淺談如何將生物化學(xué)融入公選課微生物與人類生活課程

梁簫　李文娟　付元帥　馮建彬　邱高峰

摘要：本文從微生物學(xué)發(fā)展史、微生物發(fā)酵、微生物學(xué)前沿研究三個方面探討如何將生物化學(xué)的知識點融入到公選課微生物與人類生活的教學(xué)內(nèi)容中，從而滿足學(xué)生的求知欲望，提高學(xué)生對公選課的興趣。

關(guān)鍵詞：生物化學(xué)；微生物；人類生活；教學(xué)內(nèi)容；融合

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）41-0188-02

21世紀(jì)的高等教育著重素質(zhì)教育。在教學(xué)中拓寬學(xué)生的知識層面、優(yōu)化學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)、促進學(xué)生的個性發(fā)展是素質(zhì)教育的核心內(nèi)容。公共選修課是大學(xué)教育的重要組成部分，同時也是大學(xué)素質(zhì)教育的“前沿陣地”。微生物與人類生活是一門由筆者主講的面向在校大學(xué)生的公共選修課，同時也是一門交叉性綜合學(xué)科。這門課程從開設(shè)初期起就將素質(zhì)教育、綜合教學(xué)作為教學(xué)根本，做到一方面迎合海洋類高校的學(xué)科特點，普及學(xué)科知識；另一方面迎合非專業(yè)學(xué)生的喜好，讓學(xué)生能夠?qū)W以致用[1]。經(jīng)過幾任教師的努力，微生物與人類生活在本科生中已經(jīng)成為一門熱門課程。隨著課程的被喜愛度的不斷提高，選這門的學(xué)生群體也發(fā)生了變化。以往平均每學(xué)期100名選修學(xué)生中，大多數(shù)來自國貿(mào)、社工、社保、會計、日語等文科專業(yè)，而具有生物學(xué)基礎(chǔ)的生物、食品以及海洋專業(yè)的學(xué)生只占總數(shù)的20%左右[1]?，F(xiàn)在，這些生物、食品以及海洋專業(yè)選修本課的學(xué)生卻占據(jù)了總選修人數(shù)的60%左右。短短一年間，這樣的變化讓筆者感到很是震驚。同時，也讓筆者不得不對現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容進行重新的思考。2015年4月，筆者有幸參加了全國高校教師網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)，在線培訓(xùn)的課程是《生物化學(xué)》，主講教師是南京大學(xué)的楊榮武老師。此次培訓(xùn)使筆者茅塞頓開，針對微生物與人類生活的教學(xué)內(nèi)容的改善上，有了一些新的想法?！叭绾卧诠x課微生物與人類生活的課程內(nèi)容中跟好的融入生物化學(xué)專業(yè)知識”成為筆者接下來要去面對的挑戰(zhàn)。

一、在緒論中融入生物化學(xué)發(fā)展史

生物化學(xué)是應(yīng)用化學(xué)的理論和方法來研究生命現(xiàn)象，是生物學(xué)和化學(xué)交叉形成的學(xué)科[2]。微生物學(xué)是生物學(xué)的分支學(xué)科之一，是研究各類微小生物形態(tài)結(jié)構(gòu)、生長繁殖、生理代謝、遺傳變異、生態(tài)分布和分類進化等生命活動的基本規(guī)律，并將其應(yīng)用于工業(yè)發(fā)酵、醫(yī)學(xué)衛(wèi)生和生物工程等領(lǐng)域的學(xué)科[1]。筆者在微生物與人類生活課程以往的教學(xué)過程中，緒論部分主要是通過介紹列文虎克、巴斯德、柯赫等學(xué)者在微生物學(xué)發(fā)展過程中的事跡，以及他們忘我的研究精神，讓學(xué)生了解微生物的發(fā)現(xiàn)以及微生物學(xué)建立的歷史背景。而其中的重要人物巴斯德，在生物化學(xué)發(fā)展史中也做出非常多的貢獻。正是由于巴斯德在解決發(fā)酵本質(zhì)的爭論中證明了發(fā)酵與活細(xì)胞有關(guān)才產(chǎn)生了生物化學(xué)這門學(xué)科。再如學(xué)生們所熟知的生物學(xué)家沃森和克里克，他們提出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，為生物化學(xué)以及分子生物學(xué)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。而在微生物學(xué)的發(fā)展史中，沃森和克里克雖然沒有直接參與到微生物的研究中，而他們發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的這一壯舉，為微生物作為生物化學(xué)以及分子生物學(xué)的研究對象做出了貢獻。同時使得微生物學(xué)的發(fā)展進入到了一個成熟的階段。通過在緒論：微生物學(xué)發(fā)展史的介紹中融入生物化學(xué)發(fā)展史的一個個活生生的例子，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)微生物與人類生活的興趣，同時也讓學(xué)生們深刻的感受到生物化學(xué)和微生物學(xué)之間密不可分的關(guān)系，為后面主題章節(jié)的深入介紹奠定了一個良好的基礎(chǔ)。

二、在解釋生活實例時融入生物化學(xué)專業(yè)知識

由于以往選擇微生物與人類生活課程的學(xué)生大多是非生物專業(yè)的學(xué)生，沒有接受過系統(tǒng)的生物學(xué)教育，對于微生物也只是了解其字面上的含義。所以筆者在課程內(nèi)容上進行了調(diào)整，在兼顧微生物學(xué)發(fā)展的前沿知識的同時，側(cè)重與日常生活密切相關(guān)的內(nèi)容。例如，筆者在之前的教學(xué)改革中將課程內(nèi)容歸納為八個專題、四個環(huán)節(jié)。在第三環(huán)節(jié)，“微生物是人類朋友”這一主題下，主要介紹了微生物在食品、環(huán)境、醫(yī)學(xué)等方面的應(yīng)用。同時，在教學(xué)過程中增添了許多生活實例和生活小竅門的介紹，將“學(xué)”和“用”巧妙地結(jié)合起來，讓學(xué)生感受到學(xué)習(xí)微生物的重要意義，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。其中，許多生活實例都與發(fā)酵有關(guān)。而發(fā)酵過程的初期又與生物化學(xué)糖酵解的過程密不可分。以前，筆者在介紹這部分內(nèi)容時只是簡單的講一下什么是糖酵解，或是簡單得介紹發(fā)酵過程中有哪些微生物參與。隨著學(xué)生組成的變化，這樣科普性的授課方式已經(jīng)不能滿足具有專業(yè)背景的學(xué)生的求知需要。那么，要怎樣做才能即滿足專業(yè)學(xué)生的求知欲，又不讓非專業(yè)學(xué)生感覺聽課像聽天書呢？

通過學(xué)習(xí)，筆者發(fā)現(xiàn)在講授微生物參與食品發(fā)酵這一過程時，除了要將生物化學(xué)中關(guān)于糖酵解過程的細(xì)致描述融入到課程中外，還可以將時下社會上流行的“酵素”引入到課程中來。通過對“酵素是什么？”、“酵素有哪些功效”、“食用酵素產(chǎn)品真的有效嗎”等問題的提出，將生物化學(xué)中關(guān)于酶的介紹融入到課程中。再通過講解，讓學(xué)生了解酵素即是酶，大部分的酶是蛋白質(zhì)，它參與了生物體的生命活動，同時在發(fā)酵過程中各種酶的參與促使糖酵解的發(fā)生以及后續(xù)產(chǎn)物的生成。了解了酶的概念以及特點，思維活躍的學(xué)生就會對“酶的添加是否會縮短發(fā)酵時間”，“食用酵素產(chǎn)品真的有效嗎”等問題做出自己的回答。通過生活實例的引入以及新知識點的融入，可以讓學(xué)生感受到，不管是專業(yè)還是非專業(yè)，掌握一定的生物化學(xué)知識以及微生物學(xué)知識可以讓自己的生活過得更好，從而提高了學(xué)生想要進一步學(xué)習(xí)微生物學(xué)以及生物化學(xué)的興趣。尤其是對于生命、水產(chǎn)、食品以及海洋專業(yè)的一年級的學(xué)生來說，提前接觸生物化學(xué)以及微生物學(xué)的專業(yè)知識，為他們在大學(xué)二年級選擇心儀的專業(yè)，更好地學(xué)習(xí)專業(yè)課做了良好的鋪墊。

三、通過學(xué)習(xí)前沿科學(xué)研究成果，將微生物學(xué)與生物化學(xué)進行融合

由于筆者所在大學(xué)是海洋類的高校，所以在之前的教學(xué)內(nèi)容改革中，筆者將最后一個環(huán)節(jié)設(shè)定為關(guān)于海洋微生物的介紹。主要是介紹海洋微生物中的微藻，如螺旋藻，對人類健康帶來的影響；另一方面介紹海洋細(xì)菌這一微小生物群體，在海洋中形成微生物膜，從而使得很多污損生物，例如：貽貝、藤壺等附著于橋墩、水電站排水口等設(shè)施上，最終影響人類生活安全。這些內(nèi)容雖然貼近了學(xué)校的特色學(xué)科，在理論上做到了特色教學(xué)，但是由于內(nèi)容過于專業(yè)、教學(xué)形式上也往往都是通過圖片或是口述的方式將信息傳遞給學(xué)生，使得這部分的內(nèi)容顯得格外的枯燥、無趣，或難以理解。其實，微生物一直以來都是人類進行生命科學(xué)研究的對象之一，從大腸桿菌到流感病毒，再到可發(fā)光的海洋微生物，這些前沿的研究在教材中并不能一一呈現(xiàn)，但在生活中卻是能夠感受和體會得到的。為了讓學(xué)生對這些前沿的研究成果有一定的了解和認(rèn)識，使學(xué)生更深刻體會到微生物學(xué)與生命科學(xué)、生物化學(xué)的緊密聯(lián)系，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情，提高課堂教學(xué)質(zhì)量，筆者利用身邊的科研項目優(yōu)勢以及強大的網(wǎng)絡(luò)資源，查找相關(guān)的文獻資料，利用2課時左右的時間，與學(xué)生一起討論一篇或者一個有關(guān)海洋微生物方面的最新研究成果。例如，今年筆者在課堂上和學(xué)生們分享了一個由美國威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的動物學(xué)家Margaret McFall-Ngai團隊所開展的關(guān)于夏威夷短尾烏賊與發(fā)光細(xì)菌費氏弧菌形成共生關(guān)系的研究。在這個研究中，學(xué)生們了解到剛出生的夏威夷短尾烏賊身體下面布滿黏液的纖毛可以產(chǎn)生一股吸引細(xì)菌的“洪流”，當(dāng)海水中的費氏弧菌第一次接觸它時，很多烏賊的基因表達水平發(fā)生了改變。其中一部分基因能夠產(chǎn)生抗菌蛋白，而這些抗菌蛋白為費氏弧菌創(chuàng)造了一個除了它以外，其他任何微生物都不適合生存的微小環(huán)境，使得只有費氏弧菌可以生存下來。而另一部分基因表達產(chǎn)生一些酶，這些酶可以將烏賊黏液分解，分解產(chǎn)物將成為細(xì)菌生長的營養(yǎng)物質(zhì)。而更神奇的是，這些基因表達的改變只需要5個費氏弧菌就可以實現(xiàn)。費氏弧菌利用這一特點很快便占領(lǐng)了烏賊的纖毛區(qū)，同時遷移到夏威夷短尾烏賊的光器官，這些細(xì)菌一旦到達便可以使纖毛細(xì)胞增殖，使該器官體積和密度變大，并將這些細(xì)菌包圍起來。寄宿著費氏弧菌的光器官能夠形成許多光線，同時發(fā)光器所產(chǎn)生的神經(jīng)細(xì)胞中得蛋白質(zhì)也能夠感受到這些光線，感覺上就像這種烏賊裝配著活生生的一對“可視手電筒”。這讓生活在深海的夏威夷短尾烏賊擁有了像變色龍改變皮膚顏色一樣的功能，通過這種高超的“隱形”工具，烏賊可以很容易獲得食物。而費氏弧菌與夏威夷短尾烏賊這種共生不僅是幫助短尾烏賊獲得“隱形”工具，而且能和免疫系統(tǒng)相互作用，調(diào)節(jié)短尾烏賊生物鐘，甚至改變?yōu)踬\的身體結(jié)構(gòu)，影響其早期發(fā)育過程。

這一研究的分享在學(xué)生中引起了不小的轟動。非專業(yè)的學(xué)生被夏威夷短尾烏賊的可愛形態(tài)所吸引，同時也為美國團隊26年來的不懈探索的研究精神感到敬佩。專業(yè)學(xué)生和那些思維活躍的學(xué)生對于這個研究的每一個環(huán)節(jié)都很感興趣，尤其是對于實驗技術(shù)，尤其是如熒光蛋白標(biāo)記之類的生物化學(xué)技術(shù)，以及結(jié)果分析上會提出一個又一個的“為什么”。這樣的教學(xué)方法的改變以及融合，通過實踐發(fā)現(xiàn)，促使許多專業(yè)學(xué)生或者是思維活躍的學(xué)生對于科學(xué)研究產(chǎn)生了濃厚的興趣，有些學(xué)生甚至?xí)鶕?jù)老師所介紹的研究中的某個點發(fā)揮自己的想象，自己設(shè)計題目，申請科技創(chuàng)新項目。而那些非專業(yè)的學(xué)生也因為這樣的教學(xué)方式拓展了自己的視野和知識范疇。

四、結(jié)語

教學(xué)內(nèi)容是一門課程的重要組成部分，尤其是對于一門綜合素質(zhì)培養(yǎng)的公選課來說就尤為重要。為了迎合學(xué)生組成的變化，平衡學(xué)生的求知欲望，結(jié)合筆者在全國高校教師網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)在線培訓(xùn)的學(xué)習(xí)心得，在保證微生物與人類生活課程體系完整的基礎(chǔ)上，從以上三個方面融入生物化學(xué)的內(nèi)容，讓學(xué)生從不同的角度全方面的學(xué)習(xí)。實踐表明，此次“融入”達到了一定的教學(xué)效果，同時課程內(nèi)容的前沿性、創(chuàng)新性也得到了不斷地提高。

參考文獻：

[1]梁簫，李文娟，許丹，馮建彬，邱高峰.海洋類高校微生物與人類生活公選課的教學(xué)改革與實踐[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（5）.

[2]康海霞，馮勛，付玉琴.生物化學(xué)與有機化學(xué)課程內(nèi)容的有機融合[J].廣州化工，2015，42（1）.