基于案例教学的生物化学课程教学设计—— 以“蛋白质的结构与功能”为例

赫丁轩，徐 源，刘敏杰，乔新荣，王 琳

（信阳农林学院 制药工程学院，河南信阳 464000）

生物化学是运用物理学、化学和生物学等现代技术，在分子水平上研究生物的静态物质组成和结构、生物体内动态的化学变化以及这些物质结构变化与生理功能之间关系的一门科学。生物化学是生物制药的必修课，是农林院校大多数本科专业的基础核心课。生物化学的内容涉及面广、抽象难懂，此外，专业术语众多，知识点琐碎[1]。因此，在授课的过程中，教师可以充分利用讨论式、启发式、案例教学法等多种教学手段来丰富课程内容，使抽象的课程内容形象化，以增加学生对知识的理解。

目前，案例教学法已成为课程教学中普遍采用的一种方式，案例教学法起源于20世纪20年代，由美国哈佛商学院所倡导[2]。与传统的教学方式不同，案例教学法由教师设计案例来教学，并鼓励学生积极参与讨论，以培养学生独立思考、分析及解决问题的能力。教师在课堂上通过展示与人和动物的健康、生产、生活相关的图片和视频，如营养与健康、代谢性疾病的病因、预防和治疗、保健品作用的真与伪、药物的作用机制等实践案例为出发点，在完成专业知识传授的同时，可以潜移默化地培养和提高学生价值观和精神素养。选择的案例应注意案例的一致性、广泛性、真实性及实用性[3]。一致性要求教师选择的案例能与教学内容相契合，通过案例引导学生掌握、理解教学内容并达成学习目标。广泛性指选择的案例有一定的广度和深度同时兼备一定的趣味性，面向不同专业的教学对象都能使他们进行深入的讨论。真实性是指选取的案例贴近现实生活，与生产实践、科学研究、社会现象息息相关，将专业学习与学生将来的生活、工作紧密相连，激发学生的学习兴趣。实用性是指通过专业系统的学习，能增强学生运用生物化学的理论知识和实验技能解决实际问题的能力。这就需要我们提炼课程内容，挖掘案例教学材料。如在讲授绪论部分时，重点讲授屠呦呦获得提取青蒿素灵感的科学史，一方面使学生理解学习制药专业的重要性；另一方面也告诉学生，在科研中要具有“不忘初心，艰苦奋斗”的匠心精神。在讲解第三章蛋白质化学时，结合氨基酸的元素组成分析三聚氰胺奶粉事件的起因，培养学生正确的诚信观、“义与利”观。在讲第六章维生素的功能部分，让学生分析 2 元钱维生素 C 药片和百元维生素 C 保健品功能是否有区别，培养学生具有科学的判断能力。在讲第十二章糖代谢，通过田径比赛大家比较熟悉的短跑、中跑和长跑项目中能量消耗问题，讲述机体的不同供能方式；又如第十三章脂代谢，分析讨论大口吃肉而视淀粉食物为洪水猛兽的减肥方法是否科学；通过糖尿病、酮尿症这些案例和话题向学生宣传了健康理念，引导树立正确的审美观，另一方面学习代谢疾病的机制。

为了更好地将案例材料融入课堂教学中，可以结合BOPPPS 模型六步教学法，即导言（Bridge-in）、学习目标（Objective/Outcome）、前测（Pre-assessment）、参与式学习（Participatory Learning）、后测（Postassessment）和总结（Summary），以教学目标导向、以学生为中心，提高学生的学习效率[4]。在授课之前，将新闻报道、社会热议、科研发现等实际案例作为导言引入本次课程的主讲知识点，从学习者出发确定教学目标，采用问答、集体讨论知晓学生的先备知识，了解学情以便调整本堂课程教学任务的深度及进度，让课程目标更有针对性[5]。

1 基于案例教学法的教学设计

1.1 学情分析

生物化学课程面向生物制药专业大二学生开设，这个时期的学生由于尚未接触专业课程相关知识，对自己的专业定位认知不清晰。因此，将来源于日常生活、科学研究的教学案例融入专业课堂，既能提高学生综合应用知识的能力，又能进一步激发出学生对于热爱专业、服务专业的情怀。

本小节内容的学习建立在学生对于氨基酸的分类、蛋白质内部的相互作用、常见的空间结构以及变构效应等概念有了一定认识的基础上。但由于本节内容涉及蛋白质的结构与功能之间的关系，内容较为抽象，不好理解，所以采取案例教学法，使抽象的问题具象化，课堂教学的趣味性的提升不仅使学生对教学内容的理解得到加深，还促进了学生学习的主动性，使学生分析解决问题的能力得到有效提高。同时学生具有足够的自学能力，但部分缺乏自学动力和自我监督能力，教师可适当增加前测和后测掌握学生学习程度，通过线上平台发布练习、专题讨论；微信群与学生互动，完成实时问题反馈。

1.2 教学内容分析

教学目标的内容范围与课程目标应该是相互促进的，教学目标依据课程目标而设计，课程目标也体现和连接于每一个教学目标之中，教学目标具体可从三个维度确立：知识目标、能力目标、素质目标[6]。但在过去教学大纲的教学目标制定中，教师往往更注重知识目标和能力目标的设置和培养，而忽略了素质目标。素质目标的设置可依据不同学科或专业的特征设置符合实际需求的课程素质目标。这就需要教师基于教学特征分解课程总目标，形成多层次、多方面的目标群，能够体现不同的学科、专业、课程能够培养学习者的认知能力、知识结构、思想行为特点、人生课题、就业需要等。应用型本科的专业课程素质目标是具有创新精神和实践能力，农林类专业课程的素质目标就是要发扬学农爱农的情怀，工科类专业课程的素质目标重在追求严谨务实的作风和精益求精的技术。

根据《教学大纲》的要求和学生已有的知识基础和认知能力，确定以下教学目标。

（1）知识目标：能运用专业术语描述蛋白质的结构与功能的关系。

（2）能力目标：具备对典型分子病机理的分析能力。

（3）素质目标：具有热爱科学、实事求是的学风，具有前沿视野、创新意识和创新思维，具有良好的职业道德。

1.3 教学内容分析

授课教材选用的是普通高等教育“十二五”国家级规划教材《生物化学》分四大部分共21章，本节教学内容属于第一部分生物分子蛋白质中的内容。本节教学内容的重点和难点如下。

（1）教学重点：蛋白质的结构与生物学功能。

（2）教学难点：一级结构的改变未必影响蛋白质的功能，解决重点和难点的关键在于本节内容较为抽象，不好理解，所以采取案例教学法，使抽象的问题具象化。

1.4 教学过程设计

由于生物化学课程具有知识面广、内容抽象难懂、专业术语多的特点，且传统的课堂 “以教师为中心”，只使用多媒体或板书进行授课的教学模式，往往让学生学习起来容易产生畏难情绪。因此，在教学过程中，教师可以将教学模式转变为“以学生为中心”，充分利用灵活、多元的教学方式来丰富课程内容，将抽象的理论知识具象化，从而增加学生的学习效率。如何让学生梳理课堂知识脉络，掌握课程基本原理、概念和方法，是生物化学教学中迫切需要解决的问题。同时，在生物化学课程教学中融入案例材料，挖掘专业相关的科学精神和人文精神，将案例分析与科学知识融合讲述，启发学生能积极主动地通过查阅文献、调查问卷、独立思考和小组研讨等活动，结合教师的总结点评，使学生的价值观和科学素养均得到提升。

1.4.1 导入新课

本章节教师通过创设问题情景引入新课，抛出问题“你知道什么是镰刀型细胞贫血症吗”，并利用多媒体展示正常血红细胞和镰刀形血细胞的形态，引入分子病的概念，把抽象的教学内容转化为与实际相关的案例，激发学生探究的好奇心和学习的兴趣，引起注意，让学生在轻松的气氛中进入本课的学习。

1.4.2 出示目标

首先展示本节课整体的知识架构，说明每一小节间的逻辑顺序、主要环节、过渡衔接，让学生对章节内容有整体感知，并梳理巩固自学内容，再突出教学目标和知识的重点、难点，以明确学习任务。并通过前测了解学生学习兴趣和知识储备，知晓学生对基础知识的掌握情况。

1.4.3 讲授新课

基于前一章节学习了氨基酸的分类和蛋白质的结构组成等学生已有知识背景，延伸导入镰刀型贫血病案例，并在讲授过程中设置3个问题：对应3个知识点。

（1）以镰刀型贫血病为案例，通过动画展示正常血红蛋白和异常血红蛋白多肽链的一级结构，并提出问题“镰刀型贫血病人的血红蛋白的一条β 链发生了什么变化?”让学生观察两条多肽链的异同之处，接着问学生为什么血红蛋白β 链一级结构的改变会导致镰刀形贫血病的产生，进而通过图片展示正常血红蛋白和异常血红蛋白多肽链的高级构象，组织学生通过课堂讨论蛋白质的一级结构与高级结构的关系，该案例表明即使多肽链中一个氨基酸残基的改变，也会改变血红蛋白的一级结构，进而影响β 链三级结构的折叠，得出结论：蛋白质的一级结构决定高级结构。

（2）分别以血红蛋白和细胞色素C、胰岛素为案例进行对比讲授。血红蛋白的案例引出氨基酸的一级序列，是否对于一个特定的蛋白质来说，其序列是绝对固定或不变？一级结构是否一定会影响生物学功能？首先，血红蛋白的案例启示学生可能一个氨基酸的改变就导致蛋白质结构的改变从而引起疾病。其次，展示不同种属物种细胞色素C 的一级结构，其一级结构虽有不同，但三维结构的整体构象不变。根据细胞色素C 的案例启示学生，对于一个特定的蛋白质来说，其序列不是绝对固定或不变，由于蛋白质存在多态性，部分氨基酸序列的改变即一级结构的改变未必影响蛋白质的功能。最后，胰岛素的案例引导学生观察从无活性的前胰岛素原到胰岛素原到形成有活性的胰岛素一级结构的改变，表明有时候必须改变一些蛋白质的一级结构才能使蛋白质具有功能。通过以上3个案例得出结论：一级结构是空间结构和功能的基础。同时这三个案例看似矛盾的现象正好是一个典型的辩证思维训练案例。

（3）以血红蛋白的结构为例，先提出问题关于血红蛋白你还有哪些了解？通过问答引导学生回答血红蛋白具有运输氧和二氧化碳的功能，再通过图片展示血红蛋白的高级结构以及血红蛋白与氧结合的部位，能够更加直观地展示血红蛋白与氧结合前后其构象的改变，再结合语言描述，使抽象难懂的蛋白质的结构与功能的关系变得具体易懂。该案例还可引至对血红蛋白基因突变的结果分析，正常血红细胞和异常血红细胞表型的差异只是因为镰刀型贫血症患者体内的一个氨基酸因为基因突变而改变，但是镰刀型贫血症患者也因为红细胞异常而免受疟原虫的侵袭。因此，一个等位基因的突变并非完全没有益处。机体为适应环境，产生有效的组织修复，就必须承受可能发生疾病风险。这些案例提示同学们应该辩证地看待氨基酸序列与蛋白质结构和功能的关系，辩证地看待疾病和生命体，尤其是人类生命体。

1.4.4 课堂练习与达标后测

在这个环节中，教师就出现的知识设置1～2道练习题进行测评，既强化了形成性评价和实时答疑环节，又提高了学生的代入感。

1.4.5 课堂总结

在课堂末尾进行简明扼要的内容小结，可尽快把课堂教学讲授的知识巩固内化为学生的能力素质。利用思维导图、知识树可使学生更深刻地理解本节课知识点的体系架构，并逐步培养学生的逻辑思维能力。

1.4.6 授课完毕后教师布置作业

疯牛病是一种由朊病毒引起的神经系统疾病，根据本节课蛋白质结构与功能的关系，鼓励学生查阅资料揭示疯牛病的致病机制。通过课后练习，引导学生理清知识脉络并利用所学知识解决实际问题，实现知识的内化。疯牛病的案例也可以启示学生，人类在认识世界和改造世界的过程中，一定要遵从食物链，否则将给人类的健康带来威胁。

2 结束语

蛋白质的结构与功能是蛋白质化学这一章中的收尾，因此在授课过程中应充分联系之前章节中蛋白质结构和理化性质的内容，加深学生对教学内容的理解。蛋白质的结构与功能之间的关系具有较高的理论性，教师根据三个知识点设计相应的教学案例并设置启发式的问题，引导学生根据案例发挥主观能动性。通过查阅文献、调查问卷、独立思考、小组研讨及教师点评与总结开展一系列的课堂活动，让课堂变成有趣的课堂，同时使学生分析问题和解决问题的能力得到锻炼。教师基于生活中熟悉的场景采用案例教学法进行课堂讲授，不只是为了激发学生学习生物化学知识的兴趣，也希望引导学生多读书、深思考、善提问、勤实践，将知识传授和价值引领相统一，以培养学生的理想信念、科学素养和社会主义核心价值观，同时唤醒学生热爱专业、服务专业的情怀，达到润物无声的协同育人效果。