生物化学教学设计

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摘要：尽管生物化学理论内容抽象、难学，但生物化学对于培养农林医药院校学生解决问题能力和创新能力是至关重要的。该文以乳糖操纵子教学为例，从导课、授课、知识拓展、强化训练、小结5个环节阐述生物化学的教学设计，以期激发学生学习兴趣，提高学生的学习主动性，确保教学目标的实现。

关键词：生物化学；乳糖操纵子；教学设计

生物化学是从分子水平探讨生命现象本质的一门学科，也是医学、生物学、农学等学科科学研究的工具学科。该学科对于培养农林医药院校学生解决问题的能力和创新能力是至关重要的。然而，由于生物化学学科非常抽象，主要是阐述体内蛋白质、DNA和RNA以及其他分子的相互作用过程，导致学生很难理解，使得生物化学课程成为农林医药院校最难学、不及格比例最高的学科之一。尽管在当前的教学改革过程中，以PBL为主导的理学教学方式［1］和以任务驱动型教学为主导的实验教学方式［2］对于实现真正的“以学生为中心”教学理念提供了新的教学方法，但传统的由教师主导的讲授法授课模式仍然是无法替代的。因而如何在教学过程中激发学生学习兴趣，如何能够深入浅出的将复杂的机制通俗化，一直是生化教学老师不懈的追求。本文以较抽象的基因表达调控中的乳糖操纵子为例，从导课、授课、知识拓展、强化训练、小结5个环节阐述如何进行生物化学教学设计。

1设疑导课激发学生学习兴趣

由于乳糖操纵子内容非常枯燥，而且比较复杂，所以在教学过程中先给学生讲述一个现象（给出一张细菌生长曲线图）：当培养基中同时含有葡萄糖和乳糖时，细菌的生长曲线不是大家熟悉的迟缓期、对数期、稳定期、衰亡期，而是出现了2个对数生长期，中间有一个迟缓期。那么为什么会出现这种现象呢？接着给出一张细菌培养基中糖消耗曲线图，学生就会分析发现第一个对数生长期主要是培养基中的葡萄糖被消耗了，而第二个对数期是乳糖被消耗了。那么为什么葡萄糖和乳糖分别在第一个和第二个细菌生长对数期会被消耗呢？学生通过前面代谢部分的学习，一般都明白代谢葡萄糖和乳糖都需要酶，而且需要的酶不同，第一个对数期细菌体内有分解葡萄糖的酶，第二个对数期有分解乳糖的酶。也就是说培养基中同时含有葡萄糖和乳糖时，细菌优先利用葡萄糖。那么这是为什么呢？最后给出细菌生长过程中lacmRNA、β半乳糖苷酶和β半乳糖透性酶，此时学生会发现乳糖代谢的基因——lacmRNA并没有表达，而且对应的基因表达产物β半乳糖苷酶和β半乳糖透性酶含量也很低，所以第一对数期不能分解乳糖，只有第二对数期才能分解乳糖。那么细菌体内如何实现这一复杂的基因表达调控过程呢？通过4次层层设疑，抽丝剥茧，引出乳糖操纵子的调控机制，大部分学生会好奇细菌是如何实现这一复杂调控过程的。

2始终围绕培养基中不含葡萄糖、只含有乳糖时乳糖操纵子才开始表达这一现象进行授课

通过前面3张图片的讲解，学生发现当培养基中只含有乳糖时，乳糖代谢相关的2个酶β半乳糖苷酶和β半乳糖透性酶产生了，而且编码这2个酶的lacmRNA也表达了。由此就引入了诱导表达和操纵子这两个概念。诱导表达就是加入代谢物后基因才开始表达；而操纵子就是一个lacmRNA产生2个以上的蛋白质。接着详细讲述乳糖操纵子的结构、操纵子中每个元件的功能。而且指出1961年，Jacob和Monod提出的操纵子模型在原核生物基因表达调控机制中具有普遍性，并于1965年获得诺贝尔生理学或医学奖。然后讲述为什么培养基中含有乳糖时该操纵子才开始表达主要是由于阻遏蛋白的负调控作用被乳糖诱导后解除。同时在讲解过程中要结合蛋白质和酶的变构效应，讲解阻遏蛋白与乳糖结合后结构改变不能与操纵序列结合，这样学生与前面学习到的知识融汇贯通，方便学生理解。乳糖操纵子阻遏蛋白的负调控机制只解释了只有在乳糖存在是乳糖代谢相关酶才开始表达，因而此时接着抛出另外一个疑问：为什么培养基培养基中同时存在葡萄糖和乳糖时，乳糖代谢的酶并没有被诱导呢？是不是还存在其他调控机制呢？由该疑问引出CAP蛋白的正调控机制，同样的CAP蛋白存在与cAMP结合后的变构效应导致功能改变的现象。最后总结过程中强调阻遏蛋白的负调控与CAP蛋白的正调控协调调节乳糖操纵子的表达过程，也解释了为什么“只有在培养基中不含葡萄糖、只含有乳糖时乳糖操纵子才开始表达”这一中心问题。

3侧重创新能力培养，进行知识拓展

知识拓展应该注重于学生分析问题和解决问题的能力培养，更加强调学生创新品质的培养。我们在教学过程中经常强调“授人以鱼，不如授人以渔”，因而在讲解完乳糖操纵子结构后，应当教会学生如何可以从GenBank中查询下载到该序列，如何找到乳糖操纵子结构中的各个调控元件和结构基因。学生一看非常直观，而且会有许多新发现：调控序列实际上很短，只有几十个碱基，而结构基因很长，有几千个碱基；阻遏蛋白结合的操纵序列和RNA聚合酶结合的启动序列实际上是重叠的；lacZ、lacY和lacA基因之间实际上有间隔序列；阻遏蛋白基因不隶属于乳糖操纵子，是独立转录的。通过教会学生如何使用GenBank查询下载序列，既为学生今后从事科研工作奠定了基础，同时学生又可以“做中学”，有不少新发现，而学有余力的同学课后就会查找文献，更深入地了解原核基因表达调控的特点及机制。同时在知识拓展时还要强调新进展，强调这个领域中目前的创新性的成果。如我们讲述了Bhogale等2014年发现在大肠杆菌中，乳糖操纵子有非诱导状态转化为诱导状态，不仅与阻遏蛋白在操纵序列的解聚相关，同时与阻遏蛋白与操纵序列解聚的周期相关。学生会发现这样一个经典的模型，直到今天都在不断发展、不断完善，有力于培养学生学无止境的学习品质和创新精神。

4围绕重点、难点进行强化训练

大学的教学课堂要不要进行强化训练，一直以来都饱受争议，其主要原因就是学生过去在高中阶段长期深受“填鸭式教育”和“应试教育”毒害。但是我们认为课堂上适当的强化训练还是必要的，有利于学生对重点难点内容的理解和掌握。本校教师赴美国犹他大学访学后发现，国外的医学院考试是非常多的，生物化学部分内容每2周考试一次，学生学习基础医学部分内容一年后就参加类似于国内执业医师的全国性统一考试，2次机会，没考过直接退学了。因此，我们针对乳糖操纵子正负调控机制和历年来考试中学生多选题失分较多，安排两道单选题和两道多选题，先让学生通过扫描二维码在问卷网回答，然后教师现场直接在问卷网查询学生答题结果，查看学生掌握情况，与学生一起分析回答错误的原因。

5提纲挈领进行小结，提出问题引发学生思考

小结是对一堂课内容的简要概述，也是对一堂重难点内容的再次强化，有利于学生对所学内容进行整体性掌握。在进行乳糖操纵子讲述过程中可以自己制作一个简单的动画，概述乳糖操纵子结构、阻遏蛋白的负调控和CAP蛋白的正调控作用。这样学生对本节内容有个整体性的认识，不至于“只见树木不见森林”。然后可以提出一道思考题供学生课后研究性学习：“人体中是否有乳糖代谢相关的酶？该基因在东亚人群和欧美人群中的表达调控特点有何差异？为什么不少同学喝牛奶后有轻微的腹泻呢？”这个问题既和本节学习内容密切相关，又与学生的日常生活密切相关，可以解决学生“为什么学？学后有什么用？”的疑惑。

6结语

上好一堂生物化学课，授课教师需要有高度的责任心，查阅大量文献，对课堂进行精心的设计，才能收到良好的教学效果。而传统高校教师教学过程中，由于存在“重科研，轻教学”的思维定式，一般课堂教学设计时以教材中的章为单位进行教学设计，往往涵盖3~5个课时的教学内容。这就导致学生在一节课的学习中感觉非常凌乱、不系统，无法感受到那些内容是重点内容，往往老师在讲课时常常强调这里是重点啊，但是几分钟就讲完了，学生根本没有听明白。因而我们建议在教学过程中要以一节课作为单位进行教学设计，从导课、授课、知识拓展、强化训练、小结5个环节进行“深雕细琢”。同时在教学过程中要层层设疑，激发学生学习兴趣，以本节内容为例，我们先后设计了5个问题引发学生思考，而且问题一环扣一环。此外，要充分利用小结的机会，对一节课的内容进行简单的回顾，让学生对教学内容有整体性的认识。最后，再提出与本教学内容和大家日常生活都密切相关的问题，引发学生思考，让学生明白生物化学和大家的生活其实是密切相关的，而不是抽象的、无用的。

参考文献

［1］李崇奇，张晨岭.PBL教学在生物化学教学中的应用［J］.江苏第二师范学院学报，2014（05）：22-25.

［2］李崇奇.任务驱动教学法在生物化学与分子生物学实验教学中的应用［J］.基础医学教育，2016（03）：205-208.

作者:李崇奇 单位:海南医学院生物化学与分子生物学教研室