以科研探索思想滲透生物化學(xué)教學(xué)的課程設(shè)計(jì)

張璐

摘要：生物化學(xué)具有理論性強(qiáng)、內(nèi)容抽象、知識(shí)更新迅速等特點(diǎn)，要求授課者不斷設(shè)計(jì)新的教學(xué)方式，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。筆者認(rèn)為在生物化學(xué)教學(xué)過程中應(yīng)當(dāng)遵循學(xué)科規(guī)律，以科研探索思想滲透生物化學(xué)教學(xué)過程，不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也提高了學(xué)生的專業(yè)認(rèn)可度。本文以單糖教學(xué)為例，闡述以科研探索思想滲透生物化學(xué)教學(xué)的課程設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：生物化學(xué)；科研探索；課程設(shè)計(jì)；單糖

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）06-0153-02

生物化學(xué)是生命科學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生必修的一環(huán)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題和創(chuàng)新能力至關(guān)重要[1]。以筆者所在單位河南工業(yè)大學(xué)為例，調(diào)研2013—2015期間第三方權(quán)威數(shù)據(jù)機(jī)構(gòu)麥可思數(shù)據(jù)公司提供的《社會(huì)需求與培養(yǎng)質(zhì)量年度報(bào)告》，生物化學(xué)課程均被本校生物專業(yè)畢業(yè)生評(píng)選為對(duì)個(gè)人成長(zhǎng)最有幫助的專業(yè)課程。可見，生物化學(xué)不僅為學(xué)生后期專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也為其今后工作或繼續(xù)深造提供了知識(shí)保障。然而，鑒于理論性強(qiáng)、知識(shí)點(diǎn)抽象、名詞繁多、代謝過程復(fù)雜多變的特點(diǎn)，生物化學(xué)成了“教”、“學(xué)”兩難學(xué)科。如何改進(jìn)教學(xué)效果、化繁為簡(jiǎn)、激發(fā)學(xué)生興趣，寓教于樂，使得學(xué)生對(duì)課程有“代入感”，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)思考，靈活有效地掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)，是我們?cè)谏锘瘜W(xué)教學(xué)過程中始終面臨的難題。

生命科學(xué)是古老又青春的學(xué)科，是探索生命奧秘，解開生物密碼的美好學(xué)科。單向地講授書本的知識(shí)顯然無法吸引學(xué)生的興趣，會(huì)引發(fā)厭學(xué)情緒。怎么在講授中體現(xiàn)生物化學(xué)的魅力呢？筆者在七年生物化學(xué)課程的講授過程中，不斷摸索，改進(jìn)教法，認(rèn)為在生物化學(xué)教學(xué)過程中應(yīng)當(dāng)遵循學(xué)科本質(zhì)，以科研探索思想滲透生物化學(xué)教學(xué)過程，讓學(xué)生以科學(xué)研究的視角重新審視教材，把教材理解為無數(shù)偉大科研工作者智慧的結(jié)晶。不僅學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到了大幅提高，令人驚喜的是學(xué)生對(duì)專業(yè)有了更深入的了解，啟迪了科研意識(shí)。本文以單糖為例，從課程導(dǎo)入、授課互動(dòng)、知識(shí)拓展、回顧小結(jié)等四個(gè)環(huán)節(jié)闡述以科研探索思想滲透生物化學(xué)教學(xué)的課程設(shè)計(jì)。

一、第一環(huán)節(jié)：從生活出發(fā)，導(dǎo)入本節(jié)課的學(xué)習(xí)對(duì)象，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，增加民族自豪感

與核酸等章節(jié)相比，糖類更接近我們的生活。帶領(lǐng)同學(xué)們認(rèn)識(shí)生活中的糖類，領(lǐng)略糖的世界，為概括糖的生物學(xué)功能做鋪墊。特別講述蔗糖歷史，中國(guó)西周的《詩(shī)經(jīng)·大雅》中有“周原膴膴，堇荼如飴”的詩(shī)句，說明遠(yuǎn)在西周時(shí)就已有飴糖。甘蔗制糖最早見于記載的是公元前300年印度的《吠陀經(jīng)》和中國(guó)的《楚辭》。這兩個(gè)國(guó)家是世界上最早的植蔗國(guó)，也是兩大甘蔗制糖發(fā)源地。在世界早期制糖史上，中國(guó)和印度占有重要地位。屈原楚辭《招魂》和《大招》兩篇中有云“胹鱉炮羔，有柘漿些”，反映了當(dāng)時(shí)的這種祭祀活動(dòng)中有豐富味美的菜肴、酒水和小吃情況。柘漿即甘蔗汁，激發(fā)學(xué)生對(duì)糖類的興趣和民族自豪感。通過上述內(nèi)容，學(xué)生可以自己總結(jié)出糖類的主要生物學(xué)功能，即：生物體的結(jié)構(gòu)組分、能源物質(zhì)、轉(zhuǎn)變成其他物質(zhì)、細(xì)胞識(shí)別的信號(hào)分子、生物體內(nèi)的活性分子。接下來，詢問糖類按照聚合度又如何分類呢，引出單糖。

二、第二環(huán)節(jié)：探索單糖結(jié)構(gòu)，層層設(shè)疑，利用科研思路滲透授課過程，提高“代入感”

結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)是結(jié)構(gòu)的體現(xiàn)。在學(xué)習(xí)單糖性質(zhì)之前，必須掌握單糖結(jié)構(gòu)。單糖的結(jié)構(gòu)是糖生物化學(xué)最為抽象的重點(diǎn)知識(shí)。首先由科學(xué)家Emil Fischer的勵(lì)志故事，引出單糖的鏈狀結(jié)構(gòu)，初步激發(fā)學(xué)生們對(duì)科學(xué)家奉獻(xiàn)精神的敬仰之情。接下來，與學(xué)生互動(dòng)思考第一重問題，自然界中的單糖是否以開鏈的結(jié)構(gòu)存在呢？啟發(fā)學(xué)生對(duì)糖類結(jié)構(gòu)探索分析的渴望。在多媒體課件中加入三張實(shí)驗(yàn)圖片，分別為葡萄糖溶液旋光度改變實(shí)驗(yàn)、葡萄糖不與Schiff試劑呈紫紅色顏色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)、半縮醛和半縮酮實(shí)驗(yàn)，引出問題：顯然葡萄糖的開鏈結(jié)構(gòu)不能解釋上述三種現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論葡萄糖的羰基被屏蔽了，繼續(xù)以科研發(fā)展為時(shí)間線索，介紹1893年Fischer正式提出葡萄糖分子具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的理論的知識(shí)點(diǎn)。

然而環(huán)狀結(jié)構(gòu)提出后，單糖出現(xiàn)了兩個(gè)新的結(jié)構(gòu)問題，引發(fā)學(xué)生進(jìn)行第二重思考，即過長(zhǎng)的氧橋不穩(wěn)定和羰基與哪個(gè)羥基發(fā)生半縮醛或半縮酮反應(yīng)的問題。針對(duì)過長(zhǎng)的氧橋不合理，引出1926年英國(guó)化學(xué)家Haworth推薦使用的一種透視式即Haworth式。Haworth式中單糖成環(huán)，原來的羰基碳原子形成了新的手性中心，這種在羰基碳原子上形成的差向異構(gòu)體定義為異頭物。針對(duì)羰基和哪個(gè)羥基發(fā)生半縮醛或半縮酮的反應(yīng)，引出單糖的吡喃和呋喃式。

那么新的結(jié)構(gòu)問題出現(xiàn)了，Haworth式反映的單糖的立體結(jié)構(gòu)也并不符合事實(shí)，因?yàn)檫拎黔h(huán)如果是平面結(jié)構(gòu)會(huì)有很大張力，造成結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，引發(fā)學(xué)生對(duì)單糖結(jié)構(gòu)的第三重思考。引出單糖的椅式和船式構(gòu)象、平伏鍵、垂直鍵和環(huán)轉(zhuǎn)向等概念。通過層層設(shè)疑，抽絲剝繭，用科研發(fā)展的眼光和探索精神，潛移默化地使學(xué)生掌握了單糖的結(jié)構(gòu)，變抽象瑣碎的知識(shí)點(diǎn)為充滿懸念、驚喜的科研探索過程，引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高了學(xué)習(xí)效果。

三、第三環(huán)節(jié)：利用經(jīng)典知識(shí)和科研新進(jìn)展相結(jié)合的授課方式，拓寬學(xué)生知識(shí)面

為滿足國(guó)家發(fā)展對(duì)人才質(zhì)量的需求，不僅要求學(xué)生具有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，更要具備跟蹤學(xué)科前沿和發(fā)展趨勢(shì)的能力?！笆谌艘贼~不如授人以漁”，教學(xué)過程中針對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)引入相關(guān)文獻(xiàn)講解，不僅使學(xué)生更好地理解書本上的知識(shí)，更有助于學(xué)生深入認(rèn)識(shí)這些經(jīng)典知識(shí)背后的科研思路和探索過程，為學(xué)生自行查閱糖類相關(guān)文獻(xiàn)，獲取該領(lǐng)域的最新科研進(jìn)展打下基礎(chǔ)。例如成脎反應(yīng)，不僅僅講述其化學(xué)反應(yīng)式。而是介紹Fisher對(duì)成脎過程探索的文獻(xiàn)。文獻(xiàn)中描述，2 mol苯肼與1 mol單糖反應(yīng)能得到高收率的結(jié)晶產(chǎn)物，將其稱之為脎。葡萄糖、果糖、甘露糖都能得到相同的糖脎，意味著3種單糖相互之間只有2個(gè)位置是有區(qū)別的，而其他4個(gè)手性中心構(gòu)型相同。

在書本經(jīng)典知識(shí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合最新研究進(jìn)展，讓學(xué)生了解單糖的種類、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和功能等知識(shí)在不斷更新。例如，近來研究發(fā)現(xiàn)具核分枝桿菌的細(xì)胞壁脂多糖具有兩種新的單糖成分，2-acetamido-2，6-dideoxy-l-altrose 和5-acetimidoylamino-3，5，9-trideoxy-gluco-non-2-ulosonic acid。具核分支桿菌與結(jié)腸癌的發(fā)病密切相關(guān)，解析其細(xì)胞壁成分具有潛在的醫(yī)學(xué)價(jià)值。筆者在生物化學(xué)教學(xué)過程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生普遍對(duì)該部分非常感興趣，渴望了解追蹤科研進(jìn)展的方法。在此基礎(chǔ)上，教學(xué)生使用檢索工具Pubmed檢索糖類相關(guān)科研文獻(xiàn)，這是更深層次的學(xué)習(xí)過程。

四、第四環(huán)節(jié)：結(jié)合多種形式進(jìn)行提綱小結(jié)，突出重點(diǎn)難點(diǎn)

大學(xué)課程講授知識(shí)點(diǎn)較多，還有很多外延知識(shí)，小結(jié)是對(duì)一堂課內(nèi)容的提煉和概括，有助于學(xué)生厘清知識(shí)主線，從總體上把握難點(diǎn)和重點(diǎn)。單糖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)是本節(jié)課的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)，例如單糖環(huán)狀結(jié)構(gòu)的形成比較抽象，該部分可以制作成動(dòng)畫幫助學(xué)生更好地進(jìn)行理解?？梢噪S堂出一些測(cè)試題讓學(xué)生思考回答，如“果糖是酮糖，為什么可以和Fehling試劑或Benedict試劑反應(yīng)？”該問題將單糖性質(zhì)中的三個(gè)知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來，即烯醇化作用、差向異構(gòu)體和醛糖的氧化。通過觀察學(xué)生對(duì)該問題的回答情況，協(xié)助教師判斷學(xué)生對(duì)本節(jié)課的掌握程度和靈活運(yùn)用知識(shí)的能力。

五、結(jié)語(yǔ)

通過以上單糖章節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，說明生物化學(xué)教學(xué)過程應(yīng)當(dāng)遵循學(xué)科規(guī)律，以科研探索思想滲透生物化學(xué)教學(xué)的課程設(shè)計(jì)，不斷將新理論和新知識(shí)融入到教學(xué)內(nèi)容中。在當(dāng)前“一帶一路”發(fā)展背景下，國(guó)家對(duì)人才的需求越來越高，推行以科學(xué)研究為主線的研究式教學(xué)設(shè)計(jì)，可以顯著提高學(xué)生的創(chuàng)新思維、分析和解決問題的能力，從而提升人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭昌學(xué).生物化學(xué)教學(xué)之我見——2012年生物化學(xué)與分子生物學(xué)學(xué)術(shù)大會(huì)發(fā)言[J].生命的化學(xué)，2013，（1）：101-104.