高级生物化学在工科院校的课程创新与实践
2022-06-08
摘 要 高级生物化学是生物工程相关专业研究生的一门基础课程，为培养生物技术专业人才的创新性和综合能力奠定理论基础。本文通过对该课程教学的探索，提出从教材的选择、教学模式的优化、网络资源的利用及开放式实践的有效开展四个方面进行改进，使该课程真正满足知识经济时代工科院校培养研究创新型人才的需求。
关键词 高级生物化学 教学 理论 创新 实践
中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.04.049
在工科院校中，“高级生物化学”是微生物学、发酵工程和生化与分子生物学专业研究生的重要基础课程，是连接“生物化学”和“分子生物学”的桥梁。它既是本科“生物化学”课程的提高和深华，又是研究生阶段 “分子遗传学”、“分子生物学”等课程的基础。课程的目的是强化和拓宽研究生生物化学的基本理论知识，多角度地认识生物化学的基本原理和现象，并在此基础上强化生物化学的实验理论、技能和分析能力，为研究生研究实验设计的合理性奠定基础。在工科院校中，“高级生物化学”课程主要涉及蛋白质结构功能、蛋白质稳定性、蛋白质合成与运输、基因与基因组学、蛋白质组学、代谢组学等章节的内容。近年来，生物化学领域的新进展、新发现层出不穷，高级生物化学成为生命科学领域极其活跃的带头学科。对于一些应用型的工科院校，高级生物化学课程将蛋白质化学和组学相关的基础理论及前沿进展传授给学生，培养善于理论学习，长于工程实践，勇于集成创新的应用型生物技术人才。
1教材中英文结合
目前高级生物化学学科发展迅速，新知识新技术不断更新换代。目前唯一的高级生物化学教材是李关荣主编的高等学校规划教材《高级生物化学》，①内容涉及蛋白质结构、功能、寻靶、基因与染色体、基因技术、生物膜与跨膜转运、生物信息转导、基因表达调控、代谢调节策略等，偏重理论知识的讲授。相对高级生物化学，生物化学课程的教材则很多，包括王镜岩主编的《生物化学》②（高等教育出版社，2002年出版），于晓虹主编的《生物化学》③（浙江大学出版社，2012年出版，面向21世纪精品课程教材，全国高等医药教育规划教材），刘国琴主编的《生物化学》④（中国农业大学出版社，2011年出版）等。王镜岩主编的《生物化学》内容全面，讲解细致，一直作为本科教学的典范，在本科院校的生物化学课程中广泛采用，但作为工科院校的研究生教材，该教材一来与本科教学重复，二来内容过于基础，缺乏前沿性。于晓虹主编的《生物化学》，内容着重阐述人体基础生物化学知识，为远程专升本教材，内容与本科教材有所区别，编写着重符合这专升本学生的需要，不适合作为研究生的教材。刘国琴主编的《生物化学》是面向生物学专业本科生编写的理科教材，内容包括三部分：首先，重点讨论了蛋白质、核酸、酶、糖类和脂质等生物大分子的结构、功能以及结构与功能之间的关系，同时介绍了这些生物大分子的重要生物化学性质及相关分离、分析技术的基本原理和应用特点；其次，对糖类、脂质、氨基酸、核苷酸的分解代谢和合成代谢及其代谢调节进行了系统、概要介绍；最后，主要以原核生物为例讨论了从DNA到RNA再到蛋白质的遗传信息流的分子机制。该教材内容上和王镜岩主编的《生物化学》有相似之处，适合选作生物学专业和生物技术专业教材，也适合生命科学相关学科，如医药、食品、农林等领域本科生使用。
除了以上教材，David Hames编著，王学敏等翻译的《生物化学》⑤（第3版·中译版）全书共13章，分别是：细胞结构与成像、氨基酸与蛋白质、酶、抗体、生物膜与细胞信号、DNA的结构与复制、RNA合成与加工、蛋白质合成、重组DNA技术、糖代谢、脂质代谢、呼吸和能量、氮代谢。该书属于精要速览系列丛书，是国外畅销教材，该书结构新颖，视角独特，重点明确，脉络分明，图表简明清晰，适合作为工科院校研究生教材。同时，由于研究生教学对于英语的阅读能力也具有较高要求，因此还可配合英文版作为课外阅读教材，也便于双语教学和国外客座教授的讲学。
2教学模式以启发式引导为主线
高级生物化学是一门抽象的学科，因此在教学中加入形象生动的flash动画，使学生对生物化学相关蛋白质、核酸等结构与功能的关系、分子作用机理等概念的理解更为深入；同时通过大量生物化学相关小电影的优美画面引起学生对该课程的浓厚兴趣。在课堂教学导入部分采用老师提问学生回答，通过案例进行启发教学的模式，在此环节，提问可引发学生自主思考，通过学生的各种答案教师引出需要讲授的内容，该方法可大大调动学生的学习积极性。在整个课堂教学中，摒弃传统的以教为主的模式，把学放在首位，对特定原理的学习采用探究式教学的方法。
在老师讲解基础知识的基础上，引入课堂讨论环节，议题与生物化学基本理论和概念充分结合，与本学科的发展与应用紧密联系，通过对前沿问题的讨论可激发学生的兴趣并发挥主观能动性，为进一步的深入学习奠定良好的基础。在课堂讨论环节，老师可安排讨论的题目供学生选择，也可由学生根据兴趣自由选题，然后公开宣讲，老师和同学既是听众，也是讨论的参与者，通过提问、讨论和解决问题，拓宽学生的眼界和思路。老师应及时对讨论过程进行点评，一方面充分肯定学生显示的创造性思维能力，一方面对思维中的不足进行纠正。课堂讨论环节可培养学生创新创造、分析解决问题的能力，同时也促使老师自我知识不断丰富和补充。
与此同时，将学术报告引进课堂，每个班级的生物化学课程均邀请1～2位国内外生物化学领域的知名专家为研究生做学术报告。这些多样的学术报告，既让研究生了解了生物化学学科的前沿进展，又让学生有了学术交流的机会，还可培养学生的科研思维和科学精神。
3充分利用网络资源
高级生物化学的发展日新月异，互联网累积了海量的生物信息资源，将对我们的教学工作起到非常重要的作用。在高级生物化学课程的教学中强调互联网资源运用的重要性，通过学生网络应用的亲身体验唤起学生的求知欲，在课堂教学过程中，对常用数据库进行介绍，提高学生信息收集和辨别的技巧和能力。例如，目前大多数的蛋白质序列结构和功能方面的信息都可以直接从网络公共数据库中得到，其中最常用的核苷酸序列数据库包括GenBank、EMBL、DDBJ 等，这些数据库中还同时包括了大量与序列直接相关的注释信息，方便学生从中获得需要的知识。另外，蛋白分析专家系统ExpertProtein Analysis System（简称ExPASy，http：//www.expasy.ch，隶属于瑞士生物信息学研究所，国际上蛋白质组和蛋白质分子模型研究中心）可为用户提供大量蛋白质信息资源。因此，在高级生物化学的教学中首先详细介绍一些数据库的使用方法，再通过具体举例使同学掌握基本的查询方法和结果分析方法，并通过布置课后作业，使学生通过自己的实践更好地掌握数据库的运用方法。
4开放式实践教学贯穿始终
高级生物化学的理论知识相对比较抽象，对于初涉该专业的研究生而言较难理解，在理论教学中穿插大量实例是达到良好教学效果的必由之路。首先在教学过程中加入教师亲身经历的实验事例，例如根据工科院校背景重点讲解酶制剂的分子改造实例，使学生通过实例学习更好地掌握该课程的精髓，提高分析解决实际问题的能力。
在实践教学方面，由于在本科阶段生物化学课程的讲授中已按排了生物化学基本单元操作实验，如蛋白质的两性反应和等电点的测定、凝胶过滤层析测定蛋白质的相对分子质量、总含氮量的测定—微量凯氏定氮法、紫外分光光度法测定核酸含量、糖化型淀粉酶活力的测定及、酶作用的专一性、酶的激活和抑制、碘乙酸抑制糖酵解、底物浓度对酶活性的影响—蔗糖酶米氏常数的测定、蛋白酶活力的测定、酵母蔗糖酶的纯化及其酶性质的研究等。因此在高级生物化学的实践教学中，不再安排单独的实验单元操作，而采取开放式实践教学模式，即选定相关学院生物化学方面相关老师所在的实验室作为开放实验室，对有兴趣的学生进行时间、空间、内容和方法均开放的培训，通过一些小实验的自我设计和验证激发学生的学习热情，以达到更好的教学效果。同时通过开放性实验，使研究生对于整个实验的设计和操作更为理解，可为研究生进一步的课题选择奠定基础。
5 结语
高级生物化学是生物工程相关专业硕士研究生的一门基础课程，为培养生物技术专业人才的创新性和综合能力奠定理论基础。该课程涉及生物化学的抽象理论，同时和实践常识相关里，对于培养学生的创新性和开拓精神是非常有帮助的。通过对教材、教学模式等方面的改革，可在教学过程中把最新的信息、方法向学生展示，从而开拓学生的视野；还可以通过互动教学，充分调动学生积极性，培养了学生的综合能力。同时通过实验内容将理论知识变为感性知识，充分提高学生的学习兴趣。
€L芸翁馐艿浇帐？013年度研究生教育教学改革研究与实践课题“培养研究生创新思维的《高级生物化学》课程教学改革与实践JGZZ13_070”支持
关键词 高级生物化学 教学 理论 创新 实践
中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.04.049
在工科院校中，“高级生物化学”是微生物学、发酵工程和生化与分子生物学专业研究生的重要基础课程，是连接“生物化学”和“分子生物学”的桥梁。它既是本科“生物化学”课程的提高和深华，又是研究生阶段 “分子遗传学”、“分子生物学”等课程的基础。课程的目的是强化和拓宽研究生生物化学的基本理论知识，多角度地认识生物化学的基本原理和现象，并在此基础上强化生物化学的实验理论、技能和分析能力，为研究生研究实验设计的合理性奠定基础。在工科院校中，“高级生物化学”课程主要涉及蛋白质结构功能、蛋白质稳定性、蛋白质合成与运输、基因与基因组学、蛋白质组学、代谢组学等章节的内容。近年来，生物化学领域的新进展、新发现层出不穷，高级生物化学成为生命科学领域极其活跃的带头学科。对于一些应用型的工科院校，高级生物化学课程将蛋白质化学和组学相关的基础理论及前沿进展传授给学生，培养善于理论学习，长于工程实践，勇于集成创新的应用型生物技术人才。
1教材中英文结合
目前高级生物化学学科发展迅速，新知识新技术不断更新换代。目前唯一的高级生物化学教材是李关荣主编的高等学校规划教材《高级生物化学》，①内容涉及蛋白质结构、功能、寻靶、基因与染色体、基因技术、生物膜与跨膜转运、生物信息转导、基因表达调控、代谢调节策略等，偏重理论知识的讲授。相对高级生物化学，生物化学课程的教材则很多，包括王镜岩主编的《生物化学》②（高等教育出版社，2002年出版），于晓虹主编的《生物化学》③（浙江大学出版社，2012年出版，面向21世纪精品课程教材，全国高等医药教育规划教材），刘国琴主编的《生物化学》④（中国农业大学出版社，2011年出版）等。王镜岩主编的《生物化学》内容全面，讲解细致，一直作为本科教学的典范，在本科院校的生物化学课程中广泛采用，但作为工科院校的研究生教材，该教材一来与本科教学重复，二来内容过于基础，缺乏前沿性。于晓虹主编的《生物化学》，内容着重阐述人体基础生物化学知识，为远程专升本教材，内容与本科教材有所区别，编写着重符合这专升本学生的需要，不适合作为研究生的教材。刘国琴主编的《生物化学》是面向生物学专业本科生编写的理科教材，内容包括三部分：首先，重点讨论了蛋白质、核酸、酶、糖类和脂质等生物大分子的结构、功能以及结构与功能之间的关系，同时介绍了这些生物大分子的重要生物化学性质及相关分离、分析技术的基本原理和应用特点；其次，对糖类、脂质、氨基酸、核苷酸的分解代谢和合成代谢及其代谢调节进行了系统、概要介绍；最后，主要以原核生物为例讨论了从DNA到RNA再到蛋白质的遗传信息流的分子机制。该教材内容上和王镜岩主编的《生物化学》有相似之处，适合选作生物学专业和生物技术专业教材，也适合生命科学相关学科，如医药、食品、农林等领域本科生使用。
除了以上教材，David Hames编著，王学敏等翻译的《生物化学》⑤（第3版·中译版）全书共13章，分别是：细胞结构与成像、氨基酸与蛋白质、酶、抗体、生物膜与细胞信号、DNA的结构与复制、RNA合成与加工、蛋白质合成、重组DNA技术、糖代谢、脂质代谢、呼吸和能量、氮代谢。该书属于精要速览系列丛书，是国外畅销教材，该书结构新颖，视角独特，重点明确，脉络分明，图表简明清晰，适合作为工科院校研究生教材。同时，由于研究生教学对于英语的阅读能力也具有较高要求，因此还可配合英文版作为课外阅读教材，也便于双语教学和国外客座教授的讲学。
2教学模式以启发式引导为主线
高级生物化学是一门抽象的学科，因此在教学中加入形象生动的flash动画，使学生对生物化学相关蛋白质、核酸等结构与功能的关系、分子作用机理等概念的理解更为深入；同时通过大量生物化学相关小电影的优美画面引起学生对该课程的浓厚兴趣。在课堂教学导入部分采用老师提问学生回答，通过案例进行启发教学的模式，在此环节，提问可引发学生自主思考，通过学生的各种答案教师引出需要讲授的内容，该方法可大大调动学生的学习积极性。在整个课堂教学中，摒弃传统的以教为主的模式，把学放在首位，对特定原理的学习采用探究式教学的方法。
在老师讲解基础知识的基础上，引入课堂讨论环节，议题与生物化学基本理论和概念充分结合，与本学科的发展与应用紧密联系，通过对前沿问题的讨论可激发学生的兴趣并发挥主观能动性，为进一步的深入学习奠定良好的基础。在课堂讨论环节，老师可安排讨论的题目供学生选择，也可由学生根据兴趣自由选题，然后公开宣讲，老师和同学既是听众，也是讨论的参与者，通过提问、讨论和解决问题，拓宽学生的眼界和思路。老师应及时对讨论过程进行点评，一方面充分肯定学生显示的创造性思维能力，一方面对思维中的不足进行纠正。课堂讨论环节可培养学生创新创造、分析解决问题的能力，同时也促使老师自我知识不断丰富和补充。
与此同时，将学术报告引进课堂，每个班级的生物化学课程均邀请1～2位国内外生物化学领域的知名专家为研究生做学术报告。这些多样的学术报告，既让研究生了解了生物化学学科的前沿进展，又让学生有了学术交流的机会，还可培养学生的科研思维和科学精神。
3充分利用网络资源
高级生物化学的发展日新月异，互联网累积了海量的生物信息资源，将对我们的教学工作起到非常重要的作用。在高级生物化学课程的教学中强调互联网资源运用的重要性，通过学生网络应用的亲身体验唤起学生的求知欲，在课堂教学过程中，对常用数据库进行介绍，提高学生信息收集和辨别的技巧和能力。例如，目前大多数的蛋白质序列结构和功能方面的信息都可以直接从网络公共数据库中得到，其中最常用的核苷酸序列数据库包括GenBank、EMBL、DDBJ 等，这些数据库中还同时包括了大量与序列直接相关的注释信息，方便学生从中获得需要的知识。另外，蛋白分析专家系统ExpertProtein Analysis System（简称ExPASy，http：//www.expasy.ch，隶属于瑞士生物信息学研究所，国际上蛋白质组和蛋白质分子模型研究中心）可为用户提供大量蛋白质信息资源。因此，在高级生物化学的教学中首先详细介绍一些数据库的使用方法，再通过具体举例使同学掌握基本的查询方法和结果分析方法，并通过布置课后作业，使学生通过自己的实践更好地掌握数据库的运用方法。
4开放式实践教学贯穿始终
高级生物化学的理论知识相对比较抽象，对于初涉该专业的研究生而言较难理解，在理论教学中穿插大量实例是达到良好教学效果的必由之路。首先在教学过程中加入教师亲身经历的实验事例，例如根据工科院校背景重点讲解酶制剂的分子改造实例，使学生通过实例学习更好地掌握该课程的精髓，提高分析解决实际问题的能力。
在实践教学方面，由于在本科阶段生物化学课程的讲授中已按排了生物化学基本单元操作实验，如蛋白质的两性反应和等电点的测定、凝胶过滤层析测定蛋白质的相对分子质量、总含氮量的测定—微量凯氏定氮法、紫外分光光度法测定核酸含量、糖化型淀粉酶活力的测定及、酶作用的专一性、酶的激活和抑制、碘乙酸抑制糖酵解、底物浓度对酶活性的影响—蔗糖酶米氏常数的测定、蛋白酶活力的测定、酵母蔗糖酶的纯化及其酶性质的研究等。因此在高级生物化学的实践教学中，不再安排单独的实验单元操作，而采取开放式实践教学模式，即选定相关学院生物化学方面相关老师所在的实验室作为开放实验室，对有兴趣的学生进行时间、空间、内容和方法均开放的培训，通过一些小实验的自我设计和验证激发学生的学习热情，以达到更好的教学效果。同时通过开放性实验，使研究生对于整个实验的设计和操作更为理解，可为研究生进一步的课题选择奠定基础。
5 结语
高级生物化学是生物工程相关专业硕士研究生的一门基础课程，为培养生物技术专业人才的创新性和综合能力奠定理论基础。该课程涉及生物化学的抽象理论，同时和实践常识相关里，对于培养学生的创新性和开拓精神是非常有帮助的。通过对教材、教学模式等方面的改革，可在教学过程中把最新的信息、方法向学生展示，从而开拓学生的视野；还可以通过互动教学，充分调动学生积极性，培养了学生的综合能力。同时通过实验内容将理论知识变为感性知识，充分提高学生的学习兴趣。
€L芸翁馐艿浇帐？013年度研究生教育教学改革研究与实践课题“培养研究生创新思维的《高级生物化学》课程教学改革与实践JGZZ13_070”支持