遵循迁移规律探索“生物无机化学”课程教学效果的提高策略

来源 :中国大学教学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhengpeng19860223
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  摘要:根据结构一定向化教学思想,遵循学习的迁移规律,笔者在为化学专业三年级学生开设的“生物无机化学”课程教学中,从精选教材并合理编排教学内容、合理处理教学程序、尝试做成研究型课程三个方面探索提高教学效果的策略,着重采用基于问题的教学法、引导学生的质疑法、案例研究法,收到良好实效。
  关键词:迁移规律;生物无机化学;教学
  
  结构一定向化教学思想认为,所有教学工作和教学系统的各个方面都是为了使学生的心理产生预期的变化,即教学是以构建学生心理结构为中心的系统工程。教学的成效在于心理结构的形成,提高教学成效必须依据心理结构形成和发展的规律实施定向培养。依据教育的本性,教学系统中所要构建的心理结构就是通常所说的能力与品德结构。
  学生心理结构的形成和发展必须通过学习的迁移才能实现,教学的目的是使学生产生正迁移。学习的迁移贯穿于整个教学系统,其作用在于使习得的经验得以概括化、系统化,构建起一种稳定的整合的心理结构,从而更好地调节人的行为,并能动地作用于客观世界。学习的迁移是习得的知识、技能与规范向能力与品德转化的关键。
  通过为化学专业本科生三年级上学期开设的选修课“生物无机化学”教学,笔者在此总结运用结构一定向化教学思想,遵循迁移规律,充分发挥迁移的作用,从而提高教学成效的体会和探索实践,以期与同行交流。
  
  一、依据迁移要求,精选教材,合理编排教学内容
  
  为有效实现学习的迁移,精选教材是需要做好的第一步工作。根据结构一定向化教学思想,一本好的生物无机化学教材应反映了学科中具有广泛迁移价值的科学成果,具有学科最基本的原理、原则和概念,同时又包括了精选的基本事实材料,此外还纳入了科学上的新成就,引入了新的更重要的、迁移范围更广的原理、原则和概念。通过使用教材,学生掌握的基本的知识、技能和行为规范可迁移到广阔的范围之中,在后续的学习或应用中的许多与之相关的内容不用教或只需稍加引导和指导就可以掌握。
  从迁移的角度看,教学内容的编排标准是使教学内容结构化、一体化、网络化。结构化指教材内容的各构成要素具有科学、合理的逻辑联系,能体现出事物的各种内在关系。一体化指教材的各构成要素能整合成为具有内在联系的整体。网络化指教学内容各要素之间上下左右、纵横交叉联系要沟通,要突出各种知识、技能与社会规范的连接点与连线(连接线索)。只有结构化的教材才能在教学中,通过学生对教学内容结构的重建过程构建心理结构。只有一体化的教材才能通过同化与顺应的相互作用,不断构建心理结构,形成、发展稳定的心理调节机制,实现能力与品德的发展。只有网络化的教材才能充分发挥整合作用,利于稳定心理结构的形成,并且便于教师与学生了解以往学习中的断裂带及断裂点和今后学习中的发展带及发展点。
  生物无机化学属于新兴的交界学科。处在飞速发展之中,成熟的教材相对缺少,这要求教师必须花费很大精力确立教学目标,设计课程的内容结构框架,选取教学内容。但同时,这也为教师提供了更广阔的空间,教师可以更方便地融入最新的学术思想、成果、动态,可以呈现给学生最新的内容,是可以利用的优势。
  现有的生物无机化学教材的结构都是以生物无机化,学学科的理论体系为基础的。但是,生物无机化学作为一个独立的学科相对比较年轻,自身的理论体系尚处于快速完善的阶段,因此较新的教材比老教材更合乎要求。此外,本课程的学习对象是三年级上学期的本科生,还没有学习中级无机化学等中级专业化学课程,这个年龄阶段的学生认知能力、基础知识与基本技能以及仅仅作为选修课学习的心态,都与现有教材结构、内容和逻辑安排存在差距。因此,教师还需精心对教学内容进行二次加工。
  纵览现有的生物无机化学教材,分析各教材的内容框架结构和表现形式,考虑选修课的地位,注意保证基础性、衔接学生的专业基础水平,又充分注意结合学科的发展前沿,笔者精选具有代表性的知识内容进行教学,其包括必须的基础知识和研究范例,每部分都有机地融入最新学术内容。所选教学内容可划分为四个方面:
  
  1 背景性知识:生物体内元素及其生物学作用、酶和金属酶(基本概念;金属、酶和底物的结合:酶促反应动力学)、铁离子的特性及铁在生物体中的存在形式。
  
  2 工具性知识:生物配体,包括氨基酸、肽和蛋白质、核酸及有关化合物、卟啉。
  
  3 案例性知识:锌酶(碳酸酐酶;羧肽酶A);超氧化物歧化酶;铁的生物无机化学(肌红蛋白、血红蛋白):抗癌铂配合物。
  
  4 开放性知识:关于补铁的若干问题、潜在的抗癌配合物药物。按照知识的表述形式,前三类以陈述性知识为主,后一类以程序性知识为主。
  
  二、依据迁移要求,合理处理教学程序
  
  有了合适的教材与编排合理的教学内容,为了在教学中充分发挥迁移的作用,还需要合理处理教学程序。教学程序包括两个方面。一是宏观方面,即整体安排,确定学习的先后顺序。二是微观方面,即每一节课的教学程序安排。根据迁移的规律,基本知识、基本技能、基本态度都具有适应面广、包容度大,概括程度高、派生性强的特点,应把它们放在主干教学内容的位置。主干教学内容掌握以后,许多知识、技能等都可以从中派生出来。对于主干教学内容的教学,时间上安排充裕一些,要求的掌握水平高一些,以便能在以后的学习中顺利迁移。
  根据以上原则,笔者设计五个章节的生物无机化学宏观教学程序,在此基础上,划定每个章节的主干教学内容,再合理安排课时,并精心设计每节课的教学程序。五个章节的内容及学时分别为:第一章绪论,1学时:第二章生物配体,6学时:第三章酶和金属酶(3节:酶和金属酶、锌酶、超氧化物歧化酶),9学时:第四章铁的生物无机化学(3节:铁离子的特性及铁在生物体中的存在形式、肌红蛋白与血红蛋白、关于补铁的若干问题),8学时:第五章抗癌铂配合物(3节:铂配合物的结构、抗癌活性和毒性的关系;铂配合物的抗癌作用机理;其他潜在的抗癌配合物药物),8学时。总共32学时。
  
  三、依据迁移要求,尝试做成研究型课程
  
  学习不只为让学生掌握一门学科和几门学科的具体的知识与技能,而且还要让学生学会如何去学习,即掌握学习方法的知识与技能。学习方法是一种学习经验,它可以对后续学习产生一种比较广泛的一般性迁移。学习方法这种经验中不仅包含有关的知识,而且还包括有关学习的技能。因此,掌握学习方法不仅仅是知晓一些知识性的东西,还必须通过一定的练习掌握必要的心理技能,以实现心理结构的有效构建,这就是能力培养。如何在生物无机化学课程的学习中使学生体会学习,培养学生批判性和创造性思维能力,培养学生提出问题、分析问题、解决问题和评价问题的实际操作能力,尤其 是提出问题和评价问题的能力,都是笔者着力探索的问题。为此,笔者努力尝试将课程做成研究型课程,精心设计,努力创造条件,让学生在课程学习中,在系统获取知识的同时,变成发现、理解、评价和应用知识的主动参与者。在课程教学中给学生研究式的学习训练,给学生将学习与发现、探索相结合的机会,培养学生独立学习与终身学习的能力。着重采用的方法有以下几种:
  
  1 贯穿课程教学的始终,采用基于问题的教学方法。精心设计问题,以问题为驱动,以问题为脉络,将学生引入新的学习内容。
  
  2 采用引导学生质疑法。对一些较复杂的问题,尤其是存在争议的问题,让学生先自己提出疑问,并提出解决所发现问题的设想,然后教师再介绍学术界的争议之所在。
  例如,学习了SOD的催化活性以及CuZn—SOD的晶体结构内容后,组织学生质疑“水溶液中Cu与Zn之间也存在咪唑桥”。由此,学生从多个角度提出了问题及设想,包括用哪些实验方法可以获得有关“咪唑桥”是否存在的信息?当各种实验所得结论不一致时,如何看待这些结论?如果“咪唑桥”断裂,可能如何断裂?等。学生主动思考的问题已经涉及当前学术界的一些重要争议范畴,教师再介绍学术界对这个问题的争议点时,实际上是对学生能力的肯定,学生兴趣大增,教学效果远比直接讲出要好。
  
  3 采用案例研究方法。选择合适的实际问题,提出疑问,构思层次逐渐上升的学生设计练习。让学生进行开放性思考,综合运用无机化学知识,结合物理化学、结构化学、有机化学、分析化学、高分子化学等化学学科的知识,结合生命科学以及其他学科的知识,经过自己的分析,“纸上谈兵”,独立提出问题的解决方案。方案汇总后,选择典型思路,让学生进行简要介绍,并进行集体讨论与评价。这样的做法使学生掌握课程的相关知识:加深对各学科知识以及相互关系的理解;获得不同思路、观点的碰撞,启发思维;获得交流沟通能力、批判与接受批判能力的训练。
  设计练习1:第三章酶和金属酶中第二节锌酶的教学中,以碳酸酐酶为范例进行酶催化作用机理部分内容教学。
  介绍了碳酸酐酶晶体结构,尤其是活性中心的晶体结构信息,介绍了离子探针法利用Co(II)碳酸酐酶的电子光谱特征获得碳酸酐酶活性中心在水溶液巾的结构模型,介绍了水溶液中存在Zn2-—OH-以及底物CO2处于活性中心但不直接与Zn2+键合的实验信息之后,要求学生独立就已有信息设计碳酸酐酶的催化作用机理。
  设计练习2:第三章酶和金属酶的内容学习完后,以“模拟金属酶”的设计为结束点。之前以碳酸酐酶和羧肽酶A为范例学习了锌酶的结构特点、催化活性以及催化作用机理,以Cu—Zn SOD为范例学习了超氧化物歧化酶的结构特点、催化活性,大体介绍了超氧化物歧化酶的催化作用机理。在此基础上进行第二次设计,要求比第一次有所提高。首先要求学生抓住酶的活性在很大程度取决于活性中心的结构这一要点,其次要求学生还要考虑是在整体分子水平上模拟还是局部模拟、以及如何将一个复杂的酶简化处理等多方面的问题。
  设计练习3:第四章铁的生物无机化学中,第二节肌红蛋白与血红蛋白的结构内容学习后,要求学生进行第三次设计——模拟肌红蛋白与血红蛋白。这次设计与模拟酶的设计属于同一层次。生物分子的化学模拟是生物无机化学的重要研究内容,再次进行迁移训练的目的是使学生提高相关的能力,使学生进一步了解模拟生物大分子的基本思路。
  设计练习4:第四章铁的生物无机化学全部内容学完后,要求学生设计一种补铁剂。此前学生已经比较全面地学习了铁的生物无机化学知识,包括铁离子的特性、铁在生物体中的存在形式、生物体内铁以络合物形式存在的生物学意义;肌红蛋白与血红蛋白的结构、血红蛋白的载氧机理、血红蛋白的载氧功能、异常情况下血红蛋白结构与功能的关系:缺铁引起的疾病、铁在动物体内的代谢、铁的毒性及过度积累、补铁的有关问题。在此让学生从实际应用的角度出发综合运用所用知识,这要求学生具有比较开阔的视野,具有一定的创新意识和批判意识。设计要求又有所提高。
  设计练习5:第五章抗癌铂配合物中第二节铂配合物的抗癌作用机理,要求学生设想顺铂与DNA可能有哪些作用模式,设计考察、证实这些作用模式的方法。此前学生已经学习了铂配合物的结构、抗癌活性与毒性的关系,顺铂的水解和作用物种的相关知识。与前四次设计的要求所不同的是,这次设计的对象不是化合物而是研究方法,要求学生综合运用之前本课程所学研究方法以及前期其他各课程所学研究方法。科研方法的选择对于科研工作是必不可少的重要环节,也正是学生极少得到训练的一个环节。因此,这次练习对于学生的思维是跨越式的。对于其能力是补充性的。
  设计练习6:第五章抗痛铂配合物中第三节其他潜在抗癌配合物学习完后,设计一种以金属为必要成分的抗癌药物。这是本课程的最后一次设计练习,因此对本次设计的要求为本课程的最高要求。不仅要求学生设计并说明所设计化合物的组成,还提示程度好的学生设计化合物的立体结构;不仅设计化合物,还要求设计化合物抗癌的作用模式(或机理),更要求学生考虑实际可用的研究方法。这次设计练习通过设置一个情景,给学生创造一个全面整合、扩展、运用本课程所学知识的机会,并将课堂学习与课后的继续学习有机地结合起来,要求学生在课堂设计讨论的基础上课后修改完善自己的设计,使学生的学习在课程结束后延续下去,将本课程结束于学生的兴奋点和发散点,结束在开放式的高标准平台。
  经过教学实践证明,到本课程结束时,学生普遍可以进行简单的课题设计,水平高的学生还可以设计出具有一定专业内涵的研究方案,并且每年有不少学生因本课程而对生物无机化学乃至无机化学学科产生浓厚的兴趣。本课程的教学为构建新时代化学专业人才的能力与品德结构起到了推动作用。
  
  责任编辑 文和平
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