高級生物化學在工科院校的課程創(chuàng)新與實踐

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摘要高級生物化學是生物工程相關(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的探索，提出從教材的選擇、教學模式的優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)資源的利用及開放式實踐的有效開展四個方面進行改進，使該課程真正滿足知識經(jīng)濟時代工科院校培養(yǎng)研究創(chuàng)新型人才的需求。

關(guān)鍵詞高級生物化學教學理論創(chuàng)新實踐

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/jki.kjdkx.2024.04.049

在工科院校中，“高級生物化學”是微生物學、發(fā)酵工程和生化與分子生物學專業(yè)研究生的重要基礎(chǔ)課程，是連接“生物化學”和“分子生物學”的橋梁。它既是本科“生物化學”課程的提高和深華，又是研究生階段“分子遺傳學”、“分子生物學”等課程的基礎(chǔ)。課程的目的是強化和拓寬研究生生物化學的基本理論知識，多角度地認識生物化學的基本原理和現(xiàn)象，并在此基礎(chǔ)上強化生物化學的實驗理論、技能和分析能力，為研究生研究實驗設(shè)計的合理性奠定基礎(chǔ)。在工科院校中，“高級生物化學”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)合成與運輸、基因與基因組學、蛋白質(zhì)組學、代謝組學等章節(jié)的內(nèi)容。近年來，生物化學領(lǐng)域的新進展、新發(fā)現(xiàn)層出不窮，高級生物化學成為生命科學領(lǐng)域極其活躍的帶頭學科。對于一些應(yīng)用型的工科院校，高級生物化學課程將蛋白質(zhì)化學和組學相關(guān)的基礎(chǔ)理論及前沿進展傳授給學生，培養(yǎng)善于理論學習，長于工程實踐，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

目前高級生物化學學科發(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教材是李關(guān)榮主編的高等學校規(guī)劃教材《高級生物化學》，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、生物信息轉(zhuǎn)導、基因表達調(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，生物化學課程的教材則很多，包括王鏡巖主編的《生物化學》②（高等教育出版社，2024年出版），于曉虹主編的《生物化學》③（浙江大學出版社，2024年出版，面向21世紀精品課程教材，全國高等醫(yī)藥教育規(guī)劃教材），劉國琴主編的《生物化學》④（中國農(nóng)業(yè)大學出版社，2024年出版）等。王鏡巖主編的《生物化學》內(nèi)容全面，講解細致，一直作為本科教學的典范，在本科院校的生物化學課程中廣泛采用，但作為工科院校的研究生教材，該教材一來與本科教學重復，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》，內(nèi)容著重闡述人體基礎(chǔ)生物化學知識，為遠程專升本教材，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》是面向生物學專業(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，同時介紹了這些生物大分子的重要生物化學性質(zhì)及相關(guān)分離、分析技術(shù)的基本原理和應(yīng)用特點；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制。該教材內(nèi)容上和王鏡巖主編的《生物化學》有相似之處，適合選作生物學專業(yè)和生物技術(shù)專業(yè)教材，也適合生命科學相關(guān)學科，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，王學敏等翻譯的《生物化學》⑤（第3版·中譯版）全書共13章，分別是：細胞結(jié)構(gòu)與成像、氨基酸與蛋白質(zhì)、酶、抗體、生物膜與細胞信號、DNA的結(jié)構(gòu)與復制、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，視角獨特，重點明確，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，由于研究生教學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，也便于雙語教學和國外客座教授的講學。

2教學模式以啟發(fā)式引導為主線

高級生物化學是一門抽象的學科，因此在教學中加入形象生動的flash動畫，使學生對生物化學相關(guān)蛋白質(zhì)、核酸等結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系、分子作用機理等概念的理解更為深入；同時通過大量生物化學相關(guān)小電影的優(yōu)美畫面引起學生對該課程的濃厚興趣。在課堂教學導入部分采用老師提問學生回答，通過案例進行啟發(fā)教學的模式，在此環(huán)節(jié)，提問可引發(fā)學生自主思考，通過學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)動學生的學習積極性。在整個課堂教學中，摒棄傳統(tǒng)的以教為主的模式，把學放在首位，對特定原理的學習采用探究式教學的方法。

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)，議題與生物化學基本理論和概念充分結(jié)合，與本學科的發(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)學生的興趣并發(fā)揮主觀能動性，為進一步的深入學習奠定良好的基礎(chǔ)。在課堂討論環(huán)節(jié)，老師可安排討論的題目供學生選擇，也可由學生根據(jù)興趣自由選題，然后公開宣講，老師和同學既是聽眾，也是討論的參與者，通過提問、討論和解決問題，拓寬學生的眼界和思路。老師應(yīng)及時對討論過程進行點評，一方面充分肯定學生顯示的創(chuàng)造性思維能力，一方面對思維中的不足進行糾正。課堂討論環(huán)節(jié)可培養(yǎng)學生創(chuàng)新創(chuàng)造、分析解決問題的能力，同時也促使老師自我知識不斷豐富和補充。

與此同時，將學術(shù)報告引進課堂，每個班級的生物化學課程均邀請1～2位國內(nèi)外生物化學領(lǐng)域的知名專家為研究生做學術(shù)報告。這些多樣的學術(shù)報告，既讓研究生了解了生物化學學科的前沿進展，又讓學生有了學術(shù)交流的機會，還可培養(yǎng)學生的科研思維和科學精神。

3充分利用網(wǎng)絡(luò)資源

高級生物化學的發(fā)展日新月異，互聯(lián)網(wǎng)累積了海量的生物信息資源，將對我們的教學工作起到非常重要的作用。在高級生物化學課程的教學中強調(diào)互聯(lián)網(wǎng)資源運用的重要性，通過學生網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的親身體驗喚起學生的求知欲，在課堂教學過程中，對常用數(shù)據(jù)庫進行介紹，提高學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)庫中還同時包括了大量與序列直接相關(guān)的注釋信息，方便學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，在高級生物化學的教學中首先詳細介紹一些數(shù)據(jù)庫的使用方法，再通過具體舉例使同學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)，使學生通過自己的實踐更好地掌握數(shù)據(jù)庫的運用方法。

4開放式實踐教學貫穿始終

高級生物化學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，在理論教學中穿插大量實例是達到良好教學效果的必由之路。首先在教學過程中加入教師親身經(jīng)歷的實驗事例，例如根據(jù)工科院校背景重點講解酶制劑的分子改造實例，使學生通過實例學習更好地掌握該課程的精髓，提高分析解決實際問題的能力。

在實踐教學方面，由于在本科階段生物化學課程的講授中已按排了生物化學基本單元操作實驗，如蛋白質(zhì)的兩性反應(yīng)和等電點的測定、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的實踐教學中，不再安排單獨的實驗單元操作，而采取開放式實踐教學模式，即選定相關(guān)學院生物化學方面相關(guān)老師所在的實驗室作為開放實驗室，對有興趣的學生進行時間、空間、內(nèi)容和方法均開放的培訓，通過一些小實驗的自我設(shè)計和驗證激發(fā)學生的學習熱情，以達到更好的教學效果。同時通過開放性實驗，使研究生對于整個實驗的設(shè)計和操作更為理解，可為研究生進一步的課題選擇奠定基礎(chǔ)。

5結(jié)語

高級生物化學是生物工程相關(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的抽象理論，同時和實踐常識相關(guān)里，對于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新性和開拓精神是非常有幫助的。通過對教材、教學模式等