“生物化学”课程中文化内涵挖掘与应用

窦世娟,侯春燕,李小娟,韩胜芳,于秀梅,王冬梅

(河北农业大学 生命科学学院,河北 保定 071001)

“生物化学”是大生命类，包括生物技术、生物科学、生物信息、制药工程、农学、动植物检验检疫、植物保护、园艺、资源与环境和食品等专业的学生必修的一门专业基础课。生物化学研究的是动物、植物、微生物及人类的化学过程，即揭示生命活动的化学本质的一门科学。众所周知，21世纪是生命科学的世纪，如果不懂生物化学就不懂这个世纪。生物化学对于人类来说，就如同生命对于人类的意义一样，哪里有生命，哪里就有生物化学过程。但是学习过程中，生物大分子结构微观抽象、功能和性质晦涩难懂、代谢过程纷繁复杂，如果没有生化思维的引领和巧妙艺术化的结合，“生理生化必有一挂”可能会成为一句魔咒[1]。面对当代互联网大数据的时代，90后大学生是互联网的原住民，如何激发他们对知识的渴求和内在学习的潜能，一直是作者从教17年来不断思考的问题，也一直在摸索与实践。生物化学就象一个万花筒，乍看极其迷惑，但只要把准命脉，找到方法，共同挖掘师生潜力，也可以开出美丽而绚烂的花。

关于如何教好“生物化学”，最基础的共性的方法有：第一，作为课堂掌舵人，必须努力花费大量时间阅读中外各种权威性的生化教材[2,3]；第二，充分学习网上优质资源，如爱课程上的国家资源共享课程和中国大学MOOC资源等[4]，尤其对于年轻教师来说特别重要；第三，课前认真思考课堂的切入和衔接，课中与学生对话中不断碰撞出火花或经验，课后及时进行反思和总结；第四，重视国内外学习交流的重要性，尤其多参加重量级的教学研讨会，如全国生物化学与分子生物学教学研讨会等，是快捷高效地获取宝贵教学经验的途径。下面作者主要从哲学思维、诗词歌赋、绘画艺术和歌曲大赛对“生物化学”教学的促进作用等4个方面与同仁分享思想、心得和经验。

一、哲学思维的深刻启迪

哲学是研究整个世界一切事物、现象共同本质和普遍规律的一门科学，也是热爱智慧、追求真理的思想艺术。具体到每一门课程也都渗透着哲学思维。利用哲学思维认识生物化学的微观世界，从根本上、源头上、指导思想上解决学习生物化学的启动力。教学过程中训练学生养成利用哲学思维统领教学实践，也非常有助于该课程的理解性学习。哲学辩证法三大规律，即对立统一规律、量变质变规律、否定之否定规律在生化教学中处处可见。例如，蛋白质变性后粘度升高，DNA变性后粘度降低，形式上貌似对立，实质上统一于：球形分子粘度低，线形分子粘度高，这一对立统一规律；蛋白质的溶解度在低盐溶液中溶解度增大，高盐溶液中溶解度降低，这体现了量变质变规律；美国康奈尔大学的生物化学家Sumner于上世纪20年代证实了酶的化学本质是蛋白质，该观念已深入人心，但自从上世纪80年代Cech和Altman发现RNA具有催化活性后，震惊了学术界，也颠覆了“酶都是蛋白质”的传统观念，认为酶绝大多数是蛋白质，仅有少数为RNA。同学们沿着这个思路可以再进一步思考，DNA具有催化活性吗？关于这个问题就充分体现了否定之否定规律，人类的认识也是在否定之否定中螺旋式上升。

二、绘画艺术的生动诠释

绘画作为一种艺术，可以描绘世间万象，大自然(当然包括生物化学)蕴含着无数让人自由发挥驰骋想象的无限空间。生物化学知识艰深难懂，但是任何科学和艺术都是相通的，启发学生利用想象把生物化学抽象的理论以浪漫、幽默、诙谐、活泼、有趣的形式描绘出来，从而使学生们喜欢生化，同时提高创造力。例如，别构调节是酶的活性调节的重要方式之一，底物对代谢通常具有前馈激活作用，就象加油门一样使代谢加速进行；代谢产物对代谢通常具有反馈抑制作用，就象刹车一样使代谢减慢。正协同效应酶动力学曲线呈S形，对底物浓度变化反应灵敏；负协同效应酶呈双曲线，对底物浓度变化不敏感。从而使代谢有条不紊，使细胞适应各种环境变化，有利于生存。对于这一重要知识点，教师可以提出框架或具体要求，让学生充分发挥想象力，描绘这一事件。如图1所示，学生以耳熟能详的动画片海绵宝宝中胖大星代表酶分子，生动描绘了前馈激活剂(如冰激凌)结合在酶别构中心导致酶活性中心(嘴巴部位)构象发生变化，这种变化趋向于和底物的结合，使反应速度加快，反馈抑制剂反之。图2中，把酶S形曲线的正协同效应和双曲线的负协同效应比作美人鱼和王子的故事，这个故事也切合女人对事物变化的反应比较灵敏(对底物浓度变化比较灵敏)，而男人对事物变化的反应比较低调(对底物浓度变化不敏感)，这样的调节有助于社会(或细胞)的和谐发展。

图1 前馈激活剂和反馈抑制剂

图2 正协同效应呈S曲线和负协同效应呈双曲线

三、诗词歌赋的价值引领

习近平总书记在多个场合谈到中国传统文化，表达了自己对传统文化的认同与尊崇。2016年在中国共产党成立95周年大会上明确提出了中华民族的文化自信，激发了党和人民对中华优秀传统文化的历史自豪感。作为高校教师也要把中华优秀的传统文化融入到生物化学的教学工作中，激发学习兴趣，实现价值引领。例如，在讲到乳糖操纵子时，其除了受到阻遏蛋白的负调控外，还受到cAMP-CAP蛋白的正调控。CAP蛋白在cAMP信号分子的召唤下，两者与启动子上游特异位点结合，有利于RNA聚合酶与启动子的结合并促进乳糖操纵子结构基因的转录，从而开启一段基因表达的曼妙之旅。正如同“众里寻她千百度。蓦然回首，那人却在，灯火阑珊处。”(出自辛弃疾-青玉案·元夕)。

诗词歌赋是有灵性的，如果赋予生物化学歌词，实质是赋予生化知识以艺术灵魂的再创作过程。例如，生命科学学院董阔以《雨蝶》改编而成的《酶蝶》，“酶构象有变，也别去怪谁，只因为相遇太美。产物那么美，两心陶醉，加速的感觉……”，以浪漫主义的情怀唯美地阐述了酶和底物的诱导契合模型。现代科技学院刘艳小组的作品《只要平凡》，改编自电影《我不是药神》的主题曲《只要平凡》，“有一天二价铁氧化，也许不能再相见，氧被水挤出了边缘，让氧看不清他的脸，一氧化碳将氧代替，肌肉泪流满面，不要神的光环，只要你的平凡……”，伴随着凝重深沉的旋律，从静态到动态娓娓道来，深刻阐释了肌红蛋白的功能、结构、作用机制和煤气中毒的原理等重要知识点。此外，学生们也以自己独特的方式展现了“看酶72变”的歌词，表达了对酶活性调节的理解和对生物化学的高度热爱(图3)。

图3 学生以此表达对生化的热爱

四、歌曲大赛的美学提升

续上所述，优美的歌词是歌曲的载体，再结合艺术化的演艺，那么学生产生的印象将更加深刻。2018年，生物化学教研组组织了河北农业大学第一届生物化学歌曲大赛，通过比赛展示学生的综合素质、激发学习兴趣、内化生化中的重点和难点、促进学生自主学习和引发思考，从而达到诠释教育的目的。生化歌曲大赛的评价标准为：第一，歌词要主题鲜明，内容准确，寓教于乐(占40%)；第二，声乐方面，音色、音准、节奏韵律、感染力强(占30%)；第三，舞台表现力，轻松自然、精神饱满、朝气蓬勃、表现力强(占30%)。第一届生化歌曲大赛共有6个学院，17个专业，19组代表队，59名学生参加了比赛。学生们把糖酵解、三羧酸循环、PCR、血红蛋白、爱情激素、酶与底物结合等揉进了歌词，受到了广大师生的热烈好评。其中最佳综合奖为农学院种子科学与工程1601的呼焕同学，把青花瓷的旋律演绎成“三羧酸循环的魅力”，把三羧酸循环的八步反应以歌谣的形式展示出来，轻松、活泼，有一番别样的韵味。该生获得校级比赛一等奖，并代表河北农业大学参加全国大赛，荣获全国大学生生物化学歌曲大赛三等奖(http://m.iqiyi.com/w_19s2m5il25.html)。2019年，生物化学教研组举办了河北农业大学第二届生物化学歌曲大赛，农学院种子科学与工程1802的王海颖同学参赛作品“如果没有你-蛋白质”描述了蛋白质的结构、功能及其重要意义，词与曲的完美结合，再加上王海颖同学深情地演唱，如说如诉，余音绕梁，深受师生喜爱。王海颖同学代表河北农业大学出战全国第三届大学生生物化学歌曲大赛，本届全国赛共有来自北京大学医学部、空军医科大学、南京大学、南昌大学、中国药科大学、山东第一医科大学、湖南农业大学、河北大学和河北农业大学等26所高校参加。我校获得全国大学生生物化学歌曲大赛二等奖第一名的好成绩，受到了全国生物化学教学委员会领导专家和各兄弟院校同仁老师的高度赞誉(https://v.youku.com/v_show/id_XNDQ0MTUzMDk4OA==.html?x&sharefrom=android&sharekey=7321433d7bc3ff02ad4de64fad7e84380)。

总之，生化知识艺术化是创新教学方法的有益尝试，是“第一课堂”向“第二课堂”[4,5]延伸的生动实践，是推进立德树人工作的积极探索。尤其生化歌曲大赛，歌以咏志，未来这些孩子们将有可能代表中国站在世界的舞台唱响中国生化最强音。在当今高速发展的时代，思政教育、专业教育、创新教育和创业教育已成为我国高等教育的重要育人课题[6]。作为一名教育实践者，无论教龄多大，在深刻教育变革的今天一直都在路上，树人树已，路漫漫其修远兮，吾将上下而求索!