淺談如何將生物化學融入公選課微生物與人類生活課程

梁簫　李文娟　付元帥　馮建彬　邱高峰

摘要：本文從微生物學發展史、微生物發酵、微生物學前沿研究三個方面探討如何將生物化學的知識點融入到公選課微生物與人類生活的教學內容中，從而滿足學生的求知欲望，提高學生對公選課的興趣。

關鍵詞：生物化學；微生物；人類生活；教學內容；融合

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）41-0188-02

21世紀的高等教育著重素質教育。在教學中拓寬學生的知識層面、優化學生的知識結構、促進學生的個性發展是素質教育的核心內容。公共選修課是大學教育的重要組成部分，同時也是大學素質教育的“前沿陣地”。微生物與人類生活是一門由筆者主講的面向在校大學生的公共選修課，同時也是一門交叉性綜合學科。這門課程從開設初期起就將素質教育、綜合教學作為教學根本，做到一方面迎合海洋類高校的學科特點，普及學科知識；另一方面迎合非專業學生的喜好，讓學生能夠學以致用[1]。經過幾任教師的努力，微生物與人類生活在本科生中已經成為一門熱門課程。隨著課程的被喜愛度的不斷提高，選這門的學生群體也發生了變化。以往平均每學期100名選修學生中，大多數來自國貿、社工、社保、會計、日語等文科專業，而具有生物學基礎的生物、食品以及海洋專業的學生只占總數的20%左右[1]。現在，這些生物、食品以及海洋專業選修本課的學生卻占據了總選修人數的60%左右。短短一年間，這樣的變化讓筆者感到很是震驚。同時，也讓筆者不得不對現有的教學內容進行重新的思考。2015年4月，筆者有幸參加了全國高校教師網絡培訓，在線培訓的課程是《生物化學》，主講教師是南京大學的楊榮武老師。此次培訓使筆者茅塞頓開，針對微生物與人類生活的教學內容的改善上，有了一些新的想法。“如何在公選課微生物與人類生活的課程內容中跟好的融入生物化學專業知識”成為筆者接下來要去面對的挑戰。

一、在緒論中融入生物化學發展史

生物化學是應用化學的理論和方法來研究生命現象，是生物學和化學交叉形成的學科[2]。微生物學是生物學的分支學科之一，是研究各類微小生物形態結構、生長繁殖、生理代謝、遺傳變異、生態分布和分類進化等生命活動的基本規律，并將其應用于工業發酵、醫學衛生和生物工程等領域的學科[1]。筆者在微生物與人類生活課程以往的教學過程中，緒論部分主要是通過介紹列文虎克、巴斯德、柯赫等學者在微生物學發展過程中的事跡，以及他們忘我的研究精神，讓學生了解微生物的發現以及微生物學建立的歷史背景。而其中的重要人物巴斯德，在生物化學發展史中也做出非常多的貢獻。正是由于巴斯德在解決發酵本質的爭論中證明了發酵與活細胞有關才產生了生物化學這門學科。再如學生們所熟知的生物學家沃森和克里克，他們提出了DNA的雙螺旋結構，為生物化學以及分子生物學的發展奠定了良好的基礎。而在微生物學的發展史中，沃森和克里克雖然沒有直接參與到微生物的研究中，而他們發現DNA雙螺旋結構的這一壯舉，為微生物作為生物化學以及分子生物學的研究對象做出了貢獻。同時使得微生物學的發展進入到了一個成熟的階段。通過在緒論：微生物學發展史的介紹中融入生物化學發展史的一個個活生生的例子，能夠激發學生學習微生物與人類生活的興趣，同時也讓學生們深刻的感受到生物化學和微生物學之間密不可分的關系，為后面主題章節的深入介紹奠定了一個良好的基礎。

二、在解釋生活實例時融入生物化學專業知識

由于以往選擇微生物與人類生活課程的學生大多是非生物專業的學生，沒有接受過系統的生物學教育，對于微生物也只是了解其字面上的含義。所以筆者在課程內容上進行了調整，在兼顧微生物學發展的前沿知識的同時，側重與日常生活密切相關的內容。例如，筆者在之前的教學改革中將課程內容歸納為八個專題、四個環節。在第三環節，“微生物是人類朋友”這一主題下，主要介紹了微生物在食品、環境、醫學等方面的應用。同時，在教學過程中增添了許多生活實例和生活小竅門的介紹，將“學”和“用”巧妙地結合起來，讓學生感受到學習微生物的重要意義，激發學生的學習興趣。其中，許多生活實例都與發酵有關。而發酵過程的初期又與生物化學糖酵解的過程密不可分。以前，筆者在介紹這部分內容時只是簡單的講一下什么是糖酵解，或是簡單得介紹發酵過程中有哪些微生物參與。隨著學生組成的變化，這樣科普性的授課方式已經不能滿足具有專業背景的學生的求知需要。那么，要怎樣做才能即滿足專業學生的求知欲，又不讓非專業學生感覺聽課像聽天書呢？

通過學習，筆者發現在講授微生物參與食品發酵這一過程時，除了要將生物化學中關于糖酵解過程的細致描述融入到課程中外，還可以將時下社會上流行的“酵素”引入到課程中來。通過對“酵素是什么？”、“酵素有哪些功效”、“食用酵素產品真的有效嗎”等問題的提出，將生物化學中關于酶的介紹融入到課程中。再通過講解，讓學生了解酵素即是酶，大部分的酶是蛋白質，它參與了生物體的生命活動，同時在發酵過程中各種酶的參與促使糖酵解的發生以及后續產物的生成。了解了酶的概念以及特點，思維活躍的學生就會對“酶的添加是否會縮短發酵時間”，“食用酵素產品真的有效嗎”等問題做出自己的回答。通過生活實例的引入以及新知識點的融入，可以讓學生感受到，不管是專業還是非專業，掌握一定的生物化學知識以及微生物學知識可以讓自己的生活過得更好，從而提高了學生想要進一步學習微生物學以及生物化學的興趣。尤其是對于生命、水產、食品以及海洋專業的一年級的學生來說，提前接觸生物化學以及微生物學的專業知識，為他們在大學二年級選擇心儀的專業，更好地學習專業課做了良好的鋪墊。

三、通過學習前沿科學研究成果，將微生物學與生物化學進行融合

由于筆者所在大學是海洋類的高校，所以在之前的教學內容改革中，筆者將最后一個環節設定為關于海洋微生物的介紹。主要是介紹海洋微生物中的微藻，如螺旋藻，對人類健康帶來的影響；另一方面介紹海洋細菌這一微小生物群體，在海洋中形成微生物膜，從而使得很多污損生物，例如：貽貝、藤壺等附著于橋墩、水電站排水口等設施上，最終影響人類生活安全。這些內容雖然貼近了學校的特色學科，在理論上做到了特色教學，但是由于內容過于專業、教學形式上也往往都是通過圖片或是口述的方式將信息傳遞給學生，使得這部分的內容顯得格外的枯燥、無趣，或難以理解。其實，微生物一直以來都是人類進行生命科學研究的對象之一，從大腸桿菌到流感病毒，再到可發光的海洋微生物，這些前沿的研究在教材中并不能一一呈現，但在生活中卻是能夠感受和體會得到的。為了讓學生對這些前沿的研究成果有一定的了解和認識，使學生更深刻體會到微生物學與生命科學、生物化學的緊密聯系，激發他們的學習熱情，提高課堂教學質量，筆者利用身邊的科研項目優勢以及強大的網絡資源，查找相關的文獻資料，利用2課時左右的時間，與學生一起討論一篇或者一個有關海洋微生物方面的最新研究成果。例如，今年筆者在課堂上和學生們分享了一個由美國威斯康星大學麥迪遜分校的動物學家Margaret McFall-Ngai團隊所開展的關于夏威夷短尾烏賊與發光細菌費氏弧菌形成共生關系的研究。在這個研究中，學生們了解到剛出生的夏威夷短尾烏賊身體下面布滿黏液的纖毛可以產生一股吸引細菌的“洪流”，當海水中的費氏弧菌第一次接觸它時，很多烏賊的基因表達水平發生了改變。其中一部分基因能夠產生抗菌蛋白，而這些抗菌蛋白為費氏弧菌創造了一個除了它以外，其他任何微生物都不適合生存的微小環境，使得只有費氏弧菌可以生存下來。而另一部分基因表達產生一些酶，這些酶可以將烏賊黏液分解，分解產物將成為細菌生長的營養物質。而更神奇的是，這些基因表達的改變只需要5個費氏弧菌就可以實現。費氏弧菌利用這一特點很快便占領了烏賊的纖毛區，同時遷移到夏威夷短尾烏賊的光器官，這些細菌一旦到達便可以使纖毛細胞增殖，使該器官體積和密度變大，并將這些細菌包圍起來。寄宿著費氏弧菌的光器官能夠形成許多光線，同時發光器所產生的神經細胞中得蛋白質也能夠感受到這些光線，感覺上就像這種烏賊裝配著活生生的一對“可視手電筒”。這讓生活在深海的夏威夷短尾烏賊擁有了像變色龍改變皮膚顏色一樣的功能，通過這種高超的“隱形”工具，烏賊可以很容易獲得食物。而費氏弧菌與夏威夷短尾烏賊這種共生不僅是幫助短尾烏賊獲得“隱形”工具，而且能和免疫系統相互作用，調節短尾烏賊生物鐘，甚至改變烏賊的身體結構，影響其早期發育過程。

這一研究的分享在學生中引起了不小的轟動。非專業的學生被夏威夷短尾烏賊的可愛形態所吸引，同時也為美國團隊26年來的不懈探索的研究精神感到敬佩。專業學生和那些思維活躍的學生對于這個研究的每一個環節都很感興趣，尤其是對于實驗技術，尤其是如熒光蛋白標記之類的生物化學技術，以及結果分析上會提出一個又一個的“為什么”。這樣的教學方法的改變以及融合，通過實踐發現，促使許多專業學生或者是思維活躍的學生對于科學研究產生了濃厚的興趣，有些學生甚至會根據老師所介紹的研究中的某個點發揮自己的想象，自己設計題目，申請科技創新項目。而那些非專業的學生也因為這樣的教學方式拓展了自己的視野和知識范疇。

四、結語

教學內容是一門課程的重要組成部分，尤其是對于一門綜合素質培養的公選課來說就尤為重要。為了迎合學生組成的變化，平衡學生的求知欲望，結合筆者在全國高校教師網絡培訓在線培訓的學習心得，在保證微生物與人類生活課程體系完整的基礎上，從以上三個方面融入生物化學的內容，讓學生從不同的角度全方面的學習。實踐表明，此次“融入”達到了一定的教學效果，同時課程內容的前沿性、創新性也得到了不斷地提高。

參考文獻：

[1]梁簫，李文娟，許丹，馮建彬，邱高峰.海洋類高校微生物與人類生活公選課的教學改革與實踐[J].安徽農業科學，2015，43（5）.

[2]康海霞，馮勛，付玉琴.生物化學與有機化學課程內容的有機融合[J].廣州化工，2015，42（1）.