高等學校生物化學教學改革的實踐與探索

摘要：本文結合作者多年來在高等學校生物化學教學實踐過程中積累的一些經驗，從以下四個方面對生物化學的教學改革進行了探索：運用聯系的觀點，注重融會貫通；宏觀整體把握教材內容并準確理解基本理論實質；注重培養學生的創新思維和創造能力；轉變實驗教學理念，重視實驗教學，希望能夠為相關人員提供參考。

關鍵詞：生物化學；教學改革；實踐與探索

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）22-0206-04

生物化學是高等學校本科相關專業主要核心課程之一，是有機化學、分析化學、生物學、物理化學和生理學交叉而產生的一門邊緣學科，其代謝反應錯綜復雜，基本原理抽象難懂，因此是一門較難學的課程。如何在教學實踐過程中把這些復雜的代謝反應和抽象深奧的代謝機理和代謝調控轉變成具體化、形象化和易懂、易學的知識教授給學生，增強學生學習生物化學的興趣，同時在教學實踐過程中有意識地培養學生的創新和創造能力，使學生的思維方式從單向思維向發散思維，從常規思維向立異性思維，從正向思維向逆向思維和從直覺思維向抽象思維轉變，是每一位教師在講授生物化學課程時必需認真思考和重點解決的關鍵問題，這對于提高教學效果，幫助學生綜合分析解決復雜的生物化學問題以及培養創新和創造型人才具有十分重要的意義。本文結合筆者多年來在生物化學教學實踐過程中積累的一些經驗，從四個方面對高等學校生物化學的教學實踐改革進行了探討：運用聯系的觀點，注重融會貫通；宏觀整體把握教材內容并準確理解基本理論實質；注重培養學生的創新思維和創造能力；轉變實驗教學理念，重視實驗教學。

一、運用聯系的觀點，注重融會貫通

生物化學按照研究任務分為靜態生物化學和動態生物化學兩部分，先靜態后動態是大多數教師在教學過程中采用的主要授課方式。這種傳統的授課方式容易使學生知識混亂，前后脫節且不連貫，不能靈活運用所學的知識，教學過程也枯燥乏味，呆板抽象。為了避免以上現象，教師在教學過程中要注重運用聯系的觀點，使動態生物化學和靜態生物化學有機結合和交叉，這樣可以使學生清楚地掌握組成生物體的主要生物大分子（包括生物信息大分子）以及對生物體內生物化學反應起催化和調節作用的酶、維生素和激素的結構、功能和性質以及它們在生物體內的來源（生物體的合成代謝途徑）和去路（生物體的分解代謝途徑），講解時以生物大分子為對象，注重知識的融會貫通和學生的實際應用以及接受能力，把復雜問題明朗化、簡單化和趣味化。例如，三大物質，糖、蛋白質和脂肪，的分解代謝是整個生物化學教學實踐

過程中的難點和重點內容，學生不容易理解，也不容易理清思路，在復雜的代謝網絡中它們之間的交叉和聯系點以及這三大物質代謝過程中氧化分解產生的能量的計算（以ATP為基準和以高能磷酸鍵為基準），對于學生來說很難弄明白，學生對于這些難點也感到非常頭痛。如果教師在教學過程中先把三大物質代謝中的中心代謝三羧酸循環講清楚、講透，然后再以糖類、蛋白質和脂類作為三大軸線，把動態生物化學中的物質代謝和能量代謝和靜態生物化學中的生物大分子的結構、功能和性質有機聯系起來，進行平行降解；最后以三大物質代謝中的交叉點“乙酰輔酶A”和“丙酮酸”作為核心進行交叉講解，把生物體內生物氧化的主要方式和生物體的復雜的物質結構清楚地擺在學生面前，這樣就比較容易把動態生物化學中的代謝過程與代謝調控部分講解清楚。三大物質在生物體內氧化分解代謝，殊途同歸，為有機體合成新的物質或者為生物體提供能量，在此過程中涉及到的代謝的中間過程稱為“中間代謝”，也就是中間代謝物質通過氧化還原反應脫下的H最終與O2結合生成H2O（NADH和FADH2呼吸鏈），在此過程中產生大量的ATP供給生物體生命活動的能量（呼吸鏈的氧化磷酸化）。中間代謝產物最后通過三羧酸循環徹底氧化成CO2、H2O和ATP（見下圖）。在教學過程中多采用理論聯系實際和舉例的教學方法，可進一步加深學生對實際問題的理解。例如計算1mol葡萄糖、軟脂酸或某一中間代謝產物徹底氧化分解產生的ATP或高能磷酸鍵的數目，可以使學生更清晰、更理性的掌握在復雜的物質代謝過程中產生的能量代謝過程以及各個代謝途徑之間的相互聯系、相互交叉以及它們的生物學和生理意義。

二、宏觀整體把握教材內容并準確理解基本理論實質

生物化學是各門生物科學（包括應用生物科學和分子生物學）的基礎，也是生物學的基本語言。生物化學的實驗方法和基本規律是各門基礎生物學科及其分支學科的基本內容和基本方法。生物化學知識的特點是理論抽象復雜，知識面廣，理論點多和交叉性強。如果在教學實踐過程中只是泛泛而談，籠統講授，就會使學生感到不知所學，枯燥乏味，難以理解和記憶，達不到預期教學目的和教學效果。例如，生物化學所涉及的細胞中的化學過程（物質代謝和能量代謝）與其所處的溶液以及生物大分子物質的結構密切相關，因此我們在教學過程中不可避免的會涉及到單個分子本身的結構、細胞結構、組織結構、器官結構以及細胞器結構等，這樣就可以借助于化學的理論和方法來講述生物體內發生的基本過程以及通過生物體的相互作用發生的基本過程，并運用化學的基本原理和手段來揭示生物體生命活動的現象。以糖類、蛋白質、脂肪和核酸這些組成生物體的主要有機物質為主線，以生物體生命活動調節和催化的其他物質為副線，對這些生物大分子的結構進行深入細致的分析來闡明它們的結構和功能之間的關系。同時，通過研究生物大分子物質在生物體內的合成及其氧化分解過程，詳細闡明生物體生命活動的規律和各種生命現象，例如生物體的生長、發育、運動、適應、遺傳和變異等，這是生物化學基本理論的實質所在，也是我們在教學實踐過程中應重點把握的內容。在實際教學過程中，我們要以準確掌握生物化學基本理論的實質為前提，以組成生物體的主要有機物質為主線，以生物體生命活動調節和催化的其他物質為副線，對教材內容進行組合和刪減，以學生準確掌握生物化學的基礎知識為目的，適度反映生物化學學科發展的新進展和新動向，力求做到循序漸進和由淺入深。在教學過程中既要注意知識的連貫性和實用性，又要注意層次分明，使學生真正把握教材的實質內容，從而為以后其他課程的學習打下堅實的理論基礎。

三、注重培養學生的創新思維和創造能力

創新是一個民族的靈魂，“疑者，覺悟之機也，大疑則大悟，小疑則小悟，不疑則不悟”，通過設難置疑，啟發思維，可以激勵學生進行多方位廣泛地思考，也可以激發學生獨立思維的火花，培養學生的創新思維和創造能力。在教學過程中我們可以引導學生對生物化學的基本理論、現象、過程以及結果進行抽象概括和綜合性分析，找出它們發生的原因、條件和規律，使學生在學習過程中逐步運用多種思維方式思考和分析問題，逐步提高學生的思維能力，完成由感性認識上升到理性認識的第一次“飛躍”。在這個過程中必須以教師為主導，以學生為主體，體現學生的學習過程與教師的教學過程之間的互動。教師的教學重點和難點是設計學生的思維活動，挖掘生物化學知識的思維價值，將能夠開發學生創新思維能力的教學和學習內容設置成疑難問題。在設置這些疑難問題的時候要注意應足夠引起學生的驚奇和廣泛的興趣，除了趣味幽默、形象直觀和富于情感外，還要言簡意賅，善于把枯燥的知識趣味化，深奧的道理形象化和抽象的概念具體化。在教學過程中，教師應根據每個學生實際情況因材施教，注意設置的疑難問題的廣度和深度，逐步增加其梯度。例如在講解蛋白質化學結構這一節時，教師開始講課時可以這樣問學生：“同學們，你們見到過珍珠鏈嗎？”學生回答說：“見過”。接下來老師可以這樣問：“那么珍珠鏈的結構是怎樣的呢？”學生可以回答：“珍珠鏈是由一粒粒珍珠通過一條線串聯在一起而構成的”。最后教師可以這樣講：“我們下面即將要講的蛋白質的一級結構與珍珠鏈的結構相似，組成珍珠鏈中的珍珠相當于組成蛋白質的氨基酸，珍珠之間靠線串聯在一起，而組成蛋白質的氨基酸靠肽鍵連接在一起，氨基酸鏈類似于珍珠鏈。”通過這樣的設疑與回答，就可以使抽象復雜的蛋白質一級結構變得簡單、具體、形象，學生也非常容易理解。

在生物化學教學實踐過程中，教師還可以用辯證的思維來指導學生對生物大分子物質的結構和代謝過程的學習，培養學生的創新思維和創造能力。在這個過程中教師要特別注意知識的縱橫滲透，從“個性”中窺視其“共性”，然后從“共性”中體現其“個性”。運用聯系和比較的觀點來學習生物化學的某些基本問題，則能收到事半功倍的效果。在教授生物大分子物質，例如蛋白質和核酸，的結構時，可以先找出這兩個物質結構的相似點：都是層次結構，都具備一級結構和空間結構。一級結構都是由結構單元通過共價鍵連接而成的鏈狀結構，而空間結構都有螺旋結構。它們的不同點在于構成這兩個物質的結構單元以及維持高級結構的主要作用力不同，另外蛋白質有空間四級結構，而核酸分子沒有。通過這樣的比較和分析，使彼此交錯的知識相互聯系在一起，便于學生理解、掌握和記憶。在講授三大物質的代謝時，教師可以通過比較這些代謝過程，分析它們的相同點和不同點，使這些錯綜復雜的代謝過程簡單化、具體化和形象化，從而使學生更加容易掌握這三大物質的功能和相互轉變以及它們代謝過程之間的相互聯系。

“刪繁就簡三秋樹，領異標準二月花”是清代著名畫家鄭板橋的一幅名聯。在生物化學教學實踐過程中，教師還要引導和鼓勵學生從多個角度思考分析問題，尋求最優化的解決辦法。教師要培養學生從多角度全方位思考問題，擴展學生的思維領域，促進學生學習的靈活性，打破陳規陋習，克服呆板性，力求標新立異，進一步培養學生的發散思維能力。在大多數情況下，教師在教學過程中按照固有的知識結構和單向思維模式，只從某一方向思考問題，尋求某一方法解決問題。但是如果長期這樣思考問題就會形成思維定式，不利于培養學生的創新思維和創造能力。學生也只會按照書本所寫、教師所講的內容去機械模仿，使生物化學的教學變成了繼承前人的思維方式和傳遞單純知識遺產。這樣就要求教師在教學過程中要注重培養學生的發散思維能力，啟發學生全面綜合所學知識，用發散性思維去思考問題并且把所掌握的知識原理運用到實踐中去。例如，教師在講述三羧酸循環時，不能按照單向思維的方式只講清三羧酸循環過程，在講完后教師可以有目的的引入糖類、蛋白質和脂類的分解代謝過程，因為這些代謝過程最終都進入三羧酸循環進行徹底氧化分解。三羧酸循環過程也可以與生物氧化這一章聯系起來，因為該過程是生物體細胞產生能量的主要方式。這樣可以使學生從多個角度思考問題，并且由單一的思維方式向發散思維方式過渡，提高學生的思維能力并且使學生加深對知識的理解。

在生物化學教學實踐過程中，教師還應當從以下幾個方面來培養學生的創新思維和創造能力：（1）加強學生動手能力的培養和各種實踐活動。生物化學的基本概念和規律的形成是一個由感性到理性和由具體到抽象不斷發展的過程。在教學過程中要充分利用學生好動和好奇心強的特點，讓學生多實踐，首先獲得較深刻的感性認識，再逐步引導他們轉向理性認識。（2）根據學生素質和個性的差異，從傳統整齊劃一轉向讓不同個性的學生都有發展來培養學生的創新和創造能力；注重學生學習的主觀能動性、學習興趣、學生人格的培養以及良好的自尊心、自信心和習慣的培養，讓每一位學生學有所成和學有所得。（3）主動及時的向學生介紹相關學科的新進展。隨著研究手段和研究方法逐步提高，生物化學學科近年來在克隆技術、基因工程、代謝工程、合成生物學和生化武器等方面的研究取得了令人鼓舞的新進展。教師在講課時應當結合這些新進展，以各種不同的形式，例如講座、報告會、課前介紹、討論會和學生課外科技活動等，及時向學生介紹這些新進展并激發學生不斷創新的興趣和愿望。

四、轉變實驗教學理念，重視實驗教學

生物化學實驗教學是全面掌握生物化學課程內容，提高學生動手和創新能力所必不可缺少的一個重要環節。隨著社會的發展，傳統的實驗教學模式已不能滿足學生就業相關專業的需要，也不能夠解決課程教學目標的不斷提高和膨脹的學科知識之間的矛盾。為了解決這些矛盾，教師在教學實踐過程中必需轉變教學理念，從實驗內容、實驗設計和效果評價三個環節入手進行改革，徹底打破傳統的實驗教學模式。

根據生物化學教材理論內容的難點和重點，設計一些具有綜合性和代表性的實驗。在教學過程中鼓勵學生自己思考問題和設計實驗，并對學生的實驗操作進行嚴格要求，對實驗過程中出現的現象和結果應有合理解釋，注重學生創新意識和實驗動手能力的培養。例如，教師可以讓學生用不同方法來設計大分子蛋白質物質的提取實驗，然后對提取的大分子蛋白質物質進行定性和定量分析，這樣不僅可以使學生的實驗設計和教師的教學兩者之間進行互動，使學生更好地了解和掌握大分子蛋白質提取過程中應遵循的一般原則和分離提取過程的關鍵點，而且可以使理論知識和實踐知識得到進一步的豐富和鞏固；同時對一些目前現有條件難以進行的最新實驗，教師在教學過程中可以讓學生通過幻燈片演示或觀摩老師進行實驗演示的方法來了解現代生化實驗技術的新進展。在這個過程中同時要求學生注意并做到以下幾點：（1）寫出實驗方案和預習報告；（2）強化實驗技能并進一步論證實驗方案的完整性和準確性；（3）要求學生撰寫實驗報告，并對自己在實驗過程中出現的一些實驗現象給出合理解釋，能夠“自圓其說”。這些方法不僅可以使學生系統地掌握生物化學的實驗理論和方法，而且可以使學生通過設計實驗方案來進一步提高他們的實踐技能。

基金項目：浙江工商大學高等教育研究課題

作者簡介：于平（1974-），男，博士，教授，生物化學課程組組長。