多元化教學方法在生物化學“蛋白質”中的應用

李金玉， 王 茹， 曾衛軍， 祝長青， 趙惠新

(新疆師范大學 生命科學學院， 烏魯木齊 830054)

生物化學課程是高等師范院校生物學專業的基礎專業課程之一。其中靜態生物化學部分是生物化學課程知識體系的基礎內容，而“蛋白質”則是靜態生物化學的核心章節，也是廣大學生普遍反映的難點。由于這一章節是緒論之后的開篇章節，掌握這一章節的內容，不僅對理解酶的化學本質和物質代謝的生化反應起到促進的作用，還對構建學生學習生物化學的思維、掌握學習方法，以及激發學生學習生物化學的興趣和樹立學習信心都將起著關鍵作用。教學方法的靈活應用將直接影響這一章節的教學效果。因此，本文以“蛋白質”章節為例，通過闡述多元化教學方法在“蛋白質”教學中的應用，旨在為廣大高等師范院校從事生物化學教學和教研的教師提供教學策略。

我校選用的教材為朱圣庚、徐長法主編的《生物化學》第四版上下兩冊。 “蛋白質”總學時數為16學時，適合生物技術和生物工程專業。為使學生簡明而系統地掌握這一內容，我們將第二至第五章合并歸納在一起，主要分為6個小節，包括氨基酸的分類特點及理化性質(4學時)、蛋白質的結構(一級、二級、三級和四級結構)(6學時)、蛋白質結構與功能的關系(2學時)、蛋白質的理化性質(2學時)及蛋白質的分離純化(2學時)。以下是根據“蛋白質”章節的特點和內容所應用的教學方法實踐。

1 圍繞知識框架，設計問題引導

以問題為中心的教學，是PBL(problem-based-learning)教學模式所采用的主要方法[1-4]。有效問題的引導，不僅可以提高學生自主學習的積極性和獨立思考問題的能力，而且也是知識體系梳理的重要的手段。所以問題的引導應當以圍繞知識的主題框架展開，由淺入深貫穿課前、課堂和課后。

例如在講解氨基酸小節時，氨基酸的分類是氨基酸的重點內容，而這部分需要記憶的知識點較多，學生普遍對此不感興趣。因此，可以圍繞這個知識點設計問題引導學生，激發學生學習的興趣。比如，課前可以布置：“我國有哪些氨基酸產量位于世界前列？”“洗發水、發膜有哪些成分？”“什么是氨基酸注射液？”等和實際生活緊密相關的問題。學生往往對此種問題關注較高，在廣泛借助網絡平臺搜集信息的同時就會對氨基酸概念產生初步的認識。在課堂上，為了加深學生對知識點的理解，可以在上述問題的基礎上進一步拓展，如“工業化生產的這些氨基酸如何分類?”“氨基酸肽護膚品發揮核心作用的成分實質是什么？”“臨床上病人使用的氨基酸營養液添加了哪些氨基酸？為什么要注射這些氨基酸？”。課程結束后，可以通過1～2個問題引導學生自己歸納知識點或考查學生對知識點理解的深度，如“比較酸性氨基酸或堿性氨基酸的結構特點推測其可能的理化性質？”“三聚氰胺是氨基酸嗎？”等。這樣通過課前、課堂、課后層層遞進的有效問題引導，使學生掌握氨基酸的分類和結構特點、氨基酸與蛋白質的區別，從而為理解氨基酸及蛋白質的理化性質奠定基礎。這種問題引導并貫穿整個知識主脈的方法有效拓展了學生的思維，培養了學生獨立自主的學習習慣，并提高了教學效率。

圖1 氨基酸知識思維導圖Figure 1 The mind map of amino acid knowledge

2 繪制思維導圖，疏通知識脈絡

“蛋白質”這一章節涵蓋的內容龐雜繁多，概念抽象枯燥，如何記憶這些知識點并從整體把握各個知識點的聯系，是學好這一章節的關鍵。思維導圖是一種簡單有效的圖像式思維工具，通過圖文并茂的方式把各個主題或各個層次的關系組織起來從而有效幫助記憶、學習和思考[5-7]。因此把思維導圖應用到“蛋白質”教學中無疑對教師還是學生都是一種很好且具有實踐意義的方法。

例如，從氨基酸到肽再到蛋白質，其分子組成、結構特點、理化性質都有所不同，但三者又彼此相互聯系。可以分別以每個結構單元的種類、特點、性質歸納總結繪制成思維導圖，也可以將3個結構單元合并繪制成一張思維導圖。以氨基酸這一小節為例，氨基酸的種類繁多，理化性質也較復雜，學生記憶起來比較吃力，可以就氨基酸的種類、結構和理化性質總結繪制一張思維導圖(圖1)。氨基酸是蛋白質的結構單元，所以蛋白質的大部分理化性質類似于氨基酸。通過思維導圖幫助學生記憶氨基酸的特點和理化性質，對于蛋白質理化性質的掌握也就變得相對容易。繪制思維導圖可以以教師為主體，也可以以學生為主體，適合于課前準備和課后總結。形式可以多樣化，既可借助于專業的繪圖軟件以電子版的形式展示，又可以以板書或手繪的方式呈現，既可以在微信、QQ等網絡平臺共享交流，又可以在課堂上以實物方式傳閱分享，因此借助思維導圖不僅可以幫助學生理順蛋白質各個小節內容之間的區別和聯系，而且也提高了學生學習生物化學的興趣。

3 結合前沿動態，利用網絡資源

蛋白質的結構包含一級、二級、三級和四級結構，是本章的重點和難點，也是當今生命科學的研究熱點。結合最新的科研動態闡述教學內容，不僅能啟發學生對未知領域探索的興趣，更能使枯燥而難懂的知識點容易被學生主動接受。比如人類基因組測序計劃完成后，生命科學進入“后基因組時代”，即從蛋白質水平研究基因的功能，而每一次重要蛋白質精細三維結構的解析都是對結構與功能關系的重大揭示，如清華大學施一公教授團隊首次揭示了阿爾茨海默癥致病蛋白的三維結構[8]，為闡明老年癡呆癥發病機理提供了重要線索。通過類似諸多前沿動態的舉例，讓學生深刻認識到蛋白質結構在整個“蛋白質”章節的重要性。再如在講述蛋白質的研究方法當中，可不必局限于常規的蛋白質提取純化，可以根據學生的學習興趣和接受程度，有選擇的簡要介紹一些最新的蛋白質研究技術，如蛋白質功能的研究方法，包括差異蛋白的篩選鑒定、蛋白質互作研究(如酵母雙雜交技術)、蛋白質亞細胞定位、RNA干擾技術等。這些最新研究動態的補充使學生意識到生物化學是一門日新月異不斷發展的重要學科，從而增強學生學習的緊迫感和動力。

蛋白質的結構層次繁多，除了一級到四級結構外，在二級結構和三級結構之間還存在超二級結構和結構域。由于這些結構特點過于抽象，因此學生對這些結構的認識往往停留在死記硬背的層面上，不能從根本上辨別這些結構的差異。為了幫助學生區分這些結構，可以利用現有的網絡平臺發掘有用的資源并應用到教學實踐當中。比如蛋白質數據庫PDB(Protein Data Bank，http://www.rcsb.org)可以查詢蛋白質的三維結構信息、可利用結構模型顯示軟件RasMol以各種模式、各種角度觀察蛋白質的三維立體結構；NCBI數據庫(National Center for Biotechnology Information, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed)可以查詢到所有已知蛋白質的一級序列；SWISS-PROT數據庫(http://www.Expasy.org)可以通過蛋白質的一級序列對蛋白質結構進行預測。利用這些在線數據庫對已知蛋白進行課堂實時演示或提前制作精美短小的PPT來展示蛋白質的各個結構層次，使學生能夠直觀感受到蛋白質結構的多樣性，并從結構和功能的互作關系中認識到生命中還有許多未知的奧秘等待去探索，這無疑是學生學好生物化學最好的催化劑。

4 設置專題討論，引入考核機制

教學質量的提升有賴于教師對課件的精心設計和對課堂的掌控，學生在課堂上是否積極響應老師的講課，直接影響課堂的教學效果。教師雖可以通過提問的方式讓學生參與課程中，但往往很被動，不利于培養學生的自主學習能力。因此，發揮學生的主體作用，變被動為主動，是目前尋求突破傳統教學模式的思路。選取某一章節或者某一專題，讓學生以分組討論或辯論的方式參與到課堂教學中，是一種切實可行且有效提高學生學習主動性的教學方法[9]。當然選取討論的主題內容不應太理論化，難易適中，最好是學生感興趣的內容，且獲取信息的途徑較容易從網絡或其他途徑獲得。

針對“蛋白質的理化性質”以“蛋白質變性”和“蛋白質沉淀”為兩大專題開展了專題化教學。整個教學設計分為4個過程：分組、準備、實施和總結。專題分組一般以6～8人為宜，每個小組設立一個組長，小組成員根據興趣選擇其中專題之一。為提高專題討論的有效性，專題準備之前教師一般設置2～3個綱領提要。如蛋白質變性：1)蛋白質變性的原因；2)蛋白質變性的本質；3)蛋白質變性在實際生活中的應用舉例。蛋白質沉淀：1)引起蛋白質沉淀的因素；2)蛋白質沉淀的本質；3)蛋白質沉淀在實際生活的應用舉例。在專題準備階段，小組成員先進行協商討論，最終由組長制定實施方案，由組長安排每個成員的分工包括資料的查閱和整理，多媒體或PPT的制作，思維和語言的組織以及道具的準備等，組長要確保每個成員都要參與；在專題實施的過程中，每個小組選派1～2人分別對各自專題進行全方位展示并相互提問和回答；為進一步活躍課堂氣氛，教師以“蛋白質沉淀一定變性嗎”“蛋白質變性一定沉淀嗎”為問題引導大家思考和辯論，升華學生對知識點的理解。最后，教師對每個專題的重點和難點進行總結和補充，并對每個小組的展示進行點評。通過這種以學生為主體的專題討論，不僅充分調動了每一個學生的自主學習性，而且學生在參與的過程中各方面能力也得到了提高，有效地促進了教學相長。

經過多年的教學實踐總結，在專題討論過程中引入科學的考核機制，是生物化學課程過程考核的有效手段[10]。其中建立可操作性的教師評定和學生互評的科學打分系統是考核機制取得成效的關鍵。如每一次進行專題討論時，個人成績主要包括兩部分：1)教師的評分(根據課堂討論的表現)；2)所在小組組長評分(根據分工協作以及課堂的表現)。學期結束后綜合每次的專題討論成績，且加大專題討論考核在其他過程考核的權重比例。通過這種考核機制，促使每個學生都有機會參與討論的各個環節，從而改變了每次討論僅僅一兩個人發言的局面，最大程度地提升了專題討論的教學效果和教學目的，有利于學生綜合素質的提高和人才的培養。

5 結語

“蛋白質”是整個生物化學的重點和基礎，既要讓學生打好基礎，又要力求提升知識的深度和新穎，并培養學生對生物化學的興趣，充分調動學生學習的自覺性和主動性，這就需要教師在長久的實踐中不斷地對教學方法進行靈活應用和自我更新，在不斷的反思和改進中使方法更趨完善和合理，從而促進課程建設，提高人才培養質量。