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生物化学和分子生物学作为一门基础学科在医学本科教学中具有非常重要的地位,是进一步学习、工作和科研的基础。因此历来受到教师和学生的普遍重视。然而,该学科涉及知识面较广,需要有广泛的自然科学根基,同时它又是一门实践性很强的学科,需要理论与实践的密切联系,这样才能帮助学生加深理解基本知识,增长基本技能。另外,由于该学科处于日新月异的迅猛发展之中,新理论、新技术层出不穷、目不暇接,所以怎样在新进展与经典原理方法间进行选择、加工传授给学生,使其有效地学到生物化学及分子生物学的基本知识,又为其进一步深入学习、研究打下一个坚实的基础,则是摆在我们每一个生物化学和分子生物学教育工作者面前的一项艰巨任务。鄙人正是出于此考虑总结教学中的点滴体会,略述拙见。
1 透澈理解相关学科,帮助学生建立网络式知识结构体系
(1)生物化学和分子生物是在有机化学、分析化学、细胞生物学等多学科基础之上发展起来的,所以要透澈领会生物化学的精髓,必需将这些相关学科的基本原理有机地贯穿到相应的原理和概念中去。经常有同学反映,该学科比较抽象难以理解,“翻开书后一看就明白,合上书后便记不起”等问题。归根结蒂是由于没有建立一个网络式的知识结构体系,使新的概念和原理恰当处置于已有的结构体系之中,这样才能达到真正的领会。现代教育学认为,人的理解活动是新的概念在已有认知结构上的重新构建。假如能从学科间的联系入手,讲解生物化学理论和实验就会促进学生正确地理解和掌握这些基本原理和基本技术过程。例如,在蛋白质的结构及性质有关原理及概念中,蛋白质的一级、二级、三级乃至四级结构间的关系的理解涉及到物理化学中自由能、熵,反应的热力学平衡及动力平衡等问题。讲清楚这些相关概念,就有可能帮助学生理解诸如“既然蛋白质的一级结构决定高级结构,那么变性的蛋白虽然没有破坏一级结构,但除去变性因素后为何很难再回复到天然结构?”这样一些疑问。再如,有关蛋白质沉淀、变性、凝固关系的解释。如果不从胶体化学和蛋白质结构的稳定性两方面入手,那么很难使解释具有说服力。由此可见,相关学科的基本原理与概念对于生物化学来说是多么的重要!
(2) 建立网络式知识结构体系,不仅指相关学科的渗透与借鉴,而且还要充分注意相应技术或原理的纵向发展过程,即科学发展史。“读史可以明志”。简要地了解有关学科的发展史,可以帮助学生很快地把握该学科的实质问题、学会思考、培养科研兴趣、观注学科动向、把握未来的发展前景,能对具体科研成果作出正确评价。例如在电泳教学中,我们知道电泳的历史并不长,但目前各种电泳技术却五花八门、各有优缺。如果我们能从其发展史着手,从原始的自由界面电泳开始向学生作以简要介绍,说明每次改进所要解决的主要问题,然后介绍当今比较常用的聚丙烯酰胺凝脉电泳技术的原理。这样,虽然花的时间不多,但却更能激发学生对该门技术的兴趣,培养他们分析问题和解决问题的实际能力。
2 提出有思考价值的问题,加强学生对相关知识的深刻理解
思考题,特别是一些耐人寻味的问题经常可以激发学生的学习兴趣,帮助它们积极思考、勤于探索,并使所学知识连结成为一个有机的整体。兹以实际工作中的点滴体会为例。在酶Km值简易测定法中,我们知道所测得的反应速度总会比该底物浓度时的即时反应速度低。那么,就会自然问,这种偏差会不会对实验所测得的Km及Vmax值产生影响,如果会这种影响是什么?另一方面,如果不再增加实验的复杂性,我们有没有办法对数据进行一定的处理或较正以尽可能地接近真实的Km 或Vmax 呢?我发现学生对第一个问题给出了很多可能的解答,并说明了原因,其深入的程度是我所始料不及的。课上我对其进行了简单的评述,而且给出了后一问题的处理方法。利用微积分方法得出底物浓度、Km、Vmax 间精确的数学关系,这样就会减少乃至消除这种不良影响。通过这种提问和解答学习成了一种小规模的探索过程,让学生积极地参与这一过程,对于提高他们对基础理论的理解、增长分析解决问题的能力无疑是大有裨益的。其实,国外教育家所提出的“发现教学法”就是积于这一点出发的,只是由于我国的具体情况不宜全盘照搬国外的做法,但我们可以在有限的范围内发掘这种教育方法的优势,提高教学质量。
另外,例如在重金汞作为唾液淀粉酶抑制剂一实验时,学生已基本理解抑制作用和变性现象。于是我们不妨改变思路,提出这样一问题:既然人们已经知道重金属汞可以作蛋白变性剂,而此实验却讲汞是作为抑制剂起作用的,你觉得应为何种作用,怎样验证你的结论?学生在解答此问题时,就必需仔细区分抑制作用和变性作用在蛋白质结构、功能上表现出来的差异,进而由此出发推理汞对的唾液淀粉酶作用,并设计实验验证这种设想。由此可见,善于从实际工作中发现问题、提出问题,可以强烈地激发学生的思考积极性。这正如爱因斯坦所说的“发现问题比解决问题更重要,因为发现问题是科学创新的源泉,而解决它或许只是一个技术问题”。我们如果把这种科研精神,从细微之处贯彻到我们的教学活动中去,那将是很有益的。这里,我们应避免当前国内大多生化教程在处理此类问题时所共同具有的一个缺陷,即只是大量科学数据的罗列,未能把握其中更有价值的思想和意义,这不能不说是个遗憾。
3 善于归纳总结,高瞻远瞩地讲解有关知识
我们知道,作为任何一门学科其中具体的技术、数据很多。当然,我们不能否认这些数据和具体技术的重要性,但我们同时不应被这些浩如烟海的数据所淹没,而是要从更高层次上认识这些事物,归纳总结出有规律的东西, 使具体数据或技术仅为该规律的具体例证,而不能就事论事,就数据(技术)论数据(技术)。否则我们始终只是技术的仆人,难于做到大的创新。我国古人也强调“授人以渔”,教授给学生更为重要的知识,使他们能做到举一反三、触类旁通。要达到此目的,教师就必需对所讲授的知识进行透澈的理解,从这些具体的技术和数据中抽取具有普遍性和规律性的东西,讲授给学生。能否做到去粗存精、去伪存真,这也许就是一个技术人员和科学大师的分野了。
例对于cAMP诸多功能的解释中,美国作家Lubert Stryer在他所著的《生物化学中》一书中将其称为“一种古老的饥饿信号”。我们知道,cAMP不仅是高等动物中一个重要的信号分子,同时在低等原核生物中也是如此,所以可谓“古老”;同时,细胞中cAMP水平的升高表明了细胞能量的缺乏,其产生的结果是引起能量物质的分解和利用,此可谓“饥饿”的信号。所以这种对cAMP的概括真可叫“绝”。
再举一例,聚丙烯酰胺凝胶电泳作为一种目前常用的电泳技术可能无人不晓。但对于一个生物化学的门外汉来说不能说不复杂。怎样在短短的个半小时内给学生理出头绪,则需要动一番脑筋。本人在课上首先从电泳技术的发展史入手,简单回顾了自由界面电泳、薄膜电泳、凝胶电泳的发展经过、每种方法的优、缺点以及人们为此所进行的改进和创新。之后,简要向学生介绍了聚丙烯酰胺凝胶电泳(不连续系统)的工作原理和高分辨率产生的机理。最后,通过演示电泳装置,让学生了解这些机制是如何实现的。这样,用很少的时间传授给学生了一个三维的认识,既有纵向的历史,又有具体的深刻,比起纯粹具体详细的讲解聚丙烯酰凝胶技术更利用学生的理解以及日后的学习和发展,因为建立一个科学合理的知识框架,比起具体的细节知识显得更为重要。“假如一个人掌握了某一学科的基本知识和技能并且学会了独立思考,那么,比起那些以获得具体知识为目的人来将会更能适应变化和发展。”
4 指导学生建立科学的思维方法,培养他们的非智力因素
科学的思维方法在学习、工作及科学研究中的重要意义无须累述,但怎样帮助学生建立却不是件易事。当然,这需要多途经多方便的培养与教育,但在分子生物学和生物化学课程中,我们要从自己的具体的工作中展示给学生一个正确的合理的科学思维。讲解上,我们如何从现象入手,介绍前人的发现经过;实践中,我们怎样引导学生去对实验现象进行分析,论证结论的正伪。这些都会关系到最终教学目标的实现与否。我们也不难发现,真正能赢得学生赞扬的好教师、好教授大都是这一方面的典范。也许,今天我们拿着某一学科的教科书会觉得有些苦涩,但听某位杰出学者讲课却觉得信心澎湃,其中原因何在?就是因为在我们把知识浓缩成教材的时候,也同时失去了实际科学工作中的苦涩和甘甜(这也许才是科学真正的光辉所在),科学家面对困难的坚韧与柳暗花明的喜悦。这种缺乏也自然地反应了科学思维的缺乏。其实,正是这些非智力的因素才真正激励人们前赴后继为之奋斗!现在越来越多的人认识到了非智力因素的重要性,因为智力因素是人难以改变的,而在同样的条件下,良好的情感因素加上正确的思维方法则能结出硕果。我们希望这种情感教育能受到足够的重视。有人说“爱好是最好的老师”,一点不过份。科学史上这样的例子不胜枚举,相反,要是没有爱好,没有这些非智力因素,也许就没有今日发达的科学技术了。
以上几点仅为本人教学的切身感受,尚有许多由于篇幅关系不便详述。总之,如果我们每个科技工作者、教育者能从长远的发展着眼,潜心分析总结我们的教学工作,不断努力提高教育质量,一定能为我国的科技事业作出更大的贡献。
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