抗肿瘤)等，通过作用于核糖体这个蛋白质加工厂的大/小亚基，以抑制翻译，最终达到抗菌的疗效。而通过不同途径改变物质代谢的来源和去路，则可达到维持物质代谢平衡的目的。这些理论及临床实例可用于药物研发、临床疾病诊疗方案的开发等，同时，启迪学生联合用药、开发新药的思路，引发、拓展学习者的思维空间。

3医学生物化学与专业、职业的联系及运用

医学生物化学以正常生理状态下的生命活动规律为基础内容，异常生理状态则属于病理状态，而这个“异常”恰恰是基础医学与临床医学、专业及职业的联结点。教学时，阐述完正常，引出异常，使连接变得水到渠成。因此，生物化学的教学过程要适时将“异常”贯穿于教学之中。下面以胆固醇代谢为例说明。授课时，先讲解正常生理状态下胆固醇的来源和去路处于动态平衡，食物、机体自身合成→胆固醇→转化→胆汁酸(主要去路)；再讲授病理状态如高胆固醇血症时，动态平衡被打破。最后，引导学生思考，如何调节异常而维持正常呢？和临床上“高胆固醇血症如何预防、治疗”、药学上“运用何种药物可降胆固醇”等问题直接接轨，再以探究的方式，运用所学代谢规律剥茧抽丝般地去分析问题：结合代谢路径的思维导图，启动学生的创新思维，一起讨论寻找调节节点，概括、整理出解决思路“降来源，增去路”(学生主导，教师补充完善)，如图2所示。具体教学实施如下。提出问题“怎样降？如何增？如果作为一名临床医生，你可以给出怎样的治疗方案。”首先给出思维提示，调节胆固醇如同工厂生产产品，如果市场上产品量过多，作为生厂商应如何处理商品积压现象？由此及彼得出，可以从饮食到阻断不同代谢途径的药物使用方面着手，多措并举共同降胆固醇。其次留给学生充足的思维空间，再辅以相互讨论。最后，一起归纳、总结给出方案。并沿着代谢路径不断深入探究，筹划出具体措施。(1)减少来源——限制含高胆固醇食物的摄入，使用依折麦布吸收抑制剂等药物减少外源胆固醇；限制糖类物质摄入以减少内源的合成原料，利用他汀类药物抑制HMG-CoA还原酶活性以抑制内源的合成过程等减少内源。(2)增加去路——促进转化为胆汁酸这条主要去路，利用考来烯胺(消胆胺)、考来替泊(降胆宁)等胆汁酸结合树脂药物，抑制胆汁酸的重吸收，也可通过多摄入高纤维食物，促进胆汁酸排出，以增加胆固醇转化。(3)最终治疗方案——根据患者的情况、结合临床实际具体案例具体分析。当然，如果是药学专业的学生，可将重心偏移至来源去路中胆固醇吸收抑制剂、胆固醇合成关键酶抑制剂及胆汁酸吸收抑制剂等功能药物的设计方面，如此也可有效地将药物化学上零散的药物串联起来；如果是营养学专业的学生，仅着重强调来源去路中的健康饮食相关内容即可。以上相关内容是教材上所未列出或者仅简单提及的(为了减少学生学习难度，对于涉及到的临床药物，也可一带而过浅尝辄止)，对学生来说具有较强的新颖性、趣味性和实用性，学后易获得价值感、成就感和满足感，更重要的是能启迪、锤炼他们的创新思维，比如当场就有同学提出“促使胆固醇转化为类固醇激素是不是也可以降胆固醇”的新思路，此外，可为后续临床医学专业课程的学习奠定扎实的基础。联系是科学研究的灵魂和重要方法。科学创新成果往往产生于事物之间的联系。创新就是超越课程内容联系之外的联系，是培养创新能力的基石。教学时可针对不同内容开展不同侧面创新思维的培养。

4结束语

多年的教学实践证明，教学时以医学生物化学各知识点之间的内在联系为主要手段，以教、学探究的方式进行授课，通过所授知识点与其在医学中的应用融会贯通、有机统一，多次举一反三的思维训练，培养了医学生的创新思维，加强了学生对知识的理解和学以致用，使所带临床医学专业学生生物化学考试的卷面平均成绩，由2019级的64.6分增至2020级的71.7分，在一定程度上反映出课堂教学效果良好。临床疾病的预防、诊断、治疗及预后所实施的策略，药物的使用、新药的开发等都源于基础医学与临床医学的融会贯通。而联系规律的运用可使临床医学紧密贯穿于生物化学教学的始终，使学生切身感受到两者之间的紧密关系；运用联系的哲学思维启迪他们，通过问题探究，锤炼其创新思维，并将其逐渐融化为终生受用的思维模式。因此，联系是生物化学教学境界得以飞升的翅膀。随着社会的进步，虽然医学已经取得了丰硕成果，然而许多慢性病、遗传病、癌症仍然是威胁人类生命健康的重要杀手，在经历了现有治疗手段收效甚微的苦难之后，人们将希望逐渐寄予分子层次的治疗上。SARS病毒、埃博拉病毒及肺炎病毒等新型病毒的不断涌现，认识、征服它们借助的依然是分子手段，这就要求医学需要持续不断的进步，才能应对现有或突如其来的病患。因此，以分子为研究水平的生物化学，教学过程中创新思维的培养应给予高度重视。创新永远是医学教育追求的终极目标之一。

参考文献

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作者：杜秀红 单位：河南医学高等专科学校检验系