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关键词 诺贝尔生理学或医学奖 诺贝尔化学奖 生物化学 发展史 化学生物学
生物化学是研究生命现象的化学本质的科学。20世纪以来发展尤为迅速,展现出一幅美好的前景,越来越多地吸引着来自生物、化学及物理领域的科学研究者们的注意力,成为一门十分活跃的、人们感兴趣的、有发展前途的交叉学科。
从1901年第一届诺贝尔奖颁发至今,有许多诺贝尔生理学或医学奖和诺贝尔化学奖得主都是在生物化学领域有突出贡献的科学家。尤其是20世纪50年代以后,生物领域的所有获奖成果中,有一半以上与生物化学有关。在诺贝尔化学奖中,也有近三分之一的获奖成果属于生物化学领域。事实足以说明生物化学在生命科学中的重要地位和作用,从总体上来看,生物化学的发展大致可分为4个阶段(见表1)。
1 生物化学的萌芽
早在史前,人们就已经在生产、生活和医疗等方面积累了许多与生物化学有关的实践经验。我们的祖先在公元前22世纪就用谷物酿酒;公元前12世纪就会制酱、制饴;公元前4至3世纪的柏拉图和亚里士多德对生理学、化学等都非常重视;人们用酸碱中和一类的化学反应解释人体的机能;晋朝的葛洪已经用海藻治疗瘿病(甲状腺肿胀)。公元6世纪,北魏贾思勰记载了在制曲中利用曲的滤液进行酿造,表明对酶的作用已有初步认识;公元7世纪,孙思邈就用车前子、杏仁等中草药治疗脚气病、用猪肝治疗夜盲症;公元11世纪,北宋沈括有“秋石阴练法”的记载,是一种人尿中提取性激素的古老的生物化学方法;公元16-17世纪的海尔蒙特深信酵素参与维持生命的反应过程,认为酵素是一种潜在的形成能力,它能够使种子和生命得以产生。人们对生物化学的认识,仅仅局限于生产和医学实践中的观察和应用,尚未对该领域进行深入的、本质的研究分析,仅是化学家或医疗化学家以化学的观点解释生命现象,这一时期成为生物化学早期的知识积累阶段。
直到18世纪中叶,法国拉瓦锡首次证实了动物身体的发热是由于体内物质氧化所致,阐明了机体呼吸的化学本质,这是生命科学史上的一个重大发现,也是生物化学发展的一个里程碑。2 生物化学的初期:生理化学阶段
18世纪后期到19世纪,生物学已发展为独立的学科,化学也已经形成比较完整的体系。在这期间,一些有创意的科学工作者把生理问题与化学结合起来,用化学的基本原理解释生理现象,尤其注重从化学观点研究植物生理、动物和人体的生理现象,为生物化学的形成做了准备,也使生物化学得以形成成为可能和必然。
19世纪,科学研究者对生命现象开展了比较广泛的研究,对生命的化学本质的认识有了许多重大进展,为生物化学的形成奠定了基础。如1810年盖·吕萨克推导出了酒精发酵的反应式:淀粉一麦芽糖一葡萄糖一酒精。李比希于1842年出版了《生物化学》,他用化学理论阐述了动物生理和人体生理的问题。科学家们先后发现了一些生物体中的重要化学物质。19世纪50年代巴斯德证明了酒精发酵是微生物引起的,排除了发酵自生论。19世纪60年代,德国生理化学家候普·赛勒得到了蛋白质的结晶——血红蛋白,1877年第一次提出了“生物化学”一词,将其定义为所有与生物分子有关的一切内容。1894年,费歇尔首先提出酶的专一性及酶作用的“锁一钥”学说。由于费歇尔是使生物化学成为独立学科的最有功劳的人物,因此,费歇尔被人们誉之为“生物化学之父”。这个阶段的生物化学,实际是用化学的观点研究生物的生理问题,取得了不少成果,如对酶的了解、蛋白质和糖元的发现、胃酸的发现、人体与氧气的关系、维生素的发现、对腺体的初步认识、从激素到胰岛素的发现以及抗生素的发现,等等。
这一时期无论是生物学家还是化学家都还没有从化学的本质上给予生物化学系统的解释,仅仅是对生物体中的一些重要化学物质及其作用有了一定的认识和研究,仅仅属于生理化学阶段,为19世纪末期形成生物化学这门独立的学科奠定了坚实的基础。3 生物化学的诞生
生物化学是一门交叉学科,它运用化学的理论与方法研究生物的化学组成和生命活动中的化学变化。对于生物化学的诞生,主要有2种不同的观点:
大多数学者认为生物化学是19世纪末期诞生的新学科之一。1897年德国科学家布赫纳(1860—1917)证明发酵是由酶的作用引起的催化过程,不需要酵母菌的存在,因此诞生了一个新领域——生物化学。他也因生物化学研究和发现无细胞发酵于1907年获得诺贝尔化学奖。
另一种观点认为,1828年维勒用人工方法以无机化合物氰氨酸合成有机化合物尿素,揭示了生物体的反应同样是遵循物理和化学的规律,标志着生物化学这门交叉学科的诞生。
虽然生物化学的诞生并不是一朝一夕或者某个时刻计然之术,但若非要给生物化学的诞生确定一个具体的时间的话,对于这2种不同的观点,倾向于第一种观点的较多,即生物化学作为一门独立的学科是在19世纪末期,虽然第二种观点也提出形成的具体时间和标志,大部分研究都表明生物化学作为一门独立的学科是在19世纪末期。4 生物化学的发展4.1 生物化学的初级发展时期
化学的发展以及化学研究方法的多样化、综合化对于确定生物体的化学成分、性质和结构的认识与合成具有推动作用。在生物化学的建立和发展过程中,对蛋白质和核酸的研究成果成为生物化学不断取得进展的重要标志。此外,在营养学、内分泌学、酶学方面的研究成绩也取得非常重要的进展,对生物化学的全面发展和研究揭开了新的思路,又奠定了坚实的基础,见表2。
4.2 分子生物学:生物化学蓬勃发展时期
在《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》中提到:“坚持以人为本,……重点是面向全体学生、促进学生全面发展,着力提高学生服务国家人民的社会责任感、勇于探索的创新精神和善于解决问题的实践能力。”根据《生物化学》课程的特点,通过多种教学方法使学生扎实学好生物化学课程的基本概念、基础知识和基本原理;在教学过程中提高学生的理解力、记忆力、阅读能力和应用所学知识解决问题的能力,让所有学生在原有的知识基础上掌握好生物化学的基本内容。
1.激发和培养学生的学习兴趣。爱因斯坦曾经说过:“兴趣是最好的老师。”在生物化学的课堂教学过程中,应用启发式可以让学生对生物化学的基础知识产生兴趣,使学生尽早进入主动学习状态。在《生物化学》课程的教学过程中,通过对一些科学家生平事迹如郑集教授的介绍,使学生意识到,生物化学的基础知识,可以帮助自己科学地生活,健康地生活;在学习过程中,了解生化物质在生物体中的代谢规律,就会知道膳食平衡、生活有度的基本原理。以郑集教授的一生经历作为引子,启发学生学好生物化学,让学生对生物化学的知识产生好奇之心,可以取得了良好的教学效果。在生物化学的绪论讲解中,为学生介绍一些生物化学发展史上历史事件,如1953年,詹姆斯·沃森、弗朗西斯·克里克和里斯·威尔金斯发现了DNA双螺旋的结构,推动了遗传的分子研究;1983年美国科学家Cech和Altman发现了核酶(ribozyme),这个发现打破了酶是蛋白质的传统观念;1965年9月,我国科学家首先在世界上成功地实现了人工合成具有天然生物活性的蛋白质———结晶牛胰岛素,它对生命起源问题从有机小分子形成有机高分子物质提供了有力的证据;人类基因组计划(humangenomeproject,HGP)是由美国科学家于1985年率先提出,于1990年正式启动的。美国、英国、法国、德国、日本和我国科学家共同参与了这一预算达30亿美元的人类基因组计划。人类基因组计划与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称为三大科学计划。被誉为生命科学的“登月计划”。通过这些历史事件的介绍,使学生了解到生物化学知识与人类生活之间的重要关系,使学生对生物化学产生了浓厚的兴趣。
2.注重学生能力的培养,拓展学生的思维空间。对于我院三个专业的学生,在学习生物化学的知识基础上,应该注重能力的培养。在教学过程中,应该鼓励学生多参考课外资料,如其他作者编写的生物化学教材,图书馆的期刊杂志以及网上各种数据库,使学生在了解基础知识的同时了解更多的课外知识,拓展学生的思维。在学生的学习教学过程中,鼓励学生有意识地提高自己的理解力、记忆力、阅读能力,锻炼学生应用所学知识解决实际问题,在学习每一门课程的过程中掌握知识特点,针对每一门课知识结构的不同,找出每一门课的学习方法,制订出每一学期的学习计划。通过这些方法的运用,让学生找出最适合自己的学习方法,拓宽学习思路,提高学习能力和效果。
3.注重难点,抓住重点,建立起牢固的知识基础。生物化学是三个专业的专业基础课,也是三个专业的核心课程,因此要通过各种教学方法使学生牢固地建立起生物化学的专业知识基础,这样才能为后续课程打下坚实的基础。但是由于在生物化学的课程内容中,分子结构和代谢途径都比较复杂,因此给学生的学习带来了一定的难度;针对这一特点,在教学过程中就应该对教学难点应用一些实例进行讲解,对教学重点进行较详细的讲解,深入浅出,使学生比较轻松地掌握生物化学知识。在教学过程中,抓住化学物质的结构———化学性质———代谢规律这条主线,从静态生物化学知识入手,通过对生化物质结构的分析,得到其化学性质,进而介绍在代谢中的变化规律,使学生对生物化学的知识有了较完整的了解、理解和掌握。在生物化学的教学内容中,糖代谢、脂代谢和蛋白质代谢,是生物化学物质代谢的中心,既是生物化学课程的重点,也是生物化学课程的难点。在对这些内容的介绍讲解中,首先介绍生物氧化一章,使学生知道生物代谢中,生物氧化是生物体产生能量的主要形式,然后再在糖代谢、脂代谢和蛋白质代谢的介绍过程中,穿插介绍能量产生的步骤及能量的计算。这样,经过糖代谢一章的讲授后,在脂代谢和蛋白质代谢的教授过程中,学生就会自己计算能量的得失。在教学过程中,将物质代谢与能量代谢结合起来介绍,让学生理解了物质代谢与能量代谢相互依存的关系,这样就可以轻松地掌握代谢的真谛和知识。在介绍物质代谢的基本知识同时,将物质代谢与能量代谢内容相互结合进行介绍,将物质的分解代谢与合成代谢结合进行讲解,以分解代谢的介绍为主,带动合成代谢的内容介绍,同时,将三大代谢的相互关系穿插在教学过程中,使学生了解到各种物质、各种生化反应之间的相互关系,建立起生物体是一个有机整体的概念。
4.注重教书育人,启发学生学会做人、学会做事。在教学过程中,应注重教书育人,让学生知道要做好事,先要做好人。从课堂纪律、作业讲评等方面入手,对于学生好的表现及时表扬,而对于学生不好的行为要及时批评,经常提醒学生以认真的态度学习,逐步养成认真做人、认真做事的习惯。通过长期的教育,使学生明白,只有从一点一滴身边的小事做起,今后,才能成为社会的栋梁之才。
二、分层培养
根据班级上学生的学习基础的不同,进行分层培养;对不同层次的学生进行不同的指导和引导,因材施教,着重培养学生的学习能力、实践能力和创新能力,使不同层次的学生都能有较大的收获和进步。开展分层教学的教学方法,使每一位学生都积极努力,得到最好的发展,可以激发所有学生的学习积极性,使学生的整体成绩得到提高。在一个班级中的学生,虽然年龄相近,但是由于家庭教育环境不同,生活经历不同,因此学生的知识能力水平、世界观的建立水平和心理的成熟水平均不同。比较成熟的学生对自己的要求比较高,有自己明确的目标,因此学习的积极性很高,对人生的态度也是积极向上的;对于这个层次的学生,教师的作用就是引导,类似一个导游,在他现有的知识水平上开阔他的视野,指导学习和获取资源的方法,指引出前进的方向,他就可以自己努力,实现自己的大学学习目标。第二层次的学生有一定的知识基础、良好的心理素质和个性特点,但是还没有自己明确的目标,大部分学生都属于这一层次。对于这一层次的学生,教师的作用就是启发、帮助,类似一个师傅,在课程学习的过程中介绍一些学习方法和以前成功学生的事迹,帮助他们树立正确的世界观、人生观和价值观,尽快从被动学习进入主动学习状态,鼓励他们积极主动地锻炼自己的能力,逐渐学会制定自己的学习计划,创造自己美好的人生。第三层次的学生也有一定的知识基础,但是由于家庭环境的影响,心智的成熟较差一些,思想还不太成熟,没有建立起良好的行为习惯。对于这一层次的学生,教师的作用就是严师,对他们严格要求,时刻提醒,规范学生的行为,使他们养成良好的行为习惯,尽早成为一个独立、成熟的社会人。
三、个性发展
关键词:生物化学;学习兴趣;生活案例
中图分类号:G642.41 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)27-0165-03
生物化学是从分子水平研究生物体化学组成及其生命活动过程中的化学变化的一门学科,是有机化学、分析化学、生物学、物理化学和生理学交叉而产生的一门边缘学科,也是高等学校本科相关专业主要核心课程之一。从生物化学的定义可将其分为两部分,即研究生物体内化学组成的静态生物化学部分和研究生物体内化学过程的动态生物化学部分。生物化学课程素以“难、繁、杂”著称,概念多,内容杂,特别是大分子结构抽象难懂,代谢途径错综复杂。所以,学生普遍认为生物化学是一门较难掌握的基础课程,学习过程中容易感到抽象、枯燥、乏味、无兴趣,导致生物化学课程教学难度大,学习效果差[1-4]。
“兴趣是最好的老师”,如何提高学生的学习兴趣,消除畏难情绪,改善教学效果,是生物化学教学的重点之一。而生物化学又与我们的日常生活息息相关,许多与生物化学有关的话题甚至是公众关注的焦点,教师如果能自如地将生物化学教学与实际生活紧密联系起来,在生物化学与日常生活之间架起一座教与学的桥梁,学生学习兴趣就会长久保持,并让学生在获得知识的同时提高思维能力,理论联系实际,使得学生利用生物化学知识解决实际问题的意识和能力就会不断提高,从而增强学习生物化学的信心和动力。因此,本文将根据笔者近几年的教学经验谈谈如何利用生活中的生物化学提高学生学习《生物化学》的兴趣。
一、绪论阶段的针对性引导
绪论是《生物化学》第一次课的内容,是授课教师和学生相互第一印象形成的时机。因此课程绪论的精彩度,很大程度上左右了学生对本课程的兴趣程度。绪论包含了生物化学发展简要历程、含义、地位、作用及其学习方法等。绪论不仅需要对本课程的知识进行整理梳理,还应该尽量介绍与本课程相关的有趣的知识点、最新的研究进展[4]。大部分《生物化学》教材中绪论内容较为简单,为提高学生兴趣,可在绪论中加入生物化学发展史上里程碑式的以及近年来与生物化学相关的诺贝尔生理学或医学奖、化学奖获奖的情况介绍。比如,1953年Watson(美)与Crick(英)提出DNA分子的双螺旋结构模型,1962年共获诺贝尔生理学或医学奖;1972年Berg(美)在基因工程基础研究方面作出了杰出成果,1980年获诺贝尔化学奖;这些都属于生物化学发展史里程碑式的成就,推进了生物化学和分子生物学的迅猛发展。近年来的诺贝尔奖,比如2010年Edwards(英)因为在试管婴儿方面的研究获得诺贝尔生理学或医学奖;2013年Rothman(美)、Schekman(美)和Südhof(德)因为发现了细胞囊泡运输系统的运行与调节机制而获得诺贝尔生理学或医学奖;2014年Betzig(美)、Hell(德)和Moerner(美)因超分辨率荧光显微技术领域取得的成就获得诺贝尔化学奖。当然,对于该部分的介绍,授课教师要做到每年及时更新讲义。此外,还可以向学生介绍一些生物化学领域著名的华裔或中国科学家的故事及成就,比如钱永健、王晓东、庄小威、饶毅、施一公等。教师通过对诺贝尔奖和著名华人科学家的介绍,让学生了解生物化学的经典成就和最新研究进展,也有助于提高学生的学习兴趣。
在绪论中,除了“高大上”的诺贝尔奖等的介绍,笔者认为引入“接地气”的生活中的生物化学常识更能吸引学生的注意力。根据笔者的教学经验,可让学生打开教材目录,然后教师根据教材目录对本课程的知识进行整理梳理,利用生活中的一些常识或认识误区来进行预告课程所要学习的知识点。告诉学生通过这些课程内容的学习,可以了解生活中的生物化学常识,尤其是与学生日常生活息息相关的知识。以设下疑问的形式激发学生求知的欲望,提高学生学习的兴趣。以郑集编著的《普通生物化学》为例,可将糖类化学和糖代谢关联起来,说明通过这两章的学习,我们可以知道什么是糖,不是所有碳水化合物都是糖,不是所有糖都是碳水化合物,不是所有糖都是甜的,不是所有甜的都是糖;日常生活中说的糖和生物化学的糖是否一样,为什么糖吃多了容易长胖,吃无糖面包、无糖馒头等会不会升高血糖等来问题来设疑。同样地,将脂类化学和脂代谢关联起来,通过这两章的学习我们可以知道为什么骆驼在沙漠中长途跋涉可以多天不喝水,大骨汤的主要成分是什么,是否补钙,糖和脂肪如何相互转化以及脂肪肝形成的机理是什么等问题。接着是蛋白质化学与蛋白质的分解和氨基酸代谢,通过学习,我们可以了解烫发的生物化学原理是什么,重金属中毒后喝牛奶是否能够解毒,胶原蛋白真的能养颜美容吗,高考“点滴班”学生高考前集体氨基酸输液是否有必要等问题。通过对核酸化学与核酸的降解和核苷酸代谢的学习,可以回答下面问题:世界上第一个克隆羊是哪里完成的,它的基本原理和过程是什么?可以克隆一个器官吗?可以布置学生在该章节上课前一个“作业”,观看电影“逃出克隆岛”。对于酶化学一章,可以设疑:为什么慢慢嚼米饭的时候会感觉到甜味?加酶洗衣粉与不加酶洗衣粉有什么不同作用?对于维生素化学,提出问题:大家知道夜盲症、佝偻病、脚气病等都是缺乏什么维生素导致的?哪些食物中都富含有哪些维生素呢?对于激素化学,可以提问:为什么说“狗急跳墙”,和生物化学的原理有何关系?侏儒症、巨人症、甲亢、大脖子病等都跟什么激素有关?通过提出这些跟日常生活息息相关的问题并适当简单解释一小部分,让学生体会到生物化学是“很有用的”,不是只有复杂的分子结构式,通过大部分问题的悬疑,可以激发学生的学习兴趣。
二、章节知识点的生活化案例教学
生活中的生物化学案例,主要来源于现实生活和经典实验案例,尤其是重大公共安全事件(如三聚氰胺牛奶事件、皮革老酸奶等)和生物化学重大技术突破(如克隆技术、试管婴儿等),这些案例的积累在生物化学的讲授中可以起到重要的作用。在课程讲授中,除了回答在绪论中所提出的一些生活中的生物化学常识或问题之外,一些生活中的生物化学案例的应用既能有助于知识点的记忆,又能极大地提高学生的上课注意力。举例如下:
在讲授糖类化学及其代谢的时候,可使用“无糖月饼”在每年中秋前后引发的糖尿病患者扎堆进医院的案例,从而来说明糖的定义、分类以及淀粉等多糖的分解代谢等知识点,使得学生学习之后也能向身边人群科普糖化学及其代谢常识,了解“无糖月饼”实际上只是“无蔗糖馅料”,而其他成分如淀粉、豆沙等碳水化合物经人体消化道淀粉酶等逐级水解得到葡萄糖等单糖后,将透过小肠粘膜吸收进入血液。而且,“无糖月饼”所含油脂并不少于普通月饼,热量仍然较高。类似地,还有“无糖面包”等,对于糖尿病患者来说,都应注意分辨并控制摄入量。
在脂类化学和脂代谢课堂中,可使用市面上大量存在的减肥产品“左旋肉碱”作为案例来讲述脂类化学及其代谢的基本原理。脂肪分解为甘油和脂肪酸之后,左旋肉碱是脂肪酸进入线粒体进行进一步氧化分解的载体。如果没有左旋肉碱,人体就无法燃烧脂肪,可见左旋肉碱有很重要的生理功能。因此,一些左旋肉碱保健品的广告宣称服用左旋肉碱可安全减肥,通过额外地补充大量的左旋肉碱可以促进体内脂肪的燃烧。实际上,身体健康的人的肝脏和肾脏都能将赖氨酸和甲硫氨酸合成足够的左旋肉碱来满足身体的需要。这两种氨基酸在食物中很常见,所以左旋肉碱并不是人体必需的营养素。目前尚无实验表明额外地补充左旋肉碱可以促进脂肪的氧化分解。其实,这也可以通过左旋肉碱保健品的广告声称“只有在运动量较大时,服用左旋肉碱才有助于减肥”,可以看出体重的减轻都是由于运动引起的,与服用左旋肉碱与否并无关系。
对于蛋白质化学与蛋白质的分解和氨基酸代谢,毫无疑问,“三聚氰胺奶粉”事件是一个重大公共安全事件。通过这个案例,可以将目前蛋白质的国标测定方法“凯氏定氮法”的原理与三聚氰胺的含氮量联系起来,帮助学生了解事件发生的根源。另外,通过“吊瓶班”的案例(即2012年湖北孝感一中高三某班同学在教室内一边打吊瓶注射氨基酸补充能量,一边学习备战高考),来说明蛋白质的水解,氨基酸的吸收以及蛋白质的生物合成等基本原理和过程。科普通过正常饮食,比如一天吃一两个鸡蛋或喝牛奶,摄入蛋白质,经过消化道水解就可以获得足够的氨基酸;同理地说明燕窝、鹿茸等高档补品并不具备比鸡蛋、瘦肉等普通食物具有更高的蛋白质营养价值。此外,还可以通过日常生活实例,如煮鸡蛋、做豆腐等帮助学生形象地理解蛋白质的理化性质。
在讲授核酸化学与核酸的降解和核苷酸代谢的时候,辽宁铁岭“骨灰顶包门”可以作为一个案例来说明DNA测序的基本要求和方法。在该事件中,死者还没火化,家属已拿到骨灰,且存在骨灰管理混乱的情况;因此,有人提出用骨灰做DNA鉴定。可提问学生骨灰是否可以进行DNA鉴定,对依据是什么进行讨论,然后再引入DNA测序法的介绍,PCR技术以及链终止法等。此外,还可以将“珍奥核酸”补品的骗局风波以及为什么啤酒加海鲜更容易引发痛风等要用到核酸的降解和核苷酸代谢的讲解中。
对于酶化学一章,可以通过喝酒和脸红的关系作为生活案例来说明酶的分类、命名和作用。具体来讲,酒精代谢首先经乙醇脱氢酶催化转化为乙醛,进而在乙醛脱氢酶的帮助下转化为乙酸。乙酸是体内较常见的代谢产物,能够参与葡糖糖有氧代谢等多种体内常见代谢途径,并最终转换成水和二氧化碳。当乙醇脱氢酶缺乏时,摄入的乙醇只能靠肝脏里的P450慢慢转化为乙醛再转化成乙酸,然后进入三羧酸循环而被代谢,而由于P450代谢速度慢,因此主要靠体液来稀释酒精,但当达到一定酒精浓度将造成酒精中毒危及生命;当乙醇被乙醇脱氢酶代谢为乙醛后,如果缺乏乙醛脱氢酶,将导致乙醛的过量堆积,由于乙醛能够扩张毛细血管将导致脸红;进一步将导致心跳加快、血管扩张、血压下降,为了保证体内主要脏器的血液供应,就必须收缩毛细血管使血压回升;当面部末稍血管中血流受阻,血量减少,脸就呈青色。当一个人同时富含高活性的这两种酶时,酒精饮料就真正成为了“液体面包”。此外,还可以向学生介绍体检时肝功能重要指标谷丙转氨酶的意义,说明原理: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基本呈正相关,因此测定谷丙转氨酶对多种肝病的诊断有参考价值。
笔者通过近年来的教学发现,通过引入生活中的生物化学案例,学生在课堂上注意力非常集中,对相关知识非常感兴趣,对生物化学教学效果的促进具有显著性的积极作用。因此,有必要对生活中的生物化学经典案例进行不断积累或编撰,以期在生物化学教学中得到不断应用。
三、合理安排互动式课堂主题报告
除了教师的课堂讲授,学生的课堂参与也是提高学生学习兴趣的重要手段之一。笔者近年来的生物化学教学均安排学生以三人左右为一组,以“生活中的生物化学”作为主题,积极做好演讲材料,在讲授完静态生物化学之后依次上讲台以“专家”身份做报告,并接受大家质疑,时间约为15分钟左右。笔者发现,该环节一直以来都是学生最期待和兴奋的部分,尤其是安排在连续三节课的最后一节。学生积极查阅资料,制作ppt,练习演讲,大家也踊跃提问参与,最后教师再进行点评总结相关的生物化学知识点。回顾近年来学生所选的主题,除了当时出现的公共食品安全事件,比如“皮鞋很忙”、“健美猪”之外,关于“健身”、“减肥”、“化妆品”“美容”、“整容”等与学生日常生活息息相关的生物化学主题几乎是每年学生的热门主题,通过这些专题报告和讨论,可以引导学生利用生物化学知识正确认识目前广泛存在的一些误区或分辨一些虚假广告。学生通过这种方式参与课堂,不仅锻炼了学生查阅资料、制作ppt和演讲的能力,还增加师生互动环节,从而改变教师一人在台上唱独角戏的乏味局面。同时,该形式还可以增加学生的学习主动性,而且能够在一定程度上也促进授课教师的经验积累。
四、兴趣导向培养科学精神与逻辑思维
通过生活中的生物化学案例,除了提高学生的学习兴趣,笔者认为还有很重要的一个作用就是培养学生的科学精神和逻辑思维,以科学的态度、思辨的眼光看待生活中的种种。目前,网络上的资讯五花八门,真假难辨,尤其是各种“养生知识”以及伪科学充斥网络并且传播广泛。比如,网上广泛传播的各种谣言,比如“微波炉加热导致蛋白质变性致癌”等;此外,学生在做报告时候就出现讲解所谓“食物搭配禁忌”、“酸性体质与碱性体质”等内容。在这些案例中,可以引导学生运用相关的生物化学知识,以科学思维去伪存真。比如在各种“食物搭配禁忌”几乎都有一条“鸡蛋与豆浆不能同食”,否则将导致营养流失;所宣称原因有二:一是豆浆中有胰蛋白酶抑制物,能够抑制蛋白质的消化,降低营养价值;二是鸡蛋中的粘性蛋白与豆浆中的胰蛋白酶结合,形成不被消化的物质,大大降低营养价值。而实际上,豆浆和鸡蛋同食不存在营养损失的问题,豆浆里确实含有胰蛋白酶抑制物,但并不只是针对鸡蛋里的蛋白质,加之一般豆浆和鸡蛋都是煮熟的,加热已经破坏它的活性。在这类流言中,要引导学生多问为什么,机理是什么,是否与生物化学基本原理相符,这对于学生科学精神与逻辑思维的培养具有积极意义。
五、结语
生活中的生物化学案例因其内容的生活化,对学生兴趣的激发效果不是其他案例所能比拟的。引入这些案例,让学生参与课堂寻找生活中的生物化学原理,培养学生的科学精神和逻辑思维,对于提高学生学习生物化学的兴趣,改善教学效果,提高学生综合素质具有积极的意义,对生物化学经典案例的不断积累或编撰也具有一定的必要性。当然,生物化学教学是一项系统工程,生活中的生物化学案例在课堂中的应用仅是众多教学方法中的一种,在运用这种教学方法时,教师也不能一味求新、求异、求有趣,更应围绕生物化学教学目标、教学任务等进行创造性地运用,才能更好地上好生物化学。
参考文献:
[1]卢美贞,杨振平.化工类生物化学课堂教学设计的实践探索[J].教育教学论坛,2014,(28):201-203.
[2]涂硕,黄春洪,揭克敏.提高本科医学生物化学教学质量的策略探讨[J].教育教学论坛,2013,(3):71-72.
关键词: 医学化学 生物化学 基础医学
在大多数的文化中,最早的医学多是根据一些经验证明有效的物质进行治疗,比如一些植物(草药)、动物药和矿物药等。随着社会文明程度的不断提高,医学也随之发展,越来越多的科技融入医学研究和教学中,如生物医学工程、医学成像、纳米医学等。秦伯益院士指出:“我国医学科学研究目前存在四个误区:一是重视明显治病因素,忽视环境治病的潜在因素;二是重视治疗,轻视预防的成果;三是重视围观(如分子生物学),轻视宏观战略问题;四是重视躯体性疾病,对精神性疾病关切不够。”刘德培院士认为:“我国医学科技发展的战略转移有四点,其中两点是从重视诊治到重视预防,对生命全程保护;再有就是从重视机体向重环境、心理、社会因素与机体相互作用的结合研究转变。”因此,有必要对现行的医学教学开展必要的研究与探讨。
一、注重医学发展史教育,培养医学道德
医学史多是医学类院校的第一课,俗语说:良好的开端是成功的一半,因此,医学史的教学是必然。医学史,是又称医疗史或医药史,是历史学的一个分支,以疾病经验及其对应手段为研究对象。二十世纪初期的医学史,大多由医生所撰写,强调医学技术的进步与突破。近期的医学史,则强调病人的经验,以及不同时代或文化对身体和疾病认知的差异。期间共经历过三次卫生革命:第一次卫生革命以传染病、寄生虫病和地方病为主要防治对象,社会卫生策略主要是国家制定卫生措施,研究有效疫苗,推广广泛免疫接种计划,推行消、杀、灭等综合性卫生措施,使急、慢性传染病的发病率和死亡率大幅下降,平均期望寿命得以延长;第二次卫生革命则是以慢性非传染性疾病为主要防治对象,主要是心脑血管系统性疾病、恶性肿瘤、意外伤害、精神病等。社会卫生策略主要是发展早期诊断技术、增强治疗效果,并不断强化疾病的监测,提倡广大市民建立健康的生活行为方式,即不抽烟、不酗酒、不吸毒等,随之也提出了合理营养与体育锻炼等综合性的卫生措施,降低慢性非传染性疾病的发病率和死亡率。第三次卫生革命以提高生活质量,促进人类健康长寿为目标,社会卫生策略更加注重健康促进策略,且涵盖了决策指挥系统,新型公共卫生体系建设,预防控制系统,执法监督系统,应急预警系统,医疗救治系统和后勤保障补给系统等,以合力保障社会群众的生命健康。
后医学时代(WHO言论)认为:“未来死亡率的下降是大部分靠非卫生部门的努力来实现的,防治心血管病、癌症等需要依靠社会行为措施,并树立医师是改变人类行为的工程师的概念,从而实现人人享有卫生保健(HFA),保障人人健康。”
二、重视基础性课程教育
医学教学与工作中常使用到分析化学、生物化学、有机化学等基础性学科,学习效果直接影响到学生日后工作的效果。医用化学作为面向非化学专业医学类学生的公共基础课,对于提高学生的综合素质有着重要的作用。这就需要教师首先要备好课,刻苦钻研教材,精心设计教学过程,使抽象、难懂的知识变得浅显易懂、生动有趣。教师在备课时应多参考些相关教材,并进行分析比较、归纳总结,避免片面偏颇。在解释问题时,注重对知识的条理化、将文字转化为生动的语言,便于学生理解和记忆。如:物质的结构与其化学性质有着必然的联系,从其化学键的性质及其官能团的性质推测其可能发生的化学反应。又如:能发生水解反应的物质有:氯代烃、酯(油脂)、二糖、蛋白质(肽)、盐等;能被氧化的物质多为含有碳碳双键或碳碳三键的不饱和化合物、苯的同系物、醇、醛、酚等,大多数有机物都可以燃烧,燃烧都是被氧气氧化;能使蛋白质变性的物质有强酸、强碱、重金属盐、甲醛、苯酚、双氧水、碘酒和三氯乙酸等物质。
教师在讲课过程中,应采取精讲与粗讲互搭的方式,突出重点。精讲部分要求学生必须掌握,讲课时教师的思路一定要清晰,如较难理解的共轭效应,应采取由浅入深的方式,从回顾1,3-共轭二烯开始,并讲述共轭双键的电子云分布及轨道重叠情况,由于形成共轭二电子离域,键长、电子云密度分布平均化,电子效应导致其能发生1,4-加成,由1,3-共轭二烯再引申到含较多共轭键的卤代烯分子,讲共轭效应对其的影响,之后讲含有羰基的共轭体系,电子云密度的改变按交替方式传递至共轭链的另一端。最后讲苯环上共轭效应的传递情况,而不是简单地只讲述卤代烃的共轭。
三、培养关注医学化学新动态的热情
治学大师朱熹说:“无一事而不学,无一时而不学,无一处而不学,成功之路也。”罗曼·罗兰说:“成年人慢慢被时代淘汰了,最大原因不是年龄的增长,而是学习热忱的减退。”同志也曾语重心长地说:“情况是在不断地变化,要使自己的思想适应新的情况,就得学习。”学习是人们建功立业,实现远大理想的有效途径,也是一个人获得成功的公开秘诀。郑板桥作画“四十年来画竹枝,日间挥写夜间思;冗繁削尽留青瘦,画到生时是熟时”。正是这种日复一日、年复一年的勤学苦练,才使他的画艺达到炉火纯青的地步。对医学化学发展动态的关注是保持学习热情的重要方式之一,例如生物化学是运用化学的理论和方法研究生命物质的边缘学科。其任务主要是了解生物的化学组成、结构及生命过程中各种化学变化。从早期对生物总体组成的研究,进展到对各种组织和细胞成分的精确分析。目前,正在运用诸如光谱分析、同位素标记、X射线衍射、电子显微镜,以及其他物理学、化学技术,对重要的生物大分子(如蛋白质、核酸等)进行分析,以期说明这些生物大分子的多种多样的功能与它们特定的结构关系。近年来,酶的结构与功能的关系、反应动力学及作用机制、酶活性的调节控制等是酶学研究的基本内容是生物化学的热点研究问题。再例如对一些常见病和严重危害人类健康的疾病的生化问题进行研究,有助于进行预防、诊断和治疗。如血清中肌酸激酶同工酶的电泳图谱用于诊断冠心病、转氨酶用于肝病诊断、淀粉酶用于胰腺炎诊断等。在治疗方面,磺胺药物的发现开辟了利用抗代谢物作为化疗药物的新领域,如5-氟尿嘧啶用于治疗肿瘤。青霉素的发现开创了抗生素化疗药物的新时代,再加上各种疫苗的普遍应用,使很多严重危害人类健康的传染病得到控制或基本被消灭。生物化学的理论和方法与临床实践的结合,产生了医学生化的许多领域,如:研究生理功能失调与代谢紊乱的病理生物化学,以酶的活性、激素的作用与代谢途径为中心的生化药理学,与器官移植和疫苗研制有关的免疫生化等。
四、重视复习环节
1 吃透两头(教材,学生)是提高课堂教学效果的前提条件
首先,要吃透教材,钻研和熟悉教学内容,掌握这一节课内容在本教材中的地位以及前后联系。其次,要了解学生对相关知识的掌握程度,只有这样才能把握重点、难点,运用恰当的教学方法,把书本较为枯燥的内容用自己的语言深入浅出、通俗易懂地表达出来。对于备课中遇到的问题,不能轻易放过,要广泛地精选有助于疑难解答的参考资料,做到旁征博引,为我所用。在备课的同时还要写备课笔记,但写备课笔记不是机械化地抄书,备课笔记应是表达的需要,对教材重新加以整理、提炼、归纳和补充,应注意通俗化、条理化和科学化。总之,要做到“给学生一碗水,教师必须自身装满一桶水”。
2 突出重点,讲清难点,指导记忆是提高课堂教学效果的核心
在生化教学中,始终存在内容多,教材篇幅大,课时少这一矛盾,学生不可能也不必要全部掌握和记住,要结合学科重点和学生的专业特点,抓住重点、讲清难点才可收到触类旁通之效,也是抓住了核心问题。如果讲课时不分主次、平铺直叙、贪多求全、漫无边际,学生听得昏昏然,无所是从,势必削弱课堂教学效果,一个好的教师在教学中必然善于突出重点和克服难点。所谓重点内容是本学科(本章节)的骨架,是联系相关学科和专业学科的纽带,是学生今后实际工作的支柱。内容的重点和要点教学大纲都有明确的规定,重点内容要讲精讲透,使学生心领神会。做到重点突破,其它问题即可迎刃而解,对于次要内容可以扼要讲或一笔带过,或者留给学生自学掌握,以保证在课堂上有充足的时间培养学生分析问题和解决问题的能力。
重点突出,难点也不能放过,有时重点与难点重合,无疑必须想方设法花较大力量把它讲透。例如在讲解生化的重点内容物质代谢这一部分时,由于代谢途径中反应成串,若单纯借助于挂图讲解,虽然直观、连贯、省时,但学生的思维很难跟上讲课的步伐并易使学生产生物质代谢途径是否是意造的疑惑。如果从物质的分子结构水平、酶的特性及反应条件的角度,且教师边板书边讲解来阐述化学反应反向的客观必然性,才能帮助学生建立物质代谢途径连续的、相互联系的、动态的、有规律的正确概念。为此,教师在备课时要进行板书设计,包括考虑不同颜色粉笔的使用,构成完整、清晰的的板面,有利于学生理解记忆。
3 激发学生对生化的学习兴趣是提高课堂效果的保证
3.1 浓墨重彩绪论课激发学生的求知欲
绪论课是第一堂课,是学生对本学科的第一次接触,绪论课的成功与否对学生学习兴趣的产生和培养影响较大,绪论课讲得生动、丰富、有趣,能使学生在学习一开始就对本学科产生浓厚的兴趣。俗话说“良好的开端是成功的一半”,如果认为绪论课无关紧要,授课时漫不经心,索然无味,势必影响学生的学习情绪,使以后教学变得被动。
3.2 娓娓道来发展史激发学生的进取心
为了提高学生学习生化的兴趣,课堂教学过程中结合教学内容介绍一些生化发展史可提高学生的学习积极性和科学思维的方式。如Watson、Crick对DNA双螺旋结构的发现过程和重大意义,Sumner揭示酶的化学本质是蛋白质的历史,人类基因组计划的完成和意义等等。这不仅激发了学生学好生化的信心和动力,而且可以启发和培养了他们的(下转第29页)(上接第27页)科学思维方法。
3.3 设问质疑引发学生好奇心
学生在课堂上听课大多处于被动状态,在讲授新课题特别是一些抽象复杂难以理解的问题时,如果平铺直叙的讲解,很难收到良好的效果。教师要认真研究教材内容,积极思索,在新课之始设置一些疑问,营造氛围,引导学生以寻求解答心态专心致志的主动听课,自然会收到良好的教学效果。例如在讲解《基因的遗传和表达》的课始,先设问父子为什么很相像,有些疾病为什么会有家族史,然后才讲解复制转录翻译的生化反应过程,能够帮助学生很好地理解和掌握知识。因此,在整个教学过程中适时地设问质疑,可激发学生求知欲,开发学生思维和智力,增强学生的学习主动性。
3.4 联系临床实例培养学生的责任心
医学基础课是为临床课打基础的,上课时适当结合点临床实际,选择以“问题为中心的”教学模式,能使学生体会到这门课的重要性,增强学生的责任感,激发学生的学习兴趣。在讲授有关章节时,恰当地结合临床内容,如酶在疾病诊治上的应用,维生素与其缺乏症,磺胺类药物的作用机理和服用方法,糖代谢和糖尿病,脂类代谢和高脂血症或动脉粥样硬化,血氨和肝昏迷,水平衡与脱水,酸碱平衡和酸碱中毒等等,这样可使学生较早地了解临床,认识到基础课和临床课联系得如此密切,从而激发学习积极性。
3.5 列举生活实例增强生化课的趣味性
医学院校的生化课程开设的目的是为相关的基础课和临床课服务的,并不是要求学生们都成为未来的生化学家,教师不能仅拘泥于教材或结构式,而应该把生化知识与日常生活应用实例联系起来。酒的酿造、豆腐的制做、小儿要多晒太阳、勤晒衣被可以防病等等都蕴含着丰富的生化知识,使同学们觉得生化知识并不深奥玄妙,而是存在于人们的日常生活之中。从而淡化了学生的为难情绪,激发了学生学习生化的兴趣。总之,兴趣和课堂效果有着密切的联系,教师应把激发学生的学习兴趣贯穿于教学的全过程,备课时多加思索。
4 总结归纳是提高课堂教学效果的关键
教材中在描述生物大分子结构以及连锁的生化反应总是很冗长,学生望而生畏,难得要领,教师若给以提示、提炼,会收到事半功倍的效果,也是提高课堂效果的重要一环。例如:蛋白质和核酸都是生物大分子,教材中用了大量的篇幅对它们的分子结构与功能进行了描述,但学生还是很难理解“分子结构是功能的基础,功能是结构的表现形式”的含义,授课中若点明这些生物大分子的主链骨架都是简单的重复,侧链表现特异,蛋白质的侧链化学基团分布在分子的外部以利发挥功能,DNA的碱基序列是遗传信息的载体,位于双螺旋结构的内部,可减少致变性因素的作用,是遗传稳定性的分子基础。如此画龙点睛有助于学生在较深的层次、精练地领会分子结构和功能的关系的精髓。类似上述这些内容,需要教师提炼要点、类比异同、归纳重点,有利于学生对生化重点知识的理解和记忆,可显著提高课堂教学效果。
要改变生化教学过去那种被动讲解的局面,还要下很大功夫,要更新观念,积极进行教学改革,探索新的教学模式,才能收到更好的课堂教学效果。
参考文献
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