生物化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)
上好一堂生物化學(xué)課，授課教師需要有高度的責(zé)任心，對(duì)課堂進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)，才能收到良好的教學(xué)效果。那么，生物化學(xué)教學(xué)如何改革呢?
摘要：盡管生物化學(xué)理論內(nèi)容抽象、難學(xué)，但生物化學(xué)對(duì)于培養(yǎng)農(nóng)林醫(yī)藥院校學(xué)生解決問(wèn)題能力和創(chuàng)新能力是至關(guān)重要的。
該文以乳糖操縱子教學(xué)為例，從導(dǎo)課、授課、知識(shí)拓展、強(qiáng)化訓(xùn)練、小結(jié)5個(gè)環(huán)節(jié)闡述生物化學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)，以期激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，確保教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：生物化學(xué);乳糖操縱子;教學(xué)設(shè)計(jì)
生物化學(xué)是從分子水平探討生命現(xiàn)象本質(zhì)的一門(mén)學(xué)科，也是醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、農(nóng)學(xué)等學(xué)科科學(xué)研究的工具學(xué)科。
該學(xué)科對(duì)于培養(yǎng)農(nóng)林醫(yī)藥院校學(xué)生解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力是至關(guān)重要的。
然而，由于生物化學(xué)學(xué)科非常抽象，主要是闡述體內(nèi)蛋白質(zhì)、DNA和RNA以及其他分子的相互作用過(guò)程，導(dǎo)致學(xué)生很難理解，使得生物化學(xué)課程成為農(nóng)林醫(yī)藥院校最難學(xué)、不及格比例最高的學(xué)科之一。
盡管在當(dāng)前的教學(xué)改革過(guò)程中，以PBL為主導(dǎo)的理學(xué)教學(xué)方式[1]和以任務(wù)驅(qū)動(dòng)型教學(xué)為主導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式[2]對(duì)于實(shí)現(xiàn)真正的“以學(xué)生為中心”教學(xué)理念提供了新的教學(xué)方法，但傳統(tǒng)的由教師主導(dǎo)的講授法授課模式仍然是無(wú)法替代的。
因而如何在教學(xué)過(guò)程中激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，如何能夠深入淺出的將復(fù)雜的機(jī)制通俗化，一直是生化教學(xué)老師不懈的追求。
本文以較抽象的基因表達(dá)調(diào)控中的乳糖操縱子為例，從導(dǎo)課、授課、知識(shí)拓展、強(qiáng)化訓(xùn)練、小結(jié)5個(gè)環(huán)節(jié)闡述如何進(jìn)行生物化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)。
1設(shè)疑導(dǎo)課激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣
由于乳糖操縱子內(nèi)容非常枯燥，而且比較復(fù)雜，所以在教學(xué)過(guò)程中先給學(xué)生講述一個(gè)現(xiàn)象(給出一張細(xì)菌生長(zhǎng)曲線圖)：當(dāng)培養(yǎng)基中同時(shí)含有葡萄糖和乳糖時(shí)，細(xì)菌的生長(zhǎng)曲線不是大家熟悉的遲緩期、對(duì)數(shù)期、穩(wěn)定期、衰亡期，而是出現(xiàn)了2個(gè)對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，中間有一個(gè)遲緩期。
那么為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢?接著給出一張細(xì)菌培養(yǎng)基中糖消耗曲線圖，學(xué)生就會(huì)分析發(fā)現(xiàn)第一個(gè)對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期主要是培養(yǎng)基中的葡萄糖被消耗了，而第二個(gè)對(duì)數(shù)期是乳糖被消耗了。
那么為什么葡萄糖和乳糖分別在第一個(gè)和第二個(gè)細(xì)菌生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期會(huì)被消耗呢?學(xué)生通過(guò)前面代謝部分的學(xué)習(xí)，一般都明白代謝葡萄糖和乳糖都需要酶，而且需要的酶不同，第一個(gè)對(duì)數(shù)期細(xì)菌體內(nèi)有分解葡萄糖的酶，第二個(gè)對(duì)數(shù)期有分解乳糖的酶。
也就是說(shuō)培養(yǎng)基中同時(shí)含有葡萄糖和乳糖時(shí)，細(xì)菌優(yōu)先利用葡萄糖。
那么這是為什么呢?最后給出細(xì)菌生長(zhǎng)過(guò)程中l(wèi)acmRNA、β半乳糖苷酶和β半乳糖透性酶，此時(shí)學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)乳糖代謝的基因——lacmRNA并沒(méi)有表達(dá)，而且對(duì)應(yīng)的基因表達(dá)產(chǎn)物β半乳糖苷酶和β半乳糖透性酶含量也很低，所以第一對(duì)數(shù)期不能分解乳糖，只有第二對(duì)數(shù)期才能分解乳糖。
那么細(xì)菌體內(nèi)如何實(shí)現(xiàn)這一復(fù)雜的基因表達(dá)調(diào)控過(guò)程呢?通過(guò)4次層層設(shè)疑，抽絲剝繭，引出乳糖操縱子的調(diào)控機(jī)制，大部分學(xué)生會(huì)好奇細(xì)菌是如何實(shí)現(xiàn)這一復(fù)雜調(diào)控過(guò)程的。
2始終圍繞培養(yǎng)基中不含葡萄糖、只含有乳糖時(shí)乳糖操縱子才開(kāi)始表達(dá)這一現(xiàn)象進(jìn)行授課
通過(guò)前面3張圖片的講解，學(xué)生發(fā)現(xiàn)當(dāng)培養(yǎng)基中只含有乳糖時(shí)，乳糖代謝相關(guān)的2個(gè)酶β半乳糖苷酶和β半乳糖透性酶產(chǎn)生了，而且編碼這2個(gè)酶的lacmRNA也表達(dá)了。
由此就引入了誘導(dǎo)表達(dá)和操縱子這兩個(gè)概念。
誘導(dǎo)表達(dá)就是加入代謝物后基因才開(kāi)始表達(dá);而操縱子就是一個(gè)lacmRNA產(chǎn)生2個(gè)以上的蛋白質(zhì)。
接著詳細(xì)講述乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)、操縱子中每個(gè)元件的功能。
而且指出1961年，Jacob和Monod提出的操縱子模型在原核生物基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制中具有普遍性，并于1965年獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
然后講述為什么培養(yǎng)基中含有乳糖時(shí)該操縱子才開(kāi)始表達(dá)主要是由于阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控作用被乳糖誘導(dǎo)后解除。
同時(shí)在講解過(guò)程中要結(jié)合蛋白質(zhì)和酶的變構(gòu)效應(yīng)，講解阻遏蛋白與乳糖結(jié)合后結(jié)構(gòu)改變不能與操縱序列結(jié)合，這樣學(xué)生與前面學(xué)習(xí)到的知識(shí)融匯貫通，方便學(xué)生理解。
乳糖操縱子阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控機(jī)制只解釋了只有在乳糖存在是乳糖代謝相關(guān)酶才開(kāi)始表達(dá)，因而此時(shí)接著拋出另外一個(gè)疑問(wèn)：為什么培養(yǎng)基培養(yǎng)基中同時(shí)存在葡萄糖和乳糖時(shí)，乳糖代謝的酶并沒(méi)有被誘導(dǎo)呢?是不是還存在其他調(diào)控機(jī)制呢?由該疑問(wèn)引出CAP蛋白的正調(diào)控機(jī)制，同樣的CAP蛋白存在與cAMP結(jié)合后的變構(gòu)效應(yīng)導(dǎo)致功能改變的現(xiàn)象。
最后總結(jié)過(guò)程中強(qiáng)調(diào)阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控與CAP蛋白的正調(diào)控協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)乳糖操縱子的表達(dá)過(guò)程，也解釋了為什么“只有在培養(yǎng)基中不含葡萄糖、只含有乳糖時(shí)乳糖操縱子才開(kāi)始表達(dá)”這一中心問(wèn)題。
3側(cè)重創(chuàng)新能力培養(yǎng)，進(jìn)行知識(shí)拓展
知識(shí)拓展應(yīng)該注重于學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力培養(yǎng)，更加強(qiáng)調(diào)學(xué)生創(chuàng)新品質(zhì)的培養(yǎng)。
我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中經(jīng)常強(qiáng)調(diào)“授人以魚(yú)，不如授人以漁”，因而在講解完乳糖操縱子結(jié)構(gòu)后，應(yīng)當(dāng)教會(huì)學(xué)生如何可以從GenBank中查詢(xún)下載到該序列，如何找到乳糖操縱子結(jié)構(gòu)中的各個(gè)調(diào)控元件和結(jié)構(gòu)基因。
學(xué)生一看非常直觀，而且會(huì)有許多新發(fā)現(xiàn)：調(diào)控序列實(shí)際上很短，只有幾十個(gè)堿基，而結(jié)構(gòu)基因很長(zhǎng)，有幾千個(gè)堿基;阻遏蛋白結(jié)合的操縱序列和RNA聚合酶結(jié)合的啟動(dòng)序列實(shí)際上是重疊的;lacZ、lacY和lacA基因之間實(shí)際上有間隔序列;阻遏蛋白基因不隸屬于乳糖操縱子，是獨(dú)立轉(zhuǎn)錄的。
通過(guò)教會(huì)學(xué)生如何使用GenBank查詢(xún)下載序列，既為學(xué)生今后從事科研工作奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)學(xué)生又可以“做中學(xué)”，有不少新發(fā)現(xiàn)，而學(xué)有余力的同學(xué)課后就會(huì)查找文獻(xiàn)，更深入地了解原核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)及機(jī)制。
同時(shí)在知識(shí)拓展時(shí)還要強(qiáng)調(diào)新進(jìn)展，強(qiáng)調(diào)這個(gè)領(lǐng)域中目前的創(chuàng)新性的成果。
如我們講述了Bhogale等2014年發(fā)現(xiàn)在大腸桿菌中，乳糖操縱子有非誘導(dǎo)狀態(tài)轉(zhuǎn)化為誘導(dǎo)狀態(tài)，不僅與阻遏蛋白在操縱序列的解聚相關(guān)，同時(shí)與阻遏蛋白與操縱序列解聚的周期相關(guān)。
學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣一個(gè)經(jīng)典的模型，直到今天都在不斷發(fā)展、不斷完善，有力于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)無(wú)止境的學(xué)習(xí)品質(zhì)和創(chuàng)新精神。
4圍繞重點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練
大學(xué)的教學(xué)課堂要不要進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練，一直以來(lái)都飽受爭(zhēng)議，其主要原因就是學(xué)生過(guò)去在高中階段長(zhǎng)期深受“填鴨式教育”和“應(yīng)試教育”毒害。
但是我們認(rèn)為課堂上適當(dāng)?shù)膹?qiáng)化訓(xùn)練還是必要的，有利于學(xué)生對(duì)重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容的理解和掌握。
本校教師赴美國(guó)猶他大學(xué)訪學(xué)后發(fā)現(xiàn)，國(guó)外的醫(yī)學(xué)院考試是非常多的，生物化學(xué)部分內(nèi)容每2周考試一次，學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)部分內(nèi)容一年后就參加類(lèi)似于國(guó)內(nèi)執(zhí)業(yè)醫(yī)師的全國(guó)性統(tǒng)一考試，2次機(jī)會(huì)，沒(méi)考過(guò)直接退學(xué)了。
因此，我們針對(duì)乳糖操縱子正負(fù)調(diào)控機(jī)制和歷年來(lái)考試中學(xué)生多選題失分較多，安排兩道單選題和兩道多選題，先讓學(xué)生通過(guò)掃描二維碼在問(wèn)卷網(wǎng)回答，然后教師現(xiàn)場(chǎng)直接在問(wèn)卷網(wǎng)查詢(xún)學(xué)生答題結(jié)果，查看學(xué)生掌握情況，與學(xué)生一起分析回答錯(cuò)誤的原因。
5提綱挈領(lǐng)進(jìn)行小結(jié)，提出問(wèn)題引發(fā)學(xué)生思考
小結(jié)是對(duì)一堂課內(nèi)容的簡(jiǎn)要概述，也是對(duì)一堂重難點(diǎn)內(nèi)容的再次強(qiáng)化，有利于學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整體性掌握。
在進(jìn)行乳糖操縱子講述過(guò)程中可以自己制作一個(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)畫(huà)，概述乳糖操縱子結(jié)構(gòu)、阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控和CAP蛋白的正調(diào)控作用。
這樣學(xué)生對(duì)本節(jié)內(nèi)容有個(gè)整體性的認(rèn)識(shí)，不至于“只見(jiàn)樹(shù)木不見(jiàn)森林”。
然后可以提出一道思考題供學(xué)生課后研究性學(xué)習(xí)：“人體中是否有乳糖代謝相關(guān)的酶?該基因在東亞人群和歐美人群中的表達(dá)調(diào)控特點(diǎn)有何差異?為什么不少同學(xué)喝牛奶后有輕微的腹瀉呢?”這個(gè)問(wèn)題既和本節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容密切相關(guān)，又與學(xué)生的日常生活密切相關(guān)，可以解決學(xué)生“為什么學(xué)?學(xué)后有什么用?”的疑惑。
6結(jié)語(yǔ)
上好一堂生物化學(xué)課，授課教師需要有高度的責(zé)任心，查閱大量文獻(xiàn)，對(duì)課堂進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)，才能收到良好的教學(xué)效果。
而傳統(tǒng)高校教師教學(xué)過(guò)程中，由于存在“重科研，輕教學(xué)”的思維定式，一般課堂教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)以教材中的章為單位進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，往往涵蓋3~5個(gè)課時(shí)的教學(xué)內(nèi)容。
這就導(dǎo)致學(xué)生在一節(jié)課的學(xué)習(xí)中感覺(jué)非常凌亂、不系統(tǒng)，無(wú)法感受到那些內(nèi)容是重點(diǎn)內(nèi)容，往往老師在講課時(shí)常常強(qiáng)調(diào)這里是重點(diǎn)啊，但是幾分鐘就講完了，學(xué)生根本沒(méi)有聽(tīng)明白。
因而我們建議在教學(xué)過(guò)程中要以一節(jié)課作為單位進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，從導(dǎo)課、授課、知識(shí)拓展、強(qiáng)化訓(xùn)練、小結(jié)5個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行“深雕細(xì)琢”。
同時(shí)在教學(xué)過(guò)程中要層層設(shè)疑，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，以本節(jié)內(nèi)容為例，我們先后設(shè)計(jì)了5個(gè)問(wèn)題引發(fā)學(xué)生思考，而且問(wèn)題一環(huán)扣一環(huán)。
此外，要充分利用小結(jié)的機(jī)會(huì)，對(duì)一節(jié)課的內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)單的回顧，讓學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容有整體性的認(rèn)識(shí)。
最后，再提出與本教學(xué)內(nèi)容和大家日常生活都密切相關(guān)的問(wèn)題，引發(fā)學(xué)生思考，讓學(xué)生明白生物化學(xué)和大家的生活其實(shí)是密切相關(guān)的，而不是抽象的、無(wú)用的。
參考文獻(xiàn)
[1]李崇奇，張晨嶺.PBL教學(xué)在生物化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].江蘇第二師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2014(05)：22-25.
[2]李崇奇.任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在生物化學(xué)與分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育，2016(03)：205-208.
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