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生物化學教學設(shè)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(shè)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(nèi)容抽象、難學，但生物化學對于培養(yǎng)農(nóng)林醫(yī)藥院校學生解決問題能力和創(chuàng)新能力是至關(guān)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(jié)5個環(huán)節(jié)闡述生物化學的教學設(shè)計，以期激發(fā)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(xiàn)。
關(guān)鍵詞：生物化學;乳糖操縱子;教學設(shè)計
生物化學是從分子水平探討生命現(xiàn)象本質(zhì)的一門學科，也是醫(yī)學、生物學、農(nóng)學等學科科學研究的工具學科。
該學科對于培養(yǎng)農(nóng)林醫(yī)藥院校學生解決問題的能力和創(chuàng)新能力是至關(guān)重要的。
然而，由于生物化學學科非常抽象，主要是闡述體內(nèi)蛋白質(zhì)、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(nóng)林醫(yī)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(qū)動型教學為主導的實驗教學方式[2]對于實現(xiàn)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(tǒng)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(fā)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(diào)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(jié)5個環(huán)節(jié)闡述如何進行生物化學教學設(shè)計。
1設(shè)疑導課激發(fā)學生學習興趣
由于乳糖操縱子內(nèi)容非�？菰铮冶容^復雜，所以在教學過程中先給學生講述一個現(xiàn)象(給出一張細菌生長曲線圖)：當培養(yǎng)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(shù)期、穩(wěn)定期、衰亡期，而是出現(xiàn)了2個對數(shù)生長期，中間有一個遲緩期。
那么為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢?接著給出一張細菌培養(yǎng)基中糖消耗曲線圖，學生就會分析發(fā)現(xiàn)第一個對數(shù)生長期主要是培養(yǎng)基中的葡萄糖被消耗了，而第二個對數(shù)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(shù)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(shù)期細菌體內(nèi)有分解葡萄糖的酶，第二個對數(shù)期有分解乳糖的酶。
也就是說培養(yǎng)基中同時含有葡萄糖和乳糖時，細菌優(yōu)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l(wèi)acmRNA、β半乳糖苷酶和β半乳糖透性酶，此時學生會發(fā)現(xiàn)乳糖代謝的基因——lacmRNA并沒有表達，而且對應的基因表達產(chǎn)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(shù)期不能分解乳糖，只有第二對數(shù)期才能分解乳糖。
那么細菌體內(nèi)如何實現(xiàn)這一復雜的基因表達調(diào)控過程呢?通過4次層層設(shè)疑，抽絲剝繭，引出乳糖操縱子的調(diào)控機制，大部分學生會好奇細菌是如何實現(xiàn)這一復雜調(diào)控過程的。
2始終圍繞培養(yǎng)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(xiàn)象進行授課
通過前面3張圖片的講解，學生發(fā)現(xiàn)當培養(yǎng)基中只含有乳糖時，乳糖代謝相關(guān)的2個酶β半乳糖苷酶和β半乳糖透性酶產(chǎn)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(chǎn)生2個以上的蛋白質(zhì)。
接著詳細講述乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)、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(diào)控機制中具有普遍性，并于1965年獲得諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。
然后講述為什么培養(yǎng)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(diào)控作用被乳糖誘導后解除。
同時在講解過程中要結(jié)合蛋白質(zhì)和酶的變構(gòu)效應，講解阻遏蛋白與乳糖結(jié)合后結(jié)構(gòu)改變不能與操縱序列結(jié)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(diào)控機制只解釋了只有在乳糖存在是乳糖代謝相關(guān)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(yǎng)基培養(yǎng)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(diào)控機制呢?由該疑問引出CAP蛋白的正調(diào)控機制，同樣的CAP蛋白存在與cAMP結(jié)合后的變構(gòu)效應導致功能改變的現(xiàn)象。
最后總結(jié)過程中強調(diào)阻遏蛋白的負調(diào)控與CAP蛋白的正調(diào)控協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)乳糖操縱子的表達過程，也解釋了為什么“只有在培養(yǎng)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(cè)重創(chuàng)新能力培養(yǎng)，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(yǎng)，更加強調(diào)學生創(chuàng)新品質(zhì)的培養(yǎng)。
我們在教學過程中經(jīng)常強調(diào)“授人以魚，不如授人以漁”，因而在講解完乳糖操縱子結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中的各個調(diào)控元件和結(jié)構(gòu)基因。
學生一看非常直觀，而且會有許多新發(fā)現(xiàn)：調(diào)控序列實際上很短，只有幾十個堿基，而結(jié)構(gòu)基因很長，有幾千個堿基;阻遏蛋白結(jié)合的操縱序列和RNA聚合酶結(jié)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(zhuǎn)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(chǔ)，同時學生又可以“做中學”，有不少新發(fā)現(xiàn)，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(diào)控的特點及機制。
同時在知識拓展時還要強調(diào)新進展，強調(diào)這個領(lǐng)域中目前的創(chuàng)新性的成果。
如我們講述了Bhogale等2014年發(fā)現(xiàn)在大腸桿菌中，乳糖操縱子有非誘導狀態(tài)轉(zhuǎn)化為誘導狀態(tài)，不僅與阻遏蛋白在操縱序列的解聚相關(guān)，同時與阻遏蛋白與操縱序列解聚的周期相關(guān)。
學生會發(fā)現(xiàn)這樣一個經(jīng)典的模型，直到今天都在不斷發(fā)展、不斷完善，有力于培養(yǎng)學生學無止境的學習品質(zhì)和創(chuàng)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?shù)膹娀柧氝�是必要的，有利于學生對重點難點內(nèi)容的理解和掌握。
本校教師赴美國猶他大學訪學后發(fā)現(xiàn)，國外的醫(yī)學院考試是非常多的，生物化學部分內(nèi)容每2周考試一次，學生學習基礎(chǔ)醫(yī)學部分內(nèi)容一年后就參加類似于國內(nèi)執(zhí)業(yè)醫(yī)師的全國性統(tǒng)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(diào)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(wǎng)回答，然后教師現(xiàn)場直接在問卷網(wǎng)查詢學生答題結(jié)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(lǐng)進行小結(jié)，提出問題引發(fā)學生思考
小結(jié)是對一堂課內(nèi)容的簡要概述，也是對一堂重難點內(nèi)容的再次強化，有利于學生對所學內(nèi)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(jié)構(gòu)、阻遏蛋白的負調(diào)控和CAP蛋白的正調(diào)控作用。
這樣學生對本節(jié)內(nèi)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(guān)的酶?該基因在東亞人群和歐美人群中的表達調(diào)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(jié)學習內(nèi)容密切相關(guān)，又與學生的日常生活密切相關(guān)，可以解決學生“為什么學?學后有什么用?”的疑惑。
6結(jié)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(shè)計，才能收到良好的教學效果。
而傳統(tǒng)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(shè)計時以教材中的章為單位進行教學設(shè)計，往往涵蓋3~5個課時的教學內(nèi)容。
這就導致學生在一節(jié)課的學習中感覺非常凌亂、不系統(tǒng)，無法感受到那些內(nèi)容是重點內(nèi)容，往往老師在講課時常常強調(diào)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(jié)課作為單位進行教學設(shè)計，從導課、授課、知識拓展、強化訓練、小結(jié)5個環(huán)節(jié)進行“深雕細琢”。
同時在教學過程中要層層設(shè)疑，激發(fā)學生學習興趣，以本節(jié)內(nèi)容為例，我們先后設(shè)計了5個問題引發(fā)學生思考，而且問題一環(huán)扣一環(huán)。
此外，要充分利用小結(jié)的機會，對一節(jié)課的內(nèi)容進行簡單的回顧，讓學生對教學內(nèi)容有整體性的認識。
最后，再提出與本教學內(nèi)容和大家日常生活都密切相關(guān)的問題，引發(fā)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(guān)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(qū)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(chǔ)醫(yī)學教育，2016(03)：205-208.
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