生物化學教學設計

生物化學教學設計

　　上好一堂生物化學課，授課教師需要有高度的責任心，對課堂進行精心的設計，才能收到良好的教學效果。那么，生物化學教學如何改革呢?

　　摘要：盡管生物化學理論內容抽象、難學，但生物化學對于培養農林醫藥院校學生解決問題能力和創新能力是至關重要的。

　　該文以乳糖操縱子教學為例，從導課、授課、知識拓展、強化訓練、小結5個環節闡述生物化學的教學設計，以期激發學生學習興趣，提高學生的學習主動性，確保教學目標的實現。

　　關鍵詞：生物化學;乳糖操縱子;教學設計

　　生物化學是從分子水平探討生命現象本質的一門學科，也是醫學、生物學、農學等學科科學研究的工具學科。

　　該學科對于培養農林醫藥院校學生解決問題的能力和創新能力是至關重要的。

　　然而，由于生物化學學科非常抽象，主要是闡述體內蛋白質、DNA和RNA以及其他分子的相互作用過程，導致學生很難理解，使得生物化學課程成為農林醫藥院校最難學、不及格比例最高的學科之一。

　　盡管在當前的教學改革過程中，以PBL為主導的理學教學方式[1]和以任務驅動型教學為主導的實驗教學方式[2]對于實現真正的“以學生為中心”教學理念提供了新的教學方法，但傳統的由教師主導的講授法授課模式仍然是無法替代的。

　　因而如何在教學過程中激發學生學習興趣，如何能夠深入淺出的將復雜的機制通俗化，一直是生化教學老師不懈的追求。

　　本文以較抽象的基因表達調控中的乳糖操縱子為例，從導課、授課、知識拓展、強化訓練、小結5個環節闡述如何進行生物化學教學設計。

　　1設疑導課激發學生學習興趣

　　由于乳糖操縱子內容非�？菰�，而且比較復雜，所以在教學過程中先給學生講述一個現象(給出一張細菌生長曲線圖)：當培養基中同時含有葡萄糖和乳糖時，細菌的生長曲線不是大家熟悉的遲緩期、對數期、穩定期、衰亡期，而是出現了2個對數生長期，中間有一個遲緩期。

　　那么為什么會出現這種現象呢?接著給出一張細菌培養基中糖消耗曲線圖，學生就會分析發現第一個對數生長期主要是培養基中的葡萄糖被消耗了，而第二個對數期是乳糖被消耗了。

　　那么為什么葡萄糖和乳糖分別在第一個和第二個細菌生長對數期會被消耗呢?學生通過前面代謝部分的學習，一般都明白代謝葡萄糖和乳糖都需要酶，而且需要的酶不同，第一個對數期細菌體內有分解葡萄糖的酶，第二個對數期有分解乳糖的酶。

　　也就是說培養基中同時含有葡萄糖和乳糖時，細菌優先利用葡萄糖。

　　那么這是為什么呢?最后給出細菌生長過程中lacmRNA、β半乳糖苷酶和β半乳糖透性酶，此時學生會發現乳糖代謝的基因——lacmRNA并沒有表達，而且對應的基因表達產物β半乳糖苷酶和β半乳糖透性酶含量也很低，所以第一對數期不能分解乳糖，只有第二對數期才能分解乳糖。

　　那么細菌體內如何實現這一復雜的基因表達調控過程呢?通過4次層層設疑，抽絲剝繭，引出乳糖操縱子的調控機制，大部分學生會好奇細菌是如何實現這一復雜調控過程的。

　　2始終圍繞培養基中不含葡萄糖、只含有乳糖時乳糖操縱子才開始表達這一現象進行授課

　　通過前面3張圖片的講解，學生發現當培養基中只含有乳糖時，乳糖代謝相關的2個酶β半乳糖苷酶和β半乳糖透性酶產生了，而且編碼這2個酶的lacmRNA也表達了。

　　由此就引入了誘導表達和操縱子這兩個概念。

　　誘導表達就是加入代謝物后基因才開始表達;而操縱子就是一個lacmRNA產生2個以上的蛋白質。

　　接著詳細講述乳糖操縱子的結構、操縱子中每個元件的功能。

　　而且指出1961年，Jacob和Monod提出的操縱子模型在原核生物基因表達調控機制中具有普遍性，并于1965年獲得諾貝爾生理學或醫學獎。

　　然后講述為什么培養基中含有乳糖時該操縱子才開始表達主要是由于阻遏蛋白的負調控作用被乳糖誘導后解除。

　　同時在講解過程中要結合蛋白質和酶的變構效應，講解阻遏蛋白與乳糖結合后結構改變不能與操縱序列結合，這樣學生與前面學習到的知識融匯貫通，方便學生理解。

　　乳糖操縱子阻遏蛋白的負調控機制只解釋了只有在乳糖存在是乳糖代謝相關酶才開始表達，因而此時接著拋出另外一個疑問：為什么培養基培養基中同時存在葡萄糖和乳糖時，乳糖代謝的酶并沒有被誘導呢?是不是還存在其他調控機制呢?由該疑問引出CAP蛋白的正調控機制，同樣的CAP蛋白存在與cAMP結合后的變構效應導致功能改變的現象。

　　最后總結過程中強調阻遏蛋白的負調控與CAP蛋白的正調控協調調節乳糖操縱子的表達過程，也解釋了為什么“只有在培養基中不含葡萄糖、只含有乳糖時乳糖操縱子才開始表達”這一中心問題。

　　3側重創新能力培養，進行知識拓展

　　知識拓展應該注重于學生分析問題和解決問題的能力培養，更加強調學生創新品質的培養。

　　我們在教學過程中經常強調“授人以魚，不如授人以漁”，因而在講解完乳糖操縱子結構后，應當教會學生如何可以從GenBank中查詢下載到該序列，如何找到乳糖操縱子結構中的各個調控元件和結構基因。

　　學生一看非常直觀，而且會有許多新發現：調控序列實際上很短，只有幾十個堿基，而結構基因很長，有幾千個堿基;阻遏蛋白結合的操縱序列和RNA聚合酶結合的啟動序列實際上是重疊的;lacZ、lacY和lacA基因之間實際上有間隔序列;阻遏蛋白基因不隸屬于乳糖操縱子，是獨立轉錄的。

　　通過教會學生如何使用GenBank查詢下載序列，既為學生今后從事科研工作奠定了基礎，同時學生又可以“做中學”，有不少新發現，而學有余力的同學課后就會查找文獻，更深入地了解原核基因表達調控的特點及機制。

　　同時在知識拓展時還要強調新進展，強調這個領域中目前的創新性的成果。

　　如我們講述了Bhogale等2014年發現在大腸桿菌中，乳糖操縱子有非誘導狀態轉化為誘導狀態，不僅與阻遏蛋白在操縱序列的解聚相關，同時與阻遏蛋白與操縱序列解聚的周期相關。

　　學生會發現這樣一個經典的模型，直到今天都在不斷發展、不斷完善，有力于培養學生學無止境的學習品質和創新精神。

　　4圍繞重點、難點進行強化訓練

　　大學的教學課堂要不要進行強化訓練，一直以來都飽受爭議，其主要原因就是學生過去在高中階段長期深受“填鴨式教育”和“應試教育”毒害。

　　但是我們認為課堂上適當的強化訓練還是必要的，有利于學生對重點難點內容的理解和掌握。

　　本校教師赴美國猶他大學訪學后發現，國外的醫學院考試是非常多的，生物化學部分內容每2周考試一次，學生學習基礎醫學部分內容一年后就參加類似于國內執業醫師的全國性統一考試，2次機會，沒考過直接退學了。

　　因此，我們針對乳糖操縱子正負調控機制和歷年來考試中學生多選題失分較多，安排兩道單選題和兩道多選題，先讓學生通過掃描二維碼在問卷網回答，然后教師現場直接在問卷網查詢學生答題結果，查看學生掌握情況，與學生一起分析回答錯誤的原因。

　　5提綱挈領進行小結，提出問題引發學生思考

　　小結是對一堂課內容的簡要概述，也是對一堂重難點內容的再次強化，有利于學生對所學內容進行整體性掌握。

　　在進行乳糖操縱子講述過程中可以自己制作一個簡單的動畫，概述乳糖操縱子結構、阻遏蛋白的負調控和CAP蛋白的正調控作用。

　　這樣學生對本節內容有個整體性的認識，不至于“只見樹木不見森林”。

　　然后可以提出一道思考題供學生課后研究性學習：“人體中是否有乳糖代謝相關的酶?該基因在東亞人群和歐美人群中的表達調控特點有何差異?為什么不少同學喝牛奶后有輕微的腹瀉呢?”這個問題既和本節學習內容密切相關，又與學生的日常生活密切相關，可以解決學生“為什么學?學后有什么用?”的疑惑。

　　6結語

　　上好一堂生物化學課，授課教師需要有高度的責任心，查閱大量文獻，對課堂進行精心的設計，才能收到良好的教學效果。

　　而傳統高校教師教學過程中，由于存在“重科研，輕教學”的思維定式，一般課堂教學設計時以教材中的章為單位進行教學設計，往往涵蓋3~5個課時的教學內容。

　　這就導致學生在一節課的學習中感覺非常凌亂、不系統，無法感受到那些內容是重點內容，往往老師在講課時常常強調這里是重點啊，但是幾分鐘就講完了，學生根本沒有聽明白。

　　因而我們建議在教學過程中要以一節課作為單位進行教學設計，從導課、授課、知識拓展、強化訓練、小結5個環節進行“深雕細琢”。

　　同時在教學過程中要層層設疑，激發學生學習興趣，以本節內容為例，我們先后設計了5個問題引發學生思考，而且問題一環扣一環。

　　此外，要充分利用小結的機會，對一節課的內容進行簡單的回顧，讓學生對教學內容有整體性的認識。

　　最后，再提出與本教學內容和大家日常生活都密切相關的問題，引發學生思考，讓學生明白生物化學和大家的生活其實是密切相關的，而不是抽象的、無用的。

　　參考文獻

　　[1]李崇奇，張晨嶺.PBL教學在生物化學教學中的應用[J].江蘇第二師范學院學報，2014(05)：22-25.

　　[2]李崇奇.任務驅動教學法在生物化學與分子生物學實驗教學中的應用[J].基礎醫學教育，2016(03)：205-208.

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