基于案例教學的生物化學課程教學設計
—— 以“蛋白質的結構與功能”為例

赫丁軒，徐 源，劉敏杰，喬新榮，王 琳

（信陽農林學院 制藥工程學院，河南信陽 464000）

生物化學是運用物理學、化學和生物學等現代技術，在分子水平上研究生物的靜態物質組成和結構、生物體內動態的化學變化以及這些物質結構變化與生理功能之間關系的一門科學。生物化學是生物制藥的必修課，是農林院校大多數本科專業的基礎核心課。生物化學的內容涉及面廣、抽象難懂，此外，專業術語眾多，知識點瑣碎[1]。因此，在授課的過程中，教師可以充分利用討論式、啟發式、案例教學法等多種教學手段來豐富課程內容，使抽象的課程內容形象化，以增加學生對知識的理解。

目前，案例教學法已成為課程教學中普遍采用的一種方式，案例教學法起源于20世紀20年代，由美國哈佛商學院所倡導[2]。與傳統的教學方式不同，案例教學法由教師設計案例來教學，并鼓勵學生積極參與討論，以培養學生獨立思考、分析及解決問題的能力。教師在課堂上通過展示與人和動物的健康、生產、生活相關的圖片和視頻，如營養與健康、代謝性疾病的病因、預防和治療、保健品作用的真與偽、藥物的作用機制等實踐案例為出發點，在完成專業知識傳授的同時，可以潛移默化地培養和提高學生價值觀和精神素養。選擇的案例應注意案例的一致性、廣泛性、真實性及實用性[3]。一致性要求教師選擇的案例能與教學內容相契合，通過案例引導學生掌握、理解教學內容并達成學習目標。廣泛性指選擇的案例有一定的廣度和深度同時兼備一定的趣味性，面向不同專業的教學對象都能使他們進行深入的討論。真實性是指選取的案例貼近現實生活，與生產實踐、科學研究、社會現象息息相關，將專業學習與學生將來的生活、工作緊密相連，激發學生的學習興趣。實用性是指通過專業系統的學習，能增強學生運用生物化學的理論知識和實驗技能解決實際問題的能力。這就需要我們提煉課程內容，挖掘案例教學材料。如在講授緒論部分時，重點講授屠呦呦獲得提取青蒿素靈感的科學史，一方面使學生理解學習制藥專業的重要性；另一方面也告訴學生，在科研中要具有“不忘初心，艱苦奮斗”的匠心精神。在講解第三章蛋白質化學時，結合氨基酸的元素組成分析三聚氰胺奶粉事件的起因，培養學生正確的誠信觀、“義與利”觀。在講第六章維生素的功能部分，讓學生分析 2 元錢維生素 C 藥片和百元維生素 C 保健品功能是否有區別，培養學生具有科學的判斷能力。在講第十二章糖代謝，通過田徑比賽大家比較熟悉的短跑、中跑和長跑項目中能量消耗問題，講述機體的不同供能方式；又如第十三章脂代謝，分析討論大口吃肉而視淀粉食物為洪水猛獸的減肥方法是否科學；通過糖尿病、酮尿癥這些案例和話題向學生宣傳了健康理念，引導樹立正確的審美觀，另一方面學習代謝疾病的機制。

為了更好地將案例材料融入課堂教學中，可以結合BOPPPS 模型六步教學法，即導言（Bridge-in）、學習目標（Objective/Outcome）、前測（Pre-assessment）、參與式學習（Participatory Learning）、后測（Postassessment）和總結（Summary），以教學目標導向、以學生為中心，提高學生的學習效率[4]。在授課之前，將新聞報道、社會熱議、科研發現等實際案例作為導言引入本次課程的主講知識點，從學習者出發確定教學目標，采用問答、集體討論知曉學生的先備知識，了解學情以便調整本堂課程教學任務的深度及進度，讓課程目標更有針對性[5]。

1 基于案例教學法的教學設計

1.1 學情分析

生物化學課程面向生物制藥專業大二學生開設，這個時期的學生由于尚未接觸專業課程相關知識，對自己的專業定位認知不清晰。因此，將來源于日常生活、科學研究的教學案例融入專業課堂，既能提高學生綜合應用知識的能力，又能進一步激發出學生對于熱愛專業、服務專業的情懷。

本小節內容的學習建立在學生對于氨基酸的分類、蛋白質內部的相互作用、常見的空間結構以及變構效應等概念有了一定認識的基礎上。但由于本節內容涉及蛋白質的結構與功能之間的關系，內容較為抽象，不好理解，所以采取案例教學法，使抽象的問題具象化，課堂教學的趣味性的提升不僅使學生對教學內容的理解得到加深，還促進了學生學習的主動性，使學生分析解決問題的能力得到有效提高。同時學生具有足夠的自學能力，但部分缺乏自學動力和自我監督能力，教師可適當增加前測和后測掌握學生學習程度，通過線上平臺發布練習、專題討論；微信群與學生互動，完成實時問題反饋。

1.2 教學內容分析

教學目標的內容范圍與課程目標應該是相互促進的，教學目標依據課程目標而設計，課程目標也體現和連接于每一個教學目標之中，教學目標具體可從三個維度確立：知識目標、能力目標、素質目標[6]。但在過去教學大綱的教學目標制定中，教師往往更注重知識目標和能力目標的設置和培養，而忽略了素質目標。素質目標的設置可依據不同學科或專業的特征設置符合實際需求的課程素質目標。這就需要教師基于教學特征分解課程總目標，形成多層次、多方面的目標群，能夠體現不同的學科、專業、課程能夠培養學習者的認知能力、知識結構、思想行為特點、人生課題、就業需要等。應用型本科的專業課程素質目標是具有創新精神和實踐能力，農林類專業課程的素質目標就是要發揚學農愛農的情懷，工科類專業課程的素質目標重在追求嚴謹務實的作風和精益求精的技術。

根據《教學大綱》的要求和學生已有的知識基礎和認知能力，確定以下教學目標。

（1）知識目標：能運用專業術語描述蛋白質的結構與功能的關系。

（2）能力目標：具備對典型分子病機理的分析能力。

（3）素質目標：具有熱愛科學、實事求是的學風，具有前沿視野、創新意識和創新思維，具有良好的職業道德。

1.3 教學內容分析

授課教材選用的是普通高等教育“十二五”國家級規劃教材《生物化學》分四大部分共21章，本節教學內容屬于第一部分生物分子蛋白質中的內容。本節教學內容的重點和難點如下。

（1）教學重點：蛋白質的結構與生物學功能。

（2）教學難點：一級結構的改變未必影響蛋白質的功能，解決重點和難點的關鍵在于本節內容較為抽象，不好理解，所以采取案例教學法，使抽象的問題具象化。

1.4 教學過程設計

由于生物化學課程具有知識面廣、內容抽象難懂、專業術語多的特點，且傳統的課堂 “以教師為中心”，只使用多媒體或板書進行授課的教學模式，往往讓學生學習起來容易產生畏難情緒。因此，在教學過程中，教師可以將教學模式轉變為“以學生為中心”，充分利用靈活、多元的教學方式來豐富課程內容，將抽象的理論知識具象化，從而增加學生的學習效率。如何讓學生梳理課堂知識脈絡，掌握課程基本原理、概念和方法，是生物化學教學中迫切需要解決的問題。同時，在生物化學課程教學中融入案例材料，挖掘專業相關的科學精神和人文精神，將案例分析與科學知識融合講述，啟發學生能積極主動地通過查閱文獻、調查問卷、獨立思考和小組研討等活動，結合教師的總結點評，使學生的價值觀和科學素養均得到提升。

1.4.1 導入新課

本章節教師通過創設問題情景引入新課，拋出問題“你知道什么是鐮刀型細胞貧血癥嗎”，并利用多媒體展示正常血紅細胞和鐮刀形血細胞的形態，引入分子病的概念，把抽象的教學內容轉化為與實際相關的案例，激發學生探究的好奇心和學習的興趣，引起注意，讓學生在輕松的氣氛中進入本課的學習。

1.4.2 出示目標

首先展示本節課整體的知識架構，說明每一小節間的邏輯順序、主要環節、過渡銜接，讓學生對章節內容有整體感知，并梳理鞏固自學內容，再突出教學目標和知識的重點、難點，以明確學習任務。并通過前測了解學生學習興趣和知識儲備，知曉學生對基礎知識的掌握情況。

1.4.3 講授新課

基于前一章節學習了氨基酸的分類和蛋白質的結構組成等學生已有知識背景，延伸導入鐮刀型貧血病案例，并在講授過程中設置3個問題：對應3個知識點。

（1）以鐮刀型貧血病為案例，通過動畫展示正常血紅蛋白和異常血紅蛋白多肽鏈的一級結構，并提出問題“鐮刀型貧血病人的血紅蛋白的一條β 鏈發生了什么變化?”讓學生觀察兩條多肽鏈的異同之處，接著問學生為什么血紅蛋白β 鏈一級結構的改變會導致鐮刀形貧血病的產生，進而通過圖片展示正常血紅蛋白和異常血紅蛋白多肽鏈的高級構象，組織學生通過課堂討論蛋白質的一級結構與高級結構的關系，該案例表明即使多肽鏈中一個氨基酸殘基的改變，也會改變血紅蛋白的一級結構，進而影響β 鏈三級結構的折疊，得出結論：蛋白質的一級結構決定高級結構。

（2）分別以血紅蛋白和細胞色素C、胰島素為案例進行對比講授。血紅蛋白的案例引出氨基酸的一級序列，是否對于一個特定的蛋白質來說，其序列是絕對固定或不變？一級結構是否一定會影響生物學功能？首先，血紅蛋白的案例啟示學生可能一個氨基酸的改變就導致蛋白質結構的改變從而引起疾病。其次，展示不同種屬物種細胞色素C 的一級結構，其一級結構雖有不同，但三維結構的整體構象不變。根據細胞色素C 的案例啟示學生，對于一個特定的蛋白質來說，其序列不是絕對固定或不變，由于蛋白質存在多態性，部分氨基酸序列的改變即一級結構的改變未必影響蛋白質的功能。最后，胰島素的案例引導學生觀察從無活性的前胰島素原到胰島素原到形成有活性的胰島素一級結構的改變，表明有時候必須改變一些蛋白質的一級結構才能使蛋白質具有功能。通過以上3個案例得出結論：一級結構是空間結構和功能的基礎。同時這三個案例看似矛盾的現象正好是一個典型的辯證思維訓練案例。

（3）以血紅蛋白的結構為例，先提出問題關于血紅蛋白你還有哪些了解？通過問答引導學生回答血紅蛋白具有運輸氧和二氧化碳的功能，再通過圖片展示血紅蛋白的高級結構以及血紅蛋白與氧結合的部位，能夠更加直觀地展示血紅蛋白與氧結合前后其構象的改變，再結合語言描述，使抽象難懂的蛋白質的結構與功能的關系變得具體易懂。該案例還可引至對血紅蛋白基因突變的結果分析，正常血紅細胞和異常血紅細胞表型的差異只是因為鐮刀型貧血癥患者體內的一個氨基酸因為基因突變而改變，但是鐮刀型貧血癥患者也因為紅細胞異常而免受瘧原蟲的侵襲。因此，一個等位基因的突變并非完全沒有益處。機體為適應環境，產生有效的組織修復，就必須承受可能發生疾病風險。這些案例提示同學們應該辯證地看待氨基酸序列與蛋白質結構和功能的關系，辯證地看待疾病和生命體，尤其是人類生命體。

1.4.4 課堂練習與達標后測

在這個環節中，教師就出現的知識設置1～2道練習題進行測評，既強化了形成性評價和實時答疑環節，又提高了學生的代入感。

1.4.5 課堂總結

在課堂末尾進行簡明扼要的內容小結，可盡快把課堂教學講授的知識鞏固內化為學生的能力素質。利用思維導圖、知識樹可使學生更深刻地理解本節課知識點的體系架構，并逐步培養學生的邏輯思維能力。

1.4.6 授課完畢后教師布置作業

瘋牛病是一種由朊病毒引起的神經系統疾病，根據本節課蛋白質結構與功能的關系，鼓勵學生查閱資料揭示瘋牛病的致病機制。通過課后練習，引導學生理清知識脈絡并利用所學知識解決實際問題，實現知識的內化。瘋牛病的案例也可以啟示學生，人類在認識世界和改造世界的過程中，一定要遵從食物鏈，否則將給人類的健康帶來威脅。

2 結束語

蛋白質的結構與功能是蛋白質化學這一章中的收尾，因此在授課過程中應充分聯系之前章節中蛋白質結構和理化性質的內容，加深學生對教學內容的理解。蛋白質的結構與功能之間的關系具有較高的理論性，教師根據三個知識點設計相應的教學案例并設置啟發式的問題，引導學生根據案例發揮主觀能動性。通過查閱文獻、調查問卷、獨立思考、小組研討及教師點評與總結開展一系列的課堂活動，讓課堂變成有趣的課堂，同時使學生分析問題和解決問題的能力得到鍛煉。教師基于生活中熟悉的場景采用案例教學法進行課堂講授，不只是為了激發學生學習生物化學知識的興趣，也希望引導學生多讀書、深思考、善提問、勤實踐，將知識傳授和價值引領相統一，以培養學生的理想信念、科學素養和社會主義核心價值觀，同時喚醒學生熱愛專業、服務專業的情懷，達到潤物無聲的協同育人效果。