生物化学教学创新人才培养探究

摘要：课堂教学是培养创新人才的重要途径，我们从专业思维培养、批判思维培养、重视科学发现历程、教学密切联系科研进展及理论知识联系实际问题5个方面，对如何在高校生物化学教学中实现创新人才培养进行了探索，旨在为更好地利用课堂教学培养创新人才提供参考。

关键词：创新人才；生物化学教学；专业思维；批判思维；教学方法

我国高等教育由于受传统观念的影响，把注意力较多放在知识要点的掌握上，缺乏培养学生独立性和批判性思维能力的有效措施，导致学生的创新力不足[1]。生物化学是医学、农学、林学及生物类专业的重要专业基础课程，也是带动生命科学发展的前沿课程，因其涉及知识信息量大、内容抽象、概念复杂、理论深奥、发展迅速等特点，成为了生命科学专业学生最难学的课程之一[2]。目前，如何在这门理论课程中实现学生创新能力培养报道较少，尤其是一些地方本科院校。我教研组对生物化学教学中如何提升学生创新能力培养方面进行了不懈的探索和努力。本文就近些年我们在该方面的一些做法进行了总结，以与同行探讨。

1注重专业思维培养

专业思维是指高校学生应具有善于从专业的视角发现、分析并解决问题的心理特征与能力。专业思维能力是高校学生创新能力的核心，也是大学教育的本质要求，教学则是培养这种能力的主渠道[3]。教育家B.F.Skinner曾说：“如果我们将学过的东西忘得一干二净时，最后剩下来的东西就是教育的本质了。”只有前期理性的专业思维培养才能在后期专业实践中实现专业性的自觉思维。生命科学的专业思维主要包括进化、结构和功能相统一、生命是一个统一的整体。生物化学是我校生物科学专业在植物学、动物学两门课程之后开设的，是学生首次接触的与现代生物学研究内容最接近的一门课程，其教学内容能很好地诠释这些重要思维。因此在教学中除了讲授知识之外，有意识地培养学生的专业思维对于后续核心课程的学习具有重要意义。如在讲授蛋白质变性时，我们除了让学生理解变性的因素之外，更强调了结构的改变是功能变化的原因，同时结合基础课程中植物学、动物学结构和功能适应的案例使学生深入理解这一问题。生命是一个统一的整体，在代谢调控中这一点体现得尤为突出。代谢的调节表面上看是酶活性的调节，但更深层次的是细胞水平、激素水平、神经水平的调节，各种代谢之间既相互联系又相互制约，糖、脂、蛋白质、核酸几大类物质之间相互协调实现了生命过程的常态化。我们在讲授完物质代谢的过程后，最终通过思维导图的方式将各物质代谢之间的相互联系进行总结，让学生形成统一整体上有认识。生物是进化发展的，这包括植物、动物形态上的进化，也包括物质结构以及代谢机制的进化。如在DNA结构的讲述中我们突出原核生物、真核生物基因组的区别，让学生养成以进化的观点看待问题。

2注重“发现”的过程

科学发现是贯穿于科学研究过程中的创新活动。科学史上有很多重大发现所经历的探究过程是人类创新思维的典型事件，不仅事件本身容易吸引学生的兴趣，而且其中包含有许多思想和方法，有成功的经验和失败的教训，还有在失败后的奋斗，这些对于培养学生的创新精神、提高创新能力都具有重要意义[4]。我们在生物化学教学过程中不仅注重结论的传授，而且注重这些重要知识的获得过程介绍，通常会先将一系列相关的实验介绍给同学，让他们思考，如果是自己解决此问题可能会采取何种方法或得出什么结论。如在讲授真核生物染色体结构时，我们逐步展示核酸酶降解染色体可得到200bp或200bp整倍数的DNA，但是随着水解时间的延长最后得到都是146bp左右长度的DNA，由此得出了染色体的核小体结构。在讲述真核生物基因结构时，我们先将前人把基因与成熟mRNA进行分子杂交的图出示出来，让同学思考它们长度不一致的原因，很多同学想到了基因中存在转录而不能翻译的序列，这对以后他们理解基因的内含子和外显子帮助很大。又如在讲述溶菌酶的作用机制中，我们强调这一问题的提出和研究者的解决思路，通过这一科学问题中所涉及的实验及实验结果让学生分析推导出溶菌酶的合适底物、作用位点、水解方式、催化机制。在讲解ATPase的结合变化机制和旋转催化理论时，我们将Boyer等教授的理论提出、学者Sabbert关于菠菜叶绿体CF1亚基间的运动转动图片展示出来，通过图片中荧光生色团在空间位置的变化，学生自然而然就理解了催化过程中的旋转运动。这种讲授过程既将枯燥的知识趣味化，也使学生了解科学发现的过程，掌握了本学科研究的方法、思路。

3注重批判性思维培养

批判性思维(criticalthinking)是一种普遍的人类现象，人们往往通过“质疑—探索—更高层次地质疑—更深层次地探索”这种模式来认识我们身边的各种事物[5]。批判性思维不仅有助于培养学生学习和运用知识的能力，还有助于培养学生的创新意识和形成终生学习的理念[6]。在我国传统的教学活动中，批判性思维的培养严重缺失。生物化学中许多学说的提出都经历了破旧迎新的过程，我们充分利用这些例子以引导学生敢于批判、敢于质疑。米氏方程的建立经历了快速平衡学说及稳态平衡学说，在讲授快速平衡学说之后，引领学生以批判的精神进行分析、讨论，学生们得出忽略ES生成产物的反应是不符合实际的，进而分析稳态平衡学说的优越性。紫外吸收法是测定蛋白质含量最简单的方法，文献中关于氨基酸的紫外吸收光谱阐述不一，不但如此，在大学生物化学教材中也有不同说法，很多教科书认为氨基酸在近紫外区(200~400nm)只有芳香族氨基酸有吸收光的能力，我们在学生实验中偶然发现有些氨基酸在220nm左右具有吸收峰。针对以上问题我们设计实验，对17种氨基酸进行了紫外吸收光谱扫描，所检测的17种氨基酸共同的吸收峰在220nm左右中，其中14种氨基酸只有这一个吸收峰，而3种芳香族氨基酸酪氨酸(Tyr)、苯丙氨酸(Phe)、色氨酸(Trp)在近紫外区(220~300nm)均具有两个吸收峰，同时氨基酸浓度会影响吸收峰的位置[7]。我们引导学生继续分析为什么选择280nm用于蛋白质含量测定，实验结果表明，相较于220nm，280nm处的吸收强度与蛋白质浓度之间呈现更好的线性关系。我们进一步引导学生分析氨基酸形成蛋白质后有哪些变化？从而进一步确定肽键对紫外吸收的影响，以及选用280nm紫外光吸收测定蛋白质含量的原因。这些批判思维的培养使学生养成了敢于质疑的习惯，一直以来我们以王镜岩等编著的《生物化学》第3版为教材，一些学生在学习过程中对下册第343页氨同化的一些说法提出了质疑，后经考证该页确实出现了多处描述错误。同样，一些学生还对下册第398页的嘧啶核苷酸合成调控描述严谨性提出了质疑，后来这些内容在朱圣庚等新编著的生物化学第4版中得到了修订[8]。

4课堂教学与科研进展相结合

高等院校的教学应该是一种与时俱进的创造性劳动，但高校教材的更新往往远远比不上科技前沿发展的速度。将教学与科研进展相结合可以避免教材与现实生活的剥离，并能够提升高校教学质量，培养学生创新思维[9]。2017年国庆节期间，诺贝尔化学奖授予了瑞士洛桑大学的雅克•杜波切特、美国哥伦比亚大学的阿希姆•弗兰克和英国剑桥大学的理查德•亨德森，以表彰他们发展了冷冻电子显微镜技术，以很高的分辨率确定了溶液里的生物分子的结构[10]。我们及时地将这一获奖信息与课本蛋白质和核酸空间结构研究部分相联系，并让同学们自己查阅文献了解X射线衍射分析、核磁共振技术、冷冻电镜在蛋白质结构测定上的差异，使学生对大分子物质空间结构研究方法有了深入了解。饶子和院士和杨茂君教授等研究团队在电子传递链复合体I和II的空间结构及电子传递机制研究中多次取得重要进展，为今后深入理解哺乳动物呼吸链复合物的组织形式、分子机理以及治疗细胞呼吸相关的疾病提供了重要的结构基础[11]，及时将这些进展与课程结合提振了学生对我国创新能力的自信心。在关注国内、国际科学研究前沿的同时，我们还将课堂教学内容与教师的科研相结合。Western杂交是生物化学蛋白质部分的内容，Southern杂交和Northern杂交是核酸部分的内容，但在实际科研工作中这些技术往往结合在一起使用。因此，我们以教师科研中某一基因的克隆及在真核生物中的表达为例，将三种杂交技术结合在一块讲，这样学生既清楚了三种技术的检测对象的差异，理解了机理，也更真实的了解了三种技术的应用。

5理论知识与实际问题相结合

生物化学理论抽象、代谢途径错综复杂，纯粹的生物化学理论学习难学、难懂、难记，通过理论联系实际应用的方法，可以将这些深奥复杂的知识具体化形象化，无疑是一个很好的教学模式[12]。我们在讲述了核酸的“从头合成”与“补救合成”之后，将网络上几种核酸类保健品展示给同学，让他们从专业的角度去分析这种产品是否真的具有保健作用。在讲述蛋白质含量测定时，我们结合三聚氰胺奶粉事件，引出凯氏定氮法的优缺点，并让学生分析哪种检测方法可以避免牛奶掺假(掺入含氮物质)。在讲授糖代谢时，引出人剧烈运动以后肌肉会发酸且不宜马上饮酒，如果饮酒最好要吃面食，否则可能会引发酒精性的低血糖等生活常识，这种理论联系实际的方法使学生对葡萄糖无氧降解、乳酸循环、糖异生和辅酶有了较深刻的认识。再例如，肉碱类产品常被用作减肥产品，我们讲述脂类代谢时，让学生从脂肪动员、脂肪酸转运和脂肪酸氧化角度分析出为什么这类产品只有辅助运动才会起到减肥作用，且大多数人可能根本不需要吃肉碱，只靠运动就可以减肥。青年学生喜欢追剧，2017年我们开课过程中恰逢电视剧“急诊科医生”热播，其内容中涉及到若干疾病的发病机理，我们将这部剧中的一些与生物化学知识相关的内容引入教学，如“吸血鬼病”，结合生物化学教学中卟啉代谢的内容，让学生了解了其发病机理。在讲授氧化磷酸化一章时，提出了2,4-二硝基氟苯(DNP)最初为什么能够被选作减肥药用？为何服用后会导致体温升高和大量出汗？又为何DNP以后被禁用等问题？带着这些实际问题去听课，学生很容易地掌握了电子传递链、氧化磷酸化及其氧化磷酸化的偶联和解偶联机制，并进一步理解了为什么DNP目前可以用作杀虫剂的原理。

6结语

创新性人才培养是高等教育永恒的的主题，我国中长期教育改革和发展规划纲要(2010－2020)将创新型人才的培养定为高校工作的重心，明确提出了创新型人才培养的具体目标。我们在生物化学教学中实现创新人才培养的尝试取得了较好的成果，但创新能力的培养是一个长期的系统工程，我们在生物化学的理论教学中也只是做了有限的探索，如何在教学方式、教学方法、考核方法上、实践能力培养上凸显出创新能力培养还有待于进一步改进。

作者:王丽燕 谢兆辉 单位:德州学院生命科学学院