基于案例教學(xué)的生物化學(xué)課程教學(xué)設(shè)計
—— 以“蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能”為例

赫丁軒，徐 源，劉敏杰，喬新榮，王 琳

（信陽農(nóng)林學(xué)院 制藥工程學(xué)院，河南信陽 464000）

生物化學(xué)是運(yùn)用物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)等現(xiàn)代技術(shù)，在分子水平上研究生物的靜態(tài)物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)、生物體內(nèi)動態(tài)的化學(xué)變化以及這些物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化與生理功能之間關(guān)系的一門科學(xué)。生物化學(xué)是生物制藥的必修課，是農(nóng)林院校大多數(shù)本科專業(yè)的基礎(chǔ)核心課。生物化學(xué)的內(nèi)容涉及面廣、抽象難懂，此外，專業(yè)術(shù)語眾多，知識點(diǎn)瑣碎[1]。因此，在授課的過程中，教師可以充分利用討論式、啟發(fā)式、案例教學(xué)法等多種教學(xué)手段來豐富課程內(nèi)容，使抽象的課程內(nèi)容形象化，以增加學(xué)生對知識的理解。

目前，案例教學(xué)法已成為課程教學(xué)中普遍采用的一種方式，案例教學(xué)法起源于20世紀(jì)20年代，由美國哈佛商學(xué)院所倡導(dǎo)[2]。與傳統(tǒng)的教學(xué)方式不同，案例教學(xué)法由教師設(shè)計案例來教學(xué)，并鼓勵學(xué)生積極參與討論，以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、分析及解決問題的能力。教師在課堂上通過展示與人和動物的健康、生產(chǎn)、生活相關(guān)的圖片和視頻，如營養(yǎng)與健康、代謝性疾病的病因、預(yù)防和治療、保健品作用的真與偽、藥物的作用機(jī)制等實(shí)踐案例為出發(fā)點(diǎn)，在完成專業(yè)知識傳授的同時，可以潛移默化地培養(yǎng)和提高學(xué)生價值觀和精神素養(yǎng)。選擇的案例應(yīng)注意案例的一致性、廣泛性、真實(shí)性及實(shí)用性[3]。一致性要求教師選擇的案例能與教學(xué)內(nèi)容相契合，通過案例引導(dǎo)學(xué)生掌握、理解教學(xué)內(nèi)容并達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)。廣泛性指選擇的案例有一定的廣度和深度同時兼?zhèn)湟欢ǖ娜の缎?，面向不同專業(yè)的教學(xué)對象都能使他們進(jìn)行深入的討論。真實(shí)性是指選取的案例貼近現(xiàn)實(shí)生活，與生產(chǎn)實(shí)踐、科學(xué)研究、社會現(xiàn)象息息相關(guān)，將專業(yè)學(xué)習(xí)與學(xué)生將來的生活、工作緊密相連，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。實(shí)用性是指通過專業(yè)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，能增強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用生物化學(xué)的理論知識和實(shí)驗(yàn)技能解決實(shí)際問題的能力。這就需要我們提煉課程內(nèi)容，挖掘案例教學(xué)材料。如在講授緒論部分時，重點(diǎn)講授屠呦呦獲得提取青蒿素靈感的科學(xué)史，一方面使學(xué)生理解學(xué)習(xí)制藥專業(yè)的重要性；另一方面也告訴學(xué)生，在科研中要具有“不忘初心，艱苦奮斗”的匠心精神。在講解第三章蛋白質(zhì)化學(xué)時，結(jié)合氨基酸的元素組成分析三聚氰胺奶粉事件的起因，培養(yǎng)學(xué)生正確的誠信觀、“義與利”觀。在講第六章維生素的功能部分，讓學(xué)生分析 2 元錢維生素 C 藥片和百元維生素 C 保健品功能是否有區(qū)別，培養(yǎng)學(xué)生具有科學(xué)的判斷能力。在講第十二章糖代謝，通過田徑比賽大家比較熟悉的短跑、中跑和長跑項(xiàng)目中能量消耗問題，講述機(jī)體的不同供能方式；又如第十三章脂代謝，分析討論大口吃肉而視淀粉食物為洪水猛獸的減肥方法是否科學(xué)；通過糖尿病、酮尿癥這些案例和話題向?qū)W生宣傳了健康理念，引導(dǎo)樹立正確的審美觀，另一方面學(xué)習(xí)代謝疾病的機(jī)制。

為了更好地將案例材料融入課堂教學(xué)中，可以結(jié)合BOPPPS 模型六步教學(xué)法，即導(dǎo)言（Bridge-in）、學(xué)習(xí)目標(biāo)（Objective/Outcome）、前測（Pre-assessment）、參與式學(xué)習(xí)（Participatory Learning）、后測（Postassessment）和總結(jié)（Summary），以教學(xué)目標(biāo)導(dǎo)向、以學(xué)生為中心，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率[4]。在授課之前，將新聞報道、社會熱議、科研發(fā)現(xiàn)等實(shí)際案例作為導(dǎo)言引入本次課程的主講知識點(diǎn)，從學(xué)習(xí)者出發(fā)確定教學(xué)目標(biāo)，采用問答、集體討論知曉學(xué)生的先備知識，了解學(xué)情以便調(diào)整本堂課程教學(xué)任務(wù)的深度及進(jìn)度，讓課程目標(biāo)更有針對性[5]。

1 基于案例教學(xué)法的教學(xué)設(shè)計

1.1 學(xué)情分析

生物化學(xué)課程面向生物制藥專業(yè)大二學(xué)生開設(shè)，這個時期的學(xué)生由于尚未接觸專業(yè)課程相關(guān)知識，對自己的專業(yè)定位認(rèn)知不清晰。因此，將來源于日常生活、科學(xué)研究的教學(xué)案例融入專業(yè)課堂，既能提高學(xué)生綜合應(yīng)用知識的能力，又能進(jìn)一步激發(fā)出學(xué)生對于熱愛專業(yè)、服務(wù)專業(yè)的情懷。

本小節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)建立在學(xué)生對于氨基酸的分類、蛋白質(zhì)內(nèi)部的相互作用、常見的空間結(jié)構(gòu)以及變構(gòu)效應(yīng)等概念有了一定認(rèn)識的基礎(chǔ)上。但由于本節(jié)內(nèi)容涉及蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，內(nèi)容較為抽象，不好理解，所以采取案例教學(xué)法，使抽象的問題具象化，課堂教學(xué)的趣味性的提升不僅使學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解得到加深，還促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，使學(xué)生分析解決問題的能力得到有效提高。同時學(xué)生具有足夠的自學(xué)能力，但部分缺乏自學(xué)動力和自我監(jiān)督能力，教師可適當(dāng)增加前測和后測掌握學(xué)生學(xué)習(xí)程度，通過線上平臺發(fā)布練習(xí)、專題討論；微信群與學(xué)生互動，完成實(shí)時問題反饋。

1.2 教學(xué)內(nèi)容分析

教學(xué)目標(biāo)的內(nèi)容范圍與課程目標(biāo)應(yīng)該是相互促進(jìn)的，教學(xué)目標(biāo)依據(jù)課程目標(biāo)而設(shè)計，課程目標(biāo)也體現(xiàn)和連接于每一個教學(xué)目標(biāo)之中，教學(xué)目標(biāo)具體可從三個維度確立：知識目標(biāo)、能力目標(biāo)、素質(zhì)目標(biāo)[6]。但在過去教學(xué)大綱的教學(xué)目標(biāo)制定中，教師往往更注重知識目標(biāo)和能力目標(biāo)的設(shè)置和培養(yǎng)，而忽略了素質(zhì)目標(biāo)。素質(zhì)目標(biāo)的設(shè)置可依據(jù)不同學(xué)科或?qū)I(yè)的特征設(shè)置符合實(shí)際需求的課程素質(zhì)目標(biāo)。這就需要教師基于教學(xué)特征分解課程總目標(biāo)，形成多層次、多方面的目標(biāo)群，能夠體現(xiàn)不同的學(xué)科、專業(yè)、課程能夠培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知能力、知識結(jié)構(gòu)、思想行為特點(diǎn)、人生課題、就業(yè)需要等。應(yīng)用型本科的專業(yè)課程素質(zhì)目標(biāo)是具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，農(nóng)林類專業(yè)課程的素質(zhì)目標(biāo)就是要發(fā)揚(yáng)學(xué)農(nóng)愛農(nóng)的情懷，工科類專業(yè)課程的素質(zhì)目標(biāo)重在追求嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的作風(fēng)和精益求精的技術(shù)。

根據(jù)《教學(xué)大綱》的要求和學(xué)生已有的知識基礎(chǔ)和認(rèn)知能力，確定以下教學(xué)目標(biāo)。

（1）知識目標(biāo)：能運(yùn)用專業(yè)術(shù)語描述蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。

（2）能力目標(biāo)：具備對典型分子病機(jī)理的分析能力。

（3）素質(zhì)目標(biāo)：具有熱愛科學(xué)、實(shí)事求是的學(xué)風(fēng)，具有前沿視野、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維，具有良好的職業(yè)道德。

1.3 教學(xué)內(nèi)容分析

授課教材選用的是普通高等教育“十二五”國家級規(guī)劃教材《生物化學(xué)》分四大部分共21章，本節(jié)教學(xué)內(nèi)容屬于第一部分生物分子蛋白質(zhì)中的內(nèi)容。本節(jié)教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)如下。

（1）教學(xué)重點(diǎn)：蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與生物學(xué)功能。

（2）教學(xué)難點(diǎn)：一級結(jié)構(gòu)的改變未必影響蛋白質(zhì)的功能，解決重點(diǎn)和難點(diǎn)的關(guān)鍵在于本節(jié)內(nèi)容較為抽象，不好理解，所以采取案例教學(xué)法，使抽象的問題具象化。

1.4 教學(xué)過程設(shè)計

由于生物化學(xué)課程具有知識面廣、內(nèi)容抽象難懂、專業(yè)術(shù)語多的特點(diǎn)，且傳統(tǒng)的課堂 “以教師為中心”，只使用多媒體或板書進(jìn)行授課的教學(xué)模式，往往讓學(xué)生學(xué)習(xí)起來容易產(chǎn)生畏難情緒。因此，在教學(xué)過程中，教師可以將教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生為中心”，充分利用靈活、多元的教學(xué)方式來豐富課程內(nèi)容，將抽象的理論知識具象化，從而增加學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。如何讓學(xué)生梳理課堂知識脈絡(luò)，掌握課程基本原理、概念和方法，是生物化學(xué)教學(xué)中迫切需要解決的問題。同時，在生物化學(xué)課程教學(xué)中融入案例材料，挖掘?qū)I(yè)相關(guān)的科學(xué)精神和人文精神，將案例分析與科學(xué)知識融合講述，啟發(fā)學(xué)生能積極主動地通過查閱文獻(xiàn)、調(diào)查問卷、獨(dú)立思考和小組研討等活動，結(jié)合教師的總結(jié)點(diǎn)評，使學(xué)生的價值觀和科學(xué)素養(yǎng)均得到提升。

1.4.1 導(dǎo)入新課

本章節(jié)教師通過創(chuàng)設(shè)問題情景引入新課，拋出問題“你知道什么是鐮刀型細(xì)胞貧血癥嗎”，并利用多媒體展示正常血紅細(xì)胞和鐮刀形血細(xì)胞的形態(tài)，引入分子病的概念，把抽象的教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為與實(shí)際相關(guān)的案例，激發(fā)學(xué)生探究的好奇心和學(xué)習(xí)的興趣，引起注意，讓學(xué)生在輕松的氣氛中進(jìn)入本課的學(xué)習(xí)。

1.4.2 出示目標(biāo)

首先展示本節(jié)課整體的知識架構(gòu)，說明每一小節(jié)間的邏輯順序、主要環(huán)節(jié)、過渡銜接，讓學(xué)生對章節(jié)內(nèi)容有整體感知，并梳理鞏固自學(xué)內(nèi)容，再突出教學(xué)目標(biāo)和知識的重點(diǎn)、難點(diǎn)，以明確學(xué)習(xí)任務(wù)。并通過前測了解學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和知識儲備，知曉學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握情況。

1.4.3 講授新課

基于前一章節(jié)學(xué)習(xí)了氨基酸的分類和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)組成等學(xué)生已有知識背景，延伸導(dǎo)入鐮刀型貧血病案例，并在講授過程中設(shè)置3個問題：對應(yīng)3個知識點(diǎn)。

（1）以鐮刀型貧血病為案例，通過動畫展示正常血紅蛋白和異常血紅蛋白多肽鏈的一級結(jié)構(gòu)，并提出問題“鐮刀型貧血病人的血紅蛋白的一條β 鏈發(fā)生了什么變化?”讓學(xué)生觀察兩條多肽鏈的異同之處，接著問學(xué)生為什么血紅蛋白β 鏈一級結(jié)構(gòu)的改變會導(dǎo)致鐮刀形貧血病的產(chǎn)生，進(jìn)而通過圖片展示正常血紅蛋白和異常血紅蛋白多肽鏈的高級構(gòu)象，組織學(xué)生通過課堂討論蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)與高級結(jié)構(gòu)的關(guān)系，該案例表明即使多肽鏈中一個氨基酸殘基的改變，也會改變血紅蛋白的一級結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響β 鏈三級結(jié)構(gòu)的折疊，得出結(jié)論：蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)。

（2）分別以血紅蛋白和細(xì)胞色素C、胰島素為案例進(jìn)行對比講授。血紅蛋白的案例引出氨基酸的一級序列，是否對于一個特定的蛋白質(zhì)來說，其序列是絕對固定或不變？一級結(jié)構(gòu)是否一定會影響生物學(xué)功能？首先，血紅蛋白的案例啟示學(xué)生可能一個氨基酸的改變就導(dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變從而引起疾病。其次，展示不同種屬物種細(xì)胞色素C 的一級結(jié)構(gòu)，其一級結(jié)構(gòu)雖有不同，但三維結(jié)構(gòu)的整體構(gòu)象不變。根據(jù)細(xì)胞色素C 的案例啟示學(xué)生，對于一個特定的蛋白質(zhì)來說，其序列不是絕對固定或不變，由于蛋白質(zhì)存在多態(tài)性，部分氨基酸序列的改變即一級結(jié)構(gòu)的改變未必影響蛋白質(zhì)的功能。最后，胰島素的案例引導(dǎo)學(xué)生觀察從無活性的前胰島素原到胰島素原到形成有活性的胰島素一級結(jié)構(gòu)的改變，表明有時候必須改變一些蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)才能使蛋白質(zhì)具有功能。通過以上3個案例得出結(jié)論：一級結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)。同時這三個案例看似矛盾的現(xiàn)象正好是一個典型的辯證思維訓(xùn)練案例。

（3）以血紅蛋白的結(jié)構(gòu)為例，先提出問題關(guān)于血紅蛋白你還有哪些了解？通過問答引導(dǎo)學(xué)生回答血紅蛋白具有運(yùn)輸氧和二氧化碳的功能，再通過圖片展示血紅蛋白的高級結(jié)構(gòu)以及血紅蛋白與氧結(jié)合的部位，能夠更加直觀地展示血紅蛋白與氧結(jié)合前后其構(gòu)象的改變，再結(jié)合語言描述，使抽象難懂的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系變得具體易懂。該案例還可引至對血紅蛋白基因突變的結(jié)果分析，正常血紅細(xì)胞和異常血紅細(xì)胞表型的差異只是因?yàn)殓牭缎拓氀Y患者體內(nèi)的一個氨基酸因?yàn)榛蛲蛔兌淖?，但是鐮刀型貧血癥患者也因?yàn)榧t細(xì)胞異常而免受瘧原蟲的侵襲。因此，一個等位基因的突變并非完全沒有益處。機(jī)體為適應(yīng)環(huán)境，產(chǎn)生有效的組織修復(fù)，就必須承受可能發(fā)生疾病風(fēng)險。這些案例提示同學(xué)們應(yīng)該辯證地看待氨基酸序列與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系，辯證地看待疾病和生命體，尤其是人類生命體。

1.4.4 課堂練習(xí)與達(dá)標(biāo)后測

在這個環(huán)節(jié)中，教師就出現(xiàn)的知識設(shè)置1～2道練習(xí)題進(jìn)行測評，既強(qiáng)化了形成性評價和實(shí)時答疑環(huán)節(jié)，又提高了學(xué)生的代入感。

1.4.5 課堂總結(jié)

在課堂末尾進(jìn)行簡明扼要的內(nèi)容小結(jié)，可盡快把課堂教學(xué)講授的知識鞏固內(nèi)化為學(xué)生的能力素質(zhì)。利用思維導(dǎo)圖、知識樹可使學(xué)生更深刻地理解本節(jié)課知識點(diǎn)的體系架構(gòu)，并逐步培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。

1.4.6 授課完畢后教師布置作業(yè)

瘋牛病是一種由朊病毒引起的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，根據(jù)本節(jié)課蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，鼓勵學(xué)生查閱資料揭示瘋牛病的致病機(jī)制。通過課后練習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生理清知識脈絡(luò)并利用所學(xué)知識解決實(shí)際問題，實(shí)現(xiàn)知識的內(nèi)化。瘋牛病的案例也可以啟示學(xué)生，人類在認(rèn)識世界和改造世界的過程中，一定要遵從食物鏈，否則將給人類的健康帶來威脅。

2 結(jié)束語

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能是蛋白質(zhì)化學(xué)這一章中的收尾，因此在授課過程中應(yīng)充分聯(lián)系之前章節(jié)中蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)的內(nèi)容，加深學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系具有較高的理論性，教師根據(jù)三個知識點(diǎn)設(shè)計相應(yīng)的教學(xué)案例并設(shè)置啟發(fā)式的問題，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)案例發(fā)揮主觀能動性。通過查閱文獻(xiàn)、調(diào)查問卷、獨(dú)立思考、小組研討及教師點(diǎn)評與總結(jié)開展一系列的課堂活動，讓課堂變成有趣的課堂，同時使學(xué)生分析問題和解決問題的能力得到鍛煉。教師基于生活中熟悉的場景采用案例教學(xué)法進(jìn)行課堂講授，不只是為了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)生物化學(xué)知識的興趣，也希望引導(dǎo)學(xué)生多讀書、深思考、善提問、勤實(shí)踐，將知識傳授和價值引領(lǐng)相統(tǒng)一，以培養(yǎng)學(xué)生的理想信念、科學(xué)素養(yǎng)和社會主義核心價值觀，同時喚醒學(xué)生熱愛專業(yè)、服務(wù)專業(yè)的情懷，達(dá)到潤物無聲的協(xié)同育人效果。