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生物化学课堂教学方法研究
来源查字典化学网| 2019-09-20 发表| 教学经验分类:化学论文

教学经验

ժҪ:生物化学是食品、生物、医学、农学等学科重要的专业基础课,因其内容繁多,理论抽象,代谢反应复杂,经常令许多学生难以掌握。介绍分析8种生物化学课堂上常用的教学方法,分别为故事教学、问题式教学、形象比喻教学、顺口溜教学、联系生活实例教学、对比记忆教学、归纳总结教学、互动教学,用于化繁为简、化抽象为具体,活跃课堂气氛,增强学生学习兴趣和学习主动性,最终达到有效提高教学质量的目的。

关键词:生物化学;教学方法;研究综述

生物化学是食品、生物、医学、农学等专业学生必修的一门基础课[1],同时也是很多硕士研究生入学的必考科目。由于生物化学是从有机化学和生理学发展而来,在分子水平上研究生命现象的学科,与其他学科之间相互交叉、渗透明显,理论比较抽象,代谢反应错综复杂,学生难以理解。因此,如何将生物化学中深奥难解的代谢理论及错综复杂的代谢反应转变为浅显易懂、形象化和具体化的知识传授给学生,并达到激发学生学习兴趣、培养其综合素质的教学目标,是每一位生物化学教师需要不断探索的课题。笔者以生物化学和教学改革为关键字在知网搜索,共显示15437条结果;以提高生物化学教学质量为关键字搜索,显示6079条结果。可见,关于如何改善生物化学教学效果的教改工作已有大量文献报道,为此笔者将一些典型实用的教学方法在本文中进行归纳总结,以供各位同行参考阅读。

1故事教学

故事教学法大多用于绪论教学,因为绪论是每门课的第一节课,对激发学生的学习热情非常重要。讲好绪论将有助于学生揭开生物化学的神秘面纱,克服望而生畏的心理,帮助其端正学习态度,找到正确的学习方法,增强学习信心,也有利于教师树立良好的形象和威信,对教学产生积极作用和影响[2]。绪论教学中存在的问题之一是教师对绪论的讲解不够生动,因此在课程设计中引入一两个通俗易懂的小故事,对改善教学效果是非常有必要的。众所周知,诺贝尔奖始于1901年,是自然科学中最具影响力的一个奖项,也是无数科研人梦寐以求的荣誉,而生物化学是所有学科中获得诺贝尔奖最多的一个学科。例如,胰岛素的发现者加拿大人F.G.班廷,为了筹集实验资金变卖了自己的家产,他不顾一切只为实现自己心中的梦想,并最终将胰岛素用于临床,使糖尿病患者得到救治,他也因此获得了1923年的诺贝尔生理学或医学奖[3]。又如,2001年诺贝尔化学奖授予了美国科学家威廉诺尔斯、巴里夏普雷斯以及日本科学家野依良治,以表彰他们在不对称合成方面所取得的成绩。由于许多化合物的结构都是有对映体的,好像人的左右手一样,这称为手性。而药物中也存在这种特性,有些药物成分里只有一部分有治疗作用,而另一部分没有药效甚至有毒副作用。曾经在欧洲就发生过妊娠妇女服用没有拆分的消旋体药物作为镇痛药或止咳药,而导致大量胚胎畸形的反应停惨剧。这3位科学家的贡献在于使用一种对映体试剂或催化剂,将左旋和右旋分开,用于除去消旋体中没有作用的部分,而留下的有效对映体药效可达到原来的几倍甚至几十倍。讲完上述例子,我们再告诉学生氨基酸的结构中也存在手性,如L-氨基酸氧化酶只能催化L型氨基酸氧化,对D型氨基酸则不起作用[4],引起学生对即将学到的氨基酸知识和酶的立体异构专一性产生浓厚的兴趣,并留下深刻记忆。讲到这里,很多学生可能会开始思考生物化学在中国历史上的发展情况。事实上,在中华民族几千年的历史长河中很早就出现了酿酒、制酱、制醋、制豆腐等生物化学相关的生产工艺。而在唐代,药王孙思邈就开始用猪肝治疗雀目,在他的《千金翼方》中记载着治脚气常做谷白皮粥防之,即使用含有大量维生素B1的豆类、车前子、防风、杏仁等针对脚气病的各种不同情况进行治疗。另外,我国近代生物化学的开拓者和奠基人吴宪于1931年正式提出蛋白质变性学说,是当时最完备的学说;1965年王应睐等学者首次人工合成结晶牛胰岛素,实现了世界上第一个蛋白质的全合成。但由于我国许多研究多停留在表面,并未深入形成理论体系,因此在生物化学史上,几乎没有留下中国人的名字,不得不说是一种缺憾[5]。不过在1999年我国积极参与人类基因组计划,承担了1%的测序任务,成为参与这一计划的唯一发展中国家,至2003年人类基因组计划顺利完成。通过这样的事例能够有效激发起学生的民族自豪感,树立他们为祖国献身科研的决心[6]。从以上故事学生不难体会到生物化学艰苦漫长的发展历程和这些科学工作者热爱科学、献身科学的崇高精神及所付出的艰辛劳动,从而得到精神的净化、启迪和教育,对励志和激发潜能有着不可估量的影响[7]。

2问题式教学

问题式教学法,即PBL教学法(Problem-BasedLearning,PBL),是由美国神经病学教授HowardBarrows创立的一种以问题为基础,学生为中心,教师为引导的小组讨论及自学的教学模式[8-9]。一般在课堂上教师提出问题,学生以小组为单位讨论和收集查找资料,回答问题,最后教师对各组的表现进行总结和评价。在解决问题的过程中,需要学生综合运用相关知识,将各方面的知识融会贯通,有助于全面理解相关知识点。学生通过讨论问题,寻找解决方案,可以促进学生间的交流与沟通,培养团队精神与合作意识,也为学生提供了一个自主学习和自我发展的良好平台。加之教师的参与,使课堂教学过程更加灵活多样,教学更具目标性和方向性。因此,这种教学模式对于激发学生的好奇心,增强其综合理解能力具有重要的引导和推进作用。实际生活中有很多现象都可以用生物化学知识进行解释,因此可以利用这些常见的现象设问,要求学生进行课堂讨论,进而引出即将要学习的内容。例如为什么吃馒头、米饭时会越嚼越甜(唾液淀粉酶的消化作用)?为什么喜欢吃甜食的人容易发胖(糖和脂类相互转化)?为什么剧烈运动后会有肌肉酸痛的感觉(糖的无氧分解)?为什么酒精可以杀菌、消毒(蛋白质变性)?为什么有的人喝牛奶容易腹泻(乳糖不耐受)?为什么减肥的人需要控制高脂、高糖饮食(糖类、脂类代谢关系)?新生儿为什么会在特定时期发生黄疸(6-磷酸葡萄糖醛酸脱氢酶缺乏)?为什么必须合理应用抗生素(基因突变、耐药菌株)?乙型肝炎疫苗、甲型H1N1流感疫苗是如何研制的(特异性免疫应答)?为什么说人类已经进入分子医学时代(基因诊断与治疗)?为什么谍战剧中的特务都以氰化物作为剧毒药品(酶的抑制作用)?通过这些精心设计的小问题,让学生在思考和回答问题的同时,完成对新知识的学习[10]。

3形象比喻教学

生物化学的教学难点在于所讲的内容看不见、摸不着,直观性差。而通过形象的比喻,往往能把抽象的问题变具体,把深奥的理论变浅显,产生出人意料的教学效果。例如:(1)DNA双螺旋结构特点是生物化学教学中的一个难点,可将其结构比喻为一个盘旋而上的双扶手楼梯,磷酸和脱氧核糖交替排列的两条链相当于楼梯两边的扶手,两条链之间的碱基对相当于楼梯台阶,台阶(碱基对之间的氢键)是稳定两条链的主要力量。两台阶间的距离为0.34nm,每一螺旋包含10层台阶(即螺距为3.4nm)[1]。(2)在讲蛋白质合成过程中3种RNA功能时,可将核糖体RNA(rRNA)比作厂房,各种氨基酸比作原料,信使RNA(mRNA)比作图纸,转运RNA(tRNA)比作运输工具。这一形象比喻使学生很容易就理解3种RNA在蛋白质合成中各自的功能[1]。(3)呼吸链(电子传递链)教学可以比喻为接力赛,把代谢物脱下的2H比喻为接力棒,把线粒体内膜上按一定顺序排列的递氢体和递电子体比喻为接力赛的参赛者,这样学生就不难理解呼吸链的概念、组成和作用了[5]。(4)在讲授蛋白质分子结构时,可将蛋白质的一级结构和高级结构(二级、三级、四级结构)比喻成女孩子的辫子。蛋白质的一级结构(即一条多肽链)就像辫子的每股头发;蛋白质的二级结构就是已编好的辫子(如三股辫、四股辫等),将编好的辫子再盘起来,那么盘发的样式即是蛋白质的三级结构,每股头发的单独构型可看作一个亚基,每股构型之间的连接则为蛋白质的四级结构,通过这个比喻学生对蛋白质分子的高级结构就有了非常形象的认识[6]。而二级结构中-螺旋可比喻成弹簧,-折叠可比喻为折扇[11]。(5)学生难以理解多肽链中氨基酸排列顺序的多样性造就了自然界中种类众多的蛋白质,此时可以把蛋白质一级结构中氨基酸排列顺序和乐曲进行比较,既然由7个音符组成了无数支乐曲,那么由20种氨基酸更能组成种类繁多、功能各异的蛋白质分子[12]。(6)讲授酶催化作用高效性的原因时,将分子活化能比作高山或跳高的栏杆,酶能降低山的高度或栏杆的高度(反应的活化能),则在一定的时间内活化分子数增加,反应速度增加[12]。(7)在学习酶的竞争性抑制作用时,可采用大家熟悉的抢板凳游戏进行比喻。例如,游戏中有4个板凳,第一回合有4位学生参加游戏,每位学生都一定能抢到板凳。第二回合,仍然是4个板凳,但增加1位抢板凳的学生,即5位学生参加游戏,导致原来4位学生抢到板凳的概率降低。竞争性抑制作用中的酶好比游戏中的板凳,抑制剂好比游戏中后来加入的学生,后来加入的学生使得原先参加游戏的学生抢到板凳的概率降低,同理,竞争性抵制剂与底物竞争酶的同一活性中心结合,使底物与酶结合的概率降低[13]。(8)在讲到血糖的来源与去路时,课本中提到正常情况下,血糖浓度相对恒定,由其来源与去路的动态平衡所决定,很多学生不理解动态平衡的意义,此时教师可以借助一个水槽的出水管和入水管进行比喻。当入水管和出水管同时完全打开,且入水速度等于出水速度,那么水槽内的水位不会改变,但水槽内的水已经不完全是原来的水了,此时水位的平衡就是一种动态平衡[13]。

4顺口溜教学

顺口溜教学也叫歌诀教学,具有简洁明快、押韵顺口的特点,在教学中适当运用可起到激发学习兴趣的作用,也便于学生记忆。这种教学方法可以先吟顺口溜,再做解释;也可先对有关知识进行讲解,再用顺口溜概括总结。例如:(1)DNA的双螺旋结构特点可归纳为:DNA,双螺旋,正反向,互补链;A对T,GC连,配对时,靠氢键;十碱基,转一圈,螺距34点中间;碱基力和氢键,维持螺旋结构坚[5]。(2)8种必需氨基酸(缬异亮苯蛋色苏赖)可编成一句话:一笨蛋来宿舍歇凉或一家寄来两三本书[5]。(3)糖的有氧氧化:酵解只到丙酮酸,有氧不会变乳酸,丙酮酸进线粒体,脱氢脱羧成乙酰,乙酰又入三羧环,分解成水和氧碳[6]。(4)三羧酸循环可总结为:草酰乙酰成柠檬,柠檬又生酮,琥酰琥酸延胡索,苹果落在草丛中[14]。(5)合成嘌呤核苷酸的原料来源可用甘氨当中站,谷碳站两边,左上天门冬,头顶二氧碳来记忆。再如,三羧酸循环特点可归纳为四三二一几个要点,即四次脱氢,三个不可逆反应,二次脱羧,一次底物水平磷酸化[15]。可见这种记忆方法使学生学得轻松。

5实例教学

生物化学是一门阐明生命现象的学科,它所讲授的理论都是为社会实践服务的,因此在教学中可以引用一些与实际生活相关的实例来激发学生的学习兴趣,引导其主动参与,用学到的知识和方法来思考和分析实际问题。例如讲到蛋白质变性时,可以由大家熟悉的生鸡蛋煮成熟鸡蛋,引出蛋白质变性后发生沉淀凝固,形象易记。在学习温度对酶促反应速度的影响时,可引申出加酶洗衣粉在使用时温度不能过高,避免酶变性失活;在讲糖的无氧氧化和有氧氧化时,向学生解释为什么提倡采取慢跑、游泳等有氧运动方式锻炼身体;讲到生物氧化过程中自由基的产生和清除时,联系吸烟对健康的危害及大宝SOD蜜的护肤原理[13]。另外,在讲蛋白质化学时,联系镰刀型红细胞贫血症讲解血红蛋白结构与功能之间的关系;通过讲述急性胰腺炎的发病机理,理解酶原及酶原的激活;通过讲解有机磷农药(敌百虫、敌敌畏、乐果)的杀虫原理,理解酶的不可逆性抑制作用,而通过讲解磺胺类药物的抑菌作用,用于理解酶的竞争性抑制作用;介绍CO中毒及氰化物中毒原理,学习电子传递链与氧化磷酸化的相关知识;讲述脂肪肝的形成机理,理解脂肪在动物体内的合成和运输过程;学习白化病的发病原因,理解芳香族氨基酸的代谢过程[16]。可见,实例教学不仅可以使抽象枯燥的理论知识变得生动,易于理解,而且因为与生活实际问题相联系,能够使学生放松心情,提高学习兴趣。然而这种教学方法,要求教师必须广泛查阅文献资料,钻研基础理论知识,精心备课,因此对教师而言也是一个学习和提高的过程。

6对比记忆教学

生物化学课本中有许多物质的名称、结构、功能等具有可比较性,将其进行对比,找出异同点,区别记忆,可以减少或避免知识点的混淆。例如,辅酶与辅基、竞争性抑制与非竞争性抑制、有意义链与反意义链、前导链与滞后链等。构成生物体的有些物质在组成或结构上极其相似,但功能不同。例如不同种类的tRNA,虽然结构类似,但却可以转运不同的氨基酸;又如各种生物膜组成基本相同,但各自的选择透过性却不一样。有些物质功能相似,但结构不同。如胃蛋白酶和胰蛋白酶,结构不同却都可以水解蛋白质;抑或不同种类的载体蛋白,虽然结构不同,但都执行运载物质的功能。同理也可以进行生物大分子之间的整体对比,如将蛋白质和核酸的元素组成、基本结构单位、一级结构及化学键、二级结构的螺旋特点及化学键、物质的分布与功能、变性和复性、紫外吸收特点等方面加以对比。另外,各种物质代谢之间的化学反应也是相互联系的,要多加比较才不易混淆,如糖的无氧分解与糖的有氧氧化、嘌呤核苷酸的合成代谢与嘧啶核苷酸的合成代谢等。

7归纳总结教学

通过对学生进行归纳和总结训练,锻炼其思维的逻辑性和严密性,有助于培养其善于学习和终身学习的能力。生物化学中的物质代谢途径众多,调节复杂。如糖代谢中有六条代谢途径,包括三条分解途径、两条糖原途径、一条糖异生途径,课后引导学生用一个葡萄糖化学反应图描述这六条糖代谢途径,并注明反应条件和反应途径的生理意义。在学习了三大营养物质代谢后,指导学生总结糖类、脂类与蛋白质代谢之间的相互联系,理解高血糖带来的物质代谢紊乱,从而总结出糖尿病对人类健康的危害。


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