啟發式教學在分子生物學中的運用與實踐

摘要:分子生物學是研究核酸、蛋白質等所有生物大分子的形態、結構特征極其重要性、規律性和相互關系的科學[1]。它不僅是生物學的前沿與生長點,具有理論性強、抽象等特點。因此,如何能引起學生的學習興趣與積極思考問題的能力,提高授課質量,使學生綜合素質得到全面提高是擺在分子生物學教師面前亟待解決的問題。本文運用啟發式教學的一些手法,從直觀性啟發、設疑啟發、程序啟發、討論啟發等幾個方面對分子生物學教學進行了一些改革,取得了一些成效。

關鍵詞:啟發式教學分子生物學實踐

中圖分類號:Ｇ434 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(c)-0178-02

20世紀90年代起,隨著計算機技術的迅速發展和普及,多媒體教學以直觀,信息量大為突出優點已經逐步取代了大學以往的板書、掛圖以及多種教學媒體綜合使用的地位。由于分子生物學不僅是生物學的前沿與生長點,它與生物學的幾乎所有學科都有交叉。因此,分子生物學所涵蓋的內容非常豐富,信息量也足夠大。而多媒體教學的優點正好符合分子生物學的特點,而且還可以針對分子生物學中理論性強,抽象和不可視等導致的教學“難點”,通過多媒體教學的直觀、生動的媒體動畫展現出來,取得了可喜的成績。但是,幾年的教學實踐也發現一些問題,比如由于授課信息量過大,使學生在學習時主動性減小、從而導致學生的學習興趣與積極思考問題的能力有所減弱,對授課質量也有一定的影響[2]。針對這一問題,通過直觀性啟發、設疑啟發、程序啟發、討論啟發等啟發式教學法的嘗試,并與多媒體教學有機結合,取得了較好的效果。

1 直觀性啟發法 引導學生歸納總結

分子生物學中有一些概念屬于文字簡單,含義抽象。對于這種概念的講解,如果忽視了學生學習過程的客觀規律、理解能力、知識水平,不調動學生開動腦筋、積極思考,而是把現成的概念直接灌輸給學生,學生只學到一些死知識,只會死記硬背,學習處于一種完全被動的狀態。如果采取直觀性啟發教學法,就可達到對概念的深入理解和對多個知識點的融會貫通的效果。什么是直觀性啟發教學法呢？所謂直觀性啟發教學法就是通過展示與知識點密切相關的實物、數學模型、教具等具體事物,有計劃、有目的、有順序、有組織、認真仔細地進行觀察、記憶,從而使學生從形象思維逐步過渡到抽象思維的一種方法[3]。比如在講解基因家族概念時,不直接給出基因家族的概念,而是通過多媒體展示一組組蛋白(組蛋白1、組蛋白2A、組蛋白2B、組蛋白3和組蛋白4)的結構和功能相關圖片,并通過具體的例子(幾種生物的組蛋白在DNA中排列方式)進行引導,讓學生從組蛋白的來源、功能和結構幾方面思考,從中得出這一組組蛋白規律性的內涵:其來源相同、結構相似、功能相關。同時,指出像這一組組蛋白的基因就是一個基因家族。這樣,學生通過積極思維不僅對基因家族概念有了深刻理解,同時還掌握了組蛋白的結構和在DNA上排列方式等有關的知識,以及這些知識之間的相互關系,還學會了對問題進行歸納總結。

2設疑啟發法,引起和強化學生興趣

設疑啟發法在啟發式教學中是應用最廣泛的一種方法,設疑啟發法,又稱問題啟發或質疑啟發法,是運用一定的教學手段,激發學生的疑問,激起學生求知的要求,從而調動學生學習的積極性[4,5]。分子生物學的教學過程中運用設疑啟發法也可起到非常好的效果。例如,B型DNA雙螺旋結構是沃森和克里克1953年提出的,從此,分子生物學成為一門獨立的學科。在講解B型DNA雙螺旋結構時,會講到它是由10對核苷酸組成一個螺距,每個螺距高為3.4nm等。如果這時直接講DNA的長度計算這時,同學們只能被動的聽,可能會顯得平鋪直敘,枯燥！如果采用設疑啟發法,教師通過提出問題:如果有一個1000個核苷酸對的DNA片段,請問你可以計算出它的長度嗎？同學們這時會由被動變主動,主動的思考問題,并根據已經講過的10對核苷酸的長度為3.4nm,計算出兩個核苷酸之間的距離為0.34nm。知道了兩個核苷酸之間的距離就很容易得出任何DNA分子的長度了！此時,再進一步提問:接下來同學們能計算1000個核苷酸的DNA的分子量是多少嗎？同學們思考后回答:不能！教師問:為什么？同學回答:單個核苷酸的分子量不知道！教師答:這個問題回答的非常好,如果老師告訴你們4種核苷酸的平均分子量為330Da,你們可以計算嗎？同學們馬上回答:能！這樣,同學們就在,“生疑—質疑—釋疑”的過程中掌握了DNA的結構、長度和分子量之間的關系,學的靈活、記得牢固。為了進一步強化同學們的學習興趣,進一步設疑:當先給某一DNA的分子量時,同學們能否計算出其長度、核苷酸對數和轉數(螺距數)呢？同學們有了前面學習的基礎,通過思考后很自信地回答:能！通過設疑啟發法的應用,同學們自然達到觸類旁通,舉一反三的效果,整個過程中不僅很好的引起了學生的興趣,而且還進一步強化了學生的學習興趣。

3程序啟發法[6]的運用,調動學生解決問題

與基因家族概念不同,由于生命活動的復雜性,有些知識并不是運用一般規律就可以解釋的。例如,我們都知道,蛋白質是由氨基酸組成的,通常一個氨基酸是由三個核苷酸組成的一個密碼子進行編碼的,也就是說DNA片段有多少核苷酸組成,意味著其編碼的蛋白質的氨基酸的最大容量為核苷酸的數目除以3。但是,也有例外,ΦX174是一種噬菌體,其基因組為單鏈DNA,本身只有5375個核苷酸,按3個核苷酸編碼一個氨基酸計算,基因組全部的核苷酸都用來編碼氨基酸,最多也只能編碼1792氨基酸的蛋白質,如果按氨基酸的平均分子量為110Da計算。該分子編碼的蛋白質的總分子量為19.7萬；但是,當ΦX174感染大腸桿菌后共合成11個蛋白質分子,總分子量為25萬左右,相當于6078個核苷酸所容納的信息量。是什么原因導致理論推理與實際情況之間的差異呢？要解決這個知識難點,采用啟發式教學中的程序啟發可以得到較好的結果。所謂程序啟發法也稱“有序啟發”,按課題內容的規律性和教學過程的規律性,設計一套符合學生認識規律的程序,也可設計程序性練習,把復雜問題分解,分散難點,降低思維梯度,用前一問題啟發后一問題,用后一問題深化前一問題,層層剖析、環環相扣,最后實現整體突破。因此,對于上面問題可以先從學生已經掌握的遺傳密碼這一知識入手。遺傳密碼是將DNA或RNA序列以三個核苷酸為一組的密碼子轉譯為蛋白質的氨基酸序列,以用于蛋白質合成。在教學過程中先進行這樣的啟發:對DNA或RNA的閱讀方式不同時,會導致什么結果？同學們自然會得出“用不同方式去閱讀DNA或RNA序列時,導致編碼的蛋白質大小和數量都可能是不同的”！接著教師可進一步啟發:按不同方式閱讀DNA或RNA序列,同一序列上有沒有可能編碼兩種或兩種以上的蛋白質？這時,可能有兩種回答,教師可以請回答正確的一組同學陳述他們的理由,最后給出例子進行論證。最后得出:按不同方式閱讀DNA或RNA序列,同一序列上有可能編碼兩種或兩種以上的蛋白質,這就是導致ΦX174噬菌體能夠編碼超出自身容量的更多的蛋白質的原因。進而導出重疊基因的概念。在這個教學過程中還可以請一些同學論述自己的觀點,從中發現同學們對這一知識理解的正確與否,以便教學過程中更有針對性。

4討論啟發法的運用,激發學生的智慧

為了啟發學生的智慧,活躍課堂氣氛,還可引入啟發式教學中的討論啟發法。所謂討論啟發法是以問題為中心,以討論為形式,可收到互相啟發、集思廣益之效果。討論的問題最好是無標準答案的開放型的問題,學生的思維引發的越新穎越獨特越好,問題應具有代表性、典型性和啟發性[7]比如:先有雞還是先有蛋?這是一個千古難解的哲學和科學之謎。同樣,在生命起源時,究竟是先有蛋白質還是先有核酸呢？這也是科學領域中還未徹底解決難題！這是因為從現在的生命現象中,既可以找到先有蛋白質的例子:DNA復制過程和RNA轉錄過程都有大量的酶(蛋白質)參與,換句話說:沒有酶(蛋白質),DNA的復制是不可能進行的；同時,又可以找到先有核酸的證據:核酶是一種RNA,它可以在沒有蛋白質和DNA存在的情況下進行自我剪切,自我催化作用。因此,在學習了一定分子生物學基礎知識之后,可以將這個命題交給同學們,讓同學們在討論的過程中回顧已學DNA復制過程、RNA轉錄過程、蛋白質合成、RNA及核酶相關的知識,互相啟迪、互相印證、互相碰撞集思廣益,進而激發學生的學習智慧。

5避免走進誤區

前面我們用到了直觀性啟發、設疑啟發、程序啟發、討論啟發等幾個方面,都涉及到“提問”這一環節,但要注意的是,“提問”并不是啟發式教學方法的簡單內涵,“提問”并不完全等于啟發,啟發的效果也不取決于提問的次數。所以,我們要善用提問又不可濫用提問,更要杜絕那種“三句半式”的問題,回答是簡單的“是”與“不是”,這種絕不是啟發式教學,徒有其形而無其實,沒有任何可取之處。因此,教師要經常運用啟發式教學,還要運用得法,就可以使全體學生的思維都處于警戒的敏銳狀態,甚至閃出智慧的火花。從這一點看,教師更要做到思想活躍、思想解放,只有這樣的教師才能培養思維敏捷而深刻的學生。這種教學方法與素質教育的目標是一致的。

參考文獻

[1] 朱玉賢,李毅,鄭曉峰.現代分子生物學(第3版)[M].北京:高等教育出版社,2007:8.

[2] 張飛云,李玉華.多媒體教學方法在高校分子生物學教學中的運用[J].科技資訊，2009(33):154，156.

[3] 葉心偉.略論啟發式教學法[J].衛生職業教育，2005,23(5):49～50.

[4] 陳玉驥.啟發式教學法的應用與基本要求[J].長沙鐵道學院學報(社會科學版)，2004,5(3):142～143.

[5] 劉麗,呂維愈.淺談對啟發式教學法的認識[J].石油教育,2001,107(4)88.

[6] 張飛云,黃勤妮.提高植物生理實驗教學質量淺析[J].科技資訊，2012,2:192.

[7] 農放.淺談化學教學中的啟發式教學法[J].廣西大學學報(哲學社會科學版)（增刊），2009,31:88～89.