趙東旭， 張金鳳， 馮永君， 李 暉

(北京理工大學(xué)1)生命學(xué)院生物系，2)化學(xué)與化工學(xué)院化學(xué)系， 北京 100081)

生物化學(xué)課程是生命科學(xué)類(lèi)本科專(zhuān)業(yè)的核心課程。為提高教學(xué)質(zhì)量，相關(guān)高校開(kāi)展的教研與教改活動(dòng)頗多[1-8]。本應(yīng)于2020年召開(kāi)的全國(guó)第七屆生物化學(xué)與分子生物學(xué)教學(xué)研討會(huì)也終于于2021年7月30日在線下隆重舉行。而且《生命的化學(xué)》期刊還就此契機(jī),邀請(qǐng)教學(xué)與教研經(jīng)驗(yàn)豐富的楊榮武主審，出版了教學(xué)研究專(zhuān)刊(第7期)。從其名稱(chēng)看，生物化學(xué)教學(xué)離不開(kāi)化學(xué)基礎(chǔ)，即通常所說(shuō)的四大化學(xué)-無(wú)機(jī)化學(xué)(或大學(xué)化學(xué))、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)和物理化學(xué)?？v觀高校課程的常規(guī)安排順序，生物化學(xué)課程一般在四大化學(xué)之后，或至少在無(wú)機(jī)化學(xué)及有機(jī)化學(xué)之后開(kāi)設(shè)，甚至有些高校生物化學(xué)課程與有機(jī)化學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生一同開(kāi)設(shè)，以示其與生命科學(xué)類(lèi)其他專(zhuān)業(yè)之區(qū)別和對(duì)化學(xué)課程重要性之認(rèn)可。實(shí)際上，早在上世紀(jì)50年代初，我國(guó)生化老前輩劉思職院士就提出了“生者化，化又生，生化即化生；新必陳，陳必謝，新陳恒代謝”的觀點(diǎn)(見(jiàn)其主編的我國(guó)第一本中文生物化學(xué)教材《生物化學(xué)大綱》)，從動(dòng)態(tài)、靜態(tài)兩個(gè)方面描述了生命的本質(zhì)以及化學(xué)對(duì)生物化學(xué)/生物學(xué)的重要程度。那么，對(duì)于生物化學(xué)課程，到底需要哪些方面的化學(xué)知識(shí)？或者說(shuō)最基本的化學(xué)知識(shí)是什么？在學(xué)習(xí)生物化學(xué)課的課前、課中如何預(yù)習(xí)或融入化學(xué)知識(shí)？本文嘗試對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行梳理和討論。

1 與生物化學(xué)密切相關(guān)的大學(xué)化學(xué)知識(shí)的梳理與學(xué)理分析

1.1 化學(xué)與生物化學(xué)內(nèi)涵與外緣的密切相關(guān)性

首先簡(jiǎn)要回顧一下化學(xué)和生物化學(xué)的定義?；瘜W(xué)是一門(mén)關(guān)于理解物質(zhì)結(jié)構(gòu)、如何創(chuàng)造新物質(zhì)的科學(xué)，其主要任務(wù)是研究物質(zhì)的性質(zhì)、組成、結(jié)構(gòu)和化學(xué)變化及其能量變化的規(guī)律，在三大基礎(chǔ)學(xué)科中處于中心地位，它與生命科學(xué)、制藥、醫(yī)學(xué)、電子、材料科學(xué)、地質(zhì)學(xué)、環(huán)境科學(xué)和食品等有密切關(guān)系[9]?；瘜W(xué)的范疇一般包括研究無(wú)機(jī)化合物的性質(zhì)及反應(yīng)的無(wú)機(jī)化學(xué)，研究碳?xì)浠衔锛捌溲苌锏男再|(zhì)、結(jié)構(gòu)與反應(yīng)的有機(jī)化學(xué)，分析物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及分離和提純的分析化學(xué)，用物理方法來(lái)研究化學(xué)問(wèn)題的物理化學(xué)以及研究高聚物的合成、反應(yīng)、化學(xué)和物理性質(zhì)以及應(yīng)用的高分子化學(xué)[9]。生物化學(xué)是傳統(tǒng)生物學(xué)的一個(gè)最重要也是最核心的分支之一，它是研究生命體中的分子和化學(xué)反應(yīng)的學(xué)科，也可以說(shuō)是主要用化學(xué)的原理和語(yǔ)言在分子水平上解釋生命現(xiàn)象的一門(mén)學(xué)科[10,11]。除前面提到的將生物化學(xué)分為動(dòng)態(tài)生化和靜態(tài)生化兩大部分之外，根據(jù)其研究?jī)?nèi)容，目前也有將其分為3個(gè)模塊即“結(jié)構(gòu)生物化學(xué)”、“代謝生物化學(xué)”及“分子生物學(xué)”的提法，例如國(guó)內(nèi)不少的醫(yī)學(xué)院校均是將“生物化學(xué)”與“分子生物學(xué)”合二為一，稱(chēng)之為“生物化學(xué)與分子生物學(xué)”[12]，這種合并或許與傳統(tǒng)“生物化學(xué)”課程內(nèi)容中關(guān)于核酸代謝或遺傳信息傳遞，以及調(diào)控部分與現(xiàn)在的“分子生物學(xué)”課程內(nèi)容有太多的交集有關(guān)。眾所周知，所有的生命體均是由大小不同、結(jié)構(gòu)有別的生物分子、無(wú)機(jī)離子所構(gòu)成，正如諾貝爾獎(jiǎng)獲得者亞瑟·肯伯格(Arthur Kornberg)1982年10月12日在哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院建校200周年時(shí)所說(shuō)的那樣，“所有的生命體都有一個(gè)共同的語(yǔ)言，這個(gè)語(yǔ)言就是化學(xué)”，或者說(shuō)生物分子只是相對(duì)更復(fù)雜一些的化學(xué)分子而已。這就決定了同化學(xué)一樣，生物學(xué)也是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)。

上述簡(jiǎn)要分析表明，化學(xué)和生物化學(xué)有較大的交集部分，或者說(shuō)生物化學(xué)是以化學(xué)為基礎(chǔ)的。從學(xué)科發(fā)展的歷史看，生物化學(xué)學(xué)科是化學(xué)學(xué)科在解決與認(rèn)識(shí)生命體系中的物質(zhì)與變化而形成的一門(mén)交叉學(xué)科，或者說(shuō)借助于化學(xué)的研究手段與方法，認(rèn)識(shí)生物功能以及解釋生化過(guò)程機(jī)制是非常有效的途徑。當(dāng)然，生物化學(xué)也豐富了化學(xué)的知識(shí)及外緣。例如，涉及到化學(xué)、材料學(xué)、生物學(xué)、藥學(xué)等在內(nèi)的納米生物技術(shù)，以及脫胎于傳統(tǒng)生物學(xué)，以“現(xiàn)代分子生物學(xué)(以基因?yàn)楹诵膬?nèi)容)”為代表的現(xiàn)代生命科學(xué)就是集化學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)于一體的交叉學(xué)科。

在國(guó)外的相關(guān)院校，生物化學(xué)課程也是生命科學(xué)類(lèi)各專(zhuān)業(yè)最重要課程之一。比較受歡迎的教材包括“Lehninger Principles of Biochemistry《生物化學(xué)原理》”已再版到第8版[13]，第3版有中譯本[14]。Berg、Tymoczko、Stryer三人編著的“Biochemistry”(國(guó)際版，Palgrave macmillan出版社)已再版到第9版[15]。國(guó)內(nèi)針對(duì)不同專(zhuān)業(yè)的生物化學(xué)教材類(lèi)別及數(shù)量，在所有生命科學(xué)類(lèi)教材中也是最多的。然而，在稍早以前，上述國(guó)外及國(guó)內(nèi)教材在章節(jié)編排上有較明顯區(qū)別，現(xiàn)在則有趨同的趨勢(shì)。例如Lehninger生物化學(xué)原理開(kāi)篇即提到了生物分子、生物大分子例如蛋白質(zhì)和核酸的結(jié)構(gòu)，生命的組織形式與功能，化學(xué)組成、化學(xué)鍵與官能團(tuán)、分子的三維構(gòu)象與分子識(shí)別、化學(xué)反應(yīng)與成鍵原理等，從組成輪廓上、化學(xué)細(xì)節(jié)上概括了生命[13,14,16]。先前的國(guó)內(nèi)教材多直接從糖類(lèi)或蛋白質(zhì)開(kāi)始，從成鍵規(guī)律、空間結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與功能方面進(jìn)行介紹[10,11]。但無(wú)論何種方式，其中都涉及到一些基本問(wèn)題，例如共價(jià)鍵形成機(jī)制、構(gòu)型與生物分子的三維結(jié)構(gòu)、生化反應(yīng)中化學(xué)鍵的斷裂與新建形成、基于各種活潑基團(tuán)的分子識(shí)別等，都與化學(xué)學(xué)科的內(nèi)容存在著無(wú)法割裂的關(guān)系。

可以這樣說(shuō)，從未有像分子生物學(xué)這樣使我們對(duì)現(xiàn)代生命科學(xué)的認(rèn)識(shí)深入到一個(gè)可直接用分子解析的層次，也從未有像化學(xué)這樣對(duì)分子解析的過(guò)程能夠給予如此清晰的闡釋。

1.2 生物化學(xué)基于化學(xué)而又各具特色

(1)組成的特點(diǎn)，包括組成生物大分子結(jié)構(gòu)單元在內(nèi)的生物小分子及其衍生物種類(lèi)較多，其多為代謝中間物。這一點(diǎn)與有機(jī)化學(xué)部分相比，應(yīng)在伯仲之間。生物大分子與高聚物分子相比，其種類(lèi)、組成卻相對(duì)偏少些。從進(jìn)化的視角審視，生物分子的起源與普通有機(jī)分子的起源是一樣的，都是源于進(jìn)化早期無(wú)序的、偶然的化學(xué)反應(yīng)。

(2)結(jié)構(gòu)特征，除蛋白質(zhì)外的生物大分子所呈現(xiàn)的一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)亦或包括四級(jí)結(jié)構(gòu)多是呈現(xiàn)一定的規(guī)律性和簡(jiǎn)單重復(fù)性。這一點(diǎn)與高聚物分子有相似之處，但蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)明顯呈現(xiàn)特異性。結(jié)構(gòu)是其發(fā)揮生物學(xué)功能的基礎(chǔ)，是體現(xiàn)出蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜而特異的根本原因。

(3)功能的多樣性，源于一級(jí)結(jié)構(gòu)至三級(jí)結(jié)構(gòu)的生物大分子的生物學(xué)功能顯著不同于一般高聚物分子。除上述提到在空間結(jié)構(gòu)上的差別，其生物學(xué)功能呈現(xiàn)令人眼花繚亂的多樣性，例如蛋白質(zhì)具有結(jié)構(gòu)、酶催化、防御、信號(hào)傳遞和貯藏等功能，而一般高聚物的功能卻是相對(duì)單一的。需要重點(diǎn)指出的是，生物大分子在結(jié)構(gòu)形成、組織構(gòu)建與存在狀態(tài)呈現(xiàn)出普遍的協(xié)同現(xiàn)象、自組織(self-organization)現(xiàn)象以及耗散特征，最終使生命體呈現(xiàn)出“活”的狀態(tài)，最終使生命具有自我復(fù)制、高度糾錯(cuò)、適應(yīng)環(huán)境、突變與進(jìn)化和智能等特征，而這一點(diǎn)是高聚物分子所不具備的[5]。譬如，酶與底物相互作用，抗原與抗體特異性識(shí)別等甚至呈現(xiàn)“智能性”相互作用的現(xiàn)象。作用位點(diǎn)不但有空間上的基本契合，重要的是作用位點(diǎn)內(nèi)部有包括庫(kù)侖引力、疏水相互作用、氫鍵和范德華力等多種弱非共價(jià)作用力存在，而且使得兩基團(tuán)之間“恰巧”合適，類(lèi)似于中國(guó)比較常用的一個(gè)概念“混沌”，在無(wú)序中呈現(xiàn)有序、在模糊中呈現(xiàn)精準(zhǔn)。

總之，上述內(nèi)容可簡(jiǎn)單概括為生物化學(xué)源于化學(xué)而又高于化學(xué)。其功能的多樣性，由化學(xué)反應(yīng)演化出意識(shí)等是其重要特色。

1.3 化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)生物化學(xué)教學(xué)與學(xué)習(xí)的意義

化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，尤其是圍繞成鍵、分子結(jié)構(gòu)等方面的內(nèi)容，實(shí)際上是真正理解生命物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與生化反應(yīng)機(jī)制的基礎(chǔ)。因此，對(duì)與生物化學(xué)課程的教學(xué)和學(xué)習(xí)密切相關(guān)的知識(shí)進(jìn)行梳理是必要的。實(shí)際上，上述思路的意義還包括以下三點(diǎn)。

第一、以生物化學(xué)與四大化學(xué)的相互關(guān)系為線索，帶動(dòng)生物學(xué)各課程間的互動(dòng)與交流，可以起到互為補(bǔ)充，在交叉中相互促進(jìn)理解的目的；第二、可以有效避免課程內(nèi)容上的簡(jiǎn)單重復(fù)，例如生物化學(xué)與分子生物學(xué)的內(nèi)涵與外延到底如何界定？尤其是兩門(mén)課關(guān)于DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯以及相應(yīng)的調(diào)控部分的內(nèi)容如何處理？再如怎樣處理微生物學(xué)中的代謝部分與生物化學(xué)的代謝部分？如何處理植物生理學(xué)中關(guān)于光合作用、固氮作用與生物化學(xué)中的碳代謝和氮代謝？等。尤其在縮短學(xué)制或降低學(xué)分的背景下，對(duì)上述諸多課程整合問(wèn)題的思考顯得尤為重要。

第三、在了解最必要的化學(xué)知識(shí)的同時(shí)，也可以將這一思路向其他基礎(chǔ)學(xué)科推展。譬如，梳理哪些物理學(xué)知識(shí)對(duì)于生物化學(xué)的學(xué)習(xí)是最必須的，這些物理學(xué)知識(shí)所針對(duì)的生物學(xué)知識(shí)點(diǎn)是什么?例如力學(xué)/流體力學(xué)在結(jié)締組織、血液循環(huán)等過(guò)程的應(yīng)力問(wèn)題。理清上述學(xué)理問(wèn)題的科學(xué)價(jià)值還在于，有望給某一學(xué)科的學(xué)習(xí)提供一個(gè)不同的視角，例如物理知識(shí)在理解生物分子之間相互作用時(shí)會(huì)提供何種視角與機(jī)制？另一方面，當(dāng)前生命科學(xué)基礎(chǔ)或生物學(xué)導(dǎo)論課已作為很多工科專(zhuān)業(yè)的公共必修課，那么上述課程提供給不同工科專(zhuān)業(yè)學(xué)生的難道僅是生命科學(xué)的基本知識(shí)？應(yīng)該傳授什么樣的理念使這些將來(lái)從事工科技術(shù)領(lǐng)域的學(xué)生對(duì)生命科學(xué)產(chǎn)生興趣，并具備一定的生命科學(xué)思考模式，同時(shí)在將來(lái)的工作或技術(shù)創(chuàng)新中能主動(dòng)結(jié)合相關(guān)的生命科學(xué)知識(shí)或生物化學(xué)邏輯？這些都是我們從中可以得到的重要啟發(fā)。

2 與生物化學(xué)密切相關(guān)的化學(xué)知識(shí)點(diǎn)

下文對(duì)無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、分析化學(xué)等常設(shè)課程中與生物化學(xué)密切相關(guān)的化學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要梳理，同時(shí)給出了對(duì)應(yīng)的相關(guān)生化內(nèi)容，見(jiàn)Table1。

(1)無(wú)機(jī)化學(xué)中的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，本課程的核心是提供最基本的原子結(jié)構(gòu)與成鍵原理[9]。

(2)有機(jī)化學(xué)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，在本文提到的四門(mén)課中，有機(jī)化學(xué)應(yīng)該是幫助學(xué)習(xí)、理解共價(jià)鍵的成鍵原理、分子的三維結(jié)構(gòu)、分子間相互作用機(jī)制的最密切的課程[17]。

(3)物理化學(xué)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，為理解常規(guī)酶促反應(yīng)原理，從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、反應(yīng)熱力學(xué)角度給以闡釋[18]。

(4)分析化學(xué)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，為一些成分的分離分析提供最基本的原理，尤其是光譜、色譜技術(shù)等[19]。

3 基礎(chǔ)化學(xué)知識(shí)融入生物化學(xué)課程教學(xué)的思路與教改實(shí)踐探索

由于在教學(xué)過(guò)程中深刻認(rèn)識(shí)到各類(lèi)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)生物化學(xué)課程教學(xué)和學(xué)習(xí)中的重要作用，為此，本文主要采用兩項(xiàng)措施使這一理念落實(shí)到實(shí)處。一是在《生物化學(xué)》課程教學(xué)中有意引領(lǐng)化學(xué)知識(shí)在理解生物分子的結(jié)構(gòu)、作用機(jī)制中的關(guān)鍵作用，二是課前通過(guò)第二課堂環(huán)節(jié)來(lái)認(rèn)識(shí)這一理念，使生物化學(xué)授課老師、化學(xué)課授課老師和學(xué)生在認(rèn)識(shí)上達(dá)到統(tǒng)一。同時(shí)，在具體教學(xué)過(guò)程中，本文采用多種模式例如直接敘述型、研討型等來(lái)貫徹這一理念。

3.1 化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)生物化學(xué)知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)性舉例

上節(jié)對(duì)與生物化學(xué)密切相關(guān)的大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)要梳理，由于生物化學(xué)與大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)知識(shí)是密切而復(fù)合的，在具體學(xué)習(xí)過(guò)程中，一個(gè)生物化學(xué)知識(shí)點(diǎn)通常涉及到多門(mén)課程的多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，下面以肽鍵、酶作用機(jī)制、蛋白質(zhì)純化為例來(lái)說(shuō)明二者之間的關(guān)系，這幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)分別代表了生物分子的結(jié)構(gòu)、相互作用(與識(shí)別、反應(yīng)、代謝關(guān)聯(lián))、生物化學(xué)知識(shí)的應(yīng)用等內(nèi)容，具有一定的代表性(Fig.1)。

表1 大學(xué)課程與相應(yīng)的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的生物化學(xué)知識(shí)點(diǎn)的關(guān)系

續(xù)表1(Continued Table 1)

續(xù)表1(Continued Table 1)

圖1 生物化學(xué)知識(shí)點(diǎn)與化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)關(guān)聯(lián)的思維導(dǎo)圖 肽鍵(A)、酶作用機(jī)制(B)、蛋白質(zhì)純化(C)三個(gè)生化知識(shí)點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的化學(xué)課程及相關(guān)的化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)之間有密切關(guān)系。這三個(gè)生化知識(shí)點(diǎn)分別代表了生物分子的結(jié)構(gòu)、生物分子之間的相互作用(與識(shí)別、反應(yīng)、代謝關(guān)聯(lián))、生物化學(xué)知識(shí)的應(yīng)用等內(nèi)容，具有較強(qiáng)的代表性。Fig.1 The mind map on the relationship between the knowledge points of Biochemistry and the basic knowledge of Chemistry The three knowledge points of Biochemistry “peptide bond (A), mechanism of enzyme (B), protein purification (C)” had closed relationship to the corresponding chemistry course and relative knowledge points. This three knowledge points of Biochemistry represented the structure of biomolecule, interaction among biomolecules (relative to recognition, reaction, metabolism), practice of biochemical knowledge respectively, and so it had strong representativeness

需要指出的是，幾乎每個(gè)生物化學(xué)的知識(shí)點(diǎn)都會(huì)涉及到若干條/項(xiàng)/領(lǐng)域的化學(xué)知識(shí)，此處只是摘取了其中幾個(gè)例子。本領(lǐng)域的老師或有興趣的老師可以借鑒這種思路來(lái)指導(dǎo)學(xué)生梳理大學(xué)化學(xué)知識(shí)對(duì)生物化學(xué)學(xué)習(xí)重要性的認(rèn)識(shí)，尤其是加強(qiáng)對(duì)生物化學(xué)內(nèi)涵的理解。

3.2 借助第二課堂啟迪對(duì)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)重要性的認(rèn)識(shí)

課堂外的培訓(xùn)內(nèi)容或環(huán)節(jié)即“第二課堂”，主要包括學(xué)生參加科技競(jìng)賽、大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃、科研實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐、企業(yè)見(jiàn)習(xí)與實(shí)習(xí)等。它重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了學(xué)生自主參與創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生興趣，激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)、提高理論聯(lián)系實(shí)際的創(chuàng)新能力。目前，各高校對(duì)這一人才培育環(huán)節(jié)都給予了高度重視。為此，本文也借助這一平臺(tái)來(lái)貫徹上述教學(xué)理念。我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐中，主要采用以下三種方式來(lái)提高學(xué)生對(duì)于大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)融入生物化學(xué)學(xué)習(xí)重要性的理解，較明顯地提高了學(xué)生對(duì)生物化學(xué)內(nèi)容的理解。

首先，通過(guò)與負(fù)責(zé)化學(xué)教學(xué)的老師研討，由化學(xué)課程的老師強(qiáng)調(diào)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)生命科學(xué)尤其是最密切相關(guān)的課程《生物化學(xué)》學(xué)習(xí)的重要性。這在較大程度上排解了學(xué)生“我是希望學(xué)習(xí)生物學(xué)專(zhuān)業(yè)的，為什么要讓我學(xué)習(xí)化學(xué)呢”這樣略帶“急功近利”的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)；其次，由于本校采用大類(lèi)招生與培養(yǎng)(將來(lái)就讀數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生命、材料類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生在大學(xué)一年級(jí)采用相同的培養(yǎng)方案)的方式開(kāi)展第一學(xué)年的學(xué)習(xí)。本院便招集對(duì)生命科學(xué)感興趣的同學(xué)到我院參觀，并與研究生進(jìn)行深入座談，通過(guò)研究生正在進(jìn)行的基于化學(xué)知識(shí)、操作培訓(xùn)的實(shí)驗(yàn)的感悟，來(lái)引領(lǐng)同學(xué)對(duì)化學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)的重視；三是在生物化學(xué)的教學(xué)中，在任課老師的主持下將學(xué)生隨機(jī)分組，以討論生物化學(xué)與化學(xué)的關(guān)系，總結(jié)后將相關(guān)的理解和心得等文字材料再傳遞給下一屆同學(xué)，充分發(fā)揮朋輩學(xué)習(xí)和傳承交流的效果。

3.3 生物化學(xué)課堂教學(xué)中融入化學(xué)知識(shí)的幾種方法

在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，將化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)引入生物化學(xué)教學(xué)的方式有多種，本文發(fā)現(xiàn)采用以下三種方式是比較有效的。盡管如此，所介紹的方式只是一種參考，具體使用過(guò)程可以靈活運(yùn)用，創(chuàng)新發(fā)展，以達(dá)到這樣一個(gè)目標(biāo)，即：使兩門(mén)課程的基礎(chǔ)知識(shí)相互融合和交叉滲透，從而真正發(fā)揮化學(xué)在生物化學(xué)教學(xué)中的基礎(chǔ)與促進(jìn)作用。

3.3.1 教師直接敘述型 上課前，教師對(duì)所涉及的化學(xué)知識(shí)進(jìn)行梳理并發(fā)給學(xué)生，作為學(xué)生提前預(yù)習(xí)的材料，起到溫故而知新的效果。譬如，先總結(jié)出酸堿最初的概念，然后在給出酸堿質(zhì)子理論、共軛酸堿對(duì)、弱酸及弱堿的電離平衡、兩性物質(zhì)的酸堿性等概念。并由此引出含有“共軛酸堿對(duì)(例如HAc和Ac-)”的混合溶液能緩解外加少量酸、堿或水的影響，而保持溶液pH不發(fā)生顯著變化，此即為緩沖作用，這種溶液即為緩沖溶液。繼而，在上課時(shí)指出，緩沖液對(duì)于生物系統(tǒng)的維持、細(xì)胞生理?xiàng)l件的穩(wěn)定、酶催化反應(yīng)的環(huán)境都是非常重要的。以血液系統(tǒng)為例，血液中主要以無(wú)機(jī)磷酸鹽為緩沖系統(tǒng)，其濃度相當(dāng)于1 mmol/L。假如生理狀況下的pH 7.4加酸使其變化到7.3，相較于在純水體系的同樣改變，用酸量要高5 600倍。很顯然，這種情況是不可能發(fā)生的。同時(shí)，也說(shuō)明體液pH的穩(wěn)定既是進(jìn)化的結(jié)果，更重要的是說(shuō)明了體液pH的穩(wěn)定性對(duì)人體生理功能維持的重要性。再如，在酶作用機(jī)制(例如溶菌酶、天冬氨酸蛋白酶)講授中，同樣也會(huì)用到共軛酸堿理論及相關(guān)知識(shí)。

3.3.2 融于章節(jié)內(nèi)容型 本方式亦可以稱(chēng)作自我總結(jié)型。在上課之前或在某章節(jié)講授結(jié)束時(shí)，請(qǐng)學(xué)生回憶在哪些課程或哪門(mén)課程中學(xué)習(xí)過(guò)相關(guān)知識(shí)？對(duì)相關(guān)的化學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行梳理。這種類(lèi)似于個(gè)別動(dòng)物的“反芻”方式，在很多情況下都會(huì)發(fā)揮真正領(lǐng)會(huì)內(nèi)涵的提升效果。譬如，教師提出一個(gè)問(wèn)題：雙螺旋結(jié)構(gòu)的形成中釋放熱量，請(qǐng)同學(xué)們回去查閱相關(guān)的資料來(lái)闡釋這個(gè)問(wèn)題。其分析如下：雙螺旋的形成造成系統(tǒng)有序度增加，△S< 0；根據(jù)△G=△H-T△S，除非熱量釋放到周?chē)沫h(huán)境中讓熵增加，否則無(wú)法形成雙螺旋系統(tǒng)的有序度增加。最后，教師可以根據(jù)學(xué)生的回答來(lái)拓展至生物化學(xué)中的大分子折疊形成三維結(jié)構(gòu)的一般概念，它們都可以通過(guò)釋放熱量到周?chē)沫h(huán)境中實(shí)現(xiàn)這一有序度增加的過(guò)程。

3.3.3 研討型 教師在開(kāi)始新的章節(jié)前，將總結(jié)好的內(nèi)容發(fā)給學(xué)生，請(qǐng)學(xué)生以?xún)?nèi)容為藍(lán)本，嘗試從以往所學(xué)課程中自行找出相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，達(dá)到“舊書(shū)不厭百回讀，熟讀深思子自知”的效果。在某一章節(jié)結(jié)束時(shí)，教師亦可以組織學(xué)生研討所學(xué)知識(shí)點(diǎn)能否拓展到其他課程的學(xué)習(xí)。實(shí)際上，這一點(diǎn)也是提醒學(xué)生，高階知識(shí)幾無(wú)例外地要借助已有或已學(xué)的知識(shí)。即便是以后開(kāi)展博士論文的工作或更高深的科學(xué)研究，情況也是如此。例如，配制1 000 mL的0.5 mol/L的NaCl溶液時(shí)，要用到高中所學(xué)習(xí)到的關(guān)于摩爾濃度的知識(shí)。

4 討論

上文對(duì)與生物化學(xué)密切相關(guān)的化學(xué)知識(shí)進(jìn)行了梳理，其表層原因是為滿足生命科學(xué)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)對(duì)生物化學(xué)課程的教與學(xué)，畢竟這門(mén)核心基礎(chǔ)課是很重要的，可謂是課程體系中的重中之重。但本文的深層次目的是提醒大家，當(dāng)我們從其他相關(guān)視角或者從更專(zhuān)業(yè)層面如何看待這一教學(xué)操作？畢竟對(duì)多門(mén)課程來(lái)說(shuō)，前后章節(jié)的關(guān)聯(lián)性也是相對(duì)的，人們是通過(guò)一定的記憶來(lái)逐漸消化與理解的。對(duì)于課程所涉及到的其他課程知識(shí)，甚至是不曾學(xué)習(xí)或以后也不會(huì)開(kāi)設(shè)的知識(shí)，可否通過(guò)在課后查閱資料和討論等方式解決？或者可否形成自主性學(xué)習(xí)與跨越式學(xué)習(xí)的能力？另外一個(gè)需要關(guān)注的情況是，國(guó)內(nèi)外對(duì)學(xué)科與專(zhuān)業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)有較大不同的差別。教育部已對(duì)各專(zhuān)業(yè)也進(jìn)行了梳理，撤并多個(gè)二級(jí)學(xué)科而成一級(jí)學(xué)科，專(zhuān)業(yè)數(shù)量明顯減少，落實(shí)了“厚基礎(chǔ)寬口徑”培養(yǎng)措施。例如，國(guó)內(nèi)高校已普遍成立生命學(xué)院或生命科學(xué)學(xué)院或生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，但國(guó)外很多大學(xué)還在以我國(guó)過(guò)去的二級(jí)學(xué)科為基層單位，例如英國(guó)劍橋大學(xué)是生物化學(xué)系，美國(guó)普林斯頓大學(xué)是分子生物學(xué)系、神經(jīng)生物學(xué)系。這種基層系的設(shè)置必然會(huì)影響到課程的設(shè)置，某些基礎(chǔ)課程很可能會(huì)被弱化。也就是說(shuō)，與國(guó)內(nèi)大學(xué)對(duì)課程的系統(tǒng)性安排不同，國(guó)外高校對(duì)某一專(zhuān)業(yè)的課程安排相對(duì)離散自由，一般多是擬定若干門(mén)核心課程，其他課程則完全由學(xué)生根據(jù)自己的興趣自行決定。例如美國(guó)南加州大學(xué)生物系的學(xué)生對(duì)大學(xué)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)有要求，但對(duì)物理化學(xué)、分析化學(xué)則未限定，但若選擇與生物學(xué)密切相關(guān)的醫(yī)學(xué)類(lèi)專(zhuān)業(yè)，則對(duì)分析化學(xué)的要求是必須的。美國(guó)哥倫比亞大學(xué)生物系對(duì)大學(xué)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)的要求則是必須的(prerequisite)，普林斯頓大學(xué)分子生物學(xué)系、神經(jīng)生物學(xué)系的學(xué)生對(duì)化學(xué)課程的要求與哥倫比亞大學(xué)類(lèi)似。這幾所具有較強(qiáng)代表性學(xué)校對(duì)生物化學(xué)與化學(xué)基礎(chǔ)課程的安排顯示，國(guó)內(nèi)外有共性之處，例如對(duì)大學(xué)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)課程的認(rèn)可，但也有一定的區(qū)別?？紤]到國(guó)外較多的大學(xué)多是在三年級(jí)才開(kāi)始分流到不同的專(zhuān)業(yè)(我國(guó)部分重點(diǎn)高校正在逐漸認(rèn)識(shí)大類(lèi)培養(yǎng)的模式并探索從二年級(jí)起開(kāi)始分專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí))，僅就《生物化學(xué)》與相關(guān)化學(xué)課程的安排而言，國(guó)外大學(xué)在課程安排上的思路或模式對(duì)國(guó)內(nèi)高校的借鑒方式及意義仍有待深入研討。再進(jìn)一步了解與上述研討的課程遞進(jìn)安排原則相關(guān)的“分子生物學(xué)”課程的選修情況，目前，該課程是一門(mén)生命科學(xué)專(zhuān)業(yè)的重要課程，而且似乎是“高端”課程，一般認(rèn)為，缺少必要生物學(xué)知識(shí)和生物化學(xué)知識(shí)是不能學(xué)習(xí)分子生物學(xué)時(shí)，但國(guó)外一些大學(xué)已把該課程作為許多專(zhuān)業(yè)的選修課，那么我們又該如何理解這種大跨度的學(xué)習(xí)安排？是學(xué)習(xí)知識(shí)還是學(xué)習(xí)思維？因此，需要反思，當(dāng)我們還習(xí)慣于把四大化學(xué)作為學(xué)習(xí)生物化學(xué)的基礎(chǔ)時(shí)，應(yīng)如何理解上述存在的情況？又該如何應(yīng)對(duì)這種情況？如何理解和借助學(xué)科交叉已成科學(xué)發(fā)展趨勢(shì)的大背景以促進(jìn)生物學(xué)專(zhuān)業(yè)的建設(shè)與課程整合？

這些問(wèn)題都需要今后進(jìn)行必要的深入討論，以提出合適的解決辦法。無(wú)論如何，隨著分析技術(shù)的進(jìn)步，新的更接近生命現(xiàn)象存在的分子機(jī)制會(huì)不斷發(fā)現(xiàn)，信息技術(shù)、深度學(xué)習(xí)、材料科學(xué)與技術(shù)等會(huì)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，如何對(duì)不同學(xué)科進(jìn)行融合，如何對(duì)同一學(xué)科下的不同專(zhuān)業(yè)進(jìn)行融合是我們必須要面對(duì)的。

致謝本文作者致謝美國(guó)普林斯頓大學(xué)鐘啟宏老師、美國(guó)哥倫比亞大學(xué)李曉旭老師等關(guān)于美國(guó)部分大學(xué)中大學(xué)化學(xué)相關(guān)課程與生物化學(xué)課程設(shè)置方面所提供寶貴資料。