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關鍵詞:生物化學;糖類;實驗教學
生物化學的教學工作一般從糖類、蛋白質、核酸等物質的結構和理化性質開始講授,隨后再介紹這些生物大分子的物質代謝和能量代謝,同時,理論教學和實驗教學分開,不但使教學工作相對枯燥難懂,而且學生也不易掌握生物化學的知識結構和重點內容。許多專家學者在課堂教學方法和理念上對生物化學的教學方面做了很多改革和創新[1-4],也有許多教學工作者在實驗教學方面進行了探討[5-7],為生物化學的教學提供了很多值得借鑒的地方,但如何將生物化學的部分實驗合理的融入教學課堂,將理論教學和實驗教學恰當的融為一體,此類教改文獻較少。本文以糖類教學過程為案例。
一構建糖類的知識結構體系
學習生物化學之前,學生已經學習過《有機化學》課程中關于糖類的章節,對重要的單糖、二糖及多糖并不陌生。但《有機化學》和《生物化學》中的糖類講授側重點并不完全相同,后者的講述要為糖代謝的章節做好鋪墊,而糖代謝則是糖的化學的延伸。雖然課程設計上是先講完糖類、蛋白質、脂類、核酸、酶等物質的結構和理化性質后,再講述糖代謝、脂代謝、蛋白質代謝。但教師不能按照教材孤立糖的化學和糖代謝的關系。因此,圍繞糖類一章要為糖代謝章節服務的思路,重新構建《生物化學》中糖類的知識體系,做到重點突出、邏輯清晰。在講完糖的概念和分類后,由“最簡單的糖是什么”的問題導入,通過介紹甘油醛過渡到同分異構的講解,重點介紹D/L構型。在此基礎上,讓學生思考,如果每延長一個碳,會增加多少同分異構體的同時,引出重要的單糖,如葡萄糖、核糖等。針對性的介紹單糖的化學性質,為糖代謝做鋪墊。如葡萄糖半縮醛羥基上可發生酯化反應,形成葡萄糖的磷酸酯,而葡萄糖的磷酸酯是生物體內糖代謝的重要中間產物。在從α-D-葡萄糖如何形成糖苷鍵轉變為學生所熟知的麥芽糖開始,講述二糖及多糖,最后介紹多糖的化學性質。
二課堂教學中加入演示實驗
生物化學實驗教學和理論教學相結合可加深理解專業知識,通過課堂演示實驗可將抽象的生物化學理論以可視化的方式展現出來,使學生產生興趣,引發學生思考這些化學現象背后的本質,從而產生認知沖突,增強學生的主觀能動性,有助于學生對理論知識的掌握和理解。而在常規的教學過程中,往往理論和實驗分離,教師普遍認為演示實驗簡單,培養不了學生動手操作的能力,從而忽視演示實驗在教學過程中的作用。然而,演示實驗在課堂教學中的實際效果在提高學生興趣方面起到了至關重要的作用。以在課堂教學中引入糖的演示實驗為例,課堂氣氛明顯活躍,學生對糖的一些化學性質比傳統的講授記憶更為深刻。如在講糖類的還原作用方面,教師在上課前可提前準備好斐林試劑和本尼迪特試劑、葡萄糖溶液、果糖溶液、蔗糖溶液、麥芽糖溶液和淀粉溶液、試管、加熱設備等。通過實驗,向5支試管中加入菲林試劑,再分別加入上述五種糖溶液(10g/L),置沸水中加熱數分鐘,取出冷卻后觀察顏色變化[8]。這樣可直觀的觀察不同的糖類顏色有何不同,讓學生思考造成這種顏色差異的原因。引出還原糖和非還原糖的概念。即加深了概念的理解,又對糖官能團進行了直觀的講解。學生課堂反饋積極,可明顯感覺到老師與學生間的溝通和互動是有效的。
三啟發學生設計綜合性試驗
化學實驗通常分為演示性實驗、驗證性實驗和綜合性實驗。然而本科生教學過程中,很少涉及到綜合性實驗,由于教師培養學生創造精神方面缺乏主動性,加上學生自身知識水平所限,綜合性實驗在實施方面存在諸多困難。綜合性實驗帶有一定的綜合應用性質或部分設計性任務。它要求學生在充分理解生物化學基本原理的基礎上,綜合運用所掌握的基礎理論、實驗技能以及各種檢測手和實驗方法,自行設計實驗方案、確定實驗方法、選用配套儀器設備、獨立進行實驗、記錄實驗數據并進行數據的整理和分析、最后寫出比較完整的實驗報告或學術論文[9]。為了進一步使學生熟悉和掌握糖的化學,在演示實驗的基礎上,詳細講解糖的化學性質及這些化學性質和什么官能團相關后,嘗試讓學生自己設計實驗并加以完成。如還原糖因含有自由的醛基或酮基,在堿性條件下,還原糖可與黃色的3,5-二硝基水楊酸(DNS)共熱,被氧化成糖酸和其他物質,3,5-二硝基水楊酸則被還原成棕紅色的3-氨基-5-硝基水楊酸。棕紅色的深淺和糖的含量成正比,用分光光度計在540nm波長下測定溶液的吸光度并查標準曲線,可求出樣品中還原糖的含量。由此,讓學生自己查找資料,結合糖類的化學性質,思考并設計其它的測定還原糖的實驗方案,并在實驗室中完成。不管實驗方案是否可行,實驗是否進行順利,鼓勵學生大膽嘗試,這樣的引導和啟發不但培養了學生獨立思考和設計實驗的能力,也使學生對糖的化學有了更深刻的理解和認識。
四總結
以實驗為導向,結合課堂教學的教學方法,不但使抽象的生物化學學習變得具象化,也容易引發學生興趣,通過自己設計實驗,增強學生成就感的同時,也鍛煉培養了學生一定的獨立學習和思考的能力。
作者:吳震洋 邱嵐 李麗 單位:銅仁學院
參考文獻
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[2]楊志偉,張瑋瑋,陳志玲,等.生物化學探究式教學的設計和實施[J].生命的化學.2013,33(01):105-108.
[3]李科友,朱海蘭.創新理念,培養能力—生物化學教學之體會[J].微生物學通報.2011,38(02):250-255.
[4]朱素琴,季本華.生物化學教學改革的實踐與探索[J].微生物學通報.2010,37(08),1238-1242.
[5]舒樂新,苗戎,楊琳,等.改革生物化學實驗教學,提高實驗教學質量[J].實驗室科學.2013,16(05):53-55.
[6]程馳.生物化學綜合設計性實驗教學模式探討[J].教育教學論壇.2012,(24):242-244.
[7]史鋒,周楠迪,田亞平.淺談生物化學實驗教學在高校生物化學教學中的作用[J].教育教學論壇.2011,(21):247-248.
在化學教學過程中能夠激發學生積極性、提升對化學興趣的各種情境或相關景物,就是化學情景。一般來說,化學情景可以是看得到、摸的著、可感知的,也可以是虛構的、口述的、看不到的景物,但其一定是大家都能夠體會到的事物。很多實例也證明了學生的創造性思維的產生、知識的獲得,綜合運用能力的提高,都離不開教學中化學情景的設置。化學情景設置的巧妙與科學,是培養學生創造性思維的有效手段。創設化學情景,可以從如下兩方面構建:
(一)從生活中的經歷創設情景
現實的生活是我們學習的基礎,也是我們獲得新識的有效渠道,那么在教學過程中,我們可以根據學生的生活經歷和經驗,在其原有的知識平臺上通過引導來學習新的知識,建構他們的知識體系,培養他們的學習能力,最終提高他們的綜合素養。
例如,在講授高一化學必修1的《化學計量在實驗中的應用》時,物質的量這個概念對于學生,是一個不太具體的抽象概念,怎樣引導學生利用其可感知的生活經驗和現實感受來輔助教學,這是需要巧妙設置的。
首先提出問題:大家知道一滴水中有無數的分子,要一個一個確定其中的分子個數是不現實的,也根本完成不了,但是化學變化的實質是微觀粒子在參與的,那么有沒有方法能快速、準確的知道多少粒子參與反應了呢?
情景一:平時大家去購物,經常會聽到說“我買一箱可樂”或者有的顧客說“給我兩袋瓜子”,為什么他們不說買多少瓶可樂或多少顆瓜子呢?那么他們具體買了多少瓶可樂、多少瓜子呢?
情景二:同學們都有體會,在看電視娛樂節目的時候(如《爸爸去哪兒》),主持人都會邀請很多觀眾來參與錄制。同學們,設想一下,有何好方法可以一下子知道大概來了幾位嘉賓(大人和小孩都算數)呢?
通過生活中的具體情景,大家能很容易的理解“一箱子飲料大約是12~16罐”,《爸爸去哪兒》上可以以“家庭”為單位進行人數清點,這樣學生可以明白“箱”以及“家庭”就是一個集體,一個基本的集合。通過生活中的經驗,學生可以很容易的理解物質的量的含義——實質就是將一定數目的粒子作為一個集體的物理量,明白了n=N/NA的意義,這樣通過引導學生自發性的主觀思考,既夯實了學生的知識基礎,又訓練了其捕捉知識點和掌握新知識的能力。
(二)化學實驗現象創設情景
化學是自然科學中以實驗為基礎的學科,其通過實驗可以觀察到大量有趣的化學現象,這樣不但有利于培養學生學習興趣還有助于加深知識的消化理解。在身臨其境的化學實驗中,可以塑造和培養嚴謹認真的科學態度,更可以顯著提升其手腦并用的實際應用能力。所以,化學實驗兼具情境教學與新知識教育雙重意義。通過科學的創設情景,利于學生掌握運用新知識。
例如,在講授必修1化學的離子反應中,可以讓同學們分別觀察。
實驗1:在0.5mol/L的Na2CO3溶液中逐滴滴加等濃度的HCl溶液。
實驗2:在0.5mol/L的HCl溶液中逐滴滴加等濃度的Na2CO3溶液。
通過觀察,發現實驗1在逐滴滴加稀HCl的時候,不會看到有氣泡出現,但在加入稀HCl一段時間之后,才發現有大量的氣泡出現;實驗2的現象是滴加Na2CO3溶液時,立即出現大量的氣泡,有大量的氣體生成。
設置問題:為什么相同的反應物,相同的反應條件,為什么實驗現象是完全不同?
通過實驗現象的不同以及問題的提出,充分調動學生的思考積極性,有助于提高學生的學習興趣,培養學生的思考問題解決問題的能力,有助于學生深入了解化學新課改中實驗探究的學習方法。
在化學教學中,情景設置方法還有很多。例如,可以利用新聞事件創設教學情景,可以通過角色扮演來創設情景,也可以利用現在發達的多媒體技術來創設情景,吸引學生的興趣等方法。總之,老師可以通過自己在化學新課改的教學中,根據自己的體會和課程內容來設置教學情景,提高學生捕獲新知識的興趣,進而喚醒主動學習的欲望,有助于其建立關聯性記憶思維,理解具體情景所傳遞出的科學概念,加深對新知識的理解和記憶程度,達到意想不到的高效率教學效果。
二、結束語
一、運用多媒體課件,創造優化的教學情境
化學課堂上的探究性學習,一般的步驟是:創設情境,提出問題,實驗探究,得出結論并拓展。多媒體課件多感官的綜合刺激在創設情境方面有著得天獨厚的條件。例如我們在講解滅火的方法這一知識點時,播放了一段衡陽市2003年“11.3”特大火災的視頻圖象,讓學生直觀的了解到火失控后會給人類帶來的災害,然后要求學生結合自身的日常生活經驗總結出滅火的方法。從而激發了學生的情感,使學生受到了感染,同時使課堂教學效果及其教育功能達到了最佳狀態。
二、靈活使用課件,使化學教學內容變抽象為具體
化學不同于其他學科的最大特征在于其思維方式是微觀與宏觀的聯系,建立對微觀世界的想象力是化學教學不同于其他課程的特點,也是其他課程不能代替的。而在中學階段學生抽象思維有了很大發展,但具體形象思維仍有十分重要的地位。在中學化學計算機輔助教學中,用動畫表示化學反應的微觀過程可以把分子、原子之間的相互作用、化學鍵的斷裂和形成、原子或原子集團的分與合形象地、動態地展現出來,生動活潑,吸引力強,能夠激發學習者的學習興趣,使學習者處于主動學習的地位,形成直接學習的動機,增加無意記憶和聯想記憶。多媒體課件在物質微觀結構的展示、化學反應的微觀過程的演示方面的直觀性為我們在教學中架起了微觀和宏觀的橋梁,對于學生微觀想象力的培養起著不可代替的作用。我們在進行原子的結構、水的電解、氯化氫的形成等知識點的教學中,都采用了Flas,讓學生在直觀的感受中形成自己頭腦中的微觀想象。
三、運用現代教育技術對化學實驗進行仿真演示,提高學生的動手能力
我們在化學教學中發現的最大難題是學生的動手能力差,每次實驗課,老師的大量精力都花在糾正同學們的錯誤操作上,而且由于人數眾多,老師不可能面面俱到,照顧到每一個學生。為此我們在學校計算機房中裝了一個《化學儀器隨意組合》這樣一個小軟件,學生在上機的時候就可以進行仿真實驗演示。通過仿真實驗的訓練,再進實驗室做實驗,我們發現學生的動手能力大大的提高了。
四、利用網絡優勢,實現交互式和協作式的建構性學習。
計算機網絡上豐富多彩的巨大的信息資源,為學生建構化學知識提供真實、豐富、復雜的學習情境。信息時代每個人每時每刻都接受著大量信息。在建構性學習中,教師與學生、學生與學生之間的交流更加充分。網絡信息的“互動性”為交互性和協作式學習提供了最佳物質基礎。在化學學科中,信息處理能力主要指能從多樣話媒體中獲取和處理人類與化學環境有關的化學圖象、化學數據、化學文字信息的能力。信息網絡技術的開發,使多媒體不僅成為學生查找信息的資源庫,而且成為建構主義學習理論環境下的一種認知工具。在解決問題的過程中指導學生充分討論尋求解決問題的思路和方法,發揮小組學生性格各異、思路各異、方法各異的學習優勢,利用網絡交互的特點,進行多向思維的碰撞,通過這種交互、協作、溝通、碰撞,每位學生可以看到問題的不同側面和多種解決途徑,從而對建構化學知識產生創新的洞察力。