生物化学和细胞生物学课程教学改革

生物化学和细胞生物学课程教学改革[摘要]本文从以下两个方面阐述了笔者担任生物化学和细胞生物学课程教学改革的心得：1、细胞生物学理论课教学；2、生物化学实验课教学和理论课教学。

[关键词]细胞生物学生物化学教学改革
我们是长江师范学院生命科学与技术学院的教师，主要担任我院本科生的细胞生物学、生物化学课程的教学工作。

在多年的教学实践中，做了一些教学改革尝试，现总结出以下几点心得，与同行们共同探讨，希望在兴办教学应用型大学的过程中，对同行的教学实践有所帮助。

一、细胞生物学理论课教学改革
（一）找准传授知识的切入点，制造好奇，培养兴趣
好奇是由新异刺激引起的一种生理唤醒水平或认知冲突的探究倾向。

探究是学生的好奇情绪与引起好奇的不确定性之间的行为桥梁。

在好奇的驱动下，学生努力同化和顺应信息，优化已有的知识结构。

有关研究指出：当人们对事物感到好奇时，往往是创造性思维与创造性想象迸发的时候。

细胞生物学的教学强调教师的指导作用和学生主体作用的相互结合，通过教学方法的转变与结合，充分调动学生学习的积极性和主动性。

例如,我们在讲溶酶体的功能时，首先指出“溶酶体是细胞的清道夫”，这样就把学生的思维一下引到了溶酶体怎么会是清道夫这个问题上来了，从而抓住了学生的注
意力，引发了学生学习的兴趣。

然后讲出溶酶体的基本功能是对生物大分子的强烈的消化作用，因其含有多种水解酶，可消除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老损伤和残废的细胞。

接着说明，细胞中的生物大分子及细胞器都有一定的寿命，为了保证细胞正常的代谢活动与调控，必须不断地清除衰老的细胞器和生物大分子，很多生物大分子的半寿期只有几小时至几天。

占成人细胞总数1/4的红细胞仅能存活120天，因此人体每天清除的红细胞多达1011个，这些任务主要由溶酶体和蛋白酶体共同担负，其中还包括清除在发育和成体中凋亡的细胞。

所以我们说溶酶体是细胞的清道夫，它在细胞里的工作是非常的繁忙和非常的重要的。

这样就使学生对溶酶体这个细胞器有了深刻的印象,真正掌握了溶酶体的知识。

（二）分析特性，归纳共性，提高教学效率
细胞生物学内容多而繁杂，分析特性、归纳共性是培养学生分析问题和解决问题的能力，提高教学效率的必要途径。

在归纳共性的同时，一定要注意隐含于共性背后的特性，它往往是教学的目标所在，应加以重视、重点突破。

例如，在讲“钠钾泵”和“钙泵”时，首先指出“钠钾泵”的工作特点是:每个循环消耗一个atp分子,泵出3个na+和泵进2个k+。

“钠钾泵”的功能是维持细胞内低na+和高k+的离子环境，进而维持细胞的渗透平衡、恒定细胞的体积、保证神经冲动的正常传导；然后指出钙泵的工作特点是:每个循环消耗一个atp分子,转运
出2个ca+,它将ca+输出细胞或泵入内质网腔中储存起来,以维持细胞内低浓度的游离ca+。

在突破个性之后，归纳出“钠钾泵”和“钙泵”的共性，指出两者都属于物质的主动跨膜运输，都是由atp 直接提供能量的主动运输方式。

（三）质疑发问，启发学生思维
在讲核孔复合体时，首先问学生“核被膜上是否有孔”？然后老师指讲：“细胞核的核被膜上有一些小孔，称为核孔。

这些孔并不是简单的孔洞，而是一个相对独立的复杂结构”。

接着在多媒体教学屏幕上展现核孔复合体结构图，剖析胞质环、辐、核质环三明治式的核孔复合体结构。

胞质环（外环）位于核孔边缘的胞质面一侧，环上有8条短纤维对称分布伸向胞质。

核质环（内环）位于核孔边缘的核质面一侧，环上也对称地连有8条细长的纤维，向核内伸入50—70nm，在纤维的末端形成一个直径为60nm的小环，小环由8个颗粒构成。

这样整个核质环就像一个捕鱼笼样结构——核篮结构。

辐：由核孔边缘伸向中心，呈辐射状八重对称，位于核孔边缘，连接内、外环，起支撑作用。

辐分为三个结构域，即柱状亚单位，腔内亚单位、环带亚单位。

在讨论清楚核孔复合体的结构的基础上，告诉学生，一个典型的哺乳动物细胞，其核被膜上的核孔复合体总数约3000～4000个。

这样，就使学生回味无穷，他们会为生物细胞的精细和复杂而赞叹不已，一个小小的细胞核，其核膜上竟然有如此复杂的装置几千个。

这些小孔装置有什么功能呢？不会
是摆设吧？通过这样的教学，学生不仅掌握了核孔复合体的结构，而且产生了进一步求知的欲望，也使学生对细胞生物学知识产生了浓厚的兴趣。

（四）给学生一个机会，让他们自己去创造
教师要为学生提供机会，培养他们的创造力、竞争力以及迎接挑战的能力。

1.做课程论文
在教学中积极开展课程论文，教师布置与“分子细胞生物学”有关的论文题目，学生围绕论文题目查阅有关资料，按照教师的要求撰写论文。

这不但培养了学生查阅和综合分析文献资料以及撰写论文的能力，为毕业论文奠定基础；更主要的是，教师在课堂上讲授的知识，起到了抛砖引玉的作用，开发了学生的智力，培养了学生的创造性思维和创新能力。

2.进入开放实验室
让学生进入开放实验室，结合教师的科研课题开展工作。

加强了学生操作能力和创新精神的培养。

以使学生的知识结构和运用知识的能力及学生的综合素质适应时代发展要求的需要。

实验室的开放过程中，我们科学地安排了实验内容。

根据教师的科研课题和实验教学大纲，分段列出实验内容，以供不同层次不同需求的学生选择。

实验内容分为验证性及自拟验证性实验、综合性及自拟综合性实验、设计性及自拟设计性实验三个层次。

开放的形式采用定时开
放和预约开放。

定时开放是在规定的时间段开放规定的实验项目。

实验室提前一定的时间通知预约开放，学生根据需要首先向实验室提交申请并在进入实验室的前一天提交预习报告或设计报告，指导教师根据学生的预习报告有针对性的进行指导。

学生完成实验后，要向指导教师提交实验报告或设计论文，教师根据学生的预习报告、实验报告或设计论文进行评议并及时反馈给学生，帮助学生改进和提高。

二、生物化学实验课教学和理论课教学
（一）生物化学实验教学中实行“知识搭桥点拨诱导式”教学法
“知识搭桥点拨诱导式”教学法就是在理论和实验之间，新知与旧知(已学过的知识)之间、已知与未知之间搭建起一座“认知桥梁”，这种方法有助于通过实验和实践对理论知识进行验证，同时又有利于理论知识的延伸和发展。

点拨诱导是对实验中重要的知识点、难点对学生加以指点，点得准确适度，既要点到要害又要点到为止，充分发挥学生在教学活动中的主导作用。

1.“搭桥”和“点拨诱导”奠定基础
验证所学理论知识，加强对理论知识的理解和掌握是实验课所要达到的目的之一，为了更好地做到这一点，我们强化了学生的课前预习。

预习得是否充分，在某种程度上决定了此实验是否能顺利完成。

针对某些学生重理论轻实验，只是程式化地写一遍预习报告
的情况，根据学生的知识水平和实验教材的实际，设计一些诱发性的题目和实验中可能出现的问题，使学生边预习边思考，对整个实验做到心中有数。

质疑是检验学生预习情况好坏的重要教学环节，它不仅可以增强学生对课前准备的重视程度，而且还会影响到实验课的总成绩，质疑分数为实验课总成绩的一项具体的量化指标。

就某一问题，课堂上随机指定由某一位同学讲解，既督促了学生学习，又锻炼了学生的表达能力，同时又增强了其他同学的注意力。

首先，要检验学生实验的目的性是否明确、实验设计所依据的原理是什么、明确本次实验的中心议题。

这就要求学生必须复习和巩固相关的理论知识，如“脂肪酸的β—氧化”这一实验，学生必须先搞清楚酮体的概念、酮体的生成机制，再明确实验材料为什么要选取新鲜的动物肝脏？为什么用碘来滴定丙酮，而过量的碘用标准的硫代硫酸钠滴定即可计算酮体的生成量？这样通过提问实验目的、原理使学生能把实验同理论有机地结合起来，加深对理论知识的理解，又可使学生变被动学习为主动学习，增加学生学习的积极性。

生物化学与有机化学、无机化学及分析化学有着紧密的联系，实验操作中应用了有机和无机化学实验中学习和掌握的基本技能。

在明确实验目的和原理的基础上，对操作过程中可能出现的问题进行设想和预见。

例如“糖的颜色反应”实验，糠醛或糠醛的衍生物
与α—萘酚会生成紫环，出现在糖与浓硫酸的液面间。

但在同样的实验条件下，同样的材料、方法和步骤，有的学生就不一定得到实验结果，此时就要找出实验操作的关键点，以便在操作中掌握每一项技术要领，并加深印象。

设计诱发性题目质疑及对可能出现的问题进行设想和预见都为“搭桥”和“点拨诱导”奠定了基础，是本教学法的重要组成部分。

2.发现学生的“迷路”点，建立知识桥梁，及时点拨诱导
在质疑的过程中，会发现一些学生难以解答的或似是而非的问题，这就需要我们在学生已知的知识和未知的知识之间搭起一座最适合学生学习的“认知桥梁”。

从形式上讲，它既可以是一段理论知识的陈述、也可以是一个事例、一个恰当的比喻、一个实验。

总之，一个目的就是要在学生的学习过程中起到导向作用，在蛋白质化学一章中有这样一个实验“蛋白质的沉淀、变性和凝固反应”，在蛋白质的溶液中加入中性盐和有机溶剂均会使蛋白质沉淀析出，高分子有机物的性质是建立在一定结构基础上的，亲水的带电质点在强电解质和脱水剂的作用下被夺走了电层和水膜，就犹如一个刚刚学习游泳挎着游泳圈的人，当被大浪卷走了保护自己的游泳圈，就会出现不稳定及下沉的现象。

这样通过一个比喻，学生并不用死记硬背，就牢记了蛋白质的这一性质，历经几个学期学生仍有很深的印象，对蛋白质这一重要性质的掌握起到了化“难”为“易”的效果。

从酵母中提取核糖核酸，并对其进行组分鉴定，在鉴定碱基
的存在时，有的同学得到了乳白色的絮状嘌呤银，而有的同学就没有得到结果。

此时运用无机化学的理论对学生进行点拨诱导，根据硝酸银的性质，从硝酸银溶液的重新配制入手，学生得到了预期的实验结果。

一个无机化学的知识点，解决了核酸组分鉴定的关键。

层析是一种重要的氨基酸的分离分析技术。

用双向纸层析分离氨基酸是一个较大的实验。

在理论课中相关的内容不可能讲得很细。

因此在实验操作前，必须系统介绍分配层析的原理，使学生在实验课上不仅能学到操作技术，而且还能学习到理论课上学不到的理论知识。

面对社会对人材多层面的需求，生物化学理论的学习和实验的操作训练，无疑为此奠定了坚实的基础，提供了培养多面手的前提条件。

由于在生物化学实验教学中尝试使用了“知识搭桥点拨诱导式”教学法，使学生发现问题、分析和解决问题的能力有了很大提高，对学生全面系统地掌握生物化学知识起到了积极作用。

我们认为这种教学方法就在于保证了学生的主体地位和主动精神，教师集中精力钻研教材、了解学生、启发诱导，保证了教师的指导作用正确地得到发挥。

（二）理论课和实验课的紧密配合是上好生物化学课的保证
在讲蛋白质化学一章时，学生对掌握构成蛋白的氨基酸的化学结构有一定困难，大部分同学是机械地记忆，学得不活。

如果直接问某一个氨基酸的结构能写出来，但从不同的侧面，不同的角度问
某个或某一类氨基酸的化学结构学生回答起来就有困难。

针对这种情况，我们在这一章设置了蛋白质及氨基酸的呈色反应、蛋白质的沉淀反应、氨基酸的纸上层析等实验。

在实验课上，教师进一步的指出20种氨基酸在结构上的相同点和不同点，各类氨基酸以及各个氨基酸的结构特点，然后通过具体实验来观察不同的氨基酸的颜色反应，如带有巯基的cys的黑色硫化铅沉淀反应、带有苯基的氨基酸的黄色反应、带有吲哚基的色氨酸的乙醛酸反应、带有胍基的arg的坂口反应等等。

通过实验结果的观察记录和实验报告的结果分析，同学们有了更深刻的认识。

在做氨基酸的纸上层析分离实验时，教师首先指出：根据氨基酸的侧链基团与水的亲和力可把氨基酸分为极性氨基酸和非极性氨基酸两大类[1，2]，又根据每一大类氨基酸中各氨基酸的侧链r基团的大小和特殊结构说明哪些氨基酸在层析时走得比较快，rf值比较大，哪些氨基酸在层析时走得比较慢，rf值比较小。

然后通过实验结果的观察、记录和分析，对哪些氨基酸属于极性氨基酸、哪些氨基酸属于非极性氨基酸、极性氨基酸中各氨基酸极性的强弱、非极性氨基酸中各氨基酸非极性的强弱、有了深刻的认识。

因为实验结果表明了碱性氨基酸如arg、lys、his和酸性氨基酸glu、asp这样的极性氨基酸层析中走得比较慢。

而ala、phe、val、leu等非极性氨基酸走得比较快[3,4]。

另外，通过层析实验，同学们也掌握了氨基酸的分配系数、层析的逆流分溶原理以及层析技术等重要知识。

（三）对生物大分子结构的学习，应加强直观性
构成生物体的有机物质如蛋白质、核酸、酶等，它们的分子结构是相当复杂的，学生学起来有困难。

庞大的蛋白质分子、复杂的分子结构使一些学生一筹莫展，他们虽然记住了书本上的结构要点，但仍然收获不大，不能把知识学活。

蛋白质分子的结构我们是看不见、摸不着的。

为了提高教学效果，必须加强直观教学。

我们用可以造型的铝芯电线做了一个弹簧，教师手中有了这个弹簧状的结构，讲起蛋白质的二级结构-α-螺旋结构头头是道，形象生动。

讲β-折叠结构时，将铝线折成锯齿状。

这样，学生学起来不感到枯燥无味，也不感到很难。

他们在蛋白质一级结构知识的基础上，顺利地突破了难点，对蛋白质分子中氨基酸空间位置有了明确的认识。

众多的氨基酸形成的多肽链在生物体中不是伸直展开的，它首先形成α-螺旋式的二级结构。

在这种α-螺旋结构中，每3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈，螺旋沿螺旋体的中心轴每上升一圈相当与向上平移0.54nm。

螺旋上升时，每个残基沿轴旋转1000，每一个φ角等于-570，每一个ψ角为-470。

α-螺旋体中相邻的螺圈之间形成链内氢键，氢键取向几乎与中心轴平行。

氢键是由每个氨基酸残基的亚氨基氢与其前面第4个氨基酸残基的羰基氧形成的，α-螺旋体中所有肽键都参与了氢键的形成[2]。

学习dna的双螺旋二级就结构亦是如此，dna双螺旋的表面有一个大沟和一个小沟，学生看书上的图不容易看懂，如果用一个简单的教具，即：用两根粗
毛线绕在一根木棒上，两根毛线之间的距离就是小沟，而大沟就是螺旋上升的幅度。

学生一看，一目了然。

教学中制作简单得当的教具，可大大加强教学的直观性，明显提高教学效果。

基金项目：重庆市教委教改项目。

[参考文献]
[1]翟中和等主编，细胞生物学（第三版），北京：高等教育出版社，2008-12。

[2]王镜岩等主编，生物化学（第三版），北京：高等教育出版社，2005-4。

[3]罗纪盛等主编，生物化学简明教程（第三版）北京：高等教育出版社，2001-5。

[4]何士敏编著，生物化学学习指导，哈尔滨：哈尔滨地图出版社2006-10。

[5]吴旭红、何士敏主编，生物化学实验指导，哈尔滨：哈尔滨地图出版社出版，2002-3。

（作者单位：长江师范学院生命科学与技术学院重庆）。