生物化學教學創新人才培養探究

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摘要：課堂教學是培養創新人才的重要途徑，我們從專業思維培養、批判思維培養、重視科學發現歷程、教學密切聯系科研進展及理論知識聯系實際問題5個方面，對如何在高校生物化學教學中實現創新人才培養進行了探索，旨在為更好地利用課堂教學培養創新人才提供參考。

關鍵詞：創新人才；生物化學教學；專業思維；批判思維；教學方法

我國高等教育由于受傳統觀念的影響，把注意力較多放在知識要點的掌握上，缺乏培養學生獨立性和批判性思維能力的有效措施，導致學生的創新力不足[1]。生物化學是醫學、農學、林學及生物類專業的重要專業基礎課程，也是帶動生命科學發展的前沿課程，因其涉及知識信息量大、內容抽象、概念復雜、理論深奧、發展迅速等特點，成為了生命科學專業學生最難學的課程之一[2]。目前，如何在這門理論課程中實現學生創新能力培養報道較少，尤其是一些地方本科院校。我教研組對生物化學教學中如何提升學生創新能力培養方面進行了不懈的探索和努力。本文就近些年我們在該方面的一些做法進行了總結，以與同行探討。

1注重專業思維培養

專業思維是指高校學生應具有善于從專業的視角發現、分析并解決問題的心理特征與能力。專業思維能力是高校學生創新能力的核心，也是大學教育的本質要求，教學則是培養這種能力的主渠道[3]。教育家B.F.Skinner曾說：“如果我們將學過的東西忘得一干二凈時，最后剩下來的東西就是教育的本質了。”只有前期理性的專業思維培養才能在后期專業實踐中實現專業性的自覺思維。生命科學的專業思維主要包括進化、結構和功能相統一、生命是一個統一的整體。生物化學是我校生物科學專業在植物學、動物學兩門課程之后開設的，是學生首次接觸的與現代生物學研究內容最接近的一門課程，其教學內容能很好地詮釋這些重要思維。因此在教學中除了講授知識之外，有意識地培養學生的專業思維對于后續核心課程的學習具有重要意義。如在講授蛋白質變性時，我們除了讓學生理解變性的因素之外，更強調了結構的改變是功能變化的原因，同時結合基礎課程中植物學、動物學結構和功能適應的案例使學生深入理解這一問題。生命是一個統一的整體，在代謝調控中這一點體現得尤為突出。代謝的調節表面上看是酶活性的調節，但更深層次的是細胞水平、激素水平、神經水平的調節，各種代謝之間既相互聯系又相互制約，糖、脂、蛋白質、核酸幾大類物質之間相互協調實現了生命過程的常態化。我們在講授完物質代謝的過程后，最終通過思維導圖的方式將各物質代謝之間的相互聯系進行總結，讓學生形成統一整體上有認識。生物是進化發展的，這包括植物、動物形態上的進化，也包括物質結構以及代謝機制的進化。如在DNA結構的講述中我們突出原核生物、真核生物基因組的區別，讓學生養成以進化的觀點看待問題。

2注重“發現”的過程

科學發現是貫穿于科學研究過程中的創新活動。科學史上有很多重大發現所經歷的探究過程是人類創新思維的典型事件，不僅事件本身容易吸引學生的興趣，而且其中包含有許多思想和方法，有成功的經驗和失敗的教訓，還有在失敗后的奮斗，這些對于培養學生的創新精神、提高創新能力都具有重要意義[4]。我們在生物化學教學過程中不僅注重結論的傳授，而且注重這些重要知識的獲得過程介紹，通常會先將一系列相關的實驗介紹給同學，讓他們思考，如果是自己解決此問題可能會采取何種方法或得出什么結論。如在講授真核生物染色體結構時，我們逐步展示核酸酶降解染色體可得到200bp或200bp整倍數的DNA，但是隨著水解時間的延長最后得到都是146bp左右長度的DNA，由此得出了染色體的核小體結構。在講述真核生物基因結構時，我們先將前人把基因與成熟mRNA進行分子雜交的圖出示出來，讓同學思考它們長度不一致的原因，很多同學想到了基因中存在轉錄而不能翻譯的序列，這對以后他們理解基因的內含子和外顯子幫助很大。又如在講述溶菌酶的作用機制中，我們強調這一問題的提出和研究者的解決思路，通過這一科學問題中所涉及的實驗及實驗結果讓學生分析推導出溶菌酶的合適底物、作用位點、水解方式、催化機制。在講解ATPase的結合變化機制和旋轉催化理論時，我們將Boyer等教授的理論提出、學者Sabbert關于菠菜葉綠體CF1亞基間的運動轉動圖片展示出來，通過圖片中熒光生色團在空間位置的變化，學生自然而然就理解了催化過程中的旋轉運動。這種講授過程既將枯燥的知識趣味化，也使學生了解科學發現的過程，掌握了本學科研究的方法、思路。

3注重批判性思維培養

批判性思維(criticalthinking)是一種普遍的人類現象，人們往往通過“質疑—探索—更高層次地質疑—更深層次地探索”這種模式來認識我們身邊的各種事物[5]。批判性思維不僅有助于培養學生學習和運用知識的能力，還有助于培養學生的創新意識和形成終生學習的理念[6]。在我國傳統的教學活動中，批判性思維的培養嚴重缺失。生物化學中許多學說的提出都經歷了破舊迎新的過程，我們充分利用這些例子以引導學生敢于批判、敢于質疑。米氏方程的建立經歷了快速平衡學說及穩態平衡學說，在講授快速平衡學說之后，引領學生以批判的精神進行分析、討論，學生們得出忽略ES生成產物的反應是不符合實際的，進而分析穩態平衡學說的優越性。紫外吸收法是測定蛋白質含量最簡單的方法，文獻中關于氨基酸的紫外吸收光譜闡述不一，不但如此，在大學生物化學教材中也有不同說法，很多教科書認為氨基酸在近紫外區(200~400nm)只有芳香族氨基酸有吸收光的能力，我們在學生實驗中偶然發現有些氨基酸在220nm左右具有吸收峰。針對以上問題我們設計實驗，對17種氨基酸進行了紫外吸收光譜掃描，所檢測的17種氨基酸共同的吸收峰在220nm左右中，其中14種氨基酸只有這一個吸收峰，而3種芳香族氨基酸酪氨酸(Tyr)、苯丙氨酸(Phe)、色氨酸(Trp)在近紫外區(220~300nm)均具有兩個吸收峰，同時氨基酸濃度會影響吸收峰的位置[7]。我們引導學生繼續分析為什么選擇280nm用于蛋白質含量測定，實驗結果表明，相較于220nm，280nm處的吸收強度與蛋白質濃度之間呈現更好的線性關系。我們進一步引導學生分析氨基酸形成蛋白質后有哪些變化？從而進一步確定肽鍵對紫外吸收的影響，以及選用280nm紫外光吸收測定蛋白質含量的原因。這些批判思維的培養使學生養成了敢于質疑的習慣，一直以來我們以王鏡巖等編著的《生物化學》第3版為教材，一些學生在學習過程中對下冊第343頁氨同化的一些說法提出了質疑，后經考證該頁確實出現了多處描述錯誤。同樣，一些學生還對下冊第398頁的嘧啶核苷酸合成調控描述嚴謹性提出了質疑，后來這些內容在朱圣庚等新編著的生物化學第4版中得到了修訂[8]。

4課堂教學與科研進展相結合

高等院校的教學應該是一種與時俱進的創造性勞動，但高校教材的更新往往遠遠比不上科技前沿發展的速度。將教學與科研進展相結合可以避免教材與現實生活的剝離，并能夠提升高校教學質量，培養學生創新思維[9]。2017年國慶節期間，諾貝爾化學獎授予了瑞士洛桑大學的雅克•杜波切特、美國哥倫比亞大學的阿希姆•弗蘭克和英國劍橋大學的理查德•亨德森，以表彰他們發展了冷凍電子顯微鏡技術，以很高的分辨率確定了溶液里的生物分子的結構[10]。我們及時地將這一獲獎信息與課本蛋白質和核酸空間結構研究部分相聯系，并讓同學們自己查閱文獻了解X射線衍射分析、核磁共振技術、冷凍電鏡在蛋白質結構測定上的差異，使學生對大分子物質空間結構研究方法有了深入了解。饒子和院士和楊茂君教授等研究團隊在電子傳遞鏈復合體I和II的空間結構及電子傳遞機制研究中多次取得重要進展，為今后深入理解哺乳動物呼吸鏈復合物的組織形式、分子機理以及治療細胞呼吸相關的疾病提供了重要的結構基礎[11]，及時將這些進展與課程結合提振了學生對我國創新能力的自信心。在關注國內、國際科學研究前沿的同時，我們還將課堂教學內容與教師的科研相結合。Western雜交是生物化學蛋白質部分的內容，Southern雜交和Northern雜交是核酸部分的內容，但在實際科研工作中這些技術往往結合在一起使用。因此，我們以教師科研中某一基因的克隆及在真核生物中的表達為例，將三種雜交技術結合在一塊講，這樣學生既清楚了三種技術的檢測對象的差異，理解了機理，也更真實的了解了三種技術的應用。

5理論知識與實際問題相結合

生物化學理論抽象、代謝途徑錯綜復雜，純粹的生物化學理論學習難學、難懂、難記，通過理論聯系實際應用的方法，可以將這些深奧復雜的知識具體化形象化，無疑是一個很好的教學模式[12]。我們在講述了核酸的“從頭合成”與“補救合成”之后，將網絡上幾種核酸類保健品展示給同學，讓他們從專業的角度去分析這種產品是否真的具有保健作用。在講述蛋白質含量測定時，我們結合三聚氰胺奶粉事件，引出凱氏定氮法的優缺點，并讓學生分析哪種檢測方法可以避免牛奶摻假(摻入含氮物質)。在講授糖代謝時，引出人劇烈運動以后肌肉會發酸且不宜馬上飲酒，如果飲酒最好要吃面食，否則可能會引發酒精性的低血糖等生活常識，這種理論聯系實際的方法使學生對葡萄糖無氧降解、乳酸循環、糖異生和輔酶有了較深刻的認識。再例如，肉堿類產品常被用作減肥產品，我們講述脂類代謝時，讓學生從脂肪動員、脂肪酸轉運和脂肪酸氧化角度分析出為什么這類產品只有輔助運動才會起到減肥作用，且大多數人可能根本不需要吃肉堿，只靠運動就可以減肥。青年學生喜歡追劇，2017年我們開課過程中恰逢電視劇“急診科醫生”熱播，其內容中涉及到若干疾病的發病機理，我們將這部劇中的一些與生物化學知識相關的內容引入教學，如“吸血鬼病”，結合生物化學教學中卟啉代謝的內容，讓學生了解了其發病機理。在講授氧化磷酸化一章時，提出了2,4-二硝基氟苯(DNP)最初為什么能夠被選作減肥藥用？為何服用后會導致體溫升高和大量出汗？又為何DNP以后被禁用等問題？帶著這些實際問題去聽課，學生很容易地掌握了電子傳遞鏈、氧化磷酸化及其氧化磷酸化的偶聯和解偶聯機制，并進一步理解了為什么DNP目前可以用作殺蟲劑的原理。

6結語

創新性人才培養是高等教育永恒的的主題，我國中長期教育改革和發展規劃綱要(2010－2020)將創新型人才的培養定為高校工作的重心，明確提出了創新型人才培養的具體目標。我們在生物化學教學中實現創新人才培養的嘗試取得了較好的成果，但創新能力的培養是一個長期的系統工程，我們在生物化學的理論教學中也只是做了有限的探索，如何在教學方式、教學方法、考核方法上、實踐能力培養上凸顯出創新能力培養還有待于進一步改進。

作者:王麗燕 謝兆輝 單位:德州學院生命科學學院