启发式教学在分子生物学中的运用与实践

摘要:分子生物学是研究核酸、蛋白质等所有生物大分子的形态、结构特征极其重要性、规律性和相互关系的科学[1]。它不仅是生物学的前沿与生长点,具有理论性强、抽象等特点。因此,如何能引起学生的学习兴趣与积极思考问题的能力,提高授课质量,使学生综合素质得到全面提高是摆在分子生物学教师面前亟待解决的问题。本文运用启发式教学的一些手法,从直观性启发、设疑启发、程序启发、讨论启发等几个方面对分子生物学教学进行了一些改革,取得了一些成效。

关键词:启发式教学分子生物学实践

中图分类号:Ｇ434 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(c)-0178-02

20世纪90年代起,随着计算机技术的迅速发展和普及,多媒体教学以直观,信息量大为突出优点已经逐步取代了大学以往的板书、挂图以及多种教学媒体综合使用的地位。由于分子生物学不仅是生物学的前沿与生长点,它与生物学的几乎所有学科都有交叉。因此,分子生物学所涵盖的内容非常丰富,信息量也足够大。而多媒体教学的优点正好符合分子生物学的特点,而且还可以针对分子生物学中理论性强,抽象和不可视等导致的教学“难点”,通过多媒体教学的直观、生动的媒体动画展现出来,取得了可喜的成绩。但是,几年的教学实践也发现一些问题,比如由于授课信息量过大,使学生在学习时主动性减小、从而导致学生的学习兴趣与积极思考问题的能力有所减弱,对授课质量也有一定的影响[2]。针对这一问题,通过直观性启发、设疑启发、程序启发、讨论启发等启发式教学法的尝试,并与多媒体教学有机结合,取得了较好的效果。

1 直观性启发法 引导学生归纳总结

分子生物学中有一些概念属于文字简单,含义抽象。对于这种概念的讲解,如果忽视了学生学习过程的客观规律、理解能力、知识水平,不调动学生开动脑筋、积极思考,而是把现成的概念直接灌输给学生,学生只学到一些死知识,只会死记硬背,学习处于一种完全被动的状态。如果采取直观性启发教学法,就可达到对概念的深入理解和对多个知识点的融会贯通的效果。什么是直观性启发教学法呢？所谓直观性启发教学法就是通过展示与知识点密切相关的实物、数学模型、教具等具体事物,有计划、有目的、有顺序、有组织、认真仔细地进行观察、记忆,从而使学生从形象思维逐步过渡到抽象思维的一种方法[3]。比如在讲解基因家族概念时,不直接给出基因家族的概念,而是通过多媒体展示一组组蛋白(组蛋白1、组蛋白2A、组蛋白2B、组蛋白3和组蛋白4)的结构和功能相关图片,并通过具体的例子(几种生物的组蛋白在DNA中排列方式)进行引导,让学生从组蛋白的来源、功能和结构几方面思考,从中得出这一组组蛋白规律性的内涵:其来源相同、结构相似、功能相关。同时,指出像这一组组蛋白的基因就是一个基因家族。这样,学生通过积极思维不仅对基因家族概念有了深刻理解,同时还掌握了组蛋白的结构和在DNA上排列方式等有关的知识,以及这些知识之间的相互关系,还学会了对问题进行归纳总结。

2设疑启发法,引起和强化学生兴趣

设疑启发法在启发式教学中是应用最广泛的一种方法,设疑启发法,又称问题启发或质疑启发法,是运用一定的教学手段,激发学生的疑问,激起学生求知的要求,从而调动学生学习的积极性[4,5]。分子生物学的教学过程中运用设疑启发法也可起到非常好的效果。例如,B型DNA双螺旋结构是沃森和克里克1953年提出的,从此,分子生物学成为一门独立的学科。在讲解B型DNA双螺旋结构时,会讲到它是由10对核苷酸组成一个螺距,每个螺距高为3.4nm等。如果这时直接讲DNA的长度计算这时,同学们只能被动的听,可能会显得平铺直叙,枯燥！如果采用设疑启发法,教师通过提出问题:如果有一个1000个核苷酸对的DNA片段,请问你可以计算出它的长度吗？同学们这时会由被动变主动,主动的思考问题,并根据已经讲过的10对核苷酸的长度为3.4nm,计算出两个核苷酸之间的距离为0.34nm。知道了两个核苷酸之间的距离就很容易得出任何DNA分子的长度了！此时,再进一步提问:接下来同学们能计算1000个核苷酸的DNA的分子量是多少吗？同学们思考后回答:不能！教师问:为什么？同学回答:单个核苷酸的分子量不知道！教师答:这个问题回答的非常好,如果老师告诉你们4种核苷酸的平均分子量为330Da,你们可以计算吗？同学们马上回答:能！这样,同学们就在,“生疑—质疑—释疑”的过程中掌握了DNA的结构、长度和分子量之间的关系,学的灵活、记得牢固。为了进一步强化同学们的学习兴趣,进一步设疑:当先给某一DNA的分子量时,同学们能否计算出其长度、核苷酸对数和转数(螺距数)呢？同学们有了前面学习的基础,通过思考后很自信地回答:能！通过设疑启发法的应用,同学们自然达到触类旁通,举一反三的效果,整个过程中不仅很好的引起了学生的兴趣,而且还进一步强化了学生的学习兴趣。

3程序启发法[6]的运用,调动学生解决问题

与基因家族概念不同,由于生命活动的复杂性,有些知识并不是运用一般规律就可以解释的。例如,我们都知道,蛋白質是由氨基酸组成的,通常一个氨基酸是由三个核苷酸组成的一个密码子进行编码的,也就是说DNA片段有多少核苷酸组成,意味着其编码的蛋白质的氨基酸的最大容量为核苷酸的数目除以3。但是,也有例外,ΦX174是一种噬菌体,其基因组为单链DNA,本身只有5375个核苷酸,按3个核苷酸编码一个氨基酸计算,基因组全部的核苷酸都用来编码氨基酸,最多也只能编码1792氨基酸的蛋白质,如果按氨基酸的平均分子量为110Da计算。该分子编码的蛋白质的总分子量为19.7万；但是,当ΦX174感染大肠杆菌后共合成11个蛋白质分子,总分子量为25万左右,相当于6078个核苷酸所容纳的信息量。是什么原因导致理论推理与实际情况之间的差异呢？要解决这个知识难点,采用启发式教学中的程序启发可以得到较好的结果。所谓程序启发法也称“有序启发”,按课题内容的规律性和教学过程的规律性,设计一套符合学生认识规律的程序,也可设计程序性练习,把复杂问题分解,分散难点,降低思维梯度,用前一问题启发后一问题,用后一问题深化前一问题,层层剖析、环环相扣,最后实现整体突破。因此,对于上面问题可以先从学生已经掌握的遗传密码这一知识入手。遗传密码是将DNA或RNA序列以三个核苷酸为一组的密码子转译为蛋白质的氨基酸序列,以用于蛋白质合成。在教学过程中先进行这样的启发:对DNA或RNA的阅读方式不同时,会导致什么结果？同学们自然会得出“用不同方式去阅读DNA或RNA序列时,导致编码的蛋白质大小和数量都可能是不同的”！接着教师可进一步启发:按不同方式阅读DNA或RNA序列,同一序列上有没有可能编码两种或两种以上的蛋白质？这时,可能有两种回答,教师可以请回答正确的一组同学陈述他们的理由,最后给出例子进行论证。最后得出:按不同方式阅读DNA或RNA序列,同一序列上有可能编码两种或两种以上的蛋白质,这就是导致ΦX174噬菌体能够编码超出自身容量的更多的蛋白质的原因。进而导出重叠基因的概念。在这个教学过程中还可以请一些同学论述自己的观点,从中发现同学们对这一知识理解的正确与否,以便教学过程中更有针对性。

4讨论启发法的运用,激发学生的智慧

为了启发学生的智慧,活跃课堂气氛,还可引入启发式教学中的讨论启发法。所谓讨论启发法是以问题为中心,以讨论为形式,可收到互相启发、集思广益之效果。讨论的问题最好是无标准答案的开放型的问题,学生的思维引发的越新颖越独特越好,问题应具有代表性、典型性和启发性[7]比如:先有鸡还是先有蛋?这是一个千古难解的哲学和科学之谜。同样,在生命起源时,究竟是先有蛋白质还是先有核酸呢？这也是科学领域中还未彻底解决难题！这是因为从现在的生命现象中,既可以找到先有蛋白质的例子:DNA复制过程和RNA转录过程都有大量的酶(蛋白质)参与,换句话说:没有酶(蛋白质),DNA的复制是不可能进行的；同时,又可以找到先有核酸的证据:核酶是一种RNA,它可以在没有蛋白质和DNA存在的情况下进行自我剪切,自我催化作用。因此,在学习了一定分子生物学基础知识之后,可以将这个命题交给同学们,让同学们在讨论的过程中回顾已学DNA复制过程、RNA转录过程、蛋白质合成、RNA及核酶相关的知识,互相启迪、互相印证、互相碰撞集思广益,进而激发学生的学习智慧。

5避免走进误区

前面我们用到了直观性启发、设疑启发、程序启发、讨论启发等几个方面,都涉及到“提问”这一环节,但要注意的是,“提问”并不是启发式教学方法的简单内涵,“提问”并不完全等于启发,启发的效果也不取决于提问的次数。所以,我们要善用提问又不可滥用提问,更要杜绝那种“三句半式”的问题,回答是简单的“是”与“不是”,这种绝不是启发式教学,徒有其形而无其实,没有任何可取之处。因此,教师要经常运用启发式教学,还要运用得法,就可以使全体学生的思维都处于警戒的敏锐状态,甚至闪出智慧的火花。从这一点看,教师更要做到思想活跃、思想解放,只有这样的教师才能培养思维敏捷而深刻的学生。这种教学方法与素质教育的目标是一致的。

参考文献

[1] 朱玉贤,李毅,郑晓峰.现代分子生物学(第3版)[M].北京:高等教育出版社,2007:8.

[2] 张飞云,李玉华.多媒体教学方法在高校分子生物学教学中的运用[J].科技资讯，2009(33):154，156.

[3] 叶心伟.略论启发式教学法[J].卫生职业教育，2005,23(5):49～50.

[4] 陈玉骥.启发式教学法的应用与基本要求[J].长沙铁道学院学报(社会科学版)，2004,5(3):142～143.

[5] 刘丽,吕维愈.浅谈对启发式教学法的认识[J].石油教育,2001,107(4)88.

[6] 张飞云,黄勤妮.提高植物生理实验教学质量浅析[J].科技资讯，2012,2:192.

[7] 农放.浅谈化学教学中的启发式教学法[J].广西大学学报(哲学社会科学版)（增刊），2009,31:88～89.