以科学思维提升为抓手的“生物化学”课程教学改革与探索.pdf

收稿日期:基金项目:湖北省教学改革研究项目(项目编号:)湖北理工学院教学研究项目(项目编号:)作者简介:马红樱副教授博士研究方向:生物化学与分子生物学:.:./.以科学思维提升为抓手的“生物化学”课程教学改革与探索马红樱(湖北理工学院.医学院.肾脏疾病发生与干预湖北省重点实验室湖北 黄石)摘 要:“生物化学”是医学专业的基础核心课程其中蛋白质的结构和功能的关系是难点之一也是理解生命的化学本质的基础 文章以.和 蛋白知识点的讲授为例通过阐述蛋白质二级结构 螺旋稳定性的影响因素促进学生理解蛋白质的构效关系 此外通过课前向学生发布问题指导学生自学文献、分组讨论、及时答疑课中采用科学故事引入、学生展示讨论结果等教学环节引导学生分析问题、解决问题提高了学生的学习兴趣强化了学习效果 基于科学问题驱动的深入学习在激发学生学习兴趣的同时有效培养了学生求真创新的科学精神关键词:“生物化学”课程案例教学 螺旋稳定性科学问题中图分类号:.文献标志码:文章编号:()(.):.:第 卷 第 期 年 月 湖 北 理 工 学 院 学 报 .引言“生物化学”是医学专业的基础核心课程 由于“生物化学”课程的重难点繁多且知识点之间逻辑性不强是教师难教、学生难学的一门专业基础课 因此如何提高学生的学习积极性、激发学习兴趣是“生物化学”课程教师面临的挑战结构生物化学部分主要描述生物大分子的性质、结构以及构效关系属于静态生化是后续学习代谢生化(动态生化)的基础内容较枯燥乏味很难激发学生的学习兴趣 笔者经过多年的探索和实践在讲述影响蛋白质二级结构 螺旋稳定性的因素时引入科研案例不仅使学生快速理解并记忆了知识点而且学习兴趣大大增加本文以笔者所在实验室的科研问题的发现及解决过程为案例阐述甘氨酸()和脯氨酸()的出现如何破坏 螺旋的稳定性进而导致蛋白的结构和功能发生改变最终引发疾病 通过引入案例把基因(核苷酸)、蛋白质(氨基酸)、疾病表型串联起来实现从分子水平到个体水平的知识系统化提高学生的学习兴趣达到较好的教学效果甘氨酸和脯氨酸影响 螺旋的稳定性“生物化学”课程的第一章“蛋白质的结构与功能”的重难点之一是掌握蛋白质的分子结构 蛋白质最重要的二级结构形式是 螺旋 课堂上教师会引导学生思考:哪些氨基酸的特殊侧链基团会影响 螺旋的稳定性?学生们总结的结果是:侧链很长的亮氨酸和异亮氨酸 空间位阻作用会影响 螺旋的形成连续排列的带同种电荷的酸性氨基酸或碱性氨基酸因静电排斥也会影响 螺旋的形成 学生往往没有考虑到甘氨酸()和脯氨酸()如何影响 螺旋的稳定性 教师继续总结补充:甘氨酸的侧链基团为 由于侧链太小构象不稳定是 螺旋的破坏者脯氨酸的亚氨基少一个氢原子无法形成氢键而且 键不能旋转 中断 螺旋形成一个“回折”或“结节”所以也是 螺旋的破坏者 讲完这些知识点后学生们还是停留在记忆知识点的层面为了进一步提高学生们运用所学知识的能力和分析问题的能力笔者在实际教学中采用科学案例引导学生进行深入学习案例引入的教学实施过程案例引入的教学实施过程主要环节有:提出问题、深入学习精读论文、从最新研究中寻找问题的答案、通过小组讨论进行思维的激发并总结亮点内容、小组代表进行结果展示 通过案例学习学生们充分认识到基础知识的重要性学习热情提高培养了思考问题的能力和积极探索的科学精神学生对疾病致病基因的鉴定这一科学研究领域的兴趣得到激发案例引入的教学设计具体流程见表 表 案例引入的教学设计具体流程教学环节教学内容教师动作学生动作时间课前分组讨论和自学分组指导学生精读文献进行深入学习上次课后布置小组讨论的题目:同一分类中的氨基酸改变会影响蛋 白 质 功 能 吗 为 什 么 蛋白的第一个跨膜区没有真正跨越质膜复习蛋白质二级结构 螺旋的结构特点哪里氨基酸容易形成 螺旋阅读文献思考问题分析问题解决问题学生分组讨论通过研究论文寻找问题的答案关注讨论情况及时答疑由组 长 进 行 汇 总 制 作将各小组成员自学总结的亮点呈现出来自主安排 湖 北 理 工 学 院 学 报 年续表教学环节教学内容教师动作学生动作时间课中前测主要考查前一次的重点内容:氨基酸的性质、分类、结构特征等在雨课堂发布习题根据学生作答情况解析重难点通过雨课堂手机端进行作答 导课同一分类中的氨基酸改变也会影响蛋白质的结构和功能跨膜区的脯氨酸赋予 型跨膜蛋白 结构的特殊性故事导入:通过引入老师课题组在科学研究中遇到的 个真实问题启发学生深入思考:为什么 基因上的突变.导致其蛋白的 螺旋结构不稳定进而导致功能异常 为什么 型跨膜蛋白 的第一个跨膜区没有真正跨越质膜学生共同回忆已学知识点和课前预习及自学的新内容 小组展示讨论结果小组成员讨论结束后汇总结果展示问题分析过程提炼亮点回答问题小组展示后老师进行小结:甘氨酸是 螺旋的破坏者如果基因突变导致氨基酸变为甘氨酸要分析突变位点是否位于蛋白质的关键结构域尤其是 螺旋内部由于脯氨酸的侧链是亚氨基缺乏 螺旋形成氢键的一个 因此是 螺旋的破坏者如果基因突变导致氨基酸变为脯氨酸要分析突变位点是否位于 螺旋内部 组学生分别以 的形式进行结果展示 小结通过以上案例中 个具体蛋白质结构和功能的学习同学们把氨基酸的结构与蛋白质的结构联系起来深入理解了蛋白质的结构和功能是相统一的关系 同时把个体的疾病表型和具体的基因突变联系起来在分子/基因水平上理解生命的化学本质(疾病的分子机制)实现了从分子水平到个体水平的统一认识 更重要的是在已掌握知识基础上提出问题设计实验去验证在“做中学”的这个过程中同学们利用知识解决问题的综合能力也得到了提高 评价通过问卷的形式以上的学生表示故事导入的这种模式能消除对“生物化学”课程学习的畏难情绪引起学生的好奇心然后带着好奇心去探究问题的答案通过精读文献的深入学习比较立体地把很多知识联系起来从分子到个体系统化地认识生命的化学本质 小组成员之间通过相互打分的形式促进学习共同提高培养团队协作能力 课后反思优点:在激发学生学习兴趣的同时培养学生求真创新的科学精神实现育人目标缺点:个别同学阅读文献的能力欠缺积极性不高参与度不强解决方案:老师在课前课后加强个性化辅导不限通过案例学习及科研思维的启发积极引导学生参与课外科研活动努力培养学生的科学素养、科学态度和科研能力使学生将所学的理论知识转化成学生认识和解决实际问题的能力 通过科研和教学相互促进、相互依存的正面事例师生获得新知识教学内容得到更新有利于提高本科生的教学质量效果评价对 名学生进行问卷调查学生满意度调查见表 以上的学生表示引入科学案例的教学模式非常好能提高学习兴趣消除对“生物化学”课程学习的畏难情绪同时第 期 马红樱:以科学思维提升为抓手的“生物化学”课程教学改革与探索 也纠正了觉得“生物化学”课程和临床专业课关联不大的错误想法 也有少数学生由于英语基础比较薄弱阅读英文文献存在困难所以课程参与度不高 因此在以后的教学中教师在课前和课后要加强个体化辅导本教学模式于 年初探经过了 个授课周期的实践 和传统教学对比科学案例式教学的考试成绩得到了很大的提高 种教学模式考核成绩对比见表 级临床医学专业 个班的“生物化学”课程考试成绩直线上升很多医学院的同学反馈 级临床医学本科专业的学生在图书馆都自学“生物化学”课程课堂小测验和期末考试均反映出学生课堂知识掌握得较好 级临床医学专业 个班的期末考试及格率达 平均分为 分 分以上的同学占 表 学生满意度调查调查内容调查结果/案例式教学非常好.生化很有趣.生化和医学关联很大.阅读文献有困难.表 种教学模式考核成绩对比教学模式平均分及格率/分以上人数/人案例式教学传统教学“生物化学”是医学专业的基础课程在案例启发的学习过程中不但强化了学生对基础知识的理解和记忆同时也提高了学生分析问题、利用知识解决问题的能力对学生系统地学习其他专业课程起到了促进作用专业水平测试成绩也逐年提高在创新活动中学生重新梳理和建构所学的知识不断加深对基本理论的理解同时扩展了知识的应用 另一方面解决问题带来的成就感和满足感又可以增强学生学习的兴趣提升学生的创新能力如 级临床医学专业的学生参与国家级大学生创新项目 项省级大学生创新项目 项在全国大学生生命科学竞赛中获二等奖总结通过引入案例使学生把基因、蛋白质、疾病表型这些零散的知识点串联起来实现了从分子水平到个体水平的知识系统化 科学探索的问题来自课堂学习并延伸到实验室不仅使理论知识得到升华学生分析问题和解决问题的能力也得到提高 基于科学问题驱动的案例教学方法在激发学生学习兴趣的同时提升了课程的高阶性、突出了课程的创新性并增加了课程的挑战性 在今后的教学中需持续挖掘并精炼针对不同重点知识的案例以提高课堂教学的质量本文所阐述的案例教学策略主要是针对“生物化学”课程的自然科学属性根据临床医学专业培养医师人才的要求突出价值引领、能力卓越的导向把职业素养、科学精神、求真创新等教育理念落实到教学实践有利于提高课堂教学质量更好地为培养医学人才服务参 考 文 献 胡波张建鹏刘小宇等.案例教学法在医学“生物化学”教学中的应用.生命的化学():.():.马红樱.一个新突触蛋白 的研究进展.湖北理工学院学报():.史金铭薛哲勇王晶英等.围绕“科研实例”的知识重构在本科教学中的应用:以生物化学课程为例.中国生物化学与分子生物学报():.韩琦王娜张建.生物化学教学中学生逻辑思维能力的培养.中医教育():.(责任编辑 李玉花)湖 北 理 工 学 院 学 报 年