劉洪艷 康博倫

（天津科技大學(xué)海洋與環(huán)境學(xué)院 天津 300457）

《生物化學(xué)》是生物學(xué)相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，教學(xué)內(nèi)容主要包括生物分子的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、物質(zhì)代謝過程與調(diào)節(jié)、遺傳信息表達(dá)與傳遞。其中，物質(zhì)代謝教學(xué)內(nèi)容分為“糖代謝”“脂代謝”“蛋白質(zhì)代謝”及“核酸代謝”4個(gè)部分。糖代謝是物質(zhì)代謝的基礎(chǔ)，尤其糖代謝中的檸檬酸循環(huán)是糖、脂肪和蛋白質(zhì)分解代謝的共同代謝途徑。由此可見，“糖代謝”教學(xué)內(nèi)容是物質(zhì)代謝部分的核心。因此，“糖代謝”常被安排在物質(zhì)代謝教學(xué)內(nèi)容的第1章。由于糖代謝具有多種不同代謝途徑，每一種代謝途徑由幾個(gè)至十幾個(gè)化學(xué)反應(yīng)串聯(lián)組成，首次接觸代謝途徑，學(xué)習(xí)難度比較大，而學(xué)生關(guān)于“糖代謝”章節(jié)的學(xué)習(xí)效果明顯地影響著后續(xù)教學(xué)進(jìn)程。筆者梳理了多種教學(xué)方法，以實(shí)踐《生物化學(xué)》課程“糖代謝”中關(guān)于知識(shí)傳遞、能力培養(yǎng)及價(jià)值觀樹立等不同教學(xué)層次的教學(xué)目標(biāo)，旨在提高《生物化學(xué)》課堂教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

1 知識(shí)傳遞——基于比較教學(xué)法

比較教學(xué)法是利用教學(xué)內(nèi)容的相互聯(lián)系和區(qū)別，比較2個(gè)事物的相同和相異，使學(xué)生掌握和鞏固教學(xué)內(nèi)容，從而達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的一種啟發(fā)式教學(xué)方法［1］。糖代謝途徑涉及糖的無氧分解、有氧氧化、磷酸戊糖途徑、糖原的分解、糖原的合成及糖異生等6條主要的代謝途徑。由于每一條代謝途徑都比較復(fù)雜，需要從反應(yīng)過程、關(guān)鍵酶、ATP的變化、生理意義和代謝調(diào)節(jié)等方面熟悉代謝過程。因此，由多個(gè)化學(xué)反應(yīng)組成的代謝途徑是課程學(xué)習(xí)的關(guān)鍵點(diǎn)，也是激發(fā)學(xué)生課程興趣的“分水嶺”。在教學(xué)實(shí)踐中采取比較教學(xué)法，通過梳理代謝途徑的相同點(diǎn)和差異點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生從代謝化學(xué)反應(yīng)過程的教學(xué)知識(shí)點(diǎn)出發(fā)，利用表格形式對(duì)不同代謝途徑進(jìn)行比較和歸納。

1.1 無氧分解與有氧氧化 這2種代謝途徑屬于葡萄糖的分解代謝，釋放ATP為機(jī)體提供能量，這是2種代謝途徑的共同點(diǎn)。無氧分解和有氧氧化代謝途徑差異點(diǎn)在于經(jīng)歷共同代謝過程——糖酵解，產(chǎn)物丙酮酸在無氧條件下生成乳酸，伴隨少量ATP生成，而在有氧條件下丙酮酸經(jīng)過脫羧生成乙酰輔酶A，進(jìn)入檸檬酸循環(huán)，同時(shí)產(chǎn)生大量ATP。通過比較學(xué)習(xí)認(rèn)清2條途徑的代謝地位。相比較有氧氧化，無氧分解雖然代謝產(chǎn)生能量少，例如在肌細(xì)胞中，葡萄糖轉(zhuǎn)換為乳酸釋放出的自由能只相當(dāng)于其有氧氧化釋放自由能的7%，然而這并不意味著無氧分解是葡萄糖的一種浪費(fèi)。這是由于葡萄糖無氧分解途徑中乳酸脫氫酶能將甘油醛-3-磷酸氧化過程中生成的NADH氧化為NAD+，以保證葡萄糖分解代謝的持續(xù)進(jìn)行。

表1 無氧分解與有氧氧化途徑比較

1.2 糖酵解與糖異生 這2種代謝途徑都與葡萄糖密切聯(lián)系，即糖酵解是葡萄糖的分解代謝，而糖異生是葡萄糖的合成代謝。然而糖異生并非是糖酵解的逆過程，這是由于糖酵解途徑中3個(gè)不可逆反應(yīng)過程有著較大的能量變化，即由丙酮酸激酶、磷酸果糖激酶和己糖激酶催化的3個(gè)高放能反應(yīng)是不可逆轉(zhuǎn)的。糖異生途徑需要借助另外的酶促反應(yīng)，以克服這3個(gè)不可逆反應(yīng)帶來的能障。繞過3個(gè)能量障礙，糖異生的其他反應(yīng)是糖酵解的可逆過程。

表2 糖酵解與糖異生途徑的比較

1.3 糖原的分解和合成 糖原的分解與合成是調(diào)節(jié)葡萄糖濃度的2個(gè)相反過程，然而2個(gè)過程之間不是互為可逆的反應(yīng)。當(dāng)機(jī)體能量充足，糖原的合成過程將葡萄糖儲(chǔ)存起來；當(dāng)機(jī)體能量不足，糖原分解釋放葡萄糖。因此，糖原的合成與分解是對(duì)立統(tǒng)一的，共同維持著機(jī)體能量需求的變化［2］。

表3 糖原的分解和合成代謝途徑比較

根據(jù)艾賓浩斯遺忘曲線規(guī)律，1周2次的專業(yè)課程頻率，將導(dǎo)致學(xué)生很難掌握糖代謝途徑的教學(xué)內(nèi)容。比較教學(xué)法是將糖代謝途徑進(jìn)行綜合比較，展示出代謝途徑之間的密切關(guān)系。避免學(xué)生只知道死記硬背幾條代謝途徑的化學(xué)反應(yīng)式，無法感知物質(zhì)代謝規(guī)律。糖代謝教學(xué)實(shí)踐的應(yīng)用表明，比較教學(xué)法能培養(yǎng)學(xué)生的綜合概況能力，也是強(qiáng)化學(xué)生記憶代謝途徑內(nèi)容的有效手段。

2 能力培養(yǎng)——基于問題教學(xué)法

2.1 基于問題研討 以問題為基礎(chǔ)，以學(xué)生為主體，以小組討論為形式，在教師的引導(dǎo)下，圍繞某專題進(jìn)行研究的學(xué)習(xí)過程，即問題教學(xué)法PBL（problem-based learning）［3］。教學(xué)實(shí)踐中，采用問題教學(xué)法，設(shè)計(jì)思考性和啟發(fā)性的研討問題。在糖代謝教學(xué)中，血糖濃度的調(diào)節(jié)是糖代謝的教學(xué)難點(diǎn)。問題的設(shè)計(jì)是以血糖濃度的調(diào)節(jié)為中心，例如血糖的來源、血糖的去路、腎上腺素如何調(diào)節(jié)血糖水平、胰島素如何調(diào)節(jié)血糖水平，以及糖代謝紊亂與糖尿病等。在教學(xué)過程中，如何引導(dǎo)學(xué)生利用糖代謝知識(shí)解釋糖代謝紊亂的現(xiàn)象？這是提高學(xué)生分析問題和運(yùn)用知識(shí)解決問題能力的典型教學(xué)案例。教師課前布置研討任務(wù)，學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)小組，每組領(lǐng)取不同研討任務(wù)，組內(nèi)分工協(xié)作完成研討內(nèi)容。在課堂研討時(shí)，學(xué)習(xí)小組成員除了完成主題發(fā)言內(nèi)容，還要積極回答其他組可能提出的問題。教師課后發(fā)布研討成績(jī)，研討成績(jī)由小組發(fā)言的獲得投票數(shù)和提問他組的活躍點(diǎn)數(shù)2個(gè)部分組成。

采用問題教學(xué)法的教學(xué)實(shí)踐中，每位學(xué)生都有機(jī)會(huì)鍛煉思辨能力、口頭表達(dá)和討論應(yīng)答等能力，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生解決問題能力的教學(xué)目標(biāo)。

2.2 基于思維導(dǎo)圖 糖代謝的內(nèi)容涉及代謝途徑較多，每條途徑都包含反應(yīng)過程、關(guān)鍵酶及生理意義等重要知識(shí)點(diǎn)，教學(xué)中可引入思維導(dǎo)圖教學(xué)法。思維導(dǎo)圖能將學(xué)習(xí)知識(shí)、解決問題和發(fā)散思維的思路有序地表達(dá)［4］。教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)不同知識(shí)點(diǎn)脈絡(luò)繪制思維導(dǎo)圖，但需要體現(xiàn)糖代謝的主要教學(xué)內(nèi)容。思維導(dǎo)圖展示的代謝網(wǎng)絡(luò)可以糖酵解為代謝主線，其他代謝與之建立聯(lián)系；也可利用糖代謝中心環(huán)節(jié)即血糖的來源與去路，比較歸納各條代謝途徑；還可根據(jù)糖原的動(dòng)態(tài)變化，抓住糖代謝調(diào)節(jié)的關(guān)鍵點(diǎn)（圖1）。教學(xué)實(shí)踐中，沒有必要要求每位學(xué)生都繪制思維導(dǎo)圖，可通過團(tuán)隊(duì)協(xié)作方式完成知識(shí)點(diǎn)梳理。課堂上，將每組學(xué)生繪制的代謝途徑思維導(dǎo)圖貼在黑板上，學(xué)生之間互相評(píng)閱與借鑒。在評(píng)閱他組代謝圖的過程中，學(xué)生可學(xué)習(xí)借鑒，并用教學(xué)輔助軟件投票評(píng)選“最美代謝圖”，以此激發(fā)自主學(xué)習(xí)物質(zhì)代謝過程的積極性。

圖1 糖代謝主要途徑思維導(dǎo)圖

基于思維導(dǎo)圖教學(xué)法在糖代謝教學(xué)實(shí)踐的應(yīng)用表明，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式發(fā)生了明顯改變，由被動(dòng)學(xué)習(xí)代謝途徑，轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)梳理代謝知識(shí)點(diǎn)并繪制知識(shí)框架。培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作、自主學(xué)習(xí)和動(dòng)手能力，達(dá)到提升能力培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)。

3 學(xué)習(xí)態(tài)度和價(jià)值觀培養(yǎng)——基于案例教學(xué)法

代謝途徑是由若干個(gè)化學(xué)反應(yīng)組成的一個(gè)體系。學(xué)生在學(xué)習(xí)糖代謝知識(shí)的過程中，總會(huì)提出這樣的問題：這些化學(xué)反應(yīng)是如何被發(fā)現(xiàn)并揭示的？這個(gè)問題也是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)代謝途徑的興趣入口。在糖代謝的各種途徑中，檸檬酸循環(huán)是代謝過程的中心環(huán)節(jié)。1953年，科學(xué)家克雷布斯因揭示檸檬酸循環(huán)途徑而獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。檸檬酸循環(huán)的發(fā)現(xiàn)是多位科學(xué)家共同努力的結(jié)果，克雷布斯能從眾多零散的似乎無關(guān)聯(lián)的代謝反應(yīng)中整理出代謝通路［5］，表明科學(xué)研究需要敏銳的捕捉觀察能力。在糖代謝研究領(lǐng)域，還有卡爾·科里和格蒂·科里，這對(duì)伉儷夫婦因分離葡萄糖-1-磷酸，糖原磷酸化酶的提取與性質(zhì)分析，以及糖原代謝過程的研究，于1947年被授予諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)?？评锓驄D不僅在糖代謝領(lǐng)域的研究成績(jī)斐然，得到科學(xué)家界的認(rèn)可，兩人相濡以沫、不離不棄，更是后人學(xué)習(xí)的楷模。

挖掘糖代謝途徑背后的故事，例如生物化學(xué)領(lǐng)域的諾貝爾獎(jiǎng)案例，就是一種基于案例的學(xué)習(xí)（case-based learning，CBL），是知識(shí)構(gòu)建與培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與科學(xué)研究熱情的有效途徑［6-7］。學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，可感受科學(xué)家的工作態(tài)度，準(zhǔn)確樹立科學(xué)的價(jià)值觀。教師不僅是課堂知識(shí)的傳播者，更是學(xué)生價(jià)值觀的引領(lǐng)人，將專業(yè)知識(shí)的具體案例作為學(xué)習(xí)態(tài)度和價(jià)值觀的人文培養(yǎng)素材，這是專業(yè)課程教師教書育人工作的獨(dú)特魅力。

4 結(jié)束語

課程教學(xué)改革前，教師的教學(xué)目標(biāo)更多集中在如何利用10課時(shí)講授6條糖代謝途徑，并補(bǔ)充課外資源，以最大的信息量將知識(shí)傳授給學(xué)生。課程教學(xué)改革后，追求更高教學(xué)層次的教學(xué)目標(biāo)，能力培養(yǎng)及價(jià)值觀樹立，是擺在教師面前的重要課程改革任務(wù)。在糖代謝教學(xué)中，筆者采用多種教學(xué)方法，獲取不同教學(xué)效果，為實(shí)現(xiàn)多層次教學(xué)目標(biāo)找出一條有效途徑。教學(xué)方法直接影響學(xué)習(xí)效果，強(qiáng)調(diào)課前自主預(yù)習(xí)的教學(xué)法，例如翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法，在糖代謝教學(xué)中運(yùn)用不多。這是由于糖代謝教學(xué)內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)較多，存在多個(gè)教學(xué)難點(diǎn)。教學(xué)方法的應(yīng)用多集中在課后自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，例如問題教學(xué)法，學(xué)生需要帶著研討任務(wù)走出課堂，增加課后學(xué)習(xí)任務(wù)強(qiáng)度。而從“被動(dòng)灌輸式”課堂到“主動(dòng)研討式”課堂的轉(zhuǎn)變過程中，教學(xué)方法是增強(qiáng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)和自主提升學(xué)習(xí)創(chuàng)新能力的重要途徑與手段。