生物化学教学模式的初步探析

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  [摘 要]生物化学是生命科学最重要的基础理论课,是目前生物学发展最快、最具活力的学科之一。然而,笔者在施教过程中发现生物化学的教学模式存在严重的滞后现象,许多不断发展的新的生物化学观点和理念尚未真正走入课堂,因此对于生物化学教学模式的探讨和改革尤为迫切。目前对于生物化学教学模式的改革主要集中在以下几个方面:教学内容的优化、启发-互动式教学效果的加强、生化大实验与理论教学的同步、学术讲座的参加以及动画和实验视频的引入,这样的改革以期能提高学生的主观能动性、学习的积极性以及分析问题和解决问题的能力等。
  [关键词]生物化学;教学模式;互动式教学;生化实验
  [中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2017)12-0053-03
  生物化学是研究生物大分子的一门理论联系实践的极其重要的基础课程,是阐明生命现象本质的一门科学,在生命科学领域的发展中占有十分重要的地位[1],其完善的理论体系和丰富的实验技能已经广泛渗透到生命科学以及医学领域的研究中。由于生命科学各个领域的快速发展,生物化学理论以及实验技能也在不断的补充和完善,这也为生物化学新版本的修订提出了新的挑战。近几年来,生物化学在各个领域中有重要表现,如许多不同的新型的RNA分子(如微小RNA、环状RNA、长链非编码RNA等)的涌现,及其重要功能的解析,对当前生物化学及其衍生的分子生物学的讲授研究和学习提出了更高的要求,对生物化学教学工作者也提出了更加严峻的挑战。
  21世纪是生命科学的时代,更是生物化学快速发展和进步的时代,对生物化学这门基础必修课的理解和掌握提出了更高的要求。哈佛大学前校长博克指出:“在大学的各个学科的教学中,最需要做到的是停止对固定知识的传授,但需要提升学生不断获取知识和理解知识的能力。”然而,目前生物化学的教学仍沿用书本上的理论和很多年来一成不变的实验相结合的教学模式,而生物化学牵涉的生化反应多,机理复杂,名词解释繁多,许多知识理论体系较为抽象,这些均使得学生对生物化学的学习和理解较为困难,有些学生甚至谈到生物化学就畏惧。这样在大学二年级就容易使得学生对生命科学这个相关的专业产生厌恶情绪,甚至使大学期间的学业荒废。为了让学生较好地掌握所学习内容,提高学生主动学习的积极性,生物化学教学改革势在必行。在这个过程中需要施教者采用多种多样的教学模式,在教学中不断总结,不断学习新的知识理论体系,这样才会满足当前生物化学教学发展的需求。基于此,笔者者结合近几年在生物化学教学中的经验,对目前生物化学教学中存在的问题进行剖析,以期探索和架构新的生物化学教学模式。
  一、教学内容的优化
  生物化学是一门不断发展的学科,许多新的知识体系在大量的英文文献中已有报道,但在生物化学的课堂中尚不能很好的体现,这与每个施教者的个人认知水平密切相关。比如在讲到核糖核酸时,最多提及的还是基于三种核糖核酸(mRNA、tRNA和rRNA)的结构及其初步的功能,但目前有更多的RNA分子被发现,并且涉及许多重要的领域,如环状RNA、长链非编码RNA、microRNA等。这些分子在整个基因表达调控过程中发挥的作用极为显著,也成为目前研究的热点,因此在教学中需要对这些知识进行拓展,开阔学生的视野,使学生对生物化学的世界充满好奇,从而有助于推动生物化学学科不断前进和发展。不过这也对施教者提出了更高的要求,只有施教者不断学习,不断完善,才能具备更好的教学理念。测序技术已经从第一代测序技术发展到第三代测序技术,但课本仍是讲授最基本的测序理论,因此施教者需要从测序技术发展历程来给学生进行讲解,并对其应用领域不断剖析,包括其在精准医学、癌症、农业和微生物等领域的最新进展和应用,这样才能使得学生在学习过程中能完整的理解所学的知识,从而使学生对生物化学知识的渴望不断增加,获得更好的教学效果。
  二、启发-互动式教学的加强
  传统的教师讲解,学生被动听课的这一教学模式已远远不能适应现代生物化学教学的需求。[2]温家宝总理曾经在2005年的第21个教师节上明确指出:“高等教育的教学过程中要始终贯彻启发式教育方针,要牢牢地把学生作为教学的主体,让学生在整个学习的过程中始终保持主观能动性,能够主动地提出相关的问题,主动地思考问题,主动去发现以及探索知识的奥秘”。[3]这种启发-互动式教学模式能改变传统程序化教学模式中的一些弊端,如学生机械的学习知识,不会对所学内容进行分析和探讨,缺乏主观能动性,因而容易形成对各个不同的知识点死记硬背的现象,并且使得学生对生物化学的学习感到极其枯燥乏味。在这样的背景条件下,我们更加需要利用启发-互动式进行教学,即需要把每节课中关键的问题提出来让学生进行思考和分析,以增加学生的专注力,提高学生分析问题和解决问题的能力。比如我们讲Southern blot的具体实验操作步骤时,提出如下问题:为什么提取出的基因组DNA需要用几种限制性内切酶进行切割?电泳结束后,为什么要用氢氧化钠对琼脂糖进行浸泡?这些问题的提出可以让学生不断联系前面所学的知识进行思考,对于该技术的理解更加透彻,并对加深其原理的理解有很大的帮助。又如我们讲真核细胞mRNA的结构特点时,提出:为什么m7GTP能够抑制真核细胞的蛋白质合成,但不能抑制原核细胞的蛋白质合成?相反人工合成的SD序列能够抑制原核生物的蛋白质合成,但为什么不能抑制真核生物蛋白质的合成?这样能将前面酶促反应动力学中的竞争性抑制引入,同时对原核生物和真核生物中是否存在SD序列等进行相应的回顾和总结,使学生能对所学的知识点活学活用,不断提升其思维能力,使得学生能真正理解所学的各个不同的知识点,进一步提升教学效果。采用问题启发式教学法能使学生大大参与到课堂中,学生的学习兴趣和能动性大大提升,因而获得极好的教学效果。[4]
  三、生物化学大实验与理论教学的同步
  生物化学是一门实验性极强的学科,大多数高校在开设生物化学理论课的同时辅助开设生物化学大实验,旨在通过理论与实践的结合进一步提高学生对生物化学知识体系的理解。众所周知,理论与实验的结合在生物化学的教学中发挥着极其关键的作用,这有助于培养学生的实践能力和科研创新能力,提高学生分析问题和解决问题的能力,这也是目前生物化学教学改革的重要内容。[5]目前,生物学的许多专业中均开设了生物化学大实验,这些实验开设的主要目的有以下几个方面:(1)提高学生的动手能力;(2)使學生对生物化学理论知识体系有更好的理解;(3)提高学生分析问题和解决问题的能力。然而目前在生物化学的教学中,作者发现层析技术讲完很久,生物化学相关的实验才刚开始,这样课本上理论和实验的严重脱节往往使得学习的效果大大降低。此外,目前很多学校开设生物化学大实验的主讲教师与讲授理论课教师由不同的人来执行,这样对学生的学习情况了解不同,施教过程中的侧重点就会发生差异,这也容易使得学生对理论和实验产生不同的理解,学生往往需要花更多的精力去理解一个问题,从而大大降低学生的学习效率和学习兴趣。最为重要的是,目前生物化学的实验大纲几年甚至几十年来一成不变,许多实验仍然陈旧,尚不能满足现代生物学技术发展的需要,因此需要针对生物化学的发展现状不断对生物化学大实验的大纲进行修订,开设一些与现代生物技术密切接轨的实验,使学生能很好理解教材中的相关内容,这样才能更加符合现代生物化学的发展趋势。   四、生物化学相关学术讲座的参加
  生物学各个不同学科的学术讲座内容包含了相关领域的一些最新研究进展,因而学生参加这些讲座能及时了解不同生物学学科领域的发展现状,并对相应的基础学科的理解产生直接的推动作用。当前,随着整个生命科学领域的不断发展和完善,各种不同的生物化学学术讲座应运而生,学生可以通过选择性参加各个不同生物公司举办的学术讲座理解生物化学中难懂的知识点,这对于相应知识的应用也具有提升作用。如目前很多公司开展相应的讲座,对第二代测序技术所涉及的原理及其主要的应用前景给予了详细的解析,这样学生结合课堂上教师讲授的相关内容就可以不断深入对该领域知识的掌握和理解,大大提升其学习效率。此外,还有许多公司开设的免疫印迹(Western blot,WB)讲座,学生参加这些讲座,对于弄清楚WB的原理,操作步骤,分析细胞和组织中蛋白的表达都起到重要作用。类似的还有关于ELISA、蛋白相互作用的一些实验技术和原理等的讲座,均能大大提高学生对课堂知识的理解。只有全面的了解目前的研究现状,才能更好把握整个生物化学中的关键技术,对于未来从事相关领域的研究具有直接的指导作用。此外,目前还有各个不同公司举办的学习班,同时辅助实验技能的现场操作,这些项目的参加对于生物化学的理论和实验技能的提升效果最为明显,但这些项目的参加往往需要高额的费用,这极大限制了学生的学习热情。尽管如此,由于互联网的普及,目前获取知识的途径多种多样,因此学生可以选择适合自己的方式来提升自己对生物化学难点知识的理解,培养自主学习的能力。
  五、动画、实验视频以及趣味教学方法的引入
  生物化学是从分子水平阐明生命现象本质的一门学科,因此,在生物化学教学过程中,对生物大分子特别是核酸和蛋白质等生物大分子的结构等微观现象的理解显得十分重要。因而,根据课程本身的特点,在生物化学的教学中需要通过个人创作以及从网络资源上获取相关的教学内容,包括大量直观的图片、动画以及视频,这样使得学生对学习内容的理解更为直观。如了解PCR过程是如何进行的,如果有相应动画,学生对PCR技术的掌握更加容易。如讲电泳时,包括琼脂糖凝胶电泳,十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳,我们可以辅助利用卢圣栋教授主编的《现代分子生物学实验技术》编排的视频,对关键技术通过视频进行教学,这样学生就能更加直观的理解其中的原理及掌握其操作步骤,[6]能明显提高学生对生物化学的学习兴趣,并能充分激发学生的想象力和创造力,进一步提高学生分析问题和解决问题的能力。在生物化学有些章节中,如了解酶的作用机制,酶是如何作用于底物并裂解底物的敏感键,进而使其断裂的,这一过程如果制作出相应的酶和底物之间相互作用的动画让学生观看,学生对该过程的理解将会显著加深,并能明显提高学生的理解能力和教学效果。此外,目前许多生物学相关的网站,如小木虫、丁香园等有许多相关知识点的视频,这对于生物化学较难的知识点的理解能起到很好的推动作用,通过这些辅助手段,教学效果也会得到显著的提升。
  人们常说,兴趣是最好的老师,是推动学生提高学习效果最强的动力。在教师教学与学生学习之间的关系中,古人一贯强调教必有趣,以趣促学。因此,引人入胜的趣味教学在生物化学的学习中也必不可少,也能明显提升学生的学习效果。(1)编排顺口溜:在讲核酸碱基的结构时,如果让学生看这些结构,恐怕很难记住,但采用顺口溜的方式让学生一看就知道其结构,对后面核酸的内容的了解起着关键的作用,而且学生的学习兴趣也得到加强。如将嘌呤碱基的结构编排如下顺口瘤:鸟儿张嘴吸氨气(张嘴即O,嘌呤有O又有-NH2 =G ),线儿将鸟嘴来系,注意换气(系嘴即去掉O,G去掉O再把?鄄NH2换个位置=A );嘧啶碱结构的顺口瘤:胸前一滩尿[U + 一碳基团(甲基)=T],尿里两泡泡(嘧啶中有两个O=U),上面一个是氨气胞(U靠上面的一个O换成-NH2就是C)。(2)生动形象的比喻:将五大生物化学分析技术,如离心、过滤、层析、电泳和沉淀,与我国的金木水火土五行体系联系起来[7];将DNA双螺旋模型结构比喻成一架“梯子”型,两条主链就像“梯子”的“扶手”;将酶的活性部位比喻为树上的鸟巢,而鸟比喻为小鸟。(3)故事的引入:设计一些与教学内容相关的故事,补充一些有趣的科学知识,如讲维生素时,将维生素发现的历史进行介绍,并将其中埃克曼进行的实验进行阐述,这样学生兴趣会大增。这些方法均需要在生物化学课程讲述的不同内容、不同章节中适时加入,这样能使得学生的学习效果大大增强。
  六、结语
  总之,生物化学作为生命的化学语言,是联系生物学各个学科重要的桥梁。作为一名生物化学的教学工作者,深感生物化学教学的责任之重,这需要我们坚持不懈的努力和学习。生物化学教学模式的革新任重而道远,是一项长期艰巨的工作,需要施教者在教学中不断地探索和思考,不断地引入新的教学理念,只有这样才能适应生物化学飞速发展的需求。此外,生物化学教学模式的改革还有助于生物学其他相关学科的发展,这对于学生学习其他生物学的基础课程也有很大的帮助。然而,目前生物化学教学中存在的问题需要每个施教者投入大量的精力进行相应的变革,不断将最新的生物化学知识体系进行更新,利用多种不同的教学手段来提高和丰富自己的教学技能,进而提升学生学习生物化学的效果。
  [ 参 考 文 献 ]
  [1] 古练权.生物化学[M].北京:高等教育出版社,2000.
  [2] 齐彦,郭丽新,张彦华.改进生物化学实验教学模式 适应素质教育[J].黑龙江医药科学,2005(3):20-21.
  [3] 宋高臣,申梅淑,宗灿华,于水澜.启发-互动式教学法在生物化学教学中的实践[J]. 基础医学教育,2011(4):324-326.
  [4] 车振明,李明元,李玉鋒.生物化学教学中培养学生创造性思维能力的尝试[J].高等教育研究,2006(1):53-54.
  [5] 徐晓.生物化学实验教学的几点体会[J].山西医科大学学报(基础医学教育版),2006(2):199-120.
  [6] 卢圣栋.现代分子生物学实验技术[M].北京:中国协和医科大学出版社,1999.
  [7] 李森.教与学——关于生物化学教学若干问题的思考与交流[J].生命的化学,2013(1):109-111.
  [责任编辑:钟 岚]
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