生物化學(xué)教學(xué)設計
上好一堂生物化學(xué)課，授課教師需要有高度的責任心，對課堂進(jìn)行精心的設計，才能收到良好的教學(xué)效果。那么，生物化學(xué)教學(xué)如何改革呢?
摘要：盡管生物化學(xué)理論內容抽象、難學(xué)，但生物化學(xué)對于培養農林醫藥院校學(xué)生解決問(wèn)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(xué)為例，從導課、授課、知識拓展、強化訓練、小結5個(gè)環(huán)節闡述生物化學(xué)的教學(xué)設計，以期激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣，提高學(xué)生的學(xué)習主動(dòng)性，確保教學(xué)目標的實(shí)現。
關(guān)鍵詞：生物化學(xué);乳糖操縱子;教學(xué)設計
生物化學(xué)是從分子水平探討生命現象本質(zhì)的一門(mén)學(xué)科，也是醫學(xué)、生物學(xué)、農學(xué)等學(xué)科科學(xué)研究的工具學(xué)科。
該學(xué)科對于培養農林醫藥院校學(xué)生解決問(wèn)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(xué)學(xué)科非常抽象，主要是闡述體內蛋白質(zhì)、DNA和RNA以及其他分子的相互作用過(guò)程，導致學(xué)生很難理解，使得生物化學(xué)課程成為農林醫藥院校最難學(xué)、不及格比例最高的學(xué)科之一。
盡管在當前的教學(xué)改革過(guò)程中，以PBL為主導的理學(xué)教學(xué)方式[1]和以任務(wù)驅動(dòng)型教學(xué)為主導的實(shí)驗教學(xué)方式[2]對于實(shí)現真正的“以學(xué)生為中心”教學(xué)理念提供了新的教學(xué)方法，但傳統的由教師主導的講授法授課模式仍然是無(wú)法替代的。
因而如何在教學(xué)過(guò)程中激發(fā)學(xué)生學(xué)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(xué)老師不懈的追求。
本文以較抽象的基因表達調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5個(gè)環(huán)節闡述如何進(jìn)行生物化學(xué)教學(xué)設計。
1設疑導課激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣
由于乳糖操縱子內容非�？菰�，而且比較復雜，所以在教學(xué)過(guò)程中先給學(xué)生講述一個(gè)現象(給出一張細菌生長(cháng)曲線(xiàn)圖)：當培養基中同時(shí)含有葡萄糖和乳糖時(shí)，細菌的生長(cháng)曲線(xiàn)不是大家熟悉的遲緩期、對數期、穩定期、衰亡期，而是出現了2個(gè)對數生長(cháng)期，中間有一個(gè)遲緩期。
那么為什么會(huì )出現這種現象呢?接著(zhù)給出一張細菌培養基中糖消耗曲線(xiàn)圖，學(xué)生就會(huì )分析發(fā)現第一個(gè)對數生長(cháng)期主要是培養基中的葡萄糖被消耗了，而第二個(gè)對數期是乳糖被消耗了。
那么為什么葡萄糖和乳糖分別在第一個(gè)和第二個(gè)細菌生長(cháng)對數期會(huì )被消耗呢?學(xué)生通過(guò)前面代謝部分的學(xué)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(gè)對數期細菌體內有分解葡萄糖的酶，第二個(gè)對數期有分解乳糖的酶。
也就是說(shuō)培養基中同時(shí)含有葡萄糖和乳糖時(shí)，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(cháng)過(guò)程中lacmRNA、β半乳糖苷酶和β半乳糖透性酶，此時(shí)學(xué)生會(huì )發(fā)現乳糖代謝的基因——lacmRNA并沒(méi)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，所以第一對數期不能分解乳糖，只有第二對數期才能分解乳糖。
那么細菌體內如何實(shí)現這一復雜的基因表達調控過(guò)程呢?通過(guò)4次層層設疑，抽絲剝繭，引出乳糖操縱子的調控機制，大部分學(xué)生會(huì )好奇細菌是如何實(shí)現這一復雜調控過(guò)程的。
2始終圍繞培養基中不含葡萄糖、只含有乳糖時(shí)乳糖操縱子才開(kāi)始表達這一現象進(jìn)行授課
通過(guò)前面3張圖片的講解，學(xué)生發(fā)現當培養基中只含有乳糖時(shí)，乳糖代謝相關(guān)的2個(gè)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(gè)酶的lacmRNA也表達了。
由此就引入了誘導表達和操縱子這兩個(gè)概念。
誘導表達就是加入代謝物后基因才開(kāi)始表達;而操縱子就是一個(gè)lacmRNA產(chǎn)生2個(gè)以上的蛋白質(zhì)。
接著(zhù)詳細講述乳糖操縱子的結構、操縱子中每個(gè)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控機制中具有普遍性，并于1965年獲得諾貝爾生理學(xué)或醫學(xué)獎。
然后講述為什么培養基中含有乳糖時(shí)該操縱子才開(kāi)始表達主要是由于阻遏蛋白的負調控作用被乳糖誘導后解除。
同時(shí)在講解過(guò)程中要結合蛋白質(zhì)和酶的變構效應，講解阻遏蛋白與乳糖結合后結構改變不能與操縱序列結合，這樣學(xué)生與前面學(xué)習到的知識融匯貫通，方便學(xué)生理解。
乳糖操縱子阻遏蛋白的負調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(kāi)始表達，因而此時(shí)接著(zhù)拋出另外一個(gè)疑問(wèn)：為什么培養基培養基中同時(shí)存在葡萄糖和乳糖時(shí)，乳糖代謝的酶并沒(méi)有被誘導呢?是不是還存在其他調控機制呢?由該疑問(wèn)引出CAP蛋白的正調控機制，同樣的CAP蛋白存在與cAMP結合后的變構效應導致功能改變的現象。
最后總結過(guò)程中強調阻遏蛋白的負調控與CAP蛋白的正調控協(xié)調調節乳糖操縱子的表達過(guò)程，也解釋了為什么“只有在培養基中不含葡萄糖、只含有乳糖時(shí)乳糖操縱子才開(kāi)始表達”這一中心問(wèn)題。
3側重創(chuàng )新能力培養，進(jìn)行知識拓展
知識拓展應該注重于學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力培養，更加強調學(xué)生創(chuàng )新品質(zhì)的培養。
我們在教學(xué)過(guò)程中經(jīng)常強調“授人以魚(yú)，不如授人以漁”，因而在講解完乳糖操縱子結構后，應當教會(huì )學(xué)生如何可以從GenBank中查詢(xún)下載到該序列，如何找到乳糖操縱子結構中的各個(gè)調控元件和結構基因。
學(xué)生一看非常直觀(guān)，而且會(huì )有許多新發(fā)現：調控序列實(shí)際上很短，只有幾十個(gè)堿基，而結構基因很長(cháng)，有幾千個(gè)堿基;阻遏蛋白結合的操縱序列和RNA聚合酶結合的啟動(dòng)序列實(shí)際上是重疊的;lacZ、lacY和lacA基因之間實(shí)際上有間隔序列;阻遏蛋白基因不隸屬于乳糖操縱子，是獨立轉錄的。
通過(guò)教會(huì )學(xué)生如何使用GenBank查詢(xún)下載序列，既為學(xué)生今后從事科研工作奠定了基礎，同時(shí)學(xué)生又可以“做中學(xué)”，有不少新發(fā)現，而學(xué)有余力的同學(xué)課后就會(huì )查找文獻，更深入地了解原核基因表達調控的特點(diǎn)及機制。
同時(shí)在知識拓展時(shí)還要強調新進(jìn)展，強調這個(gè)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)現在大腸桿菌中，乳糖操縱子有非誘導狀態(tài)轉化為誘導狀態(tài)，不僅與阻遏蛋白在操縱序列的解聚相關(guān)，同時(shí)與阻遏蛋白與操縱序列解聚的周期相關(guān)。
學(xué)生會(huì )發(fā)現這樣一個(gè)經(jīng)典的模型，直到今天都在不斷發(fā)展、不斷完善，有力于培養學(xué)生學(xué)無(wú)止境的學(xué)習品質(zhì)和創(chuàng )新精神。
4圍繞重點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行強化訓練
大學(xué)的教學(xué)課堂要不要進(jìn)行強化訓練，一直以來(lái)都飽受爭議，其主要原因就是學(xué)生過(guò)去在高中階段長(cháng)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的強化訓練還是必要的，有利于學(xué)生對重點(diǎn)難點(diǎn)內容的理解和掌握。
本校教師赴美國猶他大學(xué)訪(fǎng)學(xué)后發(fā)現，國外的醫學(xué)院考試是非常多的，生物化學(xué)部分內容每2周考試一次，學(xué)生學(xué)習基礎醫學(xué)部分內容一年后就參加類(lèi)似于國內執業(yè)醫師的全國性統一考試，2次機會(huì )，沒(méi)考過(guò)直接退學(xué)了。
因此，我們針對乳糖操縱子正負調控機制和歷年來(lái)考試中學(xué)生多選題失分較多，安排兩道單選題和兩道多選題，先讓學(xué)生通過(guò)掃描二維碼在問(wèn)卷網(wǎng)回答，然后教師現場(chǎng)直接在問(wèn)卷網(wǎng)查詢(xún)學(xué)生答題結果，查看學(xué)生掌握情況，與學(xué)生一起分析回答錯誤的原因。
5提綱挈領(lǐng)進(jìn)行小結，提出問(wèn)題引發(fā)學(xué)生思考
小結是對一堂課內容的簡(jiǎn)要概述，也是對一堂重難點(diǎn)內容的再次強化，有利于學(xué)生對所學(xué)內容進(jìn)行整體性掌握。
在進(jìn)行乳糖操縱子講述過(guò)程中可以自己制作一個(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)畫(huà)，概述乳糖操縱子結構、阻遏蛋白的負調控和CAP蛋白的正調控作用。
這樣學(xué)生對本節內容有個(gè)整體性的認識，不至于“只見(jiàn)樹(shù)木不見(jiàn)森林”。
然后可以提出一道思考題供學(xué)生課后研究性學(xué)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控特點(diǎn)有何差異?為什么不少同學(xué)喝牛奶后有輕微的腹瀉呢?”這個(gè)問(wèn)題既和本節學(xué)習內容密切相關(guān)，又與學(xué)生的日常生活密切相關(guān)，可以解決學(xué)生“為什么學(xué)?學(xué)后有什么用?”的疑惑。
6結語(yǔ)
上好一堂生物化學(xué)課，授課教師需要有高度的責任心，查閱大量文獻，對課堂進(jìn)行精心的設計，才能收到良好的教學(xué)效果。
而傳統高校教師教學(xué)過(guò)程中，由于存在“重科研，輕教學(xué)”的思維定式，一般課堂教學(xué)設計時(shí)以教材中的章為單位進(jìn)行教學(xué)設計，往往涵蓋3~5個(gè)課時(shí)的教學(xué)內容。
這就導致學(xué)生在一節課的學(xué)習中感覺(jué)非常凌亂、不系統，無(wú)法感受到那些內容是重點(diǎn)內容，往往老師在講課時(shí)常常強調這里是重點(diǎn)啊，但是幾分鐘就講完了，學(xué)生根本沒(méi)有聽(tīng)明白。
因而我們建議在教學(xué)過(guò)程中要以一節課作為單位進(jìn)行教學(xué)設計，從導課、授課、知識拓展、強化訓練、小結5個(gè)環(huán)節進(jìn)行“深雕細琢”。
同時(shí)在教學(xué)過(guò)程中要層層設疑，激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣，以本節內容為例，我們先后設計了5個(gè)問(wèn)題引發(fā)學(xué)生思考，而且問(wèn)題一環(huán)扣一環(huán)。
此外，要充分利用小結的機會(huì )，對一節課的內容進(jìn)行簡(jiǎn)單的回顧，讓學(xué)生對教學(xué)內容有整體性的認識。
最后，再提出與本教學(xué)內容和大家日常生活都密切相關(guān)的問(wèn)題，引發(fā)學(xué)生思考，讓學(xué)生明白生物化學(xué)和大家的生活其實(shí)是密切相關(guān)的，而不是抽象的、無(wú)用的。
參考文獻
[1]李崇奇，張晨嶺.PBL教學(xué)在生物化學(xué)教學(xué)中的應用[J].江蘇第二師范學(xué)院學(xué)報，2014(05)：22-25.
[2]李崇奇.任務(wù)驅動(dòng)教學(xué)法在生物化學(xué)與分子生物學(xué)實(shí)驗教學(xué)中的應用[J].基礎醫學(xué)教育，2016(03)：205-208.
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