生物化學(xué)“實(shí)事求是的立體化教學(xué)理念”的探索與實(shí)踐

賴德華, 李 蓮, 時(shí) 光, 劉 峰

(中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生物化學(xué)教研室, 廣州 510275)

生物化學(xué)是一門研究生命物質(zhì)的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)學(xué)科,一般包括靜態(tài)和動態(tài)兩個部分[1]。作為生命科學(xué)相關(guān)領(lǐng)域最為重要的必修課程之一,生物化學(xué)課程以“知識點(diǎn)繁多且瑣碎”著稱?！袄蠋熾y教、學(xué)生難學(xué)”是各個高校生化教學(xué)的實(shí)際情況[2],而且思政教育融入也不十分充分[3]。為了改變這種狀況,本院生物化學(xué)教學(xué)組逐漸摸索出了一條教研思政融合的“立體化”教學(xué)理念。該核心理念具有鮮明的生物化學(xué)學(xué)科特色,希望能夠?yàn)榻虒W(xué)同行提供新思路。

1 以“實(shí)事求是”原則進(jìn)行生物化學(xué)課程建設(shè)

“實(shí)事求是”是馬克思主義的基本原理,也是開展教學(xué)工作的基本方針[4];進(jìn)行生物化學(xué)課程的建設(shè)也不例外。

首先,“實(shí)事求是”要求對生物化學(xué)課程現(xiàn)狀有一個清晰的認(rèn)識。生物化學(xué)是生命科學(xué)的基石之一,在生命科學(xué)相關(guān)的考研科目中也幾乎必考,重要性無可置疑。從教材的厚度和課程設(shè)置的學(xué)時(shí)數(shù)來說,生化學(xué)習(xí)“時(shí)間短任務(wù)重”。近幾年來,中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院每年學(xué)習(xí)生物化學(xué)的人數(shù)在150～200人左右。目前,以“大班教學(xué)、小班研討”的模式,配以“生物化學(xué)與分子生物學(xué)討論課”開展教學(xué)工作。加上近幾年考研人數(shù)規(guī)模屢創(chuàng)新高,學(xué)生對于生物化學(xué)的學(xué)習(xí)效果也有很高的要求。這些因素都促使教師認(rèn)真思考:如何充分利用有限的課堂時(shí)間吸引學(xué)生,調(diào)動學(xué)生的內(nèi)生動力;如何從生物化學(xué)的學(xué)科內(nèi)涵入手,幫助學(xué)生認(rèn)識生化、理解生化與熱愛生化。

另外,“實(shí)事求是”要求對生物化學(xué)學(xué)科的過去和未來有一個準(zhǔn)確的把握。生物化學(xué)是一個相對經(jīng)典的學(xué)科。自從德國科學(xué)家霍佩塞勒(E. F. Hoppe-Seyler, 1825-1895)在1864年首次提出生物化學(xué)(biochemie)的概念以來,已經(jīng)有將近160年的歷史。至今,從生物化學(xué)的母體中已經(jīng)衍生出分子生物學(xué)等多個學(xué)科。經(jīng)過一個多世紀(jì)的發(fā)展,生物化學(xué)學(xué)科的內(nèi)容變得十分龐大,知識點(diǎn)眾多;如果教學(xué)中面面俱到將使得老師教授和學(xué)生學(xué)習(xí)都變得困難重重。未來學(xué)科交叉融合是大勢所趨,也是高校人才培養(yǎng)的改革方向之一[5];各學(xué)科的邊界也將逐漸模糊。因此,某一學(xué)科的內(nèi)在邏輯框架將成為該學(xué)科區(qū)分其他學(xué)科而不被融合淹沒的重要標(biāo)志。在教學(xué)中緊扣學(xué)科框架,梳理最為“核心”的知識點(diǎn)講深講透,增強(qiáng)對“生物化學(xué)”各章節(jié)、各知識點(diǎn)之間內(nèi)在邏輯的講解,避免“撒胡椒面”式的“點(diǎn)到為止”教學(xué)模式,能夠極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效果。

2 以“立體化”為生物化學(xué)教學(xué)核心理念

生物大分子有一個顯著的特征是“立體化”,例如天然的單糖多是D型(包括構(gòu)成核酸的核糖和脫氧核糖),天然的蛋白質(zhì)氨基酸多是L型,天然的不飽和脂肪酸中的雙鍵多為順式等。所以,看似2個完全一樣的分子(對映異構(gòu)體),在生命看來是非常不同的,通常只能使用其中的一種[6]。這種現(xiàn)象在有機(jī)化學(xué)中進(jìn)行過深入的描述,“手性(chirality)”一詞就是對這些分子最通俗易懂的詮釋。生物化學(xué)作為有機(jī)化學(xué)在生命體系中的延續(xù),很好地繼承了“立體化學(xué)”的概念,并成為生命化學(xué)本質(zhì)的最重要的特征之一。因此,我們在進(jìn)行課程建設(shè)的時(shí)候,也特別挖掘了“立體化學(xué)”的概念,將“立體化”作為生物化學(xué)課程教學(xué)的核心理念。

生物化學(xué)的知識點(diǎn)是固定的,各個高校生物化學(xué)課程的章節(jié)也大同小異,但實(shí)際教學(xué)過程和教學(xué)效果有很大差異?！傲Ⅲw化”就是要體現(xiàn)在教學(xué)過程中,當(dāng)教師面對各個教材千篇一律的知識點(diǎn)時(shí),找到適合學(xué)生學(xué)習(xí)和理解知識的最佳模式,如同生命體只能吸收和利用其中一種異構(gòu)體分子一樣。這樣才能讓各個高校的課程建設(shè)從自身實(shí)際情況出發(fā),具有自己的特色。

3 實(shí)事求是(FACT)的立體化教學(xué)理念

受到“實(shí)事求是”英文“Seek truth from facts”的啟發(fā),本文摸索出了一套“實(shí)事求是的立體化教學(xué)理念(FACT)”。FACT是4個詞語的英文詞頭縮寫,分別代表:形式(form)、角度(angle)、內(nèi)容(content)和團(tuán)隊(duì)(team)(Fig.1)。

3.1 教學(xué)形式(Form)的立體化

面對面講解的過程不僅是傳授知識點(diǎn),更重要的是用教師對學(xué)科的理解加深學(xué)生對各個知識點(diǎn)之間聯(lián)系的過程;同時(shí)也能夠根據(jù)學(xué)生掌握的特點(diǎn),及時(shí)調(diào)整授課進(jìn)度,促進(jìn)教師反思,是真正意義上做到“教學(xué)相長”的過程。本院生物化學(xué)課程以講授方式為主,輔助進(jìn)行典型習(xí)題講解和分組討論,增進(jìn)師生間的溝通交流?！吧锘瘜W(xué)與分子生物學(xué)討論課”是專門為“生物化學(xué)”必修課開始的配套同步選修課。“討論課”本著為必修課提供有益補(bǔ)充的原則,將大班授課中因?yàn)闀r(shí)間限制無法完成的“深度思考”、“文獻(xiàn)討論”等內(nèi)容放在小班討論課中,增加“歷史故事會”、“科學(xué)時(shí)評”、“科學(xué)辯論會”、“翻轉(zhuǎn)課堂”等形式,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與參與度。

(1)深度思考實(shí)例

內(nèi)容:在F型質(zhì)子泵的Fo復(fù)合體中,為什么不同物種中存在c亞基數(shù)目的差異?

章節(jié):第11章物質(zhì)運(yùn)輸

設(shè)計(jì):在生物化學(xué)課上講解F型質(zhì)子泵的工作原理時(shí),對Fo和F1復(fù)合體的結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行說明。Lehninger原版生化教材對不同物種中c亞基數(shù)目有所差異進(jìn)行了描述,例如牛的Fo中含有8個c亞基,而酵母中是7個,菠菜中是14個,但未給出原因。本文提出該問題作為討論課的研討內(nèi)容之一,讓同學(xué)們根據(jù)物理學(xué)原理和查閱文獻(xiàn),經(jīng)過學(xué)科交叉的知識深度思考后提出自己的見解。有同學(xué)設(shè)想了c亞基數(shù)目差異會導(dǎo)致Fo復(fù)合體直徑不同,根據(jù)力臂和力矩原理,提出了該物種c亞基數(shù)目可能與其跨膜質(zhì)子推動力的大小有關(guān)。

(2)文獻(xiàn)討論實(shí)例

內(nèi)容:人類認(rèn)識生物膜結(jié)構(gòu)的歷史

章節(jié):第10章生物膜

設(shè)計(jì):在生物化學(xué)課后布置閱讀綜述文獻(xiàn)“175 years of cell boundary research”[8],同時(shí)將討論課的同學(xué)按照“1665～1925年”、“1925～1972年”和“1972至今”3個生物膜發(fā)展的重要時(shí)間段分為3組,要求各自進(jìn)行拓展閱讀。在討論課上,老師提出文獻(xiàn)中的一些問題,請同學(xué)們回答。例如Gorter和Grendel早在1925年就提出了單個紅細(xì)胞膜脂單層的面積是其表面積的2倍,非常符合如今的生物膜理論,但為什么是“計(jì)算錯誤”導(dǎo)致的偶然巧合?同學(xué)們試著從1925年2位科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)出發(fā),深入理解了“朗繆爾槽”在脂單層面積計(jì)算中的應(yīng)用和當(dāng)時(shí)對于紅細(xì)胞表面積計(jì)算的偏差,找到了“計(jì)算錯誤”可能的原因。同時(shí),根據(jù)Bar等人在1966年重新計(jì)算單個紅細(xì)胞膜脂單層與細(xì)胞表面積的比值為1.3∶1,深刻領(lǐng)會了這個數(shù)值意味著蛋白質(zhì)來填充空位[8],為1972年問世的“流動鑲嵌模型”打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[9]。

(3)歷史故事會實(shí)例

內(nèi)容:選擇一種維生素,講一講關(guān)于這種維生素的故事。

章節(jié):第9章維生素

設(shè)計(jì):在生物化學(xué)課后,請同學(xué)們用撲克牌抽簽的方式確定一種維生素,通過課外閱讀的方式收集材料。在討論課上,同學(xué)們分別用5 min的時(shí)間介紹該維生素的一個獨(dú)特的故事。例如有同學(xué)在介紹生物素時(shí),從生物素缺乏癥導(dǎo)致的脫發(fā)和皮膚炎癥狀入手,介紹了德文“頭發(fā)”和“皮膚”的單詞均是H開頭的,因此,解釋了生物素又被稱為維生素H的原因。此外,也有同學(xué)介紹維生素B12時(shí),講解了和笑氣(N2O)抑制鈷胺素功能的故事,提醒不可嘗鮮吸食笑氣這種“類毒品”[10]。

(4)科學(xué)時(shí)評實(shí)例

內(nèi)容:人工智能對生命科學(xué)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

章節(jié):第1章緒論

設(shè)計(jì):在當(dāng)下流行ChatGPT應(yīng)用的背景下,閱讀人工智能科學(xué)時(shí)事短評[11]之后引發(fā)同學(xué)們針對人工智能進(jìn)行思考,討論對生命科學(xué)帶來哪些機(jī)會和挑戰(zhàn)。部分同學(xué)試用ChatGPT后講述了自己的心得,大家覺得該工具在搜集和整理已有信息方面具有巨大優(yōu)勢,可以幫人們節(jié)約大量時(shí)間,但在創(chuàng)造力上目前還不及人類[12]。因此,鼓勵同學(xué)們要多訓(xùn)練自己的創(chuàng)新性思維,未來才盡可能地不被人工智能取代。在討論環(huán)節(jié)的組織形式上也進(jìn)行了一些特別的設(shè)計(jì)。在同學(xué)發(fā)表自己的觀點(diǎn)前,設(shè)置了2個規(guī)則:必須有和前組同學(xué)不一樣的見解;必須對前一組同學(xué)進(jìn)行一些點(diǎn)評。這樣,同學(xué)們不僅踴躍發(fā)表觀點(diǎn),同時(shí)注意對前面同學(xué)的觀點(diǎn)進(jìn)行聽取和總結(jié)。這樣的課堂設(shè)計(jì)不僅讓同學(xué)們爭先恐后地暢所欲言,同時(shí)也深刻體會到科學(xué)研究的基本過程——了解前人的工作并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行最大程度的創(chuàng)新,達(dá)到了課程思政的效果。

(5)科學(xué)辯論會實(shí)例

內(nèi)容:AlphaFold是否會讓結(jié)構(gòu)生物學(xué)家失業(yè)?

章節(jié):第3章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì):按照“AlphaFold會讓結(jié)構(gòu)生物學(xué)家失業(yè)”和“AlphaFold不會讓結(jié)構(gòu)生物學(xué)家失業(yè)”設(shè)置正方反方。正反方各5位同學(xué),分別包括開場陳詞1人、自由辯論3人和總結(jié)陳詞1人。其他班級同學(xué)作為評委進(jìn)行打分,與最終教師打分一起決定勝負(fù)歸屬。正方同學(xué)主要從人工智能的強(qiáng)大功能和未來發(fā)展?jié)摿橐c(diǎn),而反方同學(xué)從生命科學(xué)的實(shí)驗(yàn)屬性展開論述。雖然目前學(xué)界基本上還是認(rèn)為人工智能暫時(shí)無法完全替代科學(xué)實(shí)驗(yàn)[13];但經(jīng)過激烈辯論,同學(xué)們對人工智能有了更加深刻的認(rèn)識,需要做好準(zhǔn)備迎接人工智能時(shí)代的到來。

(6)翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)例

內(nèi)容:蛋白質(zhì)相互作用研究工具及應(yīng)用

章節(jié):第12章信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

設(shè)計(jì):在生物化學(xué)課上介紹信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的模塊化特征時(shí),以SH2結(jié)構(gòu)域和磷酸化酪氨酸的特異性相互作用為例,讓同學(xué)在課后查找文獻(xiàn),并在討論課上以PPT展示的形式介紹蛋白質(zhì)相互作用的研究工具及其應(yīng)用。同學(xué)分組介紹了最早發(fā)現(xiàn)SH2結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向性多肽庫篩選技術(shù)[14]、到常用的酵母雙雜交和免疫共沉淀聯(lián)合質(zhì)譜分析,乃至最近逐漸廣泛應(yīng)用的生物素鄰近標(biāo)記技術(shù)[15]等,擴(kuò)展了知識面。

為了幫助同學(xué)在課后更好地復(fù)習(xí),本文梳理了生物化學(xué)課程的整體框架,在每個章節(jié)中甄選了1～2個能夠幫助構(gòu)建學(xué)科內(nèi)在體系的關(guān)鍵知識點(diǎn)。例如在“脂質(zhì)”一章,重點(diǎn)突出2個知識點(diǎn):(1)與蛋白質(zhì)、核酸和糖類的主要親水性質(zhì)不同,脂質(zhì)屬于相對疏水性的物質(zhì);(2)貯存脂類疏水性強(qiáng),而膜脂類通常含有親水端,是兩親性物質(zhì)?；诘?個知識點(diǎn),可以將4大生命分子中的脂質(zhì)與其他三類物質(zhì)區(qū)分來開;同時(shí)基于第2個知識點(diǎn),開啟“生物膜”一章。這樣,結(jié)構(gòu)生物化學(xué)內(nèi)容的部分從生命4大物質(zhì)講起,歷經(jīng)蛋白質(zhì)、糖類和核酸3種主要親水性分子,再講疏水性的脂質(zhì),隨后由雙親性脂質(zhì)構(gòu)建生物膜,從而將生命體與環(huán)境分割開來;由于生命需要和環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換和信息交流,最后講授“物質(zhì)運(yùn)輸”和“信號轉(zhuǎn)導(dǎo)”章節(jié)。因此,“脂質(zhì)”承上啟下,通過2個關(guān)鍵知識點(diǎn)就可以把整個結(jié)構(gòu)生物化學(xué)的內(nèi)容串聯(lián)起來,高效幫助同學(xué)們在大腦中構(gòu)建“生物化學(xué)”的知識框架。

最后,課程教學(xué)組制作了慕課視頻和習(xí)題庫。目前,慕課已在“好大學(xué)在線”平臺上線2年,先后已有800多名同學(xué)在線學(xué)習(xí),覆蓋國內(nèi)30個省級行政區(qū)和部分海外地區(qū)。這個以“課堂教學(xué)為主,慕課學(xué)習(xí)為輔,兼?zhèn)渚€上留言答疑和課余集中解惑環(huán)節(jié)”的教學(xué)形式,充分利用了線下課時(shí)和網(wǎng)絡(luò)資源,豐富了學(xué)習(xí)的形式,也為積極應(yīng)對不可控因素造成的線上教學(xué)提供了有力支持。

3.2 教學(xué)角度(Angle)的立體化

“立德樹人”是高校教育工作的第一要務(wù),要求將“五育并舉”和“三全育人”的理念更好地融入教學(xué)過程中[16]。除了基于生物化學(xué)課程專業(yè)教學(xué)的第一課堂外,積極開拓專業(yè)相關(guān)的美育德育第二課堂,促進(jìn)學(xué)生在專業(yè)內(nèi)容上的全面發(fā)展。

一方面,本文積極組織和參與由中國生物化學(xué)和分子生物學(xué)學(xué)會下屬教學(xué)委員會牽頭舉辦的“全國生物化學(xué)歌曲大賽”。該項(xiàng)賽事由南京大學(xué)提出并從2015年開始成功舉辦了7屆,深受全國同學(xué)和老師的喜愛[17]?！吧枨筚悺钡哪康氖亲屚瑢W(xué)們把生化知識點(diǎn)改編成朗朗上口的歌詞,并配以旋律演唱,從而加深同學(xué)們對知識點(diǎn)的理解和記憶。本文從2021年起,在中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院組織“生化歌曲大賽”初賽,選送的優(yōu)秀作品參加全國比賽,也先后獲得二等獎、特等獎和最佳英文單曲獎。同學(xué)參與度屢創(chuàng)新高,由2021年的28%增長到2022年的53%(Fig.2A),說明該活動越來越受到同學(xué)們的歡迎;更重要的是通過這項(xiàng)比賽,很多同學(xué)徹底打消了對生物化學(xué)課程學(xué)習(xí)的恐懼,深深喜歡上了生物化學(xué)。

圖2 本科生參與生物化學(xué)第二課堂情況 (A)參與“生化歌曲大賽”的同學(xué)數(shù)占生物化學(xué)課程學(xué)生總數(shù)的百分比;(B)參與“博物館生物化學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)意大賽”的同學(xué)數(shù)占生物化學(xué)課程學(xué)生總數(shù)的百分比;(C)參與至少一項(xiàng)第二課堂活動的同學(xué)數(shù)占生物化學(xué)課程學(xué)生總數(shù)的百分比;(D)課程學(xué)生總數(shù)與參與生化第二課堂學(xué)生的數(shù)目Fig.2 Participation of Undergraduate Students in the Second Class of Biochemistry (A) Percentage of students participating in the "Biochemical Song Contest" in the total number of students in the biochemistry course; (B) Percentage of students participating in the "Museum Biochemistry Innovation and Creativity Competition" in the total number of biochemistry students; (C) Percentage of students participating in at least one second classroom activity in the total number of students in the biochemistry course; (D) The total number of students in the course and the number of students participating in the second biochemical class

另一方面,我們也兼顧那些不擅長歌曲創(chuàng)作和演唱的同學(xué),設(shè)置了“博物館生物化學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)意大賽”,讓更多的同學(xué)發(fā)揮自己的特長,積極參與到“第二課堂”中。這項(xiàng)比賽的目的是讓同學(xué)們將課程中的知識點(diǎn)以“看得見”或“摸得著”的形式創(chuàng)新性地展示出來,作品可以放在中山大學(xué)博物館的生命科學(xué)展區(qū)進(jìn)行科普和教學(xué)展示。同學(xué)們積極參與,各顯其能。例如有同學(xué)制作了基于“血紅蛋白”小故事的“輔助教學(xué)系統(tǒng)”;擅長手工編織的同學(xué)制作了毛線編織的卵磷脂分子“毛絨絨”;喜歡桌游的同學(xué)將氨基酸的知識點(diǎn)設(shè)計(jì)成生化桌游“氨基酸卡牌”?！安┪镳^生物化學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)意大賽”在啟動的第一年就吸引了近33%的同學(xué)參加(Fig.2B),進(jìn)一步促進(jìn)了同學(xué)們對“第二課堂”的參與度(Fig.2C, D),顯著提升了學(xué)習(xí)“生物化學(xué)”的熱情。

3.3 教學(xué)內(nèi)容(Content)的立體化

如果教學(xué)理念是課程建設(shè)的靈魂,那么教學(xué)內(nèi)容將是課程建設(shè)的血肉基礎(chǔ),是各個環(huán)節(jié)的重中之重。在高中教學(xué)過程中,針對“考點(diǎn)”而形成的以“知識點(diǎn)”為中心的學(xué)習(xí)方法已經(jīng)深入人心。那么,在大學(xué)學(xué)習(xí)生物化學(xué)時(shí),海量的知識點(diǎn)在有限的學(xué)時(shí)中顯得令人窒息。這也成為壓垮眾多學(xué)生對生物化學(xué)學(xué)習(xí)熱情的重要原因。因此,梳理出能夠搭建生物化學(xué)學(xué)科框架的核心知識點(diǎn),并將它們通過邏輯體系以一定的方式聯(lián)系起來,成為教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化的發(fā)力方向。

對此,本文按照神經(jīng)生物學(xué)中的“赫布理論”[18]和大分子相互作用的“價(jià)態(tài)理論”[19],提出“構(gòu)建生物化學(xué)課程知識點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)理念”。如果一個知識點(diǎn)只能與另外一個知識點(diǎn)有關(guān)聯(lián),則定義為“一價(jià)”;以此類推,膜脂中的“磷脂酰肌醇”知識點(diǎn),可以與“酶”、“脂質(zhì)”、“生物膜”、“信號轉(zhuǎn)導(dǎo)”等至少4章、6個知識點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián),因此是“六價(jià)”(Fig.3)。本文重點(diǎn)保留和講解“三價(jià)”及其以上的重點(diǎn)知識點(diǎn),這樣就可以充分利用課堂時(shí)間,幫助學(xué)生形成知識點(diǎn)網(wǎng)絡(luò),在整體層面把握生物化學(xué)學(xué)科的核心。

圖3 “磷脂酰肌醇”六價(jià)知識點(diǎn)范例 ①以PI3K為代表介紹激酶:PI3K是一種膜脂的激酶,可以磷酸化磷脂酰肌醇4,5-二磷酸生成磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸。②脂質(zhì)一章中,介紹磷脂酶可以將膜脂水解:例如磷脂酶C可以將磷脂酰肌醇4,5-二磷酸水解生成二酰甘油和三磷酸肌醇;可以在這里告訴同學(xué)這2個分子很重要,在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)一章再進(jìn)行詳解。③在脂質(zhì)一章中,以磷脂酰肌醇4,5-二磷酸為例,介紹膜脂的第二號碳原子上的羥基通常與不飽和脂肪酸形成酯鍵。④在生物膜一章中,介紹膜的不對稱性時(shí),由于磷脂酰肌醇4,5-二磷酸參與胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo),因此,會定位在細(xì)胞質(zhì)膜的內(nèi)側(cè)[20],同時(shí)為信號轉(zhuǎn)導(dǎo)一章內(nèi)容進(jìn)行關(guān)聯(lián)和鋪墊。⑤在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)一章講解第二信使時(shí),重新以②為例,介紹了第二信使新概念,同時(shí)回顧了以前的知識。⑥在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)一章,以胰島素信號為代表的受體酪氨酸激酶通路中,通過活化PI3K磷酸化磷脂酰肌醇4,5-二磷酸獲得磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸,從而激活蛋白激酶B,調(diào)節(jié)糖原合成?？傊?在多個章節(jié),以同一個分子為例進(jìn)行講解,可以很好地將知識點(diǎn)關(guān)聯(lián)起來,加強(qiáng)學(xué)習(xí)效果Fig.3 Examples of six-valent knowledge points for "phosphatidylinositol" ① Using PI3K as a representative to introduce kinases: PI3K is a membrane lipid kinase that can phosphorylate phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate to produce phosphatidylinositol 3,4,5-triphosphate. ② In the chapter of lipids, phospholipase can hydrolyze membrane lipids; For example, phospholipase C can hydrolyze phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate to generate diacylglycerol and inositol triphosphate; The students can be told that the two molecules are important here, and we will explain them in detail in the chapter of signal transduction. ③ In the chapter of lipids, take phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate as an example to introduce that the hydroxyl group on the second carbon atom of membrane lipids usually forms ester bonds with unsaturated fat acids. ④ In the chapter of biological membranes, when introducing the asymmetry of membranes, phosphatidylinositol 4,5-diphosphate is involved in intracellular signal transduction, so it will be located on the inner side of the cell plasma membrane [20]; meanwhile, it will be related and laid the foundation for the content of the chapter on signal transduction. ⑤ In the chapter of signal transduction, when explaining the second messenger, the new concept of the second messenger was reintroduced using the example of ②, while reviewing previous knowledge. ⑥ In the chapter of signal transduction, the receptor tyrosine kinase pathway is represented by insulin signaling. Phosphatidylinositol 3,4,5-triphosphate is obtained by activating PI3K phosphorylation of phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate, thereby activating protein kinase B and regulating glycogen synthesis. In summary, using the same molecule as an example in multiple chapters can effectively link knowledge points and enhance learning effectiveness

充分發(fā)掘可以與多個知識點(diǎn)建立聯(lián)系的思政內(nèi)容,把思政點(diǎn)有機(jī)地融合在知識網(wǎng)中,提高教師教、學(xué)生學(xué)的整體效果。對此,本文仍以“構(gòu)建生物化學(xué)課程知識點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)理念”為核心,將思政理念有機(jī)融入課堂,讓學(xué)生感覺生化課程“既有知識又有溫度”。

在介紹脂質(zhì)和膳食營養(yǎng)的關(guān)系時(shí),對標(biāo)必需脂肪酸,以一種脂質(zhì)維生素A和夜盲癥為例,介紹脂質(zhì)在生活中的作用,作為本節(jié)課程的總結(jié)。此處引入多價(jià)知識點(diǎn)的概念,“第一價(jià)”:比較“維生素”和“必需脂肪酸或必需氨基酸”的概念,說明“維生素”的特點(diǎn)是人體必需但用量很少,進(jìn)而引出一般只有單一飲食才會引發(fā)維生素缺乏癥。多價(jià)知識點(diǎn)的“第二價(jià)”:缺乏維生素A可以引發(fā)夜盲癥(Fig.4)。

圖4 “多價(jià)”知識點(diǎn)結(jié)合課程思政的立體化教學(xué) 以抗美援朝中志愿軍戰(zhàn)士遇到的維生素A缺乏癥和戰(zhàn)場上的困難為例,加深同學(xué)們對維生素概念的理解,同時(shí)也進(jìn)行了課堂思政教育Fig.4 "Multi-valent" knowledge points combined with three-dimensional teaching of ideological and political education for course Taking the vitamin A deficiency and difficulties encountered by the soldiers of the Chinese People's Volunteers in the Korean War as examples, we deepened students' understanding of the concept of vitamins and also conducted classroom ideological and political education

根據(jù)這2個“多價(jià)點(diǎn)”,我們結(jié)合 “抗美援朝入朝作戰(zhàn)70周年”的背景,講解當(dāng)時(shí)中國人民志愿軍將士后勤補(bǔ)給與美軍為首的“聯(lián)合國軍”也相距甚遠(yuǎn),別人可以吃牛排,但志愿軍戰(zhàn)士只能吃“炒面”,喝“雪水”,這種單一飲食就會誘發(fā)“維生素A”缺乏導(dǎo)致的夜盲癥;而由于武器落后,沒有制空權(quán),大多只能依賴夜間行軍和作戰(zhàn),可想而知,患有夜盲癥對于整體戰(zhàn)局是極為不利的。此后,志愿軍戰(zhàn)士通過用松針(一種松樹的葉子)泡水喝,解決了維生素A缺乏的問題,扭轉(zhuǎn)了戰(zhàn)局,取得了最后的勝利。這里,由于維生素A是脂溶性維生素,盡管在松針中有一定含量,但其水溶性很差,為什么還有效果呢?就引入維生素“人體必需但用量很少”的特點(diǎn)。這樣環(huán)環(huán)相扣,不僅讓同學(xué)們對知識點(diǎn)有了更深入的理解,而且每次講解時(shí),都能夠看到一些同學(xué)眼圈濕潤,說明起到了很好的思政教育效果。

3.4 教學(xué)團(tuán)隊(duì)(Team)的立體化

本院的“生物化學(xué)”課程分為“生物化學(xué)I”和“生物化學(xué)II”,分別放置在大二的兩個學(xué)期先后開設(shè)。目前,生物化學(xué)的“立體化”教學(xué)理念已經(jīng)在“生物化學(xué)I”教學(xué)過程中得到了較好地實(shí)踐,并逐步向“生物化學(xué)II”拓展。本院成熟的生物化學(xué)I教學(xué)團(tuán)隊(duì)擁有“國家杰青”1人、“廣東省杰青”2人,其中教授1人,副教授4人。負(fù)責(zé)人和主要骨干教師年齡均在40～45歲,老中青搭配合理,團(tuán)隊(duì)富有活力。多次參加全國生物化學(xué)與分子生物學(xué)教學(xué)研討會,學(xué)習(xí)借鑒同行的優(yōu)秀教學(xué)理念和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。此外,邀請校內(nèi)外名師進(jìn)行教學(xué)類講座,分享和交流教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和理念:邀請校外專家擔(dān)任課程建設(shè)顧問,為本課程的建設(shè)出謀劃策;發(fā)揮本校作為綜合性大學(xué)的優(yōu)勢,邀請每年學(xué)校教學(xué)大賽理工醫(yī)科特等獎教師進(jìn)行講座交流教學(xué)經(jīng)驗(yàn),從多學(xué)科交叉的角度為生物化學(xué)的課程建設(shè)提供思路。

4 課程建設(shè)效果分析

運(yùn)用“立體化”的教學(xué)思路,本院“生物化學(xué)I”課程于2022年獲得廣東省本科一流(線下)課程認(rèn)定。在2022年的課程反饋評價(jià)中,93%的同學(xué)認(rèn)為“第二課堂”對于課程學(xué)習(xí)有幫助,且對生物化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣增加;對“生化歌曲大賽”、“創(chuàng)新創(chuàng)意大賽”和“課程總評”的優(yōu)良評價(jià)率(80分以上)分別達(dá)到90%、89%和97%(Fig.5A);“討論課”中所有同學(xué)以個人或小組的形式均參與課程的各項(xiàng)活動,參與度達(dá)100%,其中“科學(xué)辯論會”最受同學(xué)歡迎,優(yōu)良評價(jià)率(80分以上)達(dá)到96%,其他活動的優(yōu)良評價(jià)率(80分以上)也都在70%以上(Fig.5B)。負(fù)責(zé)人講授的生物化學(xué)I課程,獲得全校專業(yè)必修課(3797門)評教并列第一。這些結(jié)果說明,“立體化”的教學(xué)理念較好地促進(jìn)了課程建設(shè)和教學(xué)效果。

圖5 同學(xué)們對必修課和討論課的評價(jià)情況 (A)同學(xué)們對必修課及第二課堂評價(jià)80分以上的百分比;(B)同學(xué)們對討論課各個形式評價(jià)80分以上的百分比Fig.5 Evaluation of compulsory courses and discussion courses by classmates (A) The percent of students’ evaluation of compulsory courses and second class with a score of 80 or above; (B) The percent of students’ evaluations of various forms of discussion class with a score of 80 or above

5 討論

課程建設(shè)是一個漫長的過程,而教學(xué)理念是課程建設(shè)的靈魂。只有在實(shí)際教學(xué)中與時(shí)俱進(jìn)、不斷摸索、實(shí)事求是,才能找準(zhǔn)自身課程中需要解決的關(guān)鍵問題,從而獲得適合各自課程的教學(xué)理念與范式;而只有在合適的教學(xué)理念的指引下,課程建設(shè)才不會迷失方向,較快地達(dá)到建設(shè)目標(biāo)。本文從生物化學(xué)教學(xué)實(shí)踐中摸索出的“實(shí)事求是(FACT)的立體化教學(xué)理念”,較好地適應(yīng)了本院生物化學(xué)課程建設(shè)和教學(xué)實(shí)踐,大大推動了課程建設(shè),并獲得了同行教師和本校學(xué)生的認(rèn)可。在實(shí)踐的過程中,應(yīng)注意以下幾點(diǎn)問題:

(1)兄弟院校應(yīng)針對自身情況合理設(shè)計(jì)課程內(nèi)容。不同學(xué)校對于生物化學(xué)課時(shí)安排是不同的,有些學(xué)校在一個學(xué)期的時(shí)間內(nèi)完成結(jié)構(gòu)生物化學(xué)和代謝生物化學(xué)的全部教學(xué)內(nèi)容,而中山大學(xué)是將生物化學(xué)作為兩門課程I和II獨(dú)立開設(shè)在兩個學(xué)期分別完成。因此,本文建議的教學(xué)內(nèi)容主要針對生物化學(xué)I即結(jié)構(gòu)生物化學(xué)的內(nèi)容開設(shè),而教學(xué)理念則適合于整個生物化學(xué)課程。

(2)翻轉(zhuǎn)課堂需要適度開設(shè)。生物化學(xué)作為一門內(nèi)容多、難度高的課程,應(yīng)當(dāng)以教師講授為核心,翻轉(zhuǎn)課堂作為輔助手段,嚴(yán)格控制翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)時(shí)數(shù)[2],建議每個學(xué)期不超過總學(xué)時(shí)的10%。

(3)第二課堂內(nèi)容需要教師把關(guān)。生化歌曲大賽是同學(xué)們非常喜愛的第二課堂活動,但近兩年出現(xiàn)了過分追求演唱而忽視生化知識點(diǎn)內(nèi)容的趨勢。教師在指導(dǎo)同學(xué)進(jìn)行創(chuàng)作的過程中,應(yīng)堅(jiān)持生化內(nèi)容為核心的正確導(dǎo)向,不能本末倒置。

總之,希望該教學(xué)理念可以為兄弟院校的生物化學(xué)課程建設(shè)提供借鑒,打造各具高校自身特色的生物化學(xué)課程體系,為我國生物化學(xué)教學(xué)事業(yè)做出一點(diǎn)貢獻(xiàn)。