“生物化學(xué)”課程中文化內(nèi)涵挖掘與應(yīng)用

竇世娟,侯春燕,李小娟,韓勝芳,于秀梅,王冬梅

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,河北 保定 071001)

“生物化學(xué)”是大生命類，包括生物技術(shù)、生物科學(xué)、生物信息、制藥工程、農(nóng)學(xué)、動(dòng)植物檢驗(yàn)檢疫、植物保護(hù)、園藝、資源與環(huán)境和食品等專業(yè)的學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。生物化學(xué)研究的是動(dòng)物、植物、微生物及人類的化學(xué)過(guò)程，即揭示生命活動(dòng)的化學(xué)本質(zhì)的一門科學(xué)。眾所周知，21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)，如果不懂生物化學(xué)就不懂這個(gè)世紀(jì)。生物化學(xué)對(duì)于人類來(lái)說(shuō)，就如同生命對(duì)于人類的意義一樣，哪里有生命，哪里就有生物化學(xué)過(guò)程。但是學(xué)習(xí)過(guò)程中，生物大分子結(jié)構(gòu)微觀抽象、功能和性質(zhì)晦澀難懂、代謝過(guò)程紛繁復(fù)雜，如果沒(méi)有生化思維的引領(lǐng)和巧妙藝術(shù)化的結(jié)合，“生理生化必有一掛”可能會(huì)成為一句魔咒[1]。面對(duì)當(dāng)代互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的時(shí)代，90后大學(xué)生是互聯(lián)網(wǎng)的原住民，如何激發(fā)他們對(duì)知識(shí)的渴求和內(nèi)在學(xué)習(xí)的潛能，一直是作者從教17年來(lái)不斷思考的問(wèn)題，也一直在摸索與實(shí)踐。生物化學(xué)就象一個(gè)萬(wàn)花筒，乍看極其迷惑，但只要把準(zhǔn)命脈，找到方法，共同挖掘師生潛力，也可以開(kāi)出美麗而絢爛的花。

關(guān)于如何教好“生物化學(xué)”，最基礎(chǔ)的共性的方法有：第一，作為課堂掌舵人，必須努力花費(fèi)大量時(shí)間閱讀中外各種權(quán)威性的生化教材[2,3]；第二，充分學(xué)習(xí)網(wǎng)上優(yōu)質(zhì)資源，如愛(ài)課程上的國(guó)家資源共享課程和中國(guó)大學(xué)MOOC資源等[4]，尤其對(duì)于年輕教師來(lái)說(shuō)特別重要；第三，課前認(rèn)真思考課堂的切入和銜接，課中與學(xué)生對(duì)話中不斷碰撞出火花或經(jīng)驗(yàn)，課后及時(shí)進(jìn)行反思和總結(jié)；第四，重視國(guó)內(nèi)外學(xué)習(xí)交流的重要性，尤其多參加重量級(jí)的教學(xué)研討會(huì)，如全國(guó)生物化學(xué)與分子生物學(xué)教學(xué)研討會(huì)等，是快捷高效地獲取寶貴教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的途徑。下面作者主要從哲學(xué)思維、詩(shī)詞歌賦、繪畫(huà)藝術(shù)和歌曲大賽對(duì)“生物化學(xué)”教學(xué)的促進(jìn)作用等4個(gè)方面與同仁分享思想、心得和經(jīng)驗(yàn)。

一、哲學(xué)思維的深刻啟迪

哲學(xué)是研究整個(gè)世界一切事物、現(xiàn)象共同本質(zhì)和普遍規(guī)律的一門科學(xué)，也是熱愛(ài)智慧、追求真理的思想藝術(shù)。具體到每一門課程也都滲透著哲學(xué)思維。利用哲學(xué)思維認(rèn)識(shí)生物化學(xué)的微觀世界，從根本上、源頭上、指導(dǎo)思想上解決學(xué)習(xí)生物化學(xué)的啟動(dòng)力。教學(xué)過(guò)程中訓(xùn)練學(xué)生養(yǎng)成利用哲學(xué)思維統(tǒng)領(lǐng)教學(xué)實(shí)踐，也非常有助于該課程的理解性學(xué)習(xí)。哲學(xué)辯證法三大規(guī)律，即對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律、量變質(zhì)變規(guī)律、否定之否定規(guī)律在生化教學(xué)中處處可見(jiàn)。例如，蛋白質(zhì)變性后粘度升高，DNA變性后粘度降低，形式上貌似對(duì)立，實(shí)質(zhì)上統(tǒng)一于：球形分子粘度低，線形分子粘度高，這一對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律；蛋白質(zhì)的溶解度在低鹽溶液中溶解度增大，高鹽溶液中溶解度降低，這體現(xiàn)了量變質(zhì)變規(guī)律；美國(guó)康奈爾大學(xué)的生物化學(xué)家Sumner于上世紀(jì)20年代證實(shí)了酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，該觀念已深入人心，但自從上世紀(jì)80年代Cech和Altman發(fā)現(xiàn)RNA具有催化活性后，震驚了學(xué)術(shù)界，也顛覆了“酶都是蛋白質(zhì)”的傳統(tǒng)觀念，認(rèn)為酶絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，僅有少數(shù)為RNA。同學(xué)們沿著這個(gè)思路可以再進(jìn)一步思考，DNA具有催化活性嗎？關(guān)于這個(gè)問(wèn)題就充分體現(xiàn)了否定之否定規(guī)律，人類的認(rèn)識(shí)也是在否定之否定中螺旋式上升。

二、繪畫(huà)藝術(shù)的生動(dòng)詮釋

繪畫(huà)作為一種藝術(shù)，可以描繪世間萬(wàn)象，大自然(當(dāng)然包括生物化學(xué))蘊(yùn)含著無(wú)數(shù)讓人自由發(fā)揮馳騁想象的無(wú)限空間。生物化學(xué)知識(shí)艱深難懂，但是任何科學(xué)和藝術(shù)都是相通的，啟發(fā)學(xué)生利用想象把生物化學(xué)抽象的理論以浪漫、幽默、詼諧、活潑、有趣的形式描繪出來(lái)，從而使學(xué)生們喜歡生化，同時(shí)提高創(chuàng)造力。例如，別構(gòu)調(diào)節(jié)是酶的活性調(diào)節(jié)的重要方式之一，底物對(duì)代謝通常具有前饋激活作用，就象加油門一樣使代謝加速進(jìn)行；代謝產(chǎn)物對(duì)代謝通常具有反饋抑制作用，就象剎車一樣使代謝減慢。正協(xié)同效應(yīng)酶動(dòng)力學(xué)曲線呈S形，對(duì)底物濃度變化反應(yīng)靈敏；負(fù)協(xié)同效應(yīng)酶呈雙曲線，對(duì)底物濃度變化不敏感。從而使代謝有條不紊，使細(xì)胞適應(yīng)各種環(huán)境變化，有利于生存。對(duì)于這一重要知識(shí)點(diǎn)，教師可以提出框架或具體要求，讓學(xué)生充分發(fā)揮想象力，描繪這一事件。如圖1所示，學(xué)生以耳熟能詳?shù)膭?dòng)畫(huà)片海綿寶寶中胖大星代表酶分子，生動(dòng)描繪了前饋激活劑(如冰激凌)結(jié)合在酶別構(gòu)中心導(dǎo)致酶活性中心(嘴巴部位)構(gòu)象發(fā)生變化，這種變化趨向于和底物的結(jié)合，使反應(yīng)速度加快，反饋抑制劑反之。圖2中，把酶S形曲線的正協(xié)同效應(yīng)和雙曲線的負(fù)協(xié)同效應(yīng)比作美人魚(yú)和王子的故事，這個(gè)故事也切合女人對(duì)事物變化的反應(yīng)比較靈敏(對(duì)底物濃度變化比較靈敏)，而男人對(duì)事物變化的反應(yīng)比較低調(diào)(對(duì)底物濃度變化不敏感)，這樣的調(diào)節(jié)有助于社會(huì)(或細(xì)胞)的和諧發(fā)展。

圖1 前饋激活劑和反饋抑制劑

圖2 正協(xié)同效應(yīng)呈S曲線和負(fù)協(xié)同效應(yīng)呈雙曲線

三、詩(shī)詞歌賦的價(jià)值引領(lǐng)

習(xí)近平總書(shū)記在多個(gè)場(chǎng)合談到中國(guó)傳統(tǒng)文化，表達(dá)了自己對(duì)傳統(tǒng)文化的認(rèn)同與尊崇。2016年在中國(guó)共產(chǎn)黨成立95周年大會(huì)上明確提出了中華民族的文化自信，激發(fā)了黨和人民對(duì)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的歷史自豪感。作為高校教師也要把中華優(yōu)秀的傳統(tǒng)文化融入到生物化學(xué)的教學(xué)工作中，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)價(jià)值引領(lǐng)。例如，在講到乳糖操縱子時(shí)，其除了受到阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控外，還受到cAMP-CAP蛋白的正調(diào)控。CAP蛋白在cAMP信號(hào)分子的召喚下，兩者與啟動(dòng)子上游特異位點(diǎn)結(jié)合，有利于RNA聚合酶與啟動(dòng)子的結(jié)合并促進(jìn)乳糖操縱子結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄，從而開(kāi)啟一段基因表達(dá)的曼妙之旅。正如同“眾里尋她千百度。驀然回首，那人卻在，燈火闌珊處。”(出自辛棄疾-青玉案·元夕)。

詩(shī)詞歌賦是有靈性的，如果賦予生物化學(xué)歌詞，實(shí)質(zhì)是賦予生化知識(shí)以藝術(shù)靈魂的再創(chuàng)作過(guò)程。例如，生命科學(xué)學(xué)院董闊以《雨蝶》改編而成的《酶蝶》，“酶構(gòu)象有變，也別去怪誰(shuí)，只因?yàn)橄嘤鎏?。產(chǎn)物那么美，兩心陶醉，加速的感覺(jué)……”，以浪漫主義的情懷唯美地闡述了酶和底物的誘導(dǎo)契合模型?，F(xiàn)代科技學(xué)院劉艷小組的作品《只要平凡》，改編自電影《我不是藥神》的主題曲《只要平凡》，“有一天二價(jià)鐵氧化，也許不能再相見(jiàn)，氧被水?dāng)D出了邊緣，讓氧看不清他的臉，一氧化碳將氧代替，肌肉淚流滿面，不要神的光環(huán)，只要你的平凡……”，伴隨著凝重深沉的旋律，從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)娓娓道來(lái)，深刻闡釋了肌紅蛋白的功能、結(jié)構(gòu)、作用機(jī)制和煤氣中毒的原理等重要知識(shí)點(diǎn)。此外，學(xué)生們也以自己獨(dú)特的方式展現(xiàn)了“看酶72變”的歌詞，表達(dá)了對(duì)酶活性調(diào)節(jié)的理解和對(duì)生物化學(xué)的高度熱愛(ài)(圖3)。

圖3 學(xué)生以此表達(dá)對(duì)生化的熱愛(ài)

四、歌曲大賽的美學(xué)提升

續(xù)上所述，優(yōu)美的歌詞是歌曲的載體，再結(jié)合藝術(shù)化的演藝，那么學(xué)生產(chǎn)生的印象將更加深刻。2018年，生物化學(xué)教研組組織了河北農(nóng)業(yè)大學(xué)第一屆生物化學(xué)歌曲大賽，通過(guò)比賽展示學(xué)生的綜合素質(zhì)、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、內(nèi)化生化中的重點(diǎn)和難點(diǎn)、促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和引發(fā)思考，從而達(dá)到詮釋教育的目的。生化歌曲大賽的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：第一，歌詞要主題鮮明，內(nèi)容準(zhǔn)確，寓教于樂(lè)(占40%)；第二，聲樂(lè)方面，音色、音準(zhǔn)、節(jié)奏韻律、感染力強(qiáng)(占30%)；第三，舞臺(tái)表現(xiàn)力，輕松自然、精神飽滿、朝氣蓬勃、表現(xiàn)力強(qiáng)(占30%)。第一屆生化歌曲大賽共有6個(gè)學(xué)院，17個(gè)專業(yè)，19組代表隊(duì)，59名學(xué)生參加了比賽。學(xué)生們把糖酵解、三羧酸循環(huán)、PCR、血紅蛋白、愛(ài)情激素、酶與底物結(jié)合等揉進(jìn)了歌詞，受到了廣大師生的熱烈好評(píng)。其中最佳綜合獎(jiǎng)為農(nóng)學(xué)院種子科學(xué)與工程1601的呼煥同學(xué)，把青花瓷的旋律演繹成“三羧酸循環(huán)的魅力”，把三羧酸循環(huán)的八步反應(yīng)以歌謠的形式展示出來(lái)，輕松、活潑，有一番別樣的韻味。該生獲得校級(jí)比賽一等獎(jiǎng)，并代表河北農(nóng)業(yè)大學(xué)參加全國(guó)大賽，榮獲全國(guó)大學(xué)生生物化學(xué)歌曲大賽三等獎(jiǎng)(http://m.iqiyi.com/w_19s2m5il25.html)。2019年，生物化學(xué)教研組舉辦了河北農(nóng)業(yè)大學(xué)第二屆生物化學(xué)歌曲大賽，農(nóng)學(xué)院種子科學(xué)與工程1802的王海穎同學(xué)參賽作品“如果沒(méi)有你-蛋白質(zhì)”描述了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、功能及其重要意義，詞與曲的完美結(jié)合，再加上王海穎同學(xué)深情地演唱，如說(shuō)如訴，余音繞梁，深受師生喜愛(ài)。王海穎同學(xué)代表河北農(nóng)業(yè)大學(xué)出戰(zhàn)全國(guó)第三屆大學(xué)生生物化學(xué)歌曲大賽，本屆全國(guó)賽共有來(lái)自北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部、空軍醫(yī)科大學(xué)、南京大學(xué)、南昌大學(xué)、中國(guó)藥科大學(xué)、山東第一醫(yī)科大學(xué)、湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)、河北大學(xué)和河北農(nóng)業(yè)大學(xué)等26所高校參加。我校獲得全國(guó)大學(xué)生生物化學(xué)歌曲大賽二等獎(jiǎng)第一名的好成績(jī)，受到了全國(guó)生物化學(xué)教學(xué)委員會(huì)領(lǐng)導(dǎo)專家和各兄弟院校同仁老師的高度贊譽(yù)(https://v.youku.com/v_show/id_XNDQ0MTUzMDk4OA==.html?x&sharefrom=android&sharekey=7321433d7bc3ff02ad4de64fad7e84380)。

總之，生化知識(shí)藝術(shù)化是創(chuàng)新教學(xué)方法的有益嘗試，是“第一課堂”向“第二課堂”[4,5]延伸的生動(dòng)實(shí)踐，是推進(jìn)立德樹(shù)人工作的積極探索。尤其生化歌曲大賽，歌以詠志，未來(lái)這些孩子們將有可能代表中國(guó)站在世界的舞臺(tái)唱響中國(guó)生化最強(qiáng)音。在當(dāng)今高速發(fā)展的時(shí)代，思政教育、專業(yè)教育、創(chuàng)新教育和創(chuàng)業(yè)教育已成為我國(guó)高等教育的重要育人課題[6]。作為一名教育實(shí)踐者，無(wú)論教齡多大，在深刻教育變革的今天一直都在路上，樹(shù)人樹(shù)已，路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索!