PI负责制在生物化学教学中的实践

作者:毕业通查重     发表时间:2023-07-19 20:12:24   浏览次数:46



摘    要:生物化学的理论发展与科研活动息息相关,生物化学的教学质量也与教员的科研素养密不可分。如何激发教员主动将科研活动融入教学是进一步提升生物化学教学效果的重要途径之一。文章参照科研负责人制度(principalinvestigator, PI)拆分原有教学组,以探索科学问题为驱动重组原有教学章节,让教员结合自身研究领域,自主选择授课内容并组建独立教学团队,以此来打造基于PI负责制的教学活动。这种模式为生物化学教学改革及实践提供了新的思路。


关键词:生物化学;教学改革;PI负责制;


Application of Pl responsibility system in the teaching of biochemistryLlU Yangwyue CHEN Shan HE Fengtian GONG wei HUANG Gang MIAO Hongming DAl Shuangshuang

Department of Biochemistry and Molecular Biology, Army Medical University


Abstract:The theoretical development of biochemistry is closely related to scientific research, and the teaching quality of biochemistry is also relevant to the scientific research literacy of the faculty. Integrating scientific research activities into teaching is an effectual way to improve the teaching effect of biochemistry. The authors have adopted Principal Investigator(PI) responsibility system, split the original teaching group, and reorganized the teaching chapters to explore scientific problems, allowing the teachers to choose proper teaching content and form new teaching groups to carry out teaching activities based on PI responsibility system. This novel method provides a reference for the teaching reform and practice in the course of biochemistry.


Keyword:biochemistry; teaching reform; PI responsibility system;


教学与科研是大学的两大基本职能,两者相互促进,相互统一。但目前高校重科研、轻教学的现象依然较为普遍,因此,如何实现以研促教、教研相长来进一步提升授课效果是教学改革的重中之重[1]。


PI(principal investigator)制度,也称为课题负责人制度,是负责人作为核心自行分配人力物力资源,以课题组为基本活动单位的科研管理模式。为了适应研究型大学的发展,越来越多的高校科研院所从依托教学体系建立的教研室制度, 逐步过渡到PI制,以最大化地利用科研资源,充分调动内部成员探索创新的主动性[2,3]。为了促进教员主动把科学研究中获得的先进学科知识与教学内容相整合,将科研思维言传身教地传授给学员以激发其兴趣,我们首次将PI负责制引入教学活动,根据人类认识生命现象主线划分的教学模块,承担每个教学PI根据研究方向自行选择授课模块并组建独立的教学组;授课过程中赋予教学PI最大化的主导权和指导权,以此激发教员的教学主动性,探索科研与教学相互兼容促进的可能性,为生物化学的教学改革创新提供参考。


1 生物化学的学科特点和教学改革需求

1.1 生物化学的学科特点

第一,生物化学是医科院校的主干基础学科,是洞悉生命本质的自然学科,因此生命的多样与多维度造就了生物化学这门学科的复杂性。常规的生物化学教学大致可以分为静态生化与动态生化,前者介绍构成生命大分子的化学/物理基础;后者主要描绘生物大分子是如何通过一系列的化学反应来实现产能、合成、代谢、与外界交互等生命活动。知识点涵盖化学、物理、生物、医学等多领域,专业词汇纷杂晦涩,对于教和学均有较高的挑战[4]。第二,生物化学领域的理论突破均伴随着生命科学和医学领域的重大进展。近50年内颁发的诺贝尔生理学或医学奖内有一半的奖项与生物化学有关[5],由此可见生物化学是不断突破的、前沿交叉的生命科学。第三,生物化学也是基于实验并对实践有指导意义的基础学科,因此培塑医学生扎实系统的知识体系,拥有发现和解决科学问题的思辨水平以及与临床相结合的能力也是医学生物化学教学的基本需求。


1.2 生物化学教学改革的背景及需求

基于以上三个生物化学的学科特点,结合目前高等教育教学的改革需求,现阶段生物化学的教学需要着重解决以下四点:第一,教学效果有待提升:生物化学知识点杂,步骤过程多,专业词汇难记,因此学生对生物化学的学习有畏难情绪,把大量的精力和时间放在“记口诀,背要点”等方面,对于知识背后的发展脉络、学科的科学意义缺乏辩证的思考;第二,授课内容更新不及时:生物化学学科内容的发展日新月异,教材内容由于撰写发表的时间差,具有一定的滞后性,需要授课教员及时阅读最新文献以更新自身的教学内容。但部分教员过度依赖教材,知识观念陈旧,与自身科研领域脱节,很大程度地限制了教学内容高阶性、创新性、挑战度的实现[6];第三,与临床实践贴合不够紧密:学员对于知识点的应用,尤其生物化学在临床疾病和科研活动中的应用延伸不足,导致基础与临床相分离,不利于形成系统的知识构架[7];第四,青年教师的培养不足:现阶段大多数高校的年轻教员均拥有研究生以上的学历,受过良好的科研训练。但在个人表达、教姿教态、与学员沟通方面缺乏锻炼,尤其近些年中级以下教师少有讲授大课的经历,导致青年教员生物化学知识储备不足、教学技能急需锻炼和提升[8,9]。


因此如何将教学内容优化重组,兼具科学性和趣味性,让学员成为教学活动的主体,激发教员的教学主动性,将前沿知识与科研方向紧密结合,同时协助青年教员打牢教学基本功,为其提供合适的成长平台,是我们此次将PI负责制引入教学活动的主要目标。


2 PI负责制在生物化学教学中的组织与实施

2.1 PI负责制下教学内容的优化

医学生物化学知识体系庞杂,常依托授课章节来分配教学任务,通过教学组长将授课教员联系起来,并统一集中进行考核评价[10]。在PI负责制实施前,我们首先将传统生物化学的四个专题(生物大分子、物质代谢、遗传信息传递和专题篇)拆分成以生命探索为主题的三个模块(生命的起源,生命活动的基础,生物体与外界的交互),以科学问题为驱动,凸显授课内容的逻辑性和连贯性(图1)。例如,以往蛋白质的分子组成、结构功能及理化性质以及氨基酸的分解及合成被拆分在生物大分子、物质代谢和遗传信息传递三个章节进行讲授。但氨基酸作为组成蛋白质的基本单位,是构成生命体的重要元素,其在生命活动中合成、分解、组装和调节的过程是连续的,学员常因分章节的讲授并不能将上述知识点整合连贯起来[11,12]。为此我们就将上述三个章节调整至生命活动的基础,并调整知识架构和讲述逻辑,形成思维导图(图2),将生物化学的授课内容系统化,更利于学生理解并形成知识体系。


其次,PI教员基于自身科研方向,自主选择模块与主讲内容。例如,教授A的研究方向为长链非编码RNA与自身免疫性疾病,那么他的优势领域为基因表达调控,所以生命体与外界交互模块中的基因表达调控与信号转导的专题就由他来担任教学PI;教授B的研究方向为肿瘤微环境与能量代谢,他来负责生命活动的基础模块里糖代谢、脂代谢、氧化反应等内容;教授C的课题主要围绕蛋白质修饰异常与肾脏疾病,那么蛋白质的结构功能、转录与修饰以及糖蛋白则由她来负责。依托授课模块来划分教学PI是此次教学尝试的核心,因此在课程重组的前期,我们结合本教研室的科研特色优化授课模块分布,从而保证PI教员均有可与研究方向相结合的授课内容。


2.2 PI负责制下的教员组成

PI负责制另一特点是PI教员自行组建教学团队而取代原有教学组,由主讲PI教员、辅助教员、合作教员构成(图3)。PI教员主导整个模块教学课程内容和学时安排的设计、任务分配、实施及考核;辅助教员由课题组或教研室的年轻教员(助教、讲师等)担任,一方面负责课前课后的答疑,另一方面,要参与课堂学生研讨过程中,引导和推动研讨的进度,协助PI教员进行学情分析,并积累学习授课经验;合作教员由PI教员课题合作的相关临床专家教授、一线医生、科研人员组成,以客串授课或录制视频的方式提出实际需求和临床问题,为课堂营造实践临床一体化的教学范式,同时也可参与学员的课后答疑、实验室开放体验等事项。这样的团队组成是以科研合作为背景,弥合教学活动,打破科研与教学的壁垒,调动每名参与教员的优势来提升教学质量,同时课堂上教员的多样、教学场景的切换会更好地吸引学员的注意力,进一步提升学员课堂的参与感。


2.3 PI负责制下的教学形式

明确授课内容后,PI教员可在大纲规定的相关模块总学时内自主调整课堂形式及考核方式。这种取代原有教学组长来分配和统筹教学任务,打破传统按照教材章节或者教案讲授顺序的模式,将授课内容拆分成若干模块单元兼顾教研室的研究方向,赋予PI教员极大的自主空间,因而在授课前、授课中及授课后也有相应的改变,具体如下。


授课前:当PI教员明确了授课模块并完成团队组建后,根据教学需求和设计确立教学形式、课堂翻转、研讨内容及思维导图等,由辅助及合作教员共同完成多媒体的制作、案例的收集、经典文献的整理、实践应用。我们以类似科研活动中组会的形式替代原有的集中备课、试讲等教学过程,充分促进组内教员知识内容的更新完善、基础与临床学科的交叉碰撞,实现跨学科交流和思路的拓展。辅助教员会在课前将研讨资料及模块的思维导图提前发给学生,让学生通过研讨资料的阅读实现授课内容的预习,并借助课前思维导图对授课内容及重难点有所了解[13]。


授课中:由于授课内容的重组后每个模块均有需要解决的核心问题,所以在教学设计及授课过程中贯穿整体任务模式,以生活中常见的问题为导课切入点[14]。例如在探讨生命活动的基础模块时,我们让学生思考食物蛋白质是如何转化为人体蛋白质,以此为主线依次从蛋白质的降解、氨基酸的分解、蛋白质的翻译及运输、蛋白质的构象、蛋白质的理化性质带领学生依次展开。以此既保证了模块内知识内容的连续完整,又有助于学生将知识点串联起来。授课形式以小班研讨教学为主,辅助教员与主讲教员全程参与并指导研讨,课间教员之间及时沟通小组研讨效果,并根据学员掌握情况及时调整授课重点。授课方式上充分利用信息化手段,例如在讲授肝性脑病时候,我们播放合作教员的查房视频,拉近学员与临床的距离;在展示蛋白质的高级结构时候,利用3D打印的模具和PDB数据库,将抽象的立体结构具象化;在讲授基因测序时,依托虚拟实验室,让学生近距离接触单细胞测序、基因编辑等前沿技术,打造前沿多维的教学体验。


授课后:辅助教员及合作教员是课后的延续性保障,一方面是三基内容的巩固性帮辅及答疑,另一方面则对课堂研讨中提出的问题进行延展。例如在讲授信号转导时,有学员在研讨时提出“G蛋白偶联受体书本上是基于α亚基的功能进行分类,倘若人们对其结构及α亚基功能并不了解该如何分类”。这时候辅助教员可以结合前沿文献,指导学员利用Uniprot数据库获取GPCR氨基酸序列,并引导学员探索是否可以通过比对保守序列来进行分类。在这个过程中,学员与教员互动可以进一步加深理论知识的理解,将实际科研活动中的科研手段及思路与书本理论知识的结合。对学员而言,知识面得到拓宽;对青年教员而言,沟通技巧、表达能力等教学基本素养也得到锻炼。


2.4 PI负责制下的考核方式

考核评价是最具挑战性的环节,我们也需要意识到好的教学不仅是技术,更是艺术,不同PI教员所具备的教学风格下其考核方式也应当保留多样的空间[15,16]。在PI教学制下的考核由终结性考核及形成性考核组成,比重分别为60%和40%:终结性考核即为期末考试,将三个模块知识点整合,以全客观选择题为主,题目由各授课PI教学组提供并随机组卷,与执业医师的考核形式相接轨;形成性考核则没有固定方式,由各个PI教员来决定,可以是前沿研讨、案例分析,也可以是文献阅读、海报制作、生物化学歌曲的比赛,用多样的形式凸显各个PI的教学特色,也将知识运用延伸到学习及生活的方方面面,以此真实全过程地反映学生的参与度、执行力与创新性[17,18]。


3 成效与不足

此次PI负责制的教学改革对教师而言:①教学相促,课程的整合梳理也是进一步加深理解授课内容的过程,尤其是对于年轻教员(助教/讲师),通过准备研讨材料和答疑的过程,可以充分了解学员的思路,为后续的备课和教学设计提供可靠参考;②教研相促:由于PI教员的模块选择多基于自身的研究,研讨素材和题目的设置也是研究课题的延续,既有利于教学组内夯实理论背景,也有助于研讨过程中碰撞出新的思维火花。在课后延伸教学过程中,一些表现突出的学生甚至参加了研究课题的组会,这为今后学生研究方向以及导师的选择打下了良好的基础[19]。对学生而言:①模块化教学打破书本知识体系,解构梳理生物化学理论知识背后的发展脉络,学生对于知识点的教学要求更明确;②辅助教员与合作教员的参与极大地提高了学员参与课堂研讨的主动性和趣味性;③考核形式与执业医师相接轨,摒弃单纯的知识点识记,用多样的形式协助培塑学生的知识体系和思维架构。


但在实施过程中,我们也遇到如下问题:①教学组内各个教员的分工衔接还有待磨合,当参与授课的教员过多时,会削弱PI教员的主导效果;②PI教员及辅助教员需要花费大量的精力和时间整合优化授课内容,设计研讨考核形式,对教员的教学功底和理论储备提出较高要求;③由于课程内容的重组,课程每次授课均为3-5个学时,这就导致单次授课内容知识点偏多,学生课下需要花费一定的时间来消化、复习和掌握。


教学作为大学的最初职能,也是大学区别于企业及科研院所的关键所在。近年来我国一系列高等教育及评价体系的改革,其中重要一点便是扭转教师晋升中“唯科研,唯论文”的导向,凸显教书育人的重要性。因此在教学改革过程中,我们应立足本教研室的科研基础,不断促进科研成果转化为提高教学水平的内生动力,并以此优化改进教学内容和教学方法。笔者认为PI负责制下教学团队的构建是敦促教学改革的新思路,也是兼顾团队每一位教员进步成长的新形式。如何构建合理的体系来评估PI负责制下的教学效果,并逐步完善以研促教、以教带研的平台建设是今后的改革重点。


参考文献

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