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新医科背景下生物化学与分子生物学课程融入生物信息学元素探究

2023-06-20 117 上传者：管理员

摘要：生物化学与分子生物学作为一门基础医学类基础课程，对医学类院校学生本科阶段积累人体正常/疾病分子基础、了解人体各生物学阶段运行模式及形成初级科研理念具有重要意义。该研究探讨了将生物信息学元素融入生物化学与分子生物学教学中，培养学生科研思维能力并开拓课后学习范围，提高生物化学与分子生物学课程教学质量，实现培养新医科背景下高层次创新型医疗人才的积极意义。

关键词：
教学新思路
新医科
生物信息学
生物化学与分子生物学
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生物化学与分子生物学作为研究生物体物质组成、结构、功能和生命过程中机体与环境相互关系的基础课程，对培养医学生科研思维和创新能力具有支撑作用[1]。但课程包含知识范围广、信息量大，同时知识更新速度快，导致学生在学习上感到难度大、兴趣低，如何使教师与学生间进行高效地知识对接、引导学生培养浓厚学习兴趣仍是目前课堂教学亟需解决的问题。生物信息学通过综合计算机科学、生物学等学科成为近年来探索大生物数据时代下阐明和理解生物学意义的有效工具。新医科提出的“精准医学”、“智能医学”等理念使得生物信息学这一交叉学科的重要性及未来发展前景尤为可观[2,3]。我们在生物化学与分子生物学教学中融入生物信息学元素进行课程内容的拓展引导，合理发散科研思维并注重培养学生科研习惯，以探索培养复合型医学人才教学新思路，现报道如下。

1、生物化学与分子生物学课程融入生物信息学的积极意义

我国医疗水平近年来发展较快，但专业型技术研发人员仍极为短缺，目前医科院校大多以培养应用型人才为主，在医疗领域尤其缺乏既懂医学又懂技术的高端医学技术人才。在医学高校生物化学与分子生物学课程中融入生物信息学元素，从基础教学开始进行创新融合，不仅符合医学人才培养目标，也是生物化学与分子生物学课程教学改革有益的探索。生物信息学研究包括基因组、转录组、蛋白组和代谢组等组学基础研究及筛选相关疾病生物标志物、药物设计与研发和流行病学研究等临床研究。对医学本科生而言，生物信息学相关学习需具有一定的生物化学与分子生物学理论知识基础，需对DNA(核苷酸)、蛋白质(氨基酸)、糖类等物质组成基础有基本了解后才可进行后续学习。

1.1 激发学生科研兴趣

生物化学与分子生物学课程教学中教师可结合所授章节主要内容向学生介绍此领域生物信息学前沿研究成果，以引导的方式对学生提问，如：此研究的材料与方法可能由哪几个部分组成，最后点明生物信息学方法在其中的运用，拓展的生物信息学内容不仅有助于课堂互动而且可激发学生的科研兴趣。

1.2 培养良好科研素养

学习中能主动发现问题、解决问题是医学类院校人才培养目标之一，为适应新医科背景下对卓越医学人才培养的要求，教学中需注重培养学生的创新能力和科研思维以满足高层次复合型、创新型医疗人才的需求[4]。在生物化学与分子生物学课程融入生物信息学相关知识教学有助于培养学生自主发现问题、设计如何解决问题和验证结论的能力，提高了学生科研思维、科研能力等科研素养，为其进一步深造或进行科研活动打下夯实基础。

2、生物化学与分子生物学课程融入生物信息学相关知识的探索

新医科提出兼具预防、治疗、康养的生命健康全周期医学理念为医学院校培养人才模式带来了新挑战[5,6]。我们在生物化学与分子生物学相应章节课程中融入生物信息学相关理论教学，帮助学生逐步理解、熟悉、掌握。

2.1 在基因教学中融入相关数据库应用教学

肿瘤的发生、发展过程一直是国内外研究的焦点，尤其对尚不明确的机制的探索。在癌基因与抑癌基因章节教学中，讲授癌基因和抑癌基因在肿瘤中的调控机制、突变特征和涉及信号转导时引入cBioPortal数据库[7]相关内容，可形象地为学生演示单一/多基因在不同癌症中的突变景观、突变模式、具体机制，并在数据库中的临床模块联系临床特征数据多角度地从基因组学层面介绍基因与癌症的相互作用。不仅可对经典基因(如TP53)进行可视化展示，还有利于学生理解复杂的肿瘤基因调控机制，最后为学生进一步展示基因(如TP53)与临床资料间的相关性，如肿瘤类型、肿瘤分期和患者预后等，我们称为“三步走”教学法(图1)。

图1 “三步走”的课堂示例展示

2.2 在蛋白质表达水平教学中强化数据库应用教学

首先介绍检测蛋白质表达的常用手段如蛋白免疫印迹法和免疫组织化学等激发学生学习兴趣，在学习蛋白质基本组成、结构和功能后，讲解HPA数据库[8]在探索蛋白质在细胞、组织上的定位和表达水平中的应用，该数据库具有操作简单且查询结果易懂等特点，可帮助学生初步了解蛋白质表达的前沿研究。可以TP53基因对应P53蛋白表达为例，帮助尚未进入实验室的同学在细胞和组织水平了解人体内蛋白质表达情况，可促进与细胞生物学、组织学与胚胎学、病理学等课程相关知识融会贯通，进而深入学习生物化学与分子生物学课程。课后布置相关数据库查询作业以巩固学生对生物信息学的理解。本研究中，学生大都按时完成了课后的蛋白质查询作业，如图2为查询PDCD1蛋白质表达的作业，学生从综述文献了解到免疫治疗中关键的PDCD1蛋白质，并以此为作业主题了解PDCD1的三维结构、蛋白表达定位和肺部癌症/正常组织表达差异情况，但对基础知识的把握及文献知识的梳理仍存不足，尚需引导其提高查阅文献的方法与技巧。

图2 学生PDCD1蛋白质作业的展示

2.3 生物化学与分子生物学课程融入生物信息学相关知识的教学效果评价

对临床医学专业某班级60名学生进行一学期融入生物信息学知识教学后，我们通过调查问卷、小课题设计等方式收集反馈资料，使用ggplot2软件包进行数据可视化分析，从课堂积极性、科研素养、生物信息学自学情况和课题自主设计四个方面进行初步教学效果评价。结果表明，在课程中融入生物信息学相关知识后，学生课堂积极性、科研素养、生物信息学自学情况和自主设计课题能力都有显著提高，但尚需进一步加强规范性、系统性(图3)(图3左：人数情况；图3右：调查问卷答题分数)。

图3 生物化学与分子生物学融入生物信息学元素课后效果评价

3、融入生物信息学教学存在的问题

3.1 学生个性与师资力量

教学中融入生物信息学的目的是增强本科生综合科研能力，但在实践教学中我们发现存在部分问题：①学生对科研理念尚无深刻理解，科研素养有待提高；②学生在科研课题研究过程中不主动、不负责，对枯燥的实验缺乏耐心；③难以实现个性化培养，个性化培养需教师及时与学生沟通并积极帮助学生分析和解决生物信息学教学中存在的问题[9],但基于实际师资力量，难以实现。

3.2 复合型医学人才教学与科研素养培养的困境

融入生物信息学教学的最好方式是教师以亲身经历的科研课题研究过程与学生进行分享，讲解生物信息学在科研选题思路、方法选择和实践过程中的运用[10]。对教师而言，在有限课时内进行课程教学及课外知识拓展实属不易；对学生而言，对教师提及的新概念、新方向、新学科和新技术等知识能否坚持学习和探究受多方面的因素影响[11]。尚需以综合方法探索生物化学和分子生物学课程融入生物信息学的可行性和长远意义。

将生物信息学这一交叉学科引入生物化学与分子生物学课程教学中对新医学背景下调动学生学习积极性、提高科研素养、医学人才培养具有重要作用，有待进一步深入探索最佳融入教学的方法及应用效果。

参考文献：

[1]胡静“生物化学与分子生物学”融合课程思政教学探索[J].教育教学论坛,202115):177-180.

[2]王丹,王晨宇,沙岩.生物信息学人才培养的需求调查研究[J].继续医学教育,2022.36(10):61-64.

[3]张志强,范少萍,陈秀娟.面向精准医学知识发现的生物医学信息学发展[J]1.数据分析与知识发现,2018.2(1)1-8.

[4]边雅豪,郭瑶菌,王璐瑶,等.医学院校本科生科研素养的调查与分析[J].科技风,2023.513(1):160-163.

[5]张培东,庞丽敏,吴宏超,等.后疫情时代的新医科教育解析:新机遇下的未来医学[J],医学教育研究与实践,2021.29(4):493-498

[6]许逢明,李明意.新医学人才培养方式的探讨与思考[J].中国高校科技,2015.324(8):13-15.

[9]朱江,张萍科研素养培养在医学实验技术本科生中的实践[J].中国继续医学教育,2022.14(1):175-178101 .

[10]何淼,何均泽,穆幼清,等融合SALG理念的高等教育课程教学质量评估方法深索--以本科生“生物信息学“教学为例1 高校生物学教学研究(电子版 2022,1212)56-60.

[11] 姜钊,张卫花,童晓鹏.医学研究生《生物信息学》教学方法探索[J],医学理论与实践,2022 35(17):3046-3049.

文章来源：连超群,唐王刚,夏俊等.新医科背景下生物化学与分子生物学课程融入生物信息学元素探究[J].河北北方学院学报(自然科学版),2023,39(06):54-57.