生物化学理论课程教学与实践

马 欢，金 青，余 梅，芮 斌，蒋而康，陶 芳

(安徽农业大学生命科学学院，安徽合肥230036)

生物化学是运用化学的理论和方法研究生命物质的学科，其目的是在分子水平上阐明活生物(living organism)的结构与功能［1］，是对生命现象最为基础、最为深入的分子水平的机制探讨［2］，旨在从分子水平上研究探索和解释生物体(动物、植物、微生物)内基本物质(糖类、脂类、蛋白质、核酸等)的化学组成、结构及其在生命活动中所进行的化学变化规律与生理功能的关系，是生物学与化学相结合的基础学科［3］。生物化学在国内外受到普遍重视，美国许多著名大学(哈佛、麻省理工、斯坦福、普林斯顿等)均将其列为文理科必修课程［4］。国内许多大学在生物科学、生物技术、生物工程以及医学、环境科学、食品科学、农学甚至化工等众多相关学科开设均将其作为专业基础或选修课程。

然而，一方面由于生物化学具有内容庞杂、枯燥，名词及基本概念繁多，理论深奥，代谢途径复杂，学科发展迅速等特点，导致“填鸭式”、“满堂灌”的教学现象，使得学生学习积极性、主动性降低，教学实效性差［5-7］。另一方面，对于农业院校非生物专业(如农学、林学、茶学等)，教学对象基础差异较大，生物化学课程主要作为学生主修专业课程的前修专业基础课或选修课，其目的主要在于拓展学生的知识视野，培养学生的综合素质，因此，往往缺乏化学及普通生物学等前修课程基础。同时，由于削减课堂教学学时、增加选修课程的科目和范围已是目前高校教学发展的大趋势，更给该门课程教学带来了严峻挑战［8，9］。

在此背景下，结合农业院校非生物专业学生特质和专业要求，审视和分析生物化学课程特点，将生物化学深奥、枯燥的理论及庞杂的教学内容以形象、浅明、具体、生动的形式传授给学生，提高学生的学习积极性和主动性，构建高效、灵动的教学方法和教学模式对于提高教学实效及人才培养水平具有重要意义。

一、安徽农业大学生物化学课程开设情况

安徽农业大学作为安徽省人民政府与农业部、国家林业局共建高校，是安徽省唯一的农业类重点院校，学校坚持服务“三农”的办学方向，致力于科教兴农、科教兴皖事业，走出了一条享誉全国的富民、兴校、创新、育人的“大别山道路”，为推动现代农业发展和地方经济社会建设做出了突出贡献。

与其他综合类理科院校不同，安徽农业大学生物化学课程除作为生命科学相关专业的专业基础课外，还涵盖全校众多非生物专业，具有教学班级多(每学年有60余班级)、专业多(农、林、理科近20个专业)、层次广(高职、专升本、一本、二本和三本5个层次)等特点［10］。根据不同专业培养方案，在第3或第4学期开设，目前理论教学为32或40课时。

二、非生物学专业生物化学教学改革与探索

(一)教学大纲修订

根据安徽农业大学的背景及非生物专业学生基础特点，对不同专业分别制定生物化学教学大纲，既保证学生对生物化学有系统认识，又理清了知识结构，避免了贪多嚼不烂的现象。具体方法为根据不同专业培养方案，适当调整教学内容及相关章节课时分配。

例如:农学专业是安徽农业大学的特色专业和优势学科，培养学生具备作物栽培、遗传育种、耕作与农业生态、种子科学与技术等方面的基本理论、基本知识和基本技能;林学专业是安徽省特色专业，森林保护和森林培育为省级重点学科，培养学生具有森林生物学、生态学、植物学、林木遗传育种学、森林培育学、森林植物资源开发利用等方面的理论知识和技术。针对这2个专业，由于作物栽培和遗传育种、森林生物学和林木遗传育种分别为其重点设置课程，是对学生培养的重点内容，对核酸及其性质、DNA及RNA的生物合成等专业基础知识要求较高，因此在这2个专业生物化学教学大纲中，适当增加核酸及其生物合成的相关章节课时。

再如茶学专业是安徽农业大学国家首批高校特色专业、国家级重点(培育)学科及农业部和安徽省重点学科，培养学生具有较宽和较深的茶树栽培、育种、茶叶加工与贸易、茶叶类液体饮料加工的基础理论，具有科学研究、技术开发能力。其中，茶叶加工是其培养的重要内容，特别是红茶、黑茶、乌龙茶等加工过程，涉及发酵或半发酵工艺，其过程有大量酶的参与及糖类代谢，因此，相应增加糖类及其代谢、酶等相关章节课时。

对全校各非生物专业，均适当减少生物化学发展简史，蛋白质、核酸、糖类、脂、酶等章节中关于结构、构型和构象等内容课时分配，重点讲述其性质、功能以及与学生专业的内在联系。

这种有针对性的教学内容调整，打破了统一内容的生物化学教学模式，特色更加明显，更加有利于不同专业学生对专业知识的掌握。

(二)课堂教学组织与教学实效提高

为了进一步提高生物化学教学实效，在总结安徽农业大学生物化学教学经验、学习国内其他高校教学经验的基础上［11-16］，笔者在课堂教学组织与教学方法的改进方面进行了大量探索和实践。

1．重视绪论教学，激发学生学习兴趣 绪论教学作为学生学习该课程的第一节课，目的在于引导学生进入全新的知识领域、激发学生学习兴趣。“良好的开端是成功的一半”，如果绪论课很吸引学生，对今后的教学将产生积极的影响。在绪论教学中着重解决2个问题:一是激发学生学习兴趣，二是打消学生畏难情绪。

将生活中的一些实例用生物化学的理论展开分析，让学生意识到生物化学的实际作用及与日常生活的广泛联系。如向学生介绍体检时肝功能化验单中谷丙转氨酶的数值、指标及意义，告诉学生转氨酶广泛存在于动物机体组织细胞内，尤以肝、心肌、脑、肾等组织细胞内酶活性最强，谷丙转氨酶催化丙氨酸与α-酮戊二酸之间的氨基移换作用，正常血浆中含量很低，而且比较恒定。谷丙转氨酶在肝脏含量最多，当肝有病变时，引起肝细胞通透性增加，大量谷丙转氨酶从肝细胞内释放到血液，使血液中谷丙转氨酶增高，其增高程度与肝细胞病变程度大致平行，因此测定谷丙转氨酶对多种肝病的诊断有参考价值［10］。向学生介绍生物化学发展的现状和前景，特别是国内生物化学领域近年来取得的与其专业相关的成就。另外，也向学生介绍生物化学在考研中的重要作用。由此激发学生对生物化学知识探索的求知欲，引导学生主动学习。

向学生介绍一些生物化学领域著名科学家的故事及成就，特别是如钱永健、饶毅、施一公、庄小威等华裔科学家的专业背景及故事，让学生崇拜这些科学家的同时，认识到单一专业知识的局限性和综合素质培养的重要性。另外，向学生分享自身求学经历，特别是在生物化学相关领域学习、研究的过程，告诉学生生物化学的学习和研究过程实际充满了发现并解决问题、探索未知世界的乐趣，由此降低乃至打消学生的畏难情绪。

与此同时，向学生推荐一些有效的生物化学学习方法，授之以渔。例如向学生推荐目录法、列表法、图示法、纠错法等［17］，让学生对生物化学学习内容有整体的把握、掌握易混淆的概念和生物结构、理清代谢途径及其相互之间的联系、培养学生的怀疑意识和探索能力;向学生介绍口诀法［5，6］，让学生通过口诀或谐音加强对氨基酸、酶、糖酵解等知识点的记忆;同时告诉学生预习、复习及理解记忆。更重要的是，让学生在主动学习的基础上，寻找适合自己的学习方法。

2．改进教学方法，提高课堂教学实效 为激发学生学习兴趣及主动性，提高生物化学教学实效，除采用多媒体教学方式外，还综合运用启发式教学、互动式教学、以问题为基础的教学法(Problem Based Learning，PBL)［8］等多种方法。

生物化学教学内容庞杂，包含大量抽象、复杂的物质构象、代谢途径，学生理解及老师教学难度均较大，因此大量采用直观、形象、生动的图片、动画等多媒体资源。例如采用自行车链条的形象说明功能集团、构件分子、化学键、生物大分子之间的关系，采用大量示意图、实物图、显微镜及扫描电镜照片等来描述蛋白质、糖类、脂、核酸等的结构，采用形象的示意图来描述生物氧化过程、胞液中NADH的跨膜运转、ATP合成的机制、DNA半保留复制和双向复制原理等，采用图片、动画、口诀并配合讲解来讲述三羧酸循环等生物化学重点及难点内容。

生物化学教学内容理论繁多、枯燥，学生易产生厌学情绪，因此采用理论联系实际的启发式教学，激发学生学习兴趣。例如，讲到糖的代谢及酶时，先向学生描述吃馒头、米饭时嘴里的回甜和吃糖后嘴里的反酸现象，再向学生提问其原因，等学生回答或讨论后，老师再讲解米饭和馒头中的淀粉在口腔唾液中淀粉酶作用下水解成麦芽糖的科学原理;讲解蛋白质的结构及功能时，先向学生提问是否了解螺旋藻的功能，再向学生阐述螺旋藻中的蛋白质(氨基酸)、维生素、微量元素等化学成分与其降低胆固醇、调节血糖、增强免疫系统、保护肠胃、抗菌、抗癌等功能之间的科学原理;讲解脂质性质及其代谢时，先向学生提问是否了解日常生活中经常出现的反式脂肪酸、不饱和脂肪酸、植物奶油、左旋肉碱等物质的功能或存在途径，再向学生讲述反式脂肪酸的定义、作用及其对心脑血管系统的危害，进而深入讲解其生物学作用和代谢过程，以及讲解左旋肉碱能够促使脂肪转化为能量的代谢机理及其作为减肥药品的功能。

同时，为提高教学实效，在教学过程中还时常穿插介绍与教学内容相关的时事、学科发展前沿动态等。例如在讲授蛋白质及其代谢时，向学生穿插介绍一种海洋污损生物藤壶，其正是因为可分泌粘度非常高、且难降解的蛋白质(胶质)而能够永久粘附于漂浮物上，因此可根据其生长厚度和密度判断其生长时间，进而将之与2014年3月发生的马航MH370事件中飞机残骸的确认及搜救工作相联系;在向学生讲授酶及其功能时，可穿插介绍热播的纪录片“舌尖上的中国”中提到春笋在采收之后，美味就会极速衰退，其原因是笋子的断面暴露在空气中后，会加速木质素积累的酶活性提高，竹笋很快变硬，而其中的氨基酸和蔗糖也会加速流失。这些与时事相关的或学生感兴趣的例子，既能提高学生对理论知识的理解，又大大激发了学生的学习兴趣。

3．拓宽学生知识获取途径，引导学生主动学习 生物化学内容庞杂、学科交叉性明显，又与日常生活、生产密切相关，在有限的课堂教学时间内几乎不可能将相关内容进行完整的讲授。因此，在课堂理论授课之余，还向学生提供大量与生物化学相关的学习资源，积极拓宽学生知识的获取途径，引导学生主动学习，培养同学们对文献及知识的检索及获取能力、自学及主动学习的习惯。

例如向学生介绍校园丰富的数据库资源及其使用方法;引导学生高效利用网络获取生物化学教学资源，如国家精品课程网(http://www．jingpinke．com/)上免费提供北京大学、中国农业大学、复旦大学、中国医科大学等国内知名高校“生物化学”精品课程课件、教学视频等;对于优秀学生也可向其推荐麻省理工学院等国外著名大学的生物化学网络公开课，国外Worth Publishers(沃茨出版社)网站(http://www．worthpublishers．com/catalog)也提供了大量生物化学学习资料，甚至关注果壳网(http://www．guokr．com/)及其微博也可获得许多有趣的生物化学相关知识;向学生推荐英国广播公司(BBC)［18］及国家地理频道(NGCI)拍摄的“遗传学”、“子宫日记”等纪录片，丰富学生对核酸及DNA的生物合成等相关教学内容的理解，拓展学生思路及视野。

通过以上措施的实施和改进，生物化学理论课程教学实效明显提高。首先，学生到课率由2011年下学期的82．4%提高至2014年上学期的91．5%，课堂教学氛围明显改善，学生教学参与度显著提高。其次，学生卷面平均成绩由2011年下学期的73．84分提高至2014年上学期的78．65分，考研率也由2012年的35．4%提高至2014年的42．8%。再次，带动了学生参与相关创新及竞赛项目的积极性，仅2013年就有8组学生申报生物化学相关的校级大学生创新基金项目。最后，教学实效的提高也使笔者的学生评教结果由中等提高至优秀。

三、结语

生物化学是现代生物学中重要的基础学科及交叉学科，也是现代生物学中发展快速的前沿领域;既包含大量基础理论与原理，又与各领域实际应用密切相关。在高校相关专业课程体系中，既需要普通生物、化学课程的前修基础，又是遗传育种、发酵工程、食品加工、植物生理、农业生态等课程的开设前提，具有承前启后的重要作用。因此，需要教师除具备深厚的学术功底外，还应不断提高学术素养和科研水平，了解学科发展前沿，拓展自身知识面，不断提高教学水平。

从综合性、实用型人才培养的角度出发，针对农业院校背景和非生物学专业特色，调整生物化学课程教学大纲，从教学手段、教学方法各方面努力提高教学实效，既是农业类高校人才培养特色的体现，也是适应我国农业与新农村发展新形势下人才培养的内在要求。

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