高級生物化學(xué)在工科院校的課程創(chuàng)新與實(shí)踐

高級生物化學(xué)在工科院校的課程創(chuàng)新與實(shí)踐ent">

摘要高級生物化學(xué)是生物工程相關(guān)專業(yè)研究生的一門基礎(chǔ)課程，為培養(yǎng)生物技術(shù)專業(yè)人才的創(chuàng)新性和綜合能力奠定理論基礎(chǔ)。本文通過對該課程教學(xué)的探索，提出從教材的選擇、教學(xué)模式的優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)資源的利用及開放式實(shí)踐的有效開展四個方面進(jìn)行改進(jìn)，使該課程真正滿足知識經(jīng)濟(jì)時(shí)代工科院校培養(yǎng)研究創(chuàng)新型人才的需求。

關(guān)鍵詞高級生物化學(xué)教學(xué)理論創(chuàng)新實(shí)踐

中圖分類號：G424文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10.16400/jki.kjdkx.2024.04.049

在工科院校中，“高級生物化學(xué)”是微生物學(xué)、發(fā)酵工程和生化與分子生物學(xué)專業(yè)研究生的重要基礎(chǔ)課程，是連接“生物化學(xué)”和“分子生物學(xué)”的橋梁。它既是本科“生物化學(xué)”課程的提高和深華，又是研究生階段“分子遺傳學(xué)”、“分子生物學(xué)”等課程的基礎(chǔ)。課程的目的是強(qiáng)化和拓寬研究生生物化學(xué)的基本理論知識，多角度地認(rèn)識生物化學(xué)的基本原理和現(xiàn)象，并在此基礎(chǔ)上強(qiáng)化生物化學(xué)的實(shí)驗(yàn)理論、技能和分析能力，為研究生研究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性奠定基礎(chǔ)。在工科院校中，“高級生物化學(xué)”課程主要涉及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能、蛋白質(zhì)穩(wěn)定性、蛋白質(zhì)合成與運(yùn)輸、基因與基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)等章節(jié)的內(nèi)容。近年來，生物化學(xué)領(lǐng)域的新進(jìn)展、新發(fā)現(xiàn)層出不窮，高級生物化學(xué)成為生命科學(xué)領(lǐng)域極其活躍的帶頭學(xué)科。對于一些應(yīng)用型的工科院校，高級生物化學(xué)課程將蛋白質(zhì)化學(xué)和組學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)理論及前沿進(jìn)展傳授給學(xué)生，培養(yǎng)善于理論學(xué)習(xí)，長于工程實(shí)踐，勇于集成創(chuàng)新的應(yīng)用型生物技術(shù)人才。

1教材中英文結(jié)合

目前高級生物化學(xué)學(xué)科發(fā)展迅速，新知識新技術(shù)不斷更新?lián)Q代。目前唯一的高級生物化學(xué)教材是李關(guān)榮主編的高等學(xué)校規(guī)劃教材《高級生物化學(xué)》，①內(nèi)容涉及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、功能、尋靶、基因與染色體、基因技術(shù)、生物膜與跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)、生物信息轉(zhuǎn)導(dǎo)、基因表達(dá)調(diào)控、代謝調(diào)節(jié)策略等，偏重理論知識的講授。相對高級生物化學(xué)，生物化學(xué)課程的教材則很多，包括王鏡巖主編的《生物化學(xué)》②（高等教育出版社，2024年出版），于曉虹主編的《生物化學(xué)》③（浙江大學(xué)出版社，2024年出版，面向21世紀(jì)精品課程教材，全國高等醫(yī)藥教育規(guī)劃教材），劉國琴主編的《生物化學(xué)》④（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2024年出版）等。王鏡巖主編的《生物化學(xué)》內(nèi)容全面，講解細(xì)致，一直作為本科教學(xué)的典范，在本科院校的生物化學(xué)課程中廣泛采用，但作為工科院校的研究生教材，該教材一來與本科教學(xué)重復(fù)，二來內(nèi)容過于基礎(chǔ)，缺乏前沿性。于曉虹主編的《生物化學(xué)》，內(nèi)容著重闡述人體基礎(chǔ)生物化學(xué)知識，為遠(yuǎn)程專升本教材，內(nèi)容與本科教材有所區(qū)別，編寫著重符合這專升本學(xué)生的需要，不適合作為研究生的教材。劉國琴主編的《生物化學(xué)》是面向生物學(xué)專業(yè)本科生編寫的理科教材，內(nèi)容包括三部分：首先，重點(diǎn)討論了蛋白質(zhì)、核酸、酶、糖類和脂質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)、功能以及結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，同時(shí)介紹了這些生物大分子的重要生物化學(xué)性質(zhì)及相關(guān)分離、分析技術(shù)的基本原理和應(yīng)用特點(diǎn)；其次，對糖類、脂質(zhì)、氨基酸、核苷酸的分解代謝和合成代謝及其代謝調(diào)節(jié)進(jìn)行了系統(tǒng)、概要介紹；最后，主要以原核生物為例討論了從DNA到RNA再到蛋白質(zhì)的遺傳信息流的分子機(jī)制。該教材內(nèi)容上和王鏡巖主編的《生物化學(xué)》有相似之處，適合選作生物學(xué)專業(yè)和生物技術(shù)專業(yè)教材，也適合生命科學(xué)相關(guān)學(xué)科，如醫(yī)藥、食品、農(nóng)林等領(lǐng)域本科生使用。

除了以上教材，DavidHames編著，王學(xué)敏等翻譯的《生物化學(xué)》⑤（第3版·中譯版）全書共13章，分別是：細(xì)胞結(jié)構(gòu)與成像、氨基酸與蛋白質(zhì)、酶、抗體、生物膜與細(xì)胞信號、DNA的結(jié)構(gòu)與復(fù)制、RNA合成與加工、蛋白質(zhì)合成、重組DNA技術(shù)、糖代謝、脂質(zhì)代謝、呼吸和能量、氮代謝。該書屬于精要速覽系列叢書，是國外暢銷教材，該書結(jié)構(gòu)新穎，視角獨(dú)特，重點(diǎn)明確，脈絡(luò)分明，圖表簡明清晰，適合作為工科院校研究生教材。同時(shí)，由于研究生教學(xué)對于英語的閱讀能力也具有較高要求，因此還可配合英文版作為課外閱讀教材，也便于雙語教學(xué)和國外客座教授的講學(xué)。

2教學(xué)模式以啟發(fā)式引導(dǎo)為主線

高級生物化學(xué)是一門抽象的學(xué)科，因此在教學(xué)中加入形象生動的flash動畫，使學(xué)生對生物化學(xué)相關(guān)蛋白質(zhì)、核酸等結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系、分子作用機(jī)理等概念的理解更為深入；同時(shí)通過大量生物化學(xué)相關(guān)小電影的優(yōu)美畫面引起學(xué)生對該課程的濃厚興趣。在課堂教學(xué)導(dǎo)入部分采用老師提問學(xué)生回答，通過案例進(jìn)行啟發(fā)教學(xué)的模式，在此環(huán)節(jié)，提問可引發(fā)學(xué)生自主思考，通過學(xué)生的各種答案教師引出需要講授的內(nèi)容，該方法可大大調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在整個課堂教學(xué)中，摒棄傳統(tǒng)的以教為主的模式，把學(xué)放在首位，對特定原理的學(xué)習(xí)采用探究式教學(xué)的方法。

在老師講解基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，引入課堂討論環(huán)節(jié)，議題與生物化學(xué)基本理論和概念充分結(jié)合，與本學(xué)科的發(fā)展與應(yīng)用緊密聯(lián)系，通過對前沿問題的討論可激發(fā)學(xué)生的興趣并發(fā)揮主觀能動性，為進(jìn)一步的深入學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。在課堂討論環(huán)節(jié)，老師可安排討論的題目供學(xué)生選擇，也可由學(xué)生根據(jù)興趣自由選題，然后公開宣講，老師和同學(xué)既是聽眾，也是討論的參與者，通過提問、討論和解決問題，拓寬學(xué)生的眼界和思路。老師應(yīng)及時(shí)對討論過程進(jìn)行點(diǎn)評，一方面充分肯定學(xué)生顯示的創(chuàng)造性思維能力，一方面對思維中的不足進(jìn)行糾正。課堂討論環(huán)節(jié)可培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造、分析解決問題的能力，同時(shí)也促使老師自我知識不斷豐富和補(bǔ)充。

與此同時(shí)，將學(xué)術(shù)報(bào)告引進(jìn)課堂，每個班級的生物化學(xué)課程均邀請1～2位國內(nèi)外生物化學(xué)領(lǐng)域的知名專家為研究生做學(xué)術(shù)報(bào)告。這些多樣的學(xué)術(shù)報(bào)告，既讓研究生了解了生物化學(xué)學(xué)科的前沿進(jìn)展，又讓學(xué)生有了學(xué)術(shù)交流的機(jī)會，還可培養(yǎng)學(xué)生的科研思維和科學(xué)精神。

3充分利用網(wǎng)絡(luò)資源

高級生物化學(xué)的發(fā)展日新月異，互聯(lián)網(wǎng)累積了海量的生物信息資源，將對我們的教學(xué)工作起到非常重要的作用。在高級生物化學(xué)課程的教學(xué)中強(qiáng)調(diào)互聯(lián)網(wǎng)資源運(yùn)用的重要性，通過學(xué)生網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的親身體驗(yàn)喚起學(xué)生的求知欲，在課堂教學(xué)過程中，對常用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行介紹，提高學(xué)生信息收集和辨別的技巧和能力。例如，目前大多數(shù)的蛋白質(zhì)序列結(jié)構(gòu)和功能方面的信息都可以直接從網(wǎng)絡(luò)公共數(shù)據(jù)庫中得到，其中最常用的核苷酸序列數(shù)據(jù)庫包括GenBank、EMBL、DDBJ等，這些數(shù)據(jù)庫中還同時(shí)包括了大量與序列直接相關(guān)的注釋信息，方便學(xué)生從中獲得需要的知識。另外，蛋白分析專家系統(tǒng)ExpertProteinAnalysisSystem（簡稱ExPASy，http：//www.expasy.ch，隸屬于瑞士生物信息學(xué)研究所，國際上蛋白質(zhì)組和蛋白質(zhì)分子模型研究中心）可為用戶提供大量蛋白質(zhì)信息資源。因此，在高級生物化學(xué)的教學(xué)中首先詳細(xì)介紹一些數(shù)據(jù)庫的使用方法，再通過具體舉例使同學(xué)掌握基本的查詢方法和結(jié)果分析方法，并通過布置課后作業(yè)，使學(xué)生通過自己的實(shí)踐更好地掌握數(shù)據(jù)庫的運(yùn)用方法。

4開放式實(shí)踐教學(xué)貫穿始終

高級生物化學(xué)的理論知識相對比較抽象，對于初涉該專業(yè)的研究生而言較難理解，在理論教學(xué)中穿插大量實(shí)例是達(dá)到良好教學(xué)效果的必由之路。首先在教學(xué)過程中加入教師親身經(jīng)歷的實(shí)驗(yàn)事例，例如根據(jù)工科院校背景重點(diǎn)講解酶制劑的分子改造實(shí)例，使學(xué)生通過實(shí)例學(xué)習(xí)更好地掌握該課程的精髓，提高分析解決實(shí)際問題的能力。

在實(shí)踐教學(xué)方面，由于在本科階段生物化學(xué)課程的講授中已按排了生物化學(xué)基本單元操作實(shí)驗(yàn)，如蛋白質(zhì)的兩性反應(yīng)和等電點(diǎn)的測定、凝膠過濾層析測定蛋白質(zhì)的相對分子質(zhì)量、總含氮量的測定—微量凱氏定氮法、紫外分光光度法測定核酸含量、糖化型淀粉酶活力的測定及、酶作用的專一性、酶的激活和抑制、碘乙酸抑制糖酵解、底物濃度對酶活性的影響—蔗糖酶米氏常數(shù)的測定、蛋白酶活力的測定、酵母蔗糖酶的純化及其酶性質(zhì)的研究等。因此在高級生物化學(xué)的實(shí)踐教學(xué)中，不再安排單獨(dú)的實(shí)驗(yàn)單元操作，而采取開放式實(shí)踐教學(xué)模式，即選定相關(guān)學(xué)院生物化學(xué)方面相關(guān)老師所在的實(shí)驗(yàn)室作為開放實(shí)驗(yàn)室，對有興趣的學(xué)生進(jìn)行時(shí)間、空間、內(nèi)容和方法均開放的培訓(xùn)，通過一些小實(shí)驗(yàn)的自我設(shè)計(jì)和驗(yàn)證激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，以達(dá)到更好的教學(xué)效果。同時(shí)通過開放性實(shí)驗(yàn)，使研究生對于整個實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和操作更為理解，可為研究生進(jìn)一步的課題選擇奠定基礎(chǔ)。

5結(jié)語

高級生物化學(xué)是生物工程相關(guān)專業(yè)碩士研究生的一門基礎(chǔ)課程，為培養(yǎng)生物技術(shù)專業(yè)人才的創(chuàng)新性和綜合能力奠定理論基礎(chǔ)。該課程涉及生物化學(xué)的抽象理論，同時(shí)和實(shí)踐常識相關(guān)里，對于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性和開拓精神是非常有幫助的。通過對教材、教學(xué)模式等