高等学校生物化学教学改革的实践与探索

摘要：本文结合作者多年来在高等学校生物化学教学实践过程中积累的一些经验，从以下四个方面对生物化学的教学改革进行了探索：运用联系的观点，注重融会贯通；宏观整体把握教材内容并准确理解基本理论实质；注重培养学生的创新思维和创造能力；转变实验教学理念，重视实验教学，希望能够为相关人员提供参考。

关键词：生物化学；教学改革；实践与探索

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）22-0206-04

生物化学是高等学校本科相关专业主要核心课程之一，是有机化学、分析化学、生物学、物理化学和生理学交叉而产生的一门边缘学科，其代谢反应错综复杂，基本原理抽象难懂，因此是一门较难学的课程。如何在教学实践过程中把这些复杂的代谢反应和抽象深奥的代谢机理和代谢调控转变成具体化、形象化和易懂、易学的知识教授给学生，增强学生学习生物化学的兴趣，同时在教学实践过程中有意识地培养学生的创新和创造能力，使学生的思维方式从单向思维向发散思维，从常规思维向立异性思维，从正向思维向逆向思维和从直觉思维向抽象思维转变，是每一位教师在讲授生物化学课程时必需认真思考和重点解决的关键问题，这对于提高教学效果，帮助学生综合分析解决复杂的生物化学问题以及培养创新和创造型人才具有十分重要的意义。本文结合笔者多年来在生物化学教学实践过程中积累的一些经验，从四个方面对高等学校生物化学的教学实践改革进行了探讨：运用联系的观点，注重融会贯通；宏观整体把握教材内容并准确理解基本理论实质；注重培养学生的创新思维和创造能力；转变实验教学理念，重视实验教学。

一、运用联系的观点，注重融会贯通

生物化学按照研究任务分为静态生物化学和动态生物化学两部分，先静态后动态是大多数教师在教学过程中采用的主要授课方式。这种传统的授课方式容易使学生知识混乱，前后脱节且不连贯，不能灵活运用所学的知识，教学过程也枯燥乏味，呆板抽象。为了避免以上现象，教师在教学过程中要注重运用联系的观点，使动态生物化学和静态生物化学有机结合和交叉，这样可以使学生清楚地掌握组成生物体的主要生物大分子（包括生物信息大分子）以及对生物体内生物化学反应起催化和调节作用的酶、维生素和激素的结构、功能和性质以及它们在生物体内的来源（生物体的合成代谢途径）和去路（生物体的分解代谢途径），讲解时以生物大分子为对象，注重知识的融会贯通和学生的实际应用以及接受能力，把复杂问题明朗化、简单化和趣味化。例如，三大物质，糖、蛋白质和脂肪，的分解代谢是整个生物化学教学实践

过程中的难点和重点内容，学生不容易理解，也不容易理清思路，在复杂的代谢网络中它们之间的交叉和联系点以及这三大物质代谢过程中氧化分解产生的能量的计算（以ATP为基准和以高能磷酸键为基准），对于学生来说很难弄明白，学生对于这些难点也感到非常头痛。如果教师在教学过程中先把三大物质代谢中的中心代谢三羧酸循环讲清楚、讲透，然后再以糖类、蛋白质和脂类作为三大轴线，把动态生物化学中的物质代谢和能量代谢和静态生物化学中的生物大分子的结构、功能和性质有机联系起来，进行平行降解；最后以三大物质代谢中的交叉点“乙酰辅酶A”和“丙酮酸”作为核心进行交叉讲解，把生物体内生物氧化的主要方式和生物体的复杂的物质结构清楚地摆在学生面前，这样就比较容易把动态生物化学中的代谢过程与代谢调控部分讲解清楚。三大物质在生物体内氧化分解代谢，殊途同归，为有机体合成新的物质或者为生物体提供能量，在此过程中涉及到的代谢的中间过程称为“中间代谢”，也就是中间代谢物质通过氧化还原反应脱下的H最终与O2结合生成H2O（NADH和FADH2呼吸链），在此过程中产生大量的ATP供给生物体生命活动的能量（呼吸链的氧化磷酸化）。中间代谢产物最后通过三羧酸循环彻底氧化成CO2、H2O和ATP（见下图）。在教学过程中多采用理论联系实际和举例的教学方法，可进一步加深学生对实际问题的理解。例如计算1mol葡萄糖、软脂酸或某一中间代谢产物彻底氧化分解产生的ATP或高能磷酸键的数目，可以使学生更清晰、更理性的掌握在复杂的物质代谢过程中产生的能量代谢过程以及各个代谢途径之间的相互联系、相互交叉以及它们的生物学和生理意义。

二、宏观整体把握教材内容并准确理解基本理论实质

生物化学是各门生物科学（包括应用生物科学和分子生物学）的基础，也是生物学的基本语言。生物化学的实验方法和基本规律是各门基础生物学科及其分支学科的基本内容和基本方法。生物化学知识的特点是理论抽象复杂，知识面广，理论点多和交叉性强。如果在教学实践过程中只是泛泛而谈，笼统讲授，就会使学生感到不知所学，枯燥乏味，难以理解和记忆，达不到预期教学目的和教学效果。例如，生物化学所涉及的细胞中的化学过程（物质代谢和能量代谢）与其所处的溶液以及生物大分子物质的结构密切相关，因此我们在教学过程中不可避免的会涉及到单个分子本身的结构、细胞结构、组织结构、器官结构以及细胞器结构等，这样就可以借助于化学的理论和方法来讲述生物体内发生的基本过程以及通过生物体的相互作用发生的基本过程，并运用化学的基本原理和手段来揭示生物体生命活动的现象。以糖类、蛋白质、脂肪和核酸这些组成生物体的主要有机物质为主线，以生物体生命活动调节和催化的其他物质为副线，对这些生物大分子的结构进行深入细致的分析来阐明它们的结构和功能之间的关系。同时，通过研究生物大分子物质在生物体内的合成及其氧化分解过程，详细阐明生物体生命活动的规律和各种生命现象，例如生物体的生长、发育、运动、适应、遗传和变异等，这是生物化学基本理论的实质所在，也是我们在教学实践过程中应重点把握的内容。在实际教学过程中，我们要以准确掌握生物化学基本理论的实质为前提，以组成生物体的主要有机物质为主线，以生物体生命活动调节和催化的其他物质为副线，对教材内容进行组合和删减，以学生准确掌握生物化学的基础知识为目的，适度反映生物化学学科发展的新进展和新动向，力求做到循序渐进和由浅入深。在教学过程中既要注意知识的连贯性和实用性，又要注意层次分明，使学生真正把握教材的实质内容，从而为以后其他课程的学习打下坚实的理论基础。

三、注重培养学生的创新思维和创造能力

创新是一个民族的灵魂，“疑者，觉悟之机也，大疑则大悟，小疑则小悟，不疑则不悟”，通过设难置疑，启发思维，可以激励学生进行多方位广泛地思考，也可以激发学生独立思维的火花，培养学生的创新思维和创造能力。在教学过程中我们可以引导学生对生物化学的基本理论、现象、过程以及结果进行抽象概括和综合性分析，找出它们发生的原因、条件和规律，使学生在学习过程中逐步运用多种思维方式思考和分析问题，逐步提高学生的思维能力，完成由感性认识上升到理性认识的第一次“飞跃”。在这个过程中必须以教师为主导，以学生为主体，体现学生的学习过程与教师的教学过程之间的互动。教师的教学重点和难点是设计学生的思维活动，挖掘生物化学知识的思维价值，将能够开发学生创新思维能力的教学和学习内容设置成疑难问题。在设置这些疑难问题的时候要注意应足够引起学生的惊奇和广泛的兴趣，除了趣味幽默、形象直观和富于情感外，还要言简意赅，善于把枯燥的知识趣味化，深奥的道理形象化和抽象的概念具体化。在教学过程中，教师应根据每个学生实际情况因材施教，注意设置的疑难问题的广度和深度，逐步增加其梯度。例如在讲解蛋白质化学结构这一节时，教师开始讲课时可以这样问学生：“同学们，你们见到过珍珠链吗？”学生回答说：“见过”。接下来老师可以这样问：“那么珍珠链的结构是怎样的呢？”学生可以回答：“珍珠链是由一粒粒珍珠通过一条线串联在一起而构成的”。最后教师可以这样讲：“我们下面即将要讲的蛋白质的一级结构与珍珠链的结构相似，组成珍珠链中的珍珠相当于组成蛋白质的氨基酸，珍珠之间靠线串联在一起，而组成蛋白质的氨基酸靠肽键连接在一起，氨基酸链类似于珍珠链。”通过这样的设疑与回答，就可以使抽象复杂的蛋白质一级结构变得简单、具体、形象，学生也非常容易理解。

在生物化学教学实践过程中，教师还可以用辩证的思维来指导学生对生物大分子物质的结构和代谢过程的学习，培养学生的创新思维和创造能力。在这个过程中教师要特别注意知识的纵横渗透，从“个性”中窥视其“共性”，然后从“共性”中体现其“个性”。运用联系和比较的观点来学习生物化学的某些基本问题，则能收到事半功倍的效果。在教授生物大分子物质，例如蛋白质和核酸，的结构时，可以先找出这两个物质结构的相似点：都是层次结构，都具备一级结构和空间结构。一级结构都是由结构单元通过共价键连接而成的链状结构，而空间结构都有螺旋结构。它们的不同点在于构成这两个物质的结构单元以及维持高级结构的主要作用力不同，另外蛋白质有空间四级结构，而核酸分子没有。通过这样的比较和分析，使彼此交错的知识相互联系在一起，便于学生理解、掌握和记忆。在讲授三大物质的代谢时，教师可以通过比较这些代谢过程，分析它们的相同点和不同点，使这些错综复杂的代谢过程简单化、具体化和形象化，从而使学生更加容易掌握这三大物质的功能和相互转变以及它们代谢过程之间的相互联系。

“删繁就简三秋树，领异标准二月花”是清代著名画家郑板桥的一幅名联。在生物化学教学实践过程中，教师还要引导和鼓励学生从多个角度思考分析问题，寻求最优化的解决办法。教师要培养学生从多角度全方位思考问题，扩展学生的思维领域，促进学生学习的灵活性，打破陈规陋习，克服呆板性，力求标新立异，进一步培养学生的发散思维能力。在大多数情况下，教师在教学过程中按照固有的知识结构和单向思维模式，只从某一方向思考问题，寻求某一方法解决问题。但是如果长期这样思考问题就会形成思维定式，不利于培养学生的创新思维和创造能力。学生也只会按照书本所写、教师所讲的内容去机械模仿，使生物化学的教学变成了继承前人的思维方式和传递单纯知识遗产。这样就要求教师在教学过程中要注重培养学生的发散思维能力，启发学生全面综合所学知识，用发散性思维去思考问题并且把所掌握的知识原理运用到实践中去。例如，教师在讲述三羧酸循环时，不能按照单向思维的方式只讲清三羧酸循环过程，在讲完后教师可以有目的的引入糖类、蛋白质和脂类的分解代谢过程，因为这些代谢过程最终都进入三羧酸循环进行彻底氧化分解。三羧酸循环过程也可以与生物氧化这一章联系起来，因为该过程是生物体细胞产生能量的主要方式。这样可以使学生从多个角度思考问题，并且由单一的思维方式向发散思维方式过渡，提高学生的思维能力并且使学生加深对知识的理解。

在生物化学教学实践过程中，教师还应当从以下几个方面来培养学生的创新思维和创造能力：（1）加强学生动手能力的培养和各种实践活动。生物化学的基本概念和规律的形成是一个由感性到理性和由具体到抽象不断发展的过程。在教学过程中要充分利用学生好动和好奇心强的特点，让学生多实践，首先获得较深刻的感性认识，再逐步引导他们转向理性认识。（2）根据学生素质和个性的差异，从传统整齐划一转向让不同个性的学生都有发展来培养学生的创新和创造能力；注重学生学习的主观能动性、学习兴趣、学生人格的培养以及良好的自尊心、自信心和习惯的培养，让每一位学生学有所成和学有所得。（3）主动及时的向学生介绍相关学科的新进展。随着研究手段和研究方法逐步提高，生物化学学科近年来在克隆技术、基因工程、代谢工程、合成生物学和生化武器等方面的研究取得了令人鼓舞的新进展。教师在讲课时应当结合这些新进展，以各种不同的形式，例如讲座、报告会、课前介绍、讨论会和学生课外科技活动等，及时向学生介绍这些新进展并激发学生不断创新的兴趣和愿望。

四、转变实验教学理念，重视实验教学

生物化学实验教学是全面掌握生物化学课程内容，提高学生动手和创新能力所必不可缺少的一个重要环节。随着社会的发展，传统的实验教学模式已不能满足学生就业相关专业的需要，也不能够解决课程教学目标的不断提高和膨胀的学科知识之间的矛盾。为了解决这些矛盾，教师在教学实践过程中必需转变教学理念，从实验内容、实验设计和效果评价三个环节入手进行改革，彻底打破传统的实验教学模式。

根据生物化学教材理论内容的难点和重点，设计一些具有综合性和代表性的实验。在教学过程中鼓励学生自己思考问题和设计实验，并对学生的实验操作进行严格要求，对实验过程中出现的现象和结果应有合理解释，注重学生创新意识和实验动手能力的培养。例如，教师可以让学生用不同方法来设计大分子蛋白质物质的提取实验，然后对提取的大分子蛋白质物质进行定性和定量分析，这样不仅可以使学生的实验设计和教师的教学两者之间进行互动，使学生更好地了解和掌握大分子蛋白质提取过程中应遵循的一般原则和分离提取过程的关键点，而且可以使理论知识和实践知识得到进一步的丰富和巩固；同时对一些目前现有条件难以进行的最新实验，教师在教学过程中可以让学生通过幻灯片演示或观摩老师进行实验演示的方法来了解现代生化实验技术的新进展。在这个过程中同时要求学生注意并做到以下几点：（1）写出实验方案和预习报告；（2）强化实验技能并进一步论证实验方案的完整性和准确性；（3）要求学生撰写实验报告，并对自己在实验过程中出现的一些实验现象给出合理解释，能够“自圆其说”。这些方法不仅可以使学生系统地掌握生物化学的实验理论和方法，而且可以使学生通过设计实验方案来进一步提高他们的实践技能。

基金项目：浙江工商大学高等教育研究课题

作者简介：于平（1974-），男，博士，教授，生物化学课程组组长。