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以科研探索思想滲透生物化學(xué)教學(xué)的課程設(shè)計

2018-03-15 07:43:52張璐
教育教學(xué)論壇 2018年6期
關(guān)鍵詞:單糖生物化學(xué)課程設(shè)計

張璐

摘要:生物化學(xué)具有理論性強、內(nèi)容抽象、知識更新迅速等特點,要求授課者不斷設(shè)計新的教學(xué)方式,增強學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。筆者認(rèn)為在生物化學(xué)教學(xué)過程中應(yīng)當(dāng)遵循學(xué)科規(guī)律,以科研探索思想滲透生物化學(xué)教學(xué)過程,不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,也提高了學(xué)生的專業(yè)認(rèn)可度。本文以單糖教學(xué)為例,闡述以科研探索思想滲透生物化學(xué)教學(xué)的課程設(shè)計。

關(guān)鍵詞:生物化學(xué);科研探索;課程設(shè)計;單糖

中圖分類號:G642.41 文獻標(biāo)志碼:A 文章編號:1674-9324(2018)06-0153-02

生物化學(xué)是生命科學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生必修的一環(huán),對于培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題和創(chuàng)新能力至關(guān)重要[1]。以筆者所在單位河南工業(yè)大學(xué)為例,調(diào)研2013—2015期間第三方權(quán)威數(shù)據(jù)機構(gòu)麥可思數(shù)據(jù)公司提供的《社會需求與培養(yǎng)質(zhì)量年度報告》,生物化學(xué)課程均被本校生物專業(yè)畢業(yè)生評選為對個人成長最有幫助的專業(yè)課程。可見,生物化學(xué)不僅為學(xué)生后期專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下了堅實基礎(chǔ),也為其今后工作或繼續(xù)深造提供了知識保障。然而,鑒于理論性強、知識點抽象、名詞繁多、代謝過程復(fù)雜多變的特點,生物化學(xué)成了“教”、“學(xué)”兩難學(xué)科。如何改進教學(xué)效果、化繁為簡、激發(fā)學(xué)生興趣,寓教于樂,使得學(xué)生對課程有“代入感”,變被動學(xué)習(xí)為主動思考,靈活有效地掌握基礎(chǔ)理論知識,是我們在生物化學(xué)教學(xué)過程中始終面臨的難題。

生命科學(xué)是古老又青春的學(xué)科,是探索生命奧秘,解開生物密碼的美好學(xué)科。單向地講授書本的知識顯然無法吸引學(xué)生的興趣,會引發(fā)厭學(xué)情緒。怎么在講授中體現(xiàn)生物化學(xué)的魅力呢?筆者在七年生物化學(xué)課程的講授過程中,不斷摸索,改進教法,認(rèn)為在生物化學(xué)教學(xué)過程中應(yīng)當(dāng)遵循學(xué)科本質(zhì),以科研探索思想滲透生物化學(xué)教學(xué)過程,讓學(xué)生以科學(xué)研究的視角重新審視教材,把教材理解為無數(shù)偉大科研工作者智慧的結(jié)晶。不僅學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到了大幅提高,令人驚喜的是學(xué)生對專業(yè)有了更深入的了解,啟迪了科研意識。本文以單糖為例,從課程導(dǎo)入、授課互動、知識拓展、回顧小結(jié)等四個環(huán)節(jié)闡述以科研探索思想滲透生物化學(xué)教學(xué)的課程設(shè)計。

一、第一環(huán)節(jié):從生活出發(fā),導(dǎo)入本節(jié)課的學(xué)習(xí)對象,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,增加民族自豪感

與核酸等章節(jié)相比,糖類更接近我們的生活。帶領(lǐng)同學(xué)們認(rèn)識生活中的糖類,領(lǐng)略糖的世界,為概括糖的生物學(xué)功能做鋪墊。特別講述蔗糖歷史,中國西周的《詩經(jīng)·大雅》中有“周原膴膴,堇荼如飴”的詩句,說明遠在西周時就已有飴糖。甘蔗制糖最早見于記載的是公元前300年印度的《吠陀經(jīng)》和中國的《楚辭》。這兩個國家是世界上最早的植蔗國,也是兩大甘蔗制糖發(fā)源地。在世界早期制糖史上,中國和印度占有重要地位。屈原楚辭《招魂》和《大招》兩篇中有云“胹鱉炮羔,有柘漿些”,反映了當(dāng)時的這種祭祀活動中有豐富味美的菜肴、酒水和小吃情況。柘漿即甘蔗汁,激發(fā)學(xué)生對糖類的興趣和民族自豪感。通過上述內(nèi)容,學(xué)生可以自己總結(jié)出糖類的主要生物學(xué)功能,即:生物體的結(jié)構(gòu)組分、能源物質(zhì)、轉(zhuǎn)變成其他物質(zhì)、細(xì)胞識別的信號分子、生物體內(nèi)的活性分子。接下來,詢問糖類按照聚合度又如何分類呢,引出單糖。

二、第二環(huán)節(jié):探索單糖結(jié)構(gòu),層層設(shè)疑,利用科研思路滲透授課過程,提高“代入感”

結(jié)構(gòu)決定性質(zhì),性質(zhì)是結(jié)構(gòu)的體現(xiàn)。在學(xué)習(xí)單糖性質(zhì)之前,必須掌握單糖結(jié)構(gòu)。單糖的結(jié)構(gòu)是糖生物化學(xué)最為抽象的重點知識。首先由科學(xué)家Emil Fischer的勵志故事,引出單糖的鏈狀結(jié)構(gòu),初步激發(fā)學(xué)生們對科學(xué)家奉獻精神的敬仰之情。接下來,與學(xué)生互動思考第一重問題,自然界中的單糖是否以開鏈的結(jié)構(gòu)存在呢?啟發(fā)學(xué)生對糖類結(jié)構(gòu)探索分析的渴望。在多媒體課件中加入三張實驗圖片,分別為葡萄糖溶液旋光度改變實驗、葡萄糖不與Schiff試劑呈紫紅色顏色反應(yīng)實驗、半縮醛和半縮酮實驗,引出問題:顯然葡萄糖的開鏈結(jié)構(gòu)不能解釋上述三種現(xiàn)象,引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論葡萄糖的羰基被屏蔽了,繼續(xù)以科研發(fā)展為時間線索,介紹1893年Fischer正式提出葡萄糖分子具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的理論的知識點。

然而環(huán)狀結(jié)構(gòu)提出后,單糖出現(xiàn)了兩個新的結(jié)構(gòu)問題,引發(fā)學(xué)生進行第二重思考,即過長的氧橋不穩(wěn)定和羰基與哪個羥基發(fā)生半縮醛或半縮酮反應(yīng)的問題。針對過長的氧橋不合理,引出1926年英國化學(xué)家Haworth推薦使用的一種透視式即Haworth式。Haworth式中單糖成環(huán),原來的羰基碳原子形成了新的手性中心,這種在羰基碳原子上形成的差向異構(gòu)體定義為異頭物。針對羰基和哪個羥基發(fā)生半縮醛或半縮酮的反應(yīng),引出單糖的吡喃和呋喃式。

那么新的結(jié)構(gòu)問題出現(xiàn)了,Haworth式反映的單糖的立體結(jié)構(gòu)也并不符合事實,因為吡喃糖環(huán)如果是平面結(jié)構(gòu)會有很大張力,造成結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,引發(fā)學(xué)生對單糖結(jié)構(gòu)的第三重思考。引出單糖的椅式和船式構(gòu)象、平伏鍵、垂直鍵和環(huán)轉(zhuǎn)向等概念。通過層層設(shè)疑,抽絲剝繭,用科研發(fā)展的眼光和探索精神,潛移默化地使學(xué)生掌握了單糖的結(jié)構(gòu),變抽象瑣碎的知識點為充滿懸念、驚喜的科研探索過程,引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,提高了學(xué)習(xí)效果。

三、第三環(huán)節(jié):利用經(jīng)典知識和科研新進展相結(jié)合的授課方式,拓寬學(xué)生知識面

為滿足國家發(fā)展對人才質(zhì)量的需求,不僅要求學(xué)生具有扎實的基礎(chǔ)知識,更要具備跟蹤學(xué)科前沿和發(fā)展趨勢的能力?!笆谌艘贼~不如授人以漁”,教學(xué)過程中針對重要知識點引入相關(guān)文獻講解,不僅使學(xué)生更好地理解書本上的知識,更有助于學(xué)生深入認(rèn)識這些經(jīng)典知識背后的科研思路和探索過程,為學(xué)生自行查閱糖類相關(guān)文獻,獲取該領(lǐng)域的最新科研進展打下基礎(chǔ)。例如成脎反應(yīng),不僅僅講述其化學(xué)反應(yīng)式。而是介紹Fisher對成脎過程探索的文獻。文獻中描述,2 mol苯肼與1 mol單糖反應(yīng)能得到高收率的結(jié)晶產(chǎn)物,將其稱之為脎。葡萄糖、果糖、甘露糖都能得到相同的糖脎,意味著3種單糖相互之間只有2個位置是有區(qū)別的,而其他4個手性中心構(gòu)型相同。

在書本經(jīng)典知識的基礎(chǔ)上,結(jié)合最新研究進展,讓學(xué)生了解單糖的種類、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和功能等知識在不斷更新。例如,近來研究發(fā)現(xiàn)具核分枝桿菌的細(xì)胞壁脂多糖具有兩種新的單糖成分,2-acetamido-2,6-dideoxy-l-altrose 和5-acetimidoylamino-3,5,9-trideoxy-gluco-non-2-ulosonic acid。具核分支桿菌與結(jié)腸癌的發(fā)病密切相關(guān),解析其細(xì)胞壁成分具有潛在的醫(yī)學(xué)價值。筆者在生物化學(xué)教學(xué)過程中,發(fā)現(xiàn)學(xué)生普遍對該部分非常感興趣,渴望了解追蹤科研進展的方法。在此基礎(chǔ)上,教學(xué)生使用檢索工具Pubmed檢索糖類相關(guān)科研文獻,這是更深層次的學(xué)習(xí)過程。

四、第四環(huán)節(jié):結(jié)合多種形式進行提綱小結(jié),突出重點難點

大學(xué)課程講授知識點較多,還有很多外延知識,小結(jié)是對一堂課內(nèi)容的提煉和概括,有助于學(xué)生厘清知識主線,從總體上把握難點和重點。單糖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)是本節(jié)課的重點,也是難點,例如單糖環(huán)狀結(jié)構(gòu)的形成比較抽象,該部分可以制作成動畫幫助學(xué)生更好地進行理解。可以隨堂出一些測試題讓學(xué)生思考回答,如“果糖是酮糖,為什么可以和Fehling試劑或Benedict試劑反應(yīng)?”該問題將單糖性質(zhì)中的三個知識點串聯(lián)起來,即烯醇化作用、差向異構(gòu)體和醛糖的氧化。通過觀察學(xué)生對該問題的回答情況,協(xié)助教師判斷學(xué)生對本節(jié)課的掌握程度和靈活運用知識的能力。

五、結(jié)語

通過以上單糖章節(jié)的教學(xué)設(shè)計為例,說明生物化學(xué)教學(xué)過程應(yīng)當(dāng)遵循學(xué)科規(guī)律,以科研探索思想滲透生物化學(xué)教學(xué)的課程設(shè)計,不斷將新理論和新知識融入到教學(xué)內(nèi)容中。在當(dāng)前“一帶一路”發(fā)展背景下,國家對人才的需求越來越高,推行以科學(xué)研究為主線的研究式教學(xué)設(shè)計,可以顯著提高學(xué)生的創(chuàng)新思維、分析和解決問題的能力,從而提升人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

參考文獻:

[1]鄭昌學(xué).生物化學(xué)教學(xué)之我見——2012年生物化學(xué)與分子生物學(xué)學(xué)術(shù)大會發(fā)言[J].生命的化學(xué),2013,(1):101-104.

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