吳永革 馬俊峰 于湘暉 單亞明

[摘要] 科學(xué)研究是一項十分艱難、辛苦的工作，如果對它沒有濃厚的興趣，沒有十分的熱情，則很難持久地進行下去，取得卓越的成就。課堂是學(xué)生積累知識、培養(yǎng)能力、提升素養(yǎng)的重要場所，知識的應(yīng)用離不開科研，如何在課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生對科研的興趣尤為關(guān)鍵。通過多年教學(xué)經(jīng)驗的積累和創(chuàng)新探索，本文從教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)環(huán)境三個方面，總結(jié)出課堂教學(xué)與大學(xué)生科研興趣培養(yǎng)相結(jié)合的途徑，力爭為后續(xù)研究指明方向。

[關(guān)鍵詞]課堂教學(xué);科研興趣培養(yǎng);教學(xué)改革;生物化學(xué)

[中圖分類號] ??G642 [文獻標識碼] A[文章編號]1005-5843（2019）02-0129-05

[DOI]10.13980/j.cnki.xdjykx.2019.02.025

要辦好研究型大學(xué)，就必須培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。我國中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020）將創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)確定為高等院校工作的重中之重，明確提出了創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的具體目標。要培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，需要從各方面對大學(xué)生進行科研素質(zhì)和能力的培養(yǎng)，這首先要培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)研究的濃厚興趣。教育比較發(fā)達的西方國家歷來重視對學(xué)生科研興趣和能力的培養(yǎng)，興趣是圓滿完成一項工作的最必要、最充分和最持久的條件和基礎(chǔ)，對科學(xué)研究更是如此。因為，科學(xué)研究是一項十分艱難、辛苦的工作，如果對它沒有濃厚的興趣，沒有十分的熱情，則很難持久地進行下去，也很難取得卓越的成就。

“生物化學(xué)”課程是運用化學(xué)原理在分子水平上解釋生命現(xiàn)象的物質(zhì)基礎(chǔ)和化學(xué)變化的一門學(xué)科，是高校生命科學(xué)學(xué)院以及醫(yī)學(xué)、農(nóng)、林、環(huán)境等專業(yè)的最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。因此，需要在大學(xué)的低年級開設(shè)（通常在大一或大二學(xué)年開設(shè)）。在這個階段，培養(yǎng)學(xué)生對生命科學(xué)研究的興趣尤為重要，科研興趣將會為學(xué)生在后面進一步學(xué)好其它專業(yè)課程奠定良好的基礎(chǔ)。但是，低年級的大學(xué)生對科研還沒有清晰的概念和深入的認識，而且“生物化學(xué)”作為一門微觀生物學(xué)課程比較枯燥和抽象，記憶性的內(nèi)容比較多，因此，在教學(xué)過程中一定要以興趣為導(dǎo)向，采取行之有效的方式和方法，激發(fā)學(xué)生科研和學(xué)習(xí)的興趣。國內(nèi)外一些高等院校對“生物化學(xué)”課程已經(jīng)開展了一些有益的改革和探索。有的探索從專業(yè)思維培養(yǎng)、批判思維培養(yǎng)、重視科學(xué)發(fā)現(xiàn)歷程、教學(xué)密切聯(lián)系科研進展及理論知識聯(lián)系實際問題等多方面開展教學(xué)，對如何在高校生物化學(xué)教學(xué)中實現(xiàn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)進行了探索[1]。在一些醫(yī)學(xué)院校的“生物化學(xué)”教學(xué)中嘗試開展PBL 教學(xué)模式，即“以問題為導(dǎo)向（Problem Based Learning）”的學(xué)習(xí)方式，該方式最早由美國著名的神經(jīng)病學(xué)教授 Dr. H.Barrows 提出，主要是以問題為主的教學(xué)模式，教師在課堂上提出問題，然后引導(dǎo)學(xué)生對問題進行探究學(xué)習(xí)，通過查閱文獻，小組討論，最終找出解決方案。PBL 教學(xué)模式主要是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力、合作能力、探究能力等綜合素質(zhì)培養(yǎng)[2]。有的探索翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，把“教師講，學(xué)生聽”的傳統(tǒng)學(xué)習(xí)過程轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)生講，教師聽”的一種教學(xué)模式[3]，使學(xué)生變被學(xué)為主動學(xué)，取得了比較好的教學(xué)效果，但這種方式只能部分采用。

吉林大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院“生物化學(xué)”課程教學(xué)團隊在“生物化學(xué)”課程的教學(xué)過程中，十分重視對學(xué)生科研興趣的培養(yǎng)，通過創(chuàng)新教學(xué)方法和途徑，結(jié)合課程內(nèi)容來激發(fā)學(xué)生們對探索生物學(xué)奧秘、揭示生命現(xiàn)象本質(zhì)的熱情和好奇心。吉林大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院“生物化學(xué)”理論課程開設(shè)在大學(xué)一年級下學(xué)期至二年級上學(xué)期，講授一個學(xué)年，共計96學(xué)時（不包括相應(yīng)的實驗課），學(xué)時比較多，課程內(nèi)容比較詳細。大一下學(xué)期講授生命現(xiàn)象的物質(zhì)基礎(chǔ)，包括：蛋白質(zhì)、酶、糖類、脂類和維生素的結(jié)構(gòu)與功能。大二上學(xué)期講授生命體的化學(xué)變化，即物質(zhì)和能量代謝，包括：核酸及其代謝、糖類代謝、脂類代謝和蛋白質(zhì)代謝等。為了避免重復(fù)教學(xué)，將遺傳信息的傳遞內(nèi)容全部安排在《分子生物學(xué)》課程中講授。為了提高學(xué)生科技文獻閱讀能力，教材采用以英文原版教材為主，以中文教材為輔。

許多剛剛開始大學(xué)學(xué)習(xí)生活的學(xué)生往往習(xí)慣于被動接受知識的學(xué)習(xí)模式，接受知識、記憶結(jié)論仍然是他們的習(xí)慣性學(xué)習(xí)方式。讓學(xué)生掌握所學(xué)的這些知識和結(jié)論是如何通過科學(xué)研究和實驗獲得的，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力顯得更為重要。正所謂：授人以“魚”不如授人以“漁”。由于大一學(xué)生還沒有機會接觸到科學(xué)研究，學(xué)生們對于如何開展科研、如何設(shè)計科研實驗方案、如何分析實驗現(xiàn)象、如何通過實驗結(jié)果獲得正確的結(jié)論還感到茫然，不知如何下手。針對這樣的情況，我們認真分析和總結(jié)以往的教學(xué)經(jīng)驗，以及指導(dǎo)研究生開展科研的經(jīng)驗，將科研與教學(xué)緊密結(jié)合起來。

一、教學(xué)方法改革

（一）提高英文文獻閱讀能力

提高英文文獻閱讀能力，為科研打好基礎(chǔ)。為了迅速提高學(xué)生英文文獻的閱讀能力，為將來開展科研打下良好基礎(chǔ)，我們在“生物化學(xué)”課程的教材選擇和使用上進行了大膽的嘗試。我們曾經(jīng)以高等教育出版社出版的由北京大學(xué)王鏡巖、朱圣庚等教授編寫的“生物化學(xué)”為主要教材，結(jié)合使用英文原版教材[4][5][6]。近些年，我們改成以H.R.Horton等人編寫的英文原版教材《Principles of Biochemistry》為主，以中文教材為輔。盡管在課程改變初期，學(xué)生們閱讀英文教材比較困難，閱讀速度比較慢，但是，在“生物化學(xué)”課程學(xué)習(xí)結(jié)束后，學(xué)生閱讀英文文獻的能力得到了顯著提高。同時，在“生物化學(xué)”課程教學(xué)過程中，作為作業(yè)指定學(xué)生課后閱讀與課程內(nèi)容相關(guān)的英文文獻，并撰寫英文文獻閱讀筆記。許多學(xué)生在第一次寫文獻閱讀筆記時寫成了讀后感，針對這種問題，教師給學(xué)生們講解閱讀文獻的方式、方法和重點環(huán)節(jié)，使學(xué)生們初步具備了英文文獻閱讀的能力。另外，在學(xué)生的考核中，將英文文獻閱讀與課堂小測驗相結(jié)合作為平時成績（約占總成績的30%），避免了期末考試一次決定學(xué)生成績的弊端，受到了學(xué)生們的歡迎，起到了調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的作用，取得了非常好的教學(xué)效果。

（二）培養(yǎng)科學(xué)研究“發(fā)現(xiàn)”思維

注重“發(fā)現(xiàn)”的過程，培養(yǎng)科學(xué)研究的思維方法。科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程是一種科學(xué)思維的創(chuàng)新活動的體現(xiàn)。在“生物化學(xué)”發(fā)展史上就有很多典型事件和重大發(fā)現(xiàn)體現(xiàn)了人類創(chuàng)新思維和方法，這些發(fā)現(xiàn)有成功的經(jīng)驗，也有失敗的教訓(xùn)，這對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和提高學(xué)生的創(chuàng)新能力都具有十分重要的意義。我們在教學(xué)中不是一味地向?qū)W生講授和灌輸知識和結(jié)論，而是特別注重使學(xué)生學(xué)習(xí)這些知識和結(jié)論是如何通過科學(xué)研究和實驗獲得的，在獲得這些知識和結(jié)論過程中是如何進行思考、設(shè)計和分析的。例如：在講授代謝調(diào)的反饋作用時，以“瘦素”的發(fā)現(xiàn)過程為例，與學(xué)生們共同沿著這一重大發(fā)現(xiàn)的思維和實驗設(shè)計過程去講解和學(xué)習(xí)。從發(fā)現(xiàn)二只特別肥胖的小鼠開始，到如何提出假設(shè)，通過設(shè)計和開展小鼠連體實驗對所提出的假設(shè)進行驗證，再到對超出實驗預(yù)想的實驗結(jié)果進行分析，否定原來的假設(shè)，提出新的假設(shè)，直到得出正確的結(jié)論，最終發(fā)現(xiàn)了“瘦素”及其生物功能。但是，這又是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程一個“失敗”的實例，最初發(fā)現(xiàn)“瘦素”是一種可以抑制食欲從而起到減肥作用的激素，但是，當(dāng)使用了“瘦素”進行減肥以后，會產(chǎn)生“瘦素”抑制的現(xiàn)象，這也正是人體代謝的正常調(diào)節(jié)過程。因此，以這個實例講授代謝調(diào)的反饋作用是一個非常好的實例，既使學(xué)生們學(xué)習(xí)了科學(xué)研究思維的方法，又更深刻地掌握了反饋抑制這一重要的生物化學(xué)概念。

二、教學(xué)內(nèi)容改革

擴展教學(xué)內(nèi)容，與科研實踐相結(jié)合。在“生物化學(xué)”課程教學(xué)過程中，教師會查閱大量的文獻資料，以不斷補充教材中沒有涵蓋的、但可能在將來科研中會應(yīng)用得到的內(nèi)容。例如：對于蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中二硫鍵測定的方法，教材中只講授了經(jīng)典的“對角線電泳法”，教師通過查閱文獻給學(xué)生補充講授了一種新的方法——“部分還原法”[7][8]，該方法是利用先進的質(zhì)譜技術(shù)與部分還原的化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合的新技術(shù);關(guān)于氨基酸的化學(xué)反應(yīng)，教師補充講解教材中沒有涉及到的氨基酸的顏色反應(yīng)，如：米倫反應(yīng)、黃色反應(yīng)、坂口反應(yīng)、醋酸鉛反應(yīng)等，這些反應(yīng)可以用于對氨基酸進行鑒別等。在講授抗體的結(jié)構(gòu)與功能內(nèi)容時，對抗原-抗體專一相互作用這一性質(zhì)的利用進行擴展，給學(xué)生重點介紹應(yīng)用該原理的方法，如：Western Blot，ELISA和免疫擴散等方法，以及這些方法在醫(yī)療診斷、病原學(xué)和流行病調(diào)查等方面的應(yīng)用。這些補充的內(nèi)容對于擴展學(xué)生們的知識，對將來學(xué)生們開展科研都是十分有用的。

三、學(xué)習(xí)環(huán)境創(chuàng)設(shè)

（一）在科研實踐中學(xué)習(xí)

“生物化學(xué)”是一門實驗性學(xué)科，是以實驗為基礎(chǔ)，通過實驗獲得結(jié)論的學(xué)科。因此，在教學(xué)過程中始終要做到理論與實踐相結(jié)合。在教學(xué)的課余時間，教師組織學(xué)生自愿成立科研課后實踐小組，針對“生物化學(xué)”課程中的一些學(xué)術(shù)內(nèi)容，尤其是一些有歧義的內(nèi)容，讓學(xué)生們通過實驗來進行驗證，親自通過實驗獲得結(jié)論，這樣會加深學(xué)生對這些知識的理解。但是，這些實驗并不同于“生物化學(xué)”實驗課程的內(nèi)容，其更具有探究性質(zhì)。學(xué)生們自發(fā)組織、自愿參加，課后到授課教師的科研實驗室，利用學(xué)校資助的教研經(jīng)費或申請的教改項目經(jīng)費，在授課老師的指導(dǎo)下，自己查閱相關(guān)文獻，設(shè)計實驗方案，獨立完成實驗過程，對實驗結(jié)果加以分析總結(jié)，得出結(jié)論，并與教科書中的結(jié)論相比較。例如：在學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)的“雙縮脲反應(yīng)”中，教材中的說明并不是很明確，隱含表述為只有三肽以上的多肽才能進行雙縮脲反應(yīng)。但是，學(xué)生們通過查閱文獻發(fā)現(xiàn)部分氨基酸和二肽也可以與雙縮脲試劑發(fā)生顏色反應(yīng)[9]，學(xué)生對教材中的說法提出了質(zhì)疑，科研課后實踐小組通過開展驗證實驗來弄清楚這個問題。他們設(shè)計合成了幾種不同的二肽，并選擇了具有不同結(jié)構(gòu)的氨基酸進行雙縮脲反應(yīng)，通過對結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)，這些化合物是可以與雙縮脲試劑發(fā)生顏色反應(yīng)的，但是，這些反應(yīng)產(chǎn)物的顏色發(fā)生了變化，不同于與蛋白質(zhì)和三肽以上的多肽反應(yīng)的顏色，反應(yīng)產(chǎn)物的最大光吸收波長有所增加。從這些現(xiàn)象可以推測，二肽和氨基酸與雙縮脲試劑反應(yīng)所形成的絡(luò)合物的結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)是不相同的，學(xué)生通過這些實驗進一步加深了對這部分內(nèi)容的理解。在課后科研實踐活動中，學(xué)生們的熱情十分高漲，都積極踴躍報名參加，極大地激發(fā)了他們對科學(xué)研究的興趣。

（二）在問題和質(zhì)疑中學(xué)習(xí)

“生物化學(xué)”的難點在于微觀、抽象、各種代謝反應(yīng)交織成一個龐大的網(wǎng)絡(luò)，且受到許多復(fù)雜條件的調(diào)控。為了使學(xué)生們學(xué)習(xí)起來不感到“眩暈”，一方面，要幫助學(xué)生們進行總結(jié)歸納，使學(xué)習(xí)內(nèi)容脈絡(luò)更清晰。另一方面，要在教學(xué)過程中，包括課上和課后經(jīng)常給學(xué)生們提出與“生物化學(xué)”相關(guān)的問題，使學(xué)生們在問題和質(zhì)疑中進行學(xué)習(xí)，使“生物化學(xué)”的學(xué)習(xí)由枯燥轉(zhuǎn)變?yōu)橛腥?。例如：在剛開始學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)的時候，提出的一個問題是“蛋白質(zhì)與肽的區(qū)別是什么”，因為這個問題在中學(xué)有所涉及，但中學(xué)教材中卻沒有明確說明，一些同學(xué)對這個問題存在誤解，認為它們的區(qū)別在于蛋白質(zhì)具有空間結(jié)構(gòu)，而肽不具有空間結(jié)構(gòu)。這是一個錯誤的理解，通過列舉胰島素、生長激素等實例來解釋這一問題。在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的講授中，英文教材中對“Motif”這個概念是從空間結(jié)構(gòu)去理解，但是，它在蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)中也有其特殊含意，在蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)中，“Motif”是指一個經(jīng)常出現(xiàn)的、有一定規(guī)律的序列模式。

（三）在“生活中”進行學(xué)習(xí)

“生物化學(xué)”課程內(nèi)容與人類的健康和生活密切相關(guān)，因此，在教學(xué)中我們結(jié)合生活中的生物學(xué)問題進行講解，使學(xué)生們聯(lián)系實際進行學(xué)習(xí)，增強了學(xué)習(xí)的實用性和目的性，也使抽象的生物化學(xué)代謝途徑的學(xué)習(xí)變得更加容易掌握。例如：在講授電子傳遞鏈和氧化磷酸化的各類抑制劑時，以多種生活中常見或?qū)W生們比較熟悉的物質(zhì)為例，如：氰化物、一氧化碳、殺蟲劑等，說明他們是如何發(fā)揮抑制作用，導(dǎo)致生物體ATP生成受到影響，從而發(fā)揮其生物毒性;在講授嘌呤核苷酸代謝時，由于靈長類嘌呤代謝終產(chǎn)物為尿酸，所以，我們以當(dāng)前社會上的常見“痛風(fēng)”病為例，通過講授嘌呤在人體內(nèi)是如何代謝為尿酸來說明“痛風(fēng)”病的發(fā)病機制，以及目前市售的各類治療痛風(fēng)藥物的作用機理;在講授脂肪代謝時，結(jié)合當(dāng)前肥胖人群越來越多的問題，綜合講授糖類、脂類、核酸和蛋白質(zhì)等生物大分子在生物體內(nèi)的相互轉(zhuǎn)化，從而使學(xué)生理解為什么在幾乎不食用高脂肪食物時，人體仍然會發(fā)胖，以及如何避免肥胖等;在講授酶學(xué)部分的難點內(nèi)容“酶的催化反應(yīng)動力學(xué)”時，結(jié)合講授抗腫瘤藥物的作用機理進行，使抽象的內(nèi)容具體化，更容易理解和掌握;在講授酶原激活的內(nèi)容時，給學(xué)生們擴充講授血栓的形成過程及其分子機制;在講授蛋白質(zhì)含量測定方法的對凱氏定氮法時，結(jié)合前幾年出現(xiàn)的三聚氰胺“毒奶粉”事件進行講解，使學(xué)生理解了該事件發(fā)生的前因后果;在講授“蛋白質(zhì)的分離純化和表征”的內(nèi)容時，結(jié)合剛剛發(fā)生的長春的“長生生物”的疫苗事件，從專業(yè)學(xué)習(xí)的角度給學(xué)生們講解國家藥品監(jiān)督部門及藥品監(jiān)督法規(guī)是如何對疫苗的生產(chǎn)和質(zhì)量進行管控的，什么是假疫苗和劣質(zhì)疫苗等相關(guān)問題。這些都引起了學(xué)生們的濃厚興趣，十分有助于對“生物化學(xué)”的學(xué)習(xí)。

（四）在生命科學(xué)的“前沿”中學(xué)習(xí)

當(dāng)今的生命科學(xué)的發(fā)展日新月異，不斷有新知識、新技術(shù)的更新和出現(xiàn)。因此，必須不斷跟蹤生命科學(xué)發(fā)展的前沿和熱點，才能引起學(xué)生學(xué)習(xí)和科研的興趣。教學(xué)團隊的教師們在學(xué)院的支持下，經(jīng)常參加國內(nèi)外的各種學(xué)術(shù)交流活動，了解和掌握“生物化學(xué)”相關(guān)的生命科學(xué)的前沿和熱點問題，并及時在課程教學(xué)中傳授給學(xué)生。課上，教師還會對歷年與生物化學(xué)相關(guān)的諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎以及化學(xué)獎的獲獎研究成就進行講解，如：2018年獲得諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎的是關(guān)于腫瘤的免疫治療的研究，結(jié)合閱讀英文文獻給學(xué)生們講解了相應(yīng)的免疫檢查點的新概念，以及PD-1和PDL-1的結(jié)構(gòu)與功能，引起了學(xué)生們極大的學(xué)習(xí)興趣。在講授“血紅蛋白和肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能”內(nèi)容時，在講解鐮刀狀貧血癥等分子遺傳病的病理時，還講授了當(dāng)前研究的前沿?zé)狳c基因治療的方法。

總之，通過這些對“生物化學(xué)”課程的教學(xué)實踐方法，使枯燥的、抽象的“生物化學(xué)”變成了有趣的、具體的“生物化學(xué)”，使學(xué)生們由對它的恐懼和厭煩轉(zhuǎn)變成愿意學(xué)習(xí)它，主動學(xué)習(xí)它，甚至渴望學(xué)習(xí)它。課堂的出勤率在95%以上，學(xué)生們的學(xué)習(xí)成績也有了很大的提高，不及格率低于3%，為后續(xù)其他專業(yè)課學(xué)習(xí)奠定了良好的基礎(chǔ)，對學(xué)生將來從事科研工作起到引領(lǐng)和啟迪作用。

參考文獻：

[1]王麗燕，謝兆輝.生物化學(xué)教學(xué)中創(chuàng)新人才培養(yǎng)探究[J].生命的化學(xué)，2018（5）：782-785.

[2]于立娟，張恒龍，王濤，翟靜.PBL聯(lián)合LBL雙軌教學(xué)模式在醫(yī)學(xué)留學(xué)生生物化學(xué)教學(xué)中的實踐應(yīng)用[J].生命的化學(xué)，2018 （02）：316-319.

[3]容梅，彭雪紅.翻轉(zhuǎn)課堂的歷史、現(xiàn)狀及實踐策略探析[J].中國電化教育，2015（7）：108-115.

[4]王鏡巖、朱圣庚、徐長法等.生物化學(xué)（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2002.9

[5]朱圣庚、徐長法等，生物化學(xué)（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2017.1

[6]H.R.Horton，et al. Principles of Biochemistry （FOURTH EDITION）[M].北京：科學(xué)出版社，2005.6

[7]仇曉燕，崔勐，劉志強，劉淑瑩.蛋白質(zhì)中二硫鍵的定位及其質(zhì)譜分析[J].化學(xué)進展，2008（6）：975-983

[8]劉中華，梁宋平.部分還原和分步序列測定法定位虎紋捕鳥蛛毒素-Ⅳ二硫鍵[J].高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報，2003（10）：1815-1819

[9]Glen L. Hortin， Bonnie Meilinger.Cross-Reactivity of Amino Acids and Other Compounds in the Biuret Reaction： Interference with Urinary Peptide Measurements[J].Clinical Chemistry. 2005 （8）：1411-1419

（責(zé)任編輯：滕一霖）