以科研探索思想滲透生物化學教學的課程設計

張璐

摘要：生物化學具有理論性強、內容抽象、知識更新迅速等特點，要求授課者不斷設計新的教學方式，增強學生的學習效果。筆者認為在生物化學教學過程中應當遵循學科規律，以科研探索思想滲透生物化學教學過程，不僅激發了學生的學習興趣，也提高了學生的專業認可度。本文以單糖教學為例，闡述以科研探索思想滲透生物化學教學的課程設計。

關鍵詞：生物化學；科研探索；課程設計；單糖

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）06-0153-02

生物化學是生命科學相關專業學生必修的一環，對于培養學生分析問題、解決問題和創新能力至關重要[1]。以筆者所在單位河南工業大學為例，調研2013—2015期間第三方權威數據機構麥可思數據公司提供的《社會需求與培養質量年度報告》，生物化學課程均被本校生物專業畢業生評選為對個人成長最有幫助的專業課程?？梢姡锘瘜W不僅為學生后期專業課程的學習打下了堅實基礎，也為其今后工作或繼續深造提供了知識保障。然而，鑒于理論性強、知識點抽象、名詞繁多、代謝過程復雜多變的特點，生物化學成了“教”、“學”兩難學科。如何改進教學效果、化繁為簡、激發學生興趣，寓教于樂，使得學生對課程有“代入感”，變被動學習為主動思考，靈活有效地掌握基礎理論知識，是我們在生物化學教學過程中始終面臨的難題。

生命科學是古老又青春的學科，是探索生命奧秘，解開生物密碼的美好學科。單向地講授書本的知識顯然無法吸引學生的興趣，會引發厭學情緒。怎么在講授中體現生物化學的魅力呢？筆者在七年生物化學課程的講授過程中，不斷摸索，改進教法，認為在生物化學教學過程中應當遵循學科本質，以科研探索思想滲透生物化學教學過程，讓學生以科學研究的視角重新審視教材，把教材理解為無數偉大科研工作者智慧的結晶。不僅學生的學習興趣得到了大幅提高，令人驚喜的是學生對專業有了更深入的了解，啟迪了科研意識。本文以單糖為例，從課程導入、授課互動、知識拓展、回顧小結等四個環節闡述以科研探索思想滲透生物化學教學的課程設計。

一、第一環節：從生活出發，導入本節課的學習對象，激發學習興趣，增加民族自豪感

與核酸等章節相比，糖類更接近我們的生活。帶領同學們認識生活中的糖類，領略糖的世界，為概括糖的生物學功能做鋪墊。特別講述蔗糖歷史，中國西周的《詩經·大雅》中有“周原膴膴，堇荼如飴”的詩句，說明遠在西周時就已有飴糖。甘蔗制糖最早見于記載的是公元前300年印度的《吠陀經》和中國的《楚辭》。這兩個國家是世界上最早的植蔗國，也是兩大甘蔗制糖發源地。在世界早期制糖史上，中國和印度占有重要地位。屈原楚辭《招魂》和《大招》兩篇中有云“胹鱉炮羔，有柘漿些”，反映了當時的這種祭祀活動中有豐富味美的菜肴、酒水和小吃情況。柘漿即甘蔗汁，激發學生對糖類的興趣和民族自豪感。通過上述內容，學生可以自己總結出糖類的主要生物學功能，即：生物體的結構組分、能源物質、轉變成其他物質、細胞識別的信號分子、生物體內的活性分子。接下來，詢問糖類按照聚合度又如何分類呢，引出單糖。

二、第二環節：探索單糖結構，層層設疑，利用科研思路滲透授課過程，提高“代入感”

結構決定性質，性質是結構的體現。在學習單糖性質之前，必須掌握單糖結構。單糖的結構是糖生物化學最為抽象的重點知識。首先由科學家Emil Fischer的勵志故事，引出單糖的鏈狀結構，初步激發學生們對科學家奉獻精神的敬仰之情。接下來，與學生互動思考第一重問題，自然界中的單糖是否以開鏈的結構存在呢？啟發學生對糖類結構探索分析的渴望。在多媒體課件中加入三張實驗圖片，分別為葡萄糖溶液旋光度改變實驗、葡萄糖不與Schiff試劑呈紫紅色顏色反應實驗、半縮醛和半縮酮實驗，引出問題：顯然葡萄糖的開鏈結構不能解釋上述三種現象，引導學生得出結論葡萄糖的羰基被屏蔽了，繼續以科研發展為時間線索，介紹1893年Fischer正式提出葡萄糖分子具有環狀結構的理論的知識點。

然而環狀結構提出后，單糖出現了兩個新的結構問題，引發學生進行第二重思考，即過長的氧橋不穩定和羰基與哪個羥基發生半縮醛或半縮酮反應的問題。針對過長的氧橋不合理，引出1926年英國化學家Haworth推薦使用的一種透視式即Haworth式。Haworth式中單糖成環，原來的羰基碳原子形成了新的手性中心，這種在羰基碳原子上形成的差向異構體定義為異頭物。針對羰基和哪個羥基發生半縮醛或半縮酮的反應，引出單糖的吡喃和呋喃式。

那么新的結構問題出現了，Haworth式反映的單糖的立體結構也并不符合事實，因為吡喃糖環如果是平面結構會有很大張力，造成結構不穩定，引發學生對單糖結構的第三重思考。引出單糖的椅式和船式構象、平伏鍵、垂直鍵和環轉向等概念。通過層層設疑，抽絲剝繭，用科研發展的眼光和探索精神，潛移默化地使學生掌握了單糖的結構，變抽象瑣碎的知識點為充滿懸念、驚喜的科研探索過程，引發學生的學習熱情，提高了學習效果。

三、第三環節：利用經典知識和科研新進展相結合的授課方式，拓寬學生知識面

為滿足國家發展對人才質量的需求，不僅要求學生具有扎實的基礎知識，更要具備跟蹤學科前沿和發展趨勢的能力?！笆谌艘贼~不如授人以漁”，教學過程中針對重要知識點引入相關文獻講解，不僅使學生更好地理解書本上的知識，更有助于學生深入認識這些經典知識背后的科研思路和探索過程，為學生自行查閱糖類相關文獻，獲取該領域的最新科研進展打下基礎。例如成脎反應，不僅僅講述其化學反應式。而是介紹Fisher對成脎過程探索的文獻。文獻中描述，2 mol苯肼與1 mol單糖反應能得到高收率的結晶產物，將其稱之為脎。葡萄糖、果糖、甘露糖都能得到相同的糖脎，意味著3種單糖相互之間只有2個位置是有區別的，而其他4個手性中心構型相同。

在書本經典知識的基礎上，結合最新研究進展，讓學生了解單糖的種類、結構、性質和功能等知識在不斷更新。例如，近來研究發現具核分枝桿菌的細胞壁脂多糖具有兩種新的單糖成分，2-acetamido-2，6-dideoxy-l-altrose 和5-acetimidoylamino-3，5，9-trideoxy-gluco-non-2-ulosonic acid。具核分支桿菌與結腸癌的發病密切相關，解析其細胞壁成分具有潛在的醫學價值。筆者在生物化學教學過程中，發現學生普遍對該部分非常感興趣，渴望了解追蹤科研進展的方法。在此基礎上，教學生使用檢索工具Pubmed檢索糖類相關科研文獻，這是更深層次的學習過程。

四、第四環節：結合多種形式進行提綱小結，突出重點難點

大學課程講授知識點較多，還有很多外延知識，小結是對一堂課內容的提煉和概括，有助于學生厘清知識主線，從總體上把握難點和重點。單糖的結構和性質是本節課的重點，也是難點，例如單糖環狀結構的形成比較抽象，該部分可以制作成動畫幫助學生更好地進行理解。可以隨堂出一些測試題讓學生思考回答，如“果糖是酮糖，為什么可以和Fehling試劑或Benedict試劑反應？”該問題將單糖性質中的三個知識點串聯起來，即烯醇化作用、差向異構體和醛糖的氧化。通過觀察學生對該問題的回答情況，協助教師判斷學生對本節課的掌握程度和靈活運用知識的能力。

五、結語

通過以上單糖章節的教學設計為例，說明生物化學教學過程應當遵循學科規律，以科研探索思想滲透生物化學教學的課程設計，不斷將新理論和新知識融入到教學內容中。在當前“一帶一路”發展背景下，國家對人才的需求越來越高，推行以科學研究為主線的研究式教學設計，可以顯著提高學生的創新思維、分析和解決問題的能力，從而提升人才培養的質量。

參考文獻：

[1]鄭昌學.生物化學教學之我見——2012年生物化學與分子生物學學術大會發言[J].生命的化學，2013，（1）：101-104.