以科研探索思想渗透生物化学教学的课程设计

张璐

摘要：生物化学具有理论性强、内容抽象、知识更新迅速等特点，要求授课者不断设计新的教学方式，增强学生的学习效果。笔者认为在生物化学教学过程中应当遵循学科规律，以科研探索思想渗透生物化学教学过程，不仅激发了学生的学习兴趣，也提高了学生的专业认可度。本文以单糖教学为例，阐述以科研探索思想渗透生物化学教学的课程设计。

关键词：生物化学；科研探索；课程设计；单糖

中图分类号：G642.41 文獻标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）06-0153-02

生物化学是生命科学相关专业学生必修的一环，对于培养学生分析问题、解决问题和创新能力至关重要[1]。以笔者所在单位河南工业大学为例，调研2013—2015期间第三方权威数据机构麦可思数据公司提供的《社会需求与培养质量年度报告》，生物化学课程均被本校生物专业毕业生评选为对个人成长最有帮助的专业课程。可见，生物化学不仅为学生后期专业课程的学习打下了坚实基础，也为其今后工作或继续深造提供了知识保障。然而，鉴于理论性强、知识点抽象、名词繁多、代谢过程复杂多变的特点，生物化学成了“教”、“学”两难学科。如何改进教学效果、化繁为简、激发学生兴趣，寓教于乐，使得学生对课程有“代入感”，变被动学习为主动思考，灵活有效地掌握基础理论知识，是我们在生物化学教学过程中始终面临的难题。

生命科学是古老又青春的学科，是探索生命奥秘，解开生物密码的美好学科。单向地讲授书本的知识显然无法吸引学生的兴趣，会引发厌学情绪。怎么在讲授中体现生物化学的魅力呢？笔者在七年生物化学课程的讲授过程中，不断摸索，改进教法，认为在生物化学教学过程中应当遵循学科本质，以科研探索思想渗透生物化学教学过程，让学生以科学研究的视角重新审视教材，把教材理解为无数伟大科研工作者智慧的结晶。不仅学生的学习兴趣得到了大幅提高，令人惊喜的是学生对专业有了更深入的了解，启迪了科研意识。本文以单糖为例，从课程导入、授课互动、知识拓展、回顾小结等四个环节阐述以科研探索思想渗透生物化学教学的课程设计。

一、第一环节：从生活出发，导入本节课的学习对象，激发学习兴趣，增加民族自豪感

与核酸等章节相比，糖类更接近我们的生活。带领同学们认识生活中的糖类，领略糖的世界，为概括糖的生物学功能做铺垫。特别讲述蔗糖历史，中国西周的《诗经·大雅》中有“周原膴膴，堇荼如饴”的诗句，说明远在西周时就已有饴糖。甘蔗制糖最早见于记载的是公元前300年印度的《吠陀经》和中国的《楚辞》。这两个国家是世界上最早的植蔗国，也是两大甘蔗制糖发源地。在世界早期制糖史上，中国和印度占有重要地位。屈原楚辞《招魂》和《大招》两篇中有云“胹鳖炮羔，有柘浆些”，反映了当时的这种祭祀活动中有丰富味美的菜肴、酒水和小吃情况。柘浆即甘蔗汁，激发学生对糖类的兴趣和民族自豪感。通过上述内容，学生可以自己总结出糖类的主要生物学功能，即：生物体的结构组分、能源物质、转变成其他物质、细胞识别的信号分子、生物体内的活性分子。接下来，询问糖类按照聚合度又如何分类呢，引出单糖。

二、第二环节：探索单糖结构，层层设疑，利用科研思路渗透授课过程，提高“代入感”

结构决定性质，性质是结构的体现。在学习单糖性质之前，必须掌握单糖结构。单糖的结构是糖生物化学最为抽象的重点知识。首先由科学家Emil Fischer的励志故事，引出单糖的链状结构，初步激发学生们对科学家奉献精神的敬仰之情。接下来，与学生互动思考第一重问题，自然界中的单糖是否以开链的结构存在呢？启发学生对糖类结构探索分析的渴望。在多媒体课件中加入三张实验图片，分别为葡萄糖溶液旋光度改变实验、葡萄糖不与Schiff试剂呈紫红色颜色反应实验、半缩醛和半缩酮实验，引出问题：显然葡萄糖的开链结构不能解释上述三种现象，引导学生得出结论葡萄糖的羰基被屏蔽了，继续以科研发展为时间线索，介绍1893年Fischer正式提出葡萄糖分子具有环状结构的理论的知识点。

然而环状结构提出后，单糖出现了两个新的结构问题，引发学生进行第二重思考，即过长的氧桥不稳定和羰基与哪个羟基发生半缩醛或半缩酮反应的问题。针对过长的氧桥不合理，引出1926年英国化学家Haworth推荐使用的一种透视式即Haworth式。Haworth式中单糖成环，原来的羰基碳原子形成了新的手性中心，这种在羰基碳原子上形成的差向异构体定义为异头物。针对羰基和哪个羟基发生半缩醛或半缩酮的反应，引出单糖的吡喃和呋喃式。

那么新的结构问题出现了，Haworth式反映的单糖的立体结构也并不符合事实，因为吡喃糖环如果是平面结构会有很大张力，造成结构不稳定，引发学生对单糖结构的第三重思考。引出单糖的椅式和船式构象、平伏键、垂直键和环转向等概念。通过层层设疑，抽丝剥茧，用科研发展的眼光和探索精神，潜移默化地使学生掌握了单糖的结构，变抽象琐碎的知识点为充满悬念、惊喜的科研探索过程，引发学生的学习热情，提高了学习效果。

三、第三环节：利用经典知识和科研新进展相结合的授课方式，拓宽学生知识面

为满足国家发展对人才质量的需求，不仅要求学生具有扎实的基础知识，更要具备跟踪学科前沿和发展趋势的能力。“授人以鱼不如授人以渔”，教学过程中针对重要知识点引入相关文献讲解，不仅使学生更好地理解书本上的知识，更有助于学生深入认识这些经典知识背后的科研思路和探索过程，为学生自行查阅糖类相关文献，获取该领域的最新科研进展打下基础。例如成脎反应，不仅仅讲述其化学反应式。而是介绍Fisher对成脎过程探索的文献。文献中描述，2 mol苯肼与1 mol单糖反应能得到高收率的结晶产物，将其称之为脎。葡萄糖、果糖、甘露糖都能得到相同的糖脎，意味着3种单糖相互之间只有2个位置是有区别的，而其他4个手性中心构型相同。

在书本经典知识的基础上，结合最新研究进展，让学生了解单糖的种类、结构、性质和功能等知识在不断更新。例如，近来研究发现具核分枝杆菌的细胞壁脂多糖具有两种新的单糖成分，2-acetamido-2，6-dideoxy-l-altrose 和5-acetimidoylamino-3，5，9-trideoxy-gluco-non-2-ulosonic acid。具核分支杆菌与结肠癌的发病密切相关，解析其细胞壁成分具有潜在的医学价值。笔者在生物化学教学过程中，发现学生普遍对该部分非常感兴趣，渴望了解追踪科研进展的方法。在此基础上，教学生使用检索工具Pubmed检索糖类相关科研文献，这是更深层次的学习过程。

四、第四环节：结合多种形式进行提纲小结，突出重点难点

大学课程讲授知识点较多，还有很多外延知识，小结是对一堂课内容的提炼和概括，有助于学生厘清知识主线，从总体上把握难点和重点。单糖的结构和性质是本节课的重点，也是难点，例如单糖环状结构的形成比较抽象，该部分可以制作成动画帮助学生更好地进行理解。可以随堂出一些测试题让学生思考回答，如“果糖是酮糖，为什么可以和Fehling试剂或Benedict试剂反应？”该问题将单糖性质中的三个知识点串联起来，即烯醇化作用、差向异构体和醛糖的氧化。通过观察学生对该问题的回答情况，协助教师判断学生对本节课的掌握程度和灵活运用知识的能力。

五、结语

通过以上单糖章节的教学设计为例，说明生物化学教学过程应当遵循学科规律，以科研探索思想渗透生物化学教学的课程设计，不断将新理论和新知识融入到教学内容中。在当前“一带一路”发展背景下，国家对人才的需求越来越高，推行以科学研究为主线的研究式教学设计，可以显著提高学生的创新思维、分析和解决问题的能力，从而提升人才培养的质量。

参考文献：

[1]郑昌学.生物化学教学之我见——2012年生物化学与分子生物学学术大会发言[J].生命的化学，2013，（1）：101-104.