案例法在生物化學(xué)教學(xué)的應(yīng)用論文
摘要：以“脂肪酸β-氧化”為例，探討生物化學(xué)教學(xué)中案例法的應(yīng)用。即在授課過程中，引入與課程內(nèi)容密切相關(guān)的長期饑餓的動物案例，通過自制動畫、左旋肉堿咖啡實物展示、課堂討論及啟發(fā)式教學(xué)等多種手段，清晰、生動地展示了脂肪酸β-氧化的授課內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生積極思考和討論，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)生物化學(xué)的興趣。
關(guān)鍵詞：教學(xué)方法；生物化學(xué)；脂肪酸β-氧化；案例法；分組討論；學(xué)習(xí)興趣
生物化學(xué)課程是生命科學(xué)相關(guān)專業(yè)的必修課，在生命科學(xué)人才培養(yǎng)中發(fā)揮重要作用[1]。生物化學(xué)的研究內(nèi)容包括生物大分子結(jié)構(gòu)與功能、物質(zhì)代謝以及遺傳信息傳遞。物質(zhì)與能量代謝部分包括糖代謝、脂類代謝、氨基酸代謝和核苷酸代謝，涉及不同的代謝途徑，每個代謝途徑中又有多步反應(yīng)，其中參與催化反應(yīng)的酶數(shù)量眾多[2]。如果只是介紹每條代謝途徑的生理學(xué)意義、每一步反應(yīng)的過程和參與的蛋白酶，會讓學(xué)生覺得枯燥，不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也體會不到物質(zhì)代謝的奇妙之處。為此，筆者在教學(xué)過程中，精心備課，并對課程進行設(shè)計，通過引入案例，并結(jié)合多種教學(xué)手段，不但使學(xué)生很好地掌握了生物化學(xué)知識，也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使他們感覺到學(xué)習(xí)生物化學(xué)的過程是快樂有趣的，同時能體會到生物化學(xué)知識不是抽象無用的，而是和生活密切相關(guān)的。本文以“脂肪酸的β-氧化”一節(jié)為例，探討案例法在生物化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用。
1通過生活實例，引入課程內(nèi)容，啟發(fā)學(xué)生思考
課程引入時，以汶川地震中廢墟下被埋36d仍奇跡生還的“豬堅強”為例，講述“豬堅強”的體質(zhì)量在震前是150kg，震后只有50kg，減少了三分之二。被埋期間，它吃木炭喝雨水，但木炭只能充饑，不能提供營養(yǎng)，那這36d里是什么物質(zhì)在給它提供能量呢？震前的“豬堅強”是膘肥體壯，震后則是瘦骨嶙峋。“膘”不見了，膘是什么呢？引出體內(nèi)儲存脂肪的重要性。脂肪是由脂肪酸和甘油構(gòu)成，脂肪酸分解后能夠產(chǎn)生大量的能量和水分。請學(xué)生們思考，假如“豬堅強”在地震前就是一只瘦骨嶙峋的豬，那它還能活下來嗎？通過引入案例的方法，調(diào)動學(xué)生的興趣和積極性。在活躍的氣氛中，開始學(xué)習(xí)脂肪酸分解過程。
2通過研究歷史追溯、自制動畫和舉例等
多種教學(xué)手段，介紹脂肪酸β-氧化過程首先，介紹1904年FranzKnoop通過一個經(jīng)典而巧妙的標(biāo)記實驗研究了脂肪酸的分解，他使用難以被動物代謝的苯環(huán)標(biāo)記脂肪酸喂狗，然后在狗尿液中檢測代謝產(chǎn)物。當(dāng)飼喂奇數(shù)碳原子脂肪酸(如苯丙酸)時，狗尿液中檢測到的是苯甲酸，脫去了兩分子碳，但這兩分子碳是逐個脫下的，還是一起脫下的，還不能確定；然后他又用苯環(huán)標(biāo)記偶數(shù)碳脂肪酸苯丁酸，在狗尿液中檢測到了苯乙酸。通過這個實驗就證明了，脂肪酸分解每次脫去2分子碳。隨后，介紹1940年AlbertLehninger研究證實β-氧化是在細胞的線粒體內(nèi)進行。AlbertLehninger是學(xué)生們都比較熟悉的被稱為“生物化學(xué)圣經(jīng)”的經(jīng)典教材“PrinciplesofBiochemistry”的編者，通過介紹AlbertLehninger的研究工作，也使學(xué)生們對科學(xué)家有了更深的了解。在學(xué)習(xí)“β-氧化”的過程中，首先指導(dǎo)學(xué)生了解脂肪酸的活化是在細胞質(zhì)中進行，強調(diào)消耗了2個高能磷酸鍵，為脂肪酸β-氧化能量的計算做鋪墊。教學(xué)過程中可以提問同學(xué)：活化后的脂酰-CoA能直接在細胞質(zhì)中開始氧化分解嗎？學(xué)生們可結(jié)合之前介紹的AlbertLehninger的研究結(jié)果，即β-氧化在細胞的線粒體內(nèi)進行，得出脂酰-CoA還需要從細胞質(zhì)轉(zhuǎn)運到線粒體中的結(jié)論，由此引出“肉堿轉(zhuǎn)運系統(tǒng)”。在介紹肉堿轉(zhuǎn)運系統(tǒng)前，先告訴學(xué)生們：肉堿在肉中含量豐富，由此而得名；可以從食物獲取肉堿，機體自身也可以合成。筆者自制了動畫，清晰地展示了肉堿將脂酰基從細胞質(zhì)轉(zhuǎn)運到線粒體的過程。通過介紹肉堿來源及自制動畫，使學(xué)生們不但直觀地了解了肉堿將脂酰基從細胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到線粒體基質(zhì)的過程，而且為之后關(guān)于減肥藥“左旋肉堿”的課堂討論奠定了基礎(chǔ)。以16C的脂肪酸-棕櫚酸為例，教學(xué)以PPT為主，配合板書，引導(dǎo)學(xué)生了解脂肪酸β-氧化的四步過程——氧化、水合、氧化、硫解，最終生成乙酰-CoA和14C脂酰CoA，并伴隨著FADH2和NADH的產(chǎn)生。乙酰-CoA可以進入三羧酸循環(huán)，產(chǎn)生GTP、NADH和FADH2，而脂肪酸β-氧化和三羧酸循環(huán)產(chǎn)生的NADH和FADH2可以進入電子傳遞鏈，生成ATP和水。學(xué)生們經(jīng)過計算，得出每1分子16C脂肪酸徹底氧化分解可釋放106分子的ATP和123分子的水。1分子的脂肪酸就能產(chǎn)生這么多能量，那么“豬堅強”的體內(nèi)儲存著大量這樣的脂肪酸，氧化分解就能產(chǎn)生大量的能量和水分，這就是它為什么能支撐36d的原因了。這樣呼應(yīng)了課程引入時提出的“豬堅強”為什么能存活36d的問題，使學(xué)生們切實了解到脂肪酸β-氧化的重要性。為了使學(xué)生們進一步了解脂肪酸β-氧化的重要性，筆者進一步舉例說明脂肪酸分解產(chǎn)生的能量和水對很多動物生理活動的'維持都是至關(guān)重要的，比如冬眠的熊。熊在冬眠數(shù)月的時間里不吃不喝，但是每天仍然消耗高達6000kcal的熱量，這些能量的來源就是冬眠前大量儲存的脂肪。在冬眠過程中，熊的呼吸仍在正常進行，通過呼吸也損失了很多水分，而脂肪酸氧化分解產(chǎn)生的水就在不斷補充著呼吸時水分的損耗。還有很多動物也依賴脂肪酸提供能量和水，比如遷徙的鳥。有些鳥在長達幾十小時的飛行過程中是不進食進水的，能量和水的來源就是脂肪酸。還有一些生活在干旱地區(qū)的動物，比如駱駝和沙鼠，脂肪酸氧化對它們來說也很重要。駱駝的駝峰中儲存著大量的脂肪，這些脂肪是它長途跋涉時能量和水分的重要來源。學(xué)生們通過這些熟悉的動物實例，進一步體會到了脂肪酸β-氧化的奇妙和重要性，不再將生物化學(xué)代謝看成一個無趣的反應(yīng)，從而激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，活躍了課堂氣氛，擴展了生物學(xué)知識。
3實物展示和課堂討論，強化課程內(nèi)容，引發(fā)學(xué)生思考
通過多媒體PPT、自制動畫等方式介紹了脂肪酸β-氧化過程之后，筆者進一步通過展示減肥產(chǎn)品“左旋肉堿”銷售圖片和“左旋肉堿咖啡”實物，調(diào)動課堂學(xué)習(xí)氣氛，學(xué)生們可以結(jié)合課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容，進行討論，從而強化脂肪酸β-氧化的學(xué)習(xí)內(nèi)容。因為活化的脂肪酸需要通過肉堿將其從細胞質(zhì)轉(zhuǎn)運到線粒體，因此肉堿是脂肪酸代謝過程中的重要成分。市場上有一類根據(jù)脂肪酸轉(zhuǎn)運過程制作的減肥產(chǎn)品，叫“左旋肉堿”，銷量非常好。課程中，筆者對網(wǎng)絡(luò)上一些左旋肉堿相關(guān)產(chǎn)品的圖片及銷售記錄進行了截屏，使學(xué)生們先有一個很直觀的感受。而“左旋肉堿咖啡”實物的展示又進一步提高了學(xué)生興趣，感受到生物化學(xué)與實際生活的密切聯(lián)系。課堂上提供了某左旋肉堿產(chǎn)品的說明書，說明書中寫到“促進脂肪轉(zhuǎn)化成能量，而且只消耗脂肪，不減少水分和肌肉，也不會引起厭食、腹瀉和乏力等不良反應(yīng)。可以預(yù)防脂肪堆積，結(jié)合運動，效果更明顯。”請學(xué)生們根據(jù)課上講過的知識，分析此類產(chǎn)品應(yīng)用了怎樣的生物化學(xué)機制？為什么聲稱沒有不良反應(yīng)？為什么說結(jié)合運動，效果會更明顯？你認為它的減肥效果如何？學(xué)生們先分組討論，然后老師再請各組同學(xué)談?wù)勊麄儗@種產(chǎn)品的的看法。為了達到好的討論效果，討論前先提醒學(xué)生在分析過程中需要考慮到以下4點：(1)肉堿的來源；(2)肉堿在體內(nèi)的功能；(3)正常機體是否需要額外補充肉堿？(4)什么情況下或何種特殊人群可能需要額外補充肉堿？通過這種以市場上的減肥產(chǎn)品為例，并進行實物展示，理論聯(lián)系實際，極大地引發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，課堂討論氣氛非常熱烈。在鞏固理論知識的同時，運用課堂上學(xué)習(xí)到的生物化學(xué)理論知識，以及查閱資料，提高了學(xué)生分析解答實際生活中遇到問題的能力。
4結(jié)語
如何將生物化學(xué)知識生動有趣地傳授給學(xué)生，使學(xué)生們感覺到學(xué)習(xí)生物化學(xué)的過程是快樂的，這是生物化學(xué)教師一直在思考的問題，也是現(xiàn)在和將來繼續(xù)努力的方向。因此，在平時生活和工作中，需要注意搜集與生物化學(xué)相關(guān)的資料，包括研究歷史、科學(xué)家研究經(jīng)歷、文獻、新聞、市場上相關(guān)的產(chǎn)品等。在備課過程中，認真設(shè)計，將這些資料在合適時機引入到授課內(nèi)容中，達到引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、活躍課堂氣氛的目的。在授課過程中，通過案例、課堂討論和實物展示等多種教學(xué)手段，生動有趣地講解課程相關(guān)的研究歷史、科學(xué)家及主要內(nèi)容，使學(xué)生們在掌握生物化學(xué)知識的同時，了解生物化學(xué)與實際生活的密切聯(lián)系和應(yīng)用實例，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，享受學(xué)習(xí)過程。
參考文獻
[1]鄭昌學(xué).生物化學(xué)教學(xué)之我見——2012年全國生物化學(xué)與分子生物學(xué)學(xué)術(shù)大會發(fā)言.生命的化學(xué),2013,33(1):101-104
[2]NelsonDL,CoxMM.Lehningerprinciplesofbiochemis-try.6thed.NewYork:W.H.FreemanandCompany,2012.
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