吳永革 馬俊峰 于湘暉 單亞明

[摘要] 科學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。課堂是學生積累知識、培養(yǎng)能力、提升素養(yǎng)的重要場所，知識的應用離不開科研，如何在課堂教學中培養(yǎng)學生對科研的興趣尤為關鍵。通過多年教學經驗的積累和創(chuàng)新探索，本文從教學方法、教學內容、學習環(huán)境三個方面，總結出課堂教學與大學生科研興趣培養(yǎng)相結合的途徑，力爭為后續(xù)研究指明方向。

[關鍵詞]課堂教學;科研興趣培養(yǎng);教學改革;生物化學

[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，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生進行科研素質和能力的培養(yǎng)，這首先要培養(yǎng)學生對科學研究的濃厚興趣。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，對科學研究更是如此。因為，科學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”課程是運用化學原理在分子水平上解釋生命現(xiàn)象的物質基礎和化學變化的一門學科，是高校生命科學學院以及醫(yī)學、農、林、環(huán)境等專業(yè)的最重要的專業(yè)基礎課程。因此，需要在大學的低年級開設（通常在大一或大二學年開設）。在這個階段，培養(yǎng)學生對生命科學研究的興趣尤為重要，科研興趣將會為學生在后面進一步學好其它專業(yè)課程奠定良好的基礎。但是，低年級的大學生對科研還沒有清晰的概念和深入的認識，而且“生物化學”作為一門微觀生物學課程比較枯燥和抽象，記憶性的內容比較多，因此，在教學過程中一定要以興趣為導向，采取行之有效的方式和方法，激發(fā)學生科研和學習的興趣。國內外一些高等院校對“生物化學”課程已經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)、重視科學發(fā)現(xiàn)歷程、教學密切聯(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，對如何在高校生物化學教學中實現(xiàn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)進行了探索[1]。在一些醫(yī)學院校的“生物化學”教學中嘗試開展PBL 教學模式，即“以問題為導向（Problem Based Learning）”的學習方式，該方式最早由美國著名的神經病學教授 Dr. H.Barrows 提出，主要是以問題為主的教學模式，教師在課堂上提出問題，然后引導學生對問題進行探究學習，通過查閱文獻，小組討論，最終找出解決方案。PBL 教學模式主要是培養(yǎng)學生實踐能力、合作能力、探究能力等綜合素質培養(yǎng)[2]。有的探索翻轉課堂的教學模式，把“教師講，學生聽”的傳統(tǒng)學習過程轉變?yōu)椤皩W生講，教師聽”的一種教學模式[3]，使學生變被學為主動學，取得了比較好的教學效果，但這種方式只能部分采用。

吉林大學生命科學學院“生物化學”課程教學團隊在“生物化學”課程的教學過程中，十分重視對學生科研興趣的培養(yǎng)，通過創(chuàng)新教學方法和途徑，結合課程內容來激發(fā)學生們對探索生物學奧秘、揭示生命現(xiàn)象本質的熱情和好奇心。吉林大學生命科學學院“生物化學”理論課程開設在大學一年級下學期至二年級上學期，講授一個學年，共計96學時（不包括相應的實驗課），學時比較多，課程內容比較詳細。大一下學期講授生命現(xiàn)象的物質基礎，包括：蛋白質、酶、糖類、脂類和維生素的結構與功能。大二上學期講授生命體的化學變化，即物質和能量代謝，包括：核酸及其代謝、糖類代謝、脂類代謝和蛋白質代謝等。為了避免重復教學，將遺傳信息的傳遞內容全部安排在《分子生物學》課程中講授。為了提高學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。

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

一、教學方法改革

（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。為了迅速提高學生英文文獻的閱讀能力，為將來開展科研打下良好基礎，我們在“生物化學”課程的教材選擇和使用上進行了大膽的嘗試。我們曾經以高等教育出版社出版的由北京大學王鏡巖、朱圣庚等教授編寫的“生物化學”為主要教材，結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”課程學習結束后，學生閱讀英文文獻的能力得到了顯著提高。同時，在“生物化學”課程教學過程中，作為作業(yè)指定學生課后閱讀與課程內容相關的英文文獻，并撰寫英文文獻閱讀筆記。許多學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，教師給學生們講解閱讀文獻的方式、方法和重點環(huán)節(jié)，使學生們初步具備了英文文獻閱讀的能力。另外，在學生的考核中，將英文文獻閱讀與課堂小測驗相結合作為平時成績（約占總成績的30%），避免了期末考試一次決定學生成績的弊端，受到了學生們的歡迎，起到了調動學生學習積極性的作用，取得了非常好的教學效果。

（二）培養(yǎng)科學研究“發(fā)現(xiàn)”思維

注重“發(fā)現(xiàn)”的過程，培養(yǎng)科學研究的思維方法?？茖W發(fā)現(xiàn)的過程是一種科學思維的創(chuàng)新活動的體現(xiàn)。在“生物化學”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)有成功的經驗，也有失敗的教訓，這對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和提高學生的創(chuàng)新能力都具有十分重要的意義。我們在教學中不是一味地向學生講授和灌輸知識和結論，而是特別注重使學生學習這些知識和結論是如何通過科學研究和實驗獲得的，在獲得這些知識和結論過程中是如何進行思考、設計和分析的。例如：在講授代謝調的反饋作用時，以“瘦素”的發(fā)現(xiàn)過程為例，與學生們共同沿著這一重大發(fā)現(xiàn)的思維和實驗設計過程去講解和學習。從發(fā)現(xiàn)二只特別肥胖的小鼠開始，到如何提出假設，通過設計和開展小鼠連體實驗對所提出的假設進行驗證，再到對超出實驗預想的實驗結果進行分析，否定原來的假設，提出新的假設，直到得出正確的結論，最終發(fā)現(xiàn)了“瘦素”及其生物功能。但是，這又是生物技術產業(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，當使用了“瘦素”進行減肥以后，會產生“瘦素”抑制的現(xiàn)象，這也正是人體代謝的正常調節(jié)過程。因此，以這個實例講授代謝調的反饋作用是一個非常好的實例，既使學生們學習了科學研究思維的方法，又更深刻地掌握了反饋抑制這一重要的生物化學概念。

二、教學內容改革

擴展教學內容，與科研實踐相結合。在“生物化學”課程教學過程中，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用得到的內容。例如：對于蛋白質一級結構中二硫鍵測定的方法，教材中只講授了經典的“對角線電泳法”，教師通過查閱文獻給學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譜技術與部分還原的化學反應相結合的新技術;關于氨基酸的化學反應，教師補充講解教材中沒有涉及到的氨基酸的顏色反應，如：米倫反應、黃色反應、坂口反應、醋酸鉛反應等，這些反應可以用于對氨基酸進行鑒別等。在講授抗體的結構與功能內容時，對抗原-抗體專一相互作用這一性質的利用進行擴展，給學生重點介紹應用該原理的方法，如：Western Blot，ELISA和免疫擴散等方法，以及這些方法在醫(yī)療診斷、病原學和流行病調查等方面的應用。這些補充的內容對于擴展學生們的知識，對將來學生們開展科研都是十分有用的。

三、學習環(huán)境創(chuàng)設

（一）在科研實踐中學習

“生物化學”是一門實驗性學科，是以實驗為基礎，通過實驗獲得結論的學科。因此，在教學過程中始終要做到理論與實踐相結合。在教學的課余時間，教師組織學生自愿成立科研課后實踐小組，針對“生物化學”課程中的一些學術內容，尤其是一些有歧義的內容，讓學生們通過實驗來進行驗證，親自通過實驗獲得結論，這樣會加深學生對這些知識的理解。但是，這些實驗并不同于“生物化學”實驗課程的內容，其更具有探究性質。學生們自發(fā)組織、自愿參加，課后到授課教師的科研實驗室，利用學校資助的教研經費或申請的教改項目經費，在授課老師的指導下，自己查閱相關文獻，設計實驗方案，獨立完成實驗過程，對實驗結果加以分析總結，得出結論，并與教科書中的結論相比較。例如：在學習蛋白質的“雙縮脲反應”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。但是，學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[9]，學生對教材中的說法提出了質疑，科研課后實踐小組通過開展驗證實驗來弄清楚這個問題。他們設計合成了幾種不同的二肽，并選擇了具有不同結構的氨基酸進行雙縮脲反應，通過對結果的分析發(fā)現(xiàn)，這些化合物是可以與雙縮脲試劑發(fā)生顏色反應的，但是，這些反應產物的顏色發(fā)生了變化，不同于與蛋白質和三肽以上的多肽反應的顏色，反應產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所形成的絡合物的結構與蛋白質反應產物的結構是不相同的，學生通過這些實驗進一步加深了對這部分內容的理解。在課后科研實踐活動中，學生們的熱情十分高漲，都積極踴躍報名參加，極大地激發(fā)了他們對科學研究的興趣。

（二）在問題和質疑中學習

“生物化學”的難點在于微觀、抽象、各種代謝反應交織成一個龐大的網絡，且受到許多復雜條件的調控。為了使學生們學習起來不感到“眩暈”，一方面，要幫助學生們進行總結歸納，使學習內容脈絡更清晰。另一方面，要在教學過程中，包括課上和課后經常給學生們提出與“生物化學”相關的問題，使學生們在問題和質疑中進行學習，使“生物化學”的學習由枯燥轉變?yōu)橛腥ぁ＠纾涸趧傞_始學習蛋白質的時候，提出的一個問題是“蛋白質與肽的區(qū)別是什么”，因為這個問題在中學有所涉及，但中學教材中卻沒有明確說明，一些同學對這個問題存在誤解，認為它們的區(qū)別在于蛋白質具有空間結構，而肽不具有空間結構。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。在蛋白質結構的講授中，英文教材中對“Motif”這個概念是從空間結構去理解，但是，它在蛋白質的一級結構中也有其特殊含意，在蛋白質的一級結構中，“Motif”是指一個經常出現(xiàn)的、有一定規(guī)律的序列模式。

（三）在“生活中”進行學習

“生物化學”課程內容與人類的健康和生活密切相關，因此，在教學中我們結合生活中的生物學問題進行講解，使學生們聯(lián)系實際進行學習，增強了學習的實用性和目的性，也使抽象的生物化學代謝途徑的學習變得更加容易掌握。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學生們比較熟悉的物質為例，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物為尿酸，所以，我們以當前社會上的常見“痛風”病為例，通過講授嘌呤在人體內是如何代謝為尿酸來說明“痛風”病的發(fā)病機制，以及目前市售的各類治療痛風藥物的作用機理;在講授脂肪代謝時，結合當前肥胖人群越來越多的問題，綜合講授糖類、脂類、核酸和蛋白質等生物大分子在生物體內的相互轉化，從而使學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;在講授酶學部分的難點內容“酶的催化反應動力學”時，結合講授抗腫瘤藥物的作用機理進行，使抽象的內容具體化，更容易理解和掌握;在講授酶原激活的內容時，給學生們擴充講授血栓的形成過程及其分子機制;在講授蛋白質含量測定方法的對凱氏定氮法時，結合前幾年出現(xiàn)的三聚氰胺“毒奶粉”事件進行講解，使學生理解了該事件發(fā)生的前因后果;在講授“蛋白質的分離純化和表征”的內容時，結合剛剛發(fā)生的長春的“長生生物”的疫苗事件，從專業(yè)學習的角度給學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和質量進行管控的，什么是假疫苗和劣質疫苗等相關問題。這些都引起了學生們的濃厚興趣，十分有助于對“生物化學”的學習。

（四）在生命科學的“前沿”中學習

當今的生命科學的發(fā)展日新月異，不斷有新知識、新技術的更新和出現(xiàn)。因此，必須不斷跟蹤生命科學發(fā)展的前沿和熱點，才能引起學生學習和科研的興趣。教學團隊的教師們在學院的支持下，經常參加國內外的各種學術交流活動，了解和掌握“生物化學”相關的生命科學的前沿和熱點問題，并及時在課程教學中傳授給學生。課上，教師還會對歷年與生物化學相關的諾貝爾生理和醫(yī)學獎以及化學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)學獎的是關于腫瘤的免疫治療的研究，結合閱讀英文文獻給學生們講解了相應的免疫檢查點的新概念，以及PD-1和PDL-1的結構與功能，引起了學生們極大的學習興趣。在講授“血紅蛋白和肌紅蛋白的結構與功能”內容時，在講解鐮刀狀貧血癥等分子遺傳病的病理時，還講授了當前研究的前沿熱點基因治療的方法。

總之，通過這些對“生物化學”課程的教學實踐方法，使枯燥的、抽象的“生物化學”變成了有趣的、具體的“生物化學”，使學生們由對它的恐懼和厭煩轉變成愿意學習它，主動學習它，甚至渴望學習它。課堂的出勤率在95%以上，學生們的學習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)課學習奠定了良好的基礎，對學生將來從事科研工作起到引領和啟迪作用。

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（責任編輯：滕一霖）