《生物化學》在制藥工程專業教學中的改革與實踐

田萍，楊謙，陳瑞

摘要：生物化學課程既有很強的理論性，又有很強的實踐性，內容繁多。在面向我校制藥工程專業的生物化學教學中，針對少學時的特點，以提高學生學習積極性、強化教學效果為目標，對教學內容、教學手段、實驗開設方式進行了改革與實踐，構建了生物化學課程的多媒體教學與傳統教學相結合、實驗教學基礎性與創新性并重的教學模式，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：生物化學；教學改革；教學模式

中圖分類號：G642.3 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）10-0018-02

生物化學是從分子水平揭示生命現象與化學本質的一門學科，是我校制藥工程專業的一門重要專業基礎課，它不僅為后繼專業課程奠定基礎，而且對于學生今后的職業生涯和攻讀研究生將起著重要作用。生物化學的特點是分子構象繁多，代謝途徑錯綜復雜，需要記憶、理解的內容多，學生普遍感到抽象難懂，學習興趣不高。為提高教學效果，激發學生的學習積極性，在近十年的教學實踐中，對課程的教學內容、教學模式以及實踐環節進行了研究與探索，取得了良好的效果。

一、構建知識框架，優化教學內容

我校生物化學的課程設置存在著學時少（40學時）、內容多的問題，要在有限的時間內完成大綱規定的教學任務，就需要精選教學內容，根據學生的知識背景和專業特點科學構建課程知識模塊。制藥工程專業學生已經學習過有機、無機、分析、物化四大基礎化學課程，擁有較強的化學理論基礎，對于生物分子式和相關的生化反應較易掌握，但涉及生物大分子的空間結構、錯綜復雜的代謝途徑以及需要記憶的抽象概念，就會感到眼花繚亂，無從下手。為引導學生由淺入深、變被動為主動地學習，以教材為藍本[1]，將整個生物化學的教學分為四大知識模塊來進行。模塊1：生物化學研究進展；模塊2：生物大分子的結構與功能；模塊3：代謝及其調控；模塊4：分子生物學及其在制藥工程領域中的應用。

1.激發學習熱情。現代生物化學是一門飛速發展的學科，大學生對最新的科研成果有著濃厚的興趣。在教學過程中，尋找本學科與生物化學之間的交叉點，列舉科學家在生命科學領域中做出的巨大貢獻，如美國化學家博耶（Paul D.Boyer）等人運用化學方法闡明了ATP合成酶的功能機制，于1997年獲得諾貝爾獎；美國科學家萊馬克里斯南（Venkatraman Ramakrishnan）、施泰茨（Thomas Steitz）和以色列科學家阿尤納斯（Ada Yonath）對“核糖體的結構和功能”的研究，有助研制針對細菌的新型抗生素，獲得2009年諾貝爾化學獎等。介紹本學科在分子水平上探討病因、發病機理以及開發基因治療藥物的最新成就及發展前景。另外，通過階段性理論教學與專題討論的形式組織課堂教學，調動學生課下查閱資料、課堂發表觀點、暢所欲言。這樣，拓展了學習的視野，使學生認識到在學科交叉滲透的今天，學習生物化學的重要性，大大提高了學生的學習興趣和求知欲望。

2.突出重難點。在生物化學課程的教學中，重點在于使學生理解每種生物大分子的結構、功能、代謝特點及其相互聯系；難點在于，如何記憶眾多的抽象概念、復雜的代謝歷程和能量變化，理解微觀的分子生物學內容。對于相應的知識點，采用的方法是：（1）復雜過程簡單化：如對各代謝的生化途徑分段講解，及時總結其特點，引導學生按要點記憶，就較容易將整個反應歷程貫穿在一起。（2）理論聯系實際：通過案例教學法，拉近書本知識與實際生活和生產的距離；聯系本系教師的科研工作，使學生加深對生物化學知識的理解。（3）抽象內容形象化：采用現代化多媒體教學手段，通過大量圖表、動畫素材的運用，使微觀世界宏觀化、文字敘述圖片化、平面內容立體化、靜態模式動態化、難點內容簡單化。

3.理論聯系實際。理論教學中，強調生物化學原理在制藥工程領域中的應用，注重培養學生分析問題和解決問題的能力。例如：RNA的復制與AIDS藥物的設計，瘋牛病的發病機理與蛋白質空間構象的關系，夜盲癥、腳氣病、壞血病與各種維生素的關系等。用理論解釋實際問題，使學生感覺到生物化學并不枯燥，課堂效率大大提高。

二、改革教學方法和手段，提高教學效果

在總結傳統教學經驗的基礎上，采用先進的教育教學方式，對生物化學的教學方法和教學手段進行了改革。

1.多媒體與傳統教學有機結合。生物化學涉及到微觀世界的內容，理論抽象，反應過程復雜，難以理解，這是教師在傳統教學中的難點。采用多媒體現代化教學手段，給予教師和學生一種全新的感受。例如，通過觀看二維、三維的彩色圖片，有助于理解蛋白質空間構象，掌握蛋白質高級結構的概念；借助動畫演示酶的活性中心與必需基團、呼吸鏈的組成和氧化磷酸化過程、蛋白質的生物合成等，達到微觀內容宏觀化、抽象內容形象化的效果。此外，視頻播放一些生物化學的經典實驗，如證明DNA是遺傳物質的噬菌體實驗和肺炎雙球菌實驗、遺傳密碼破譯的體外翻譯實驗等，增加了課堂的活躍氣氛。CAI課件的使用，使整個教學過程有更強的直觀性、現實性、趣味性，加深了學生的理解和記憶，提高了教學質量。

雖然多媒體課件具有許多傳統方式無法比擬的優勢，但在教學實踐中也存在一些比較突出的問題。例如，信息量大，教學節奏較快，容易導致部分學生跟不上教師的思路；頁面的切換還容易造成學生對某一個知識點缺乏整體的認識和思考過程。因此，對于生物化學這一基礎課程，不宜用多媒體教學完全替代傳統的板書教學。在基礎內容的講解上，如酶促反應動力學米氏公式的推導，采用板書更能強化學生的理解和記憶。

2.聯系實際進行案例教學。借鑒華東理工大學的教學經驗[2]，采用案例教學法提出問題，引導討論。典型案例包括：（1）酶的競爭性抑制機理與藥物分子設計：以磺胺類藥物和有機磷農藥為例展開討論。（2）脂代謝與健康減肥產品的開發：通過對目前熱點減肥產品“左旋肉堿”瘦身的機理討論，而引出“脂肪酸的β-氧化”內容。（3）酶的修飾與抗癌藥物的開發等。實踐證明，案例教學可提高學生的學習效率，并能做到活學活用。

三、多樣化實踐環節，培養綜合素質

由于課時所限，課程中沒有包含實驗內容。為彌補實踐環節的不足，將生物化學基本技能實驗設置在《大學化學基礎實驗》選修課模塊中，由學生根據自己的興趣自愿選做。開設的實驗內容有：牛奶中酪蛋白質的提取與制備、氨基酸的紙色譜分離鑒定、維生素C的定量測定、卵磷脂的提取等。學生通過具體實驗，能夠熟練掌握生化基本實驗技能、提高動手能力和分析解決問題的能力，加深對相關生化原理的理解。

系統性綜合實驗以開放性實驗形式面向學生開設，將所學的分散知識點有機地綜合起來，使以往所做零散單一的實驗內容及操作相互銜接，培養了學生完整的科學實驗思維方法。結合本系教師在酶學研究上的優勢，開設了酶學方面的綜合性實驗，包括：淀粉酶水解淀粉制備飴糖，蛋清溶菌酶的提取及其活性測定，纖維素酶動力學性質分析等，涵蓋了主要的酶學性質研究及其分析方法。

借助我校開展的大學生各類課外科技活動，結合理論教學組織學生積極參加創新性實驗，參與教師的科學研究。近年來，開設出20余項創新性實驗，如生物農藥Bt毒蛋白的合成及其殺蟲活性鑒定、纖維素酶降解秸稈的條件優化、火棘果中精氨酸的提取與鑒定、豌豆中谷胱甘肽還原酶的提取及其活性分析、葛根中葛根素的提取及純化等。創新性科學研究為學生們提供了一次系統的鍛煉機會，使他們提前進入科研角色，為畢業論文的開題、撰寫奠定了基礎，不少學生在省挑戰杯、校大學生科技活動中獲獎。經過實踐，極大地激發了學生對生物化學課程的學習積極性，不僅對基本理論和概念理解掌握較好，綜合分析問題及解決問題的能力也大大提高，考研率逐年上升。

總之，在多年的生物化學教學實踐中，更新觀念、開拓思路，突破傳統的教學模式，在教學內容和手段上進行改革與探索，注重基礎與前沿相結合、理論與實踐相結合，激發了學生的學習積極性，培養了綜合素質，收到了良好的效果。

參考文獻：

[1]郭藹光.基礎生物化學[M].北京：高等教育出版社，2001.

[2]李素霞，歐伶，俞建瑛，等.工科院校中生物化學教學模式探討[J].微生物學通報，2007，34（4）：816-818.

基金項目：西安理工大學教學研究項目（Xjy1023，Xjy1025）。

作者簡介：田萍（1959-），女，北京人，本科，副教授、碩士生導師，主要研究方向：生物技術。