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2019 年“课程思政”示范课程典型优秀案例三:生命不息,循环不止——三羧酸循环

作者: 来源: 发布日期:2020-12-22 浏览次数:

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“三羧酸循环” 是需氧生物体内普遍存在的代谢途径,是基础生物化学的核心内容,它不仅是糖类、脂肪和蛋白质在细胞内氧化供能的共同途径,也是它们相互转化的枢纽。其反应过程复杂,内容抽象,学生对这部分重点和难点内容不好理解和掌握。本案例来自郭蔼光主编《基础生物化学》教材中第七章糖类分解代谢第五节“三羧酸循环”部分内容,是本章和整个基础生物化学的重点知识。

利用故事、联想、归纳、口诀、动画、漫画、情景剧等多种形式启发式教学,提高学生学习兴趣,培养学生自学能力和科学素养;把祖国的母亲河-黄河与“三羧酸循环”相联系,使枯燥知识活起来,动起来,化抽象为具体,化深奥为浅显,寓教于乐,激发学生爱国情怀和创新意识。

一、 课程教学目标

(一)课程教学目标

1. 知识目标:

使学生理解并掌握“三羧酸循环”的定义、反应部位、全过程、限速反应、产能计算、调控机制及生物学意义。

2. 能力目标:

使学生掌握多渠道获取知识的方法,提高学生分析问题解决问题的能力。

(二)思政育人目标

1.设计思路

通过“汉斯·克雷布斯”的故事 和“三羧酸循环的发现与启示”,使学生得到科学精神的熏陶和科学素养的培养;把祖国的母亲河-黄河与“三羧酸循环”相联系,使枯燥知识活起来,动起来,化抽象为具体,化深奥为浅显,寓教于乐,激发学生爱国情怀和创新意识。

2.思政育人目标

使学生不仅知其然,更要知其所以然,得到科学精神的熏陶和科学素养的培养,接受一次爱国主义教育,并陶冶情操。

3.育人主题

科学精神,爱我黄河!爱我中华!

二、教学实施过程

教学理念

落实立德树人根本任务,在知识传授中注重强调价值引领,深入挖掘生物化学课程所蕴含的思想政治教育元素和所承载的思想政治教育功能,使思想政治教育融入人才培养全过程。确立价值塑造、能力培养、知识传授“三位一体”的课程目标,并结合课程教学内容实际,明确思想政治教育的融入点和教学方法等。

基础生物化学“课程思政”示范课程的建设中,要充分挖掘其科学人文精神,重点强化科学素养、创新意识、家国情怀和生命健康教育,增加学生学习兴趣,提高对专业的认同感,激发对生命科学的好奇心,全面提升其综合素质。

教学内容、教学方法及教学创新

课前利用“云班课”平台推送本节课程 PPT和“汉斯·克雷布斯” 和“三羧酸循环的发现与启示”等文献,告知学生课前预习要求。

课堂教学采用传统教学与“云班课”平台辅助教学相结合的混合式教学。在教学过程中,教师的主要任务是传授知识、引导和组织各类活动,目的是引发思考,激发学生的兴趣。

回顾前一节课,糖有氧氧化的前两个阶段,糖酵解和丙酮酸氧化脱羧发生部位,反应过程,限速反应步骤,关键酶。设置问题:丙酮酸氧化脱羧的产物乙酰基CoA去哪理了?引出本节课的内容糖有氧氧化的第三阶段—“三羧酸循环”。

利用 PPT 展示“三羧酸循环”步骤,如图 1 所示。通过图 1引导学生明确“三羧酸循环”的概念,即草酰乙酸和乙酰CoA在柠檬酸合酶催化合成具有三个羧基的柠檬酸,经过一系列氧化、脱羧又生成草酰乙酸的循环过程称为“三羧酸循环” (tricarboxylicacidcycle, TCA循环)或“柠檬酸循环”。其共九步反应,所有反应都发生在线粒体中,线粒体被称为细胞的“能量工厂”。

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图 1 三羧酸循环反应历程

通过图 1观察引导学生将“三羧酸循环”过程产能反应、脱羧反应、限速酶(参与不可逆反应的酶)和脱氢反应概括为“1、2、3、4”,即1次产能反应,2 次脱羧反应,3 个限速酶催化反应,4 次脱氢反应。“三羧酸循环”第①步、第④步和第⑤步反应为不可逆反应,因此。整个循环不可逆只能单方向运行。

通过动画详细生动教授的三羧酸循环的反应机制。

催化不可逆反应的柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶和α- 酮戊二酸脱氢酶复合体是关键酶,通过共价修饰和变构调节方式调控“三羧酸循环”。当NAD/NADH的比值增高时,这三种调控酶活性增强,“三羧酸循环”速度加快,反之亦然。当ATP浓度增高时,这三种调控酶活性降低,“三羧酸循环”速度减慢。

讲授“三羧酸循环”的生理意义时,将其与糖酵解的生理意义相比较,使学生认识两者的异同点。“三羧酸循环”是机体利用糖和其他物质氧化获能最多最有效得方式,如果把“三羧酸循环”比喻为“燃烧炉”的话, 乙酰基CoA 即是“燃料”柠檬酸合成酶就是“炉工”。 “三羧酸循环”用歌诀记忆为 “草酰乙酰成柠檬,柠檬又生α酮,琥酰琥酸延胡索,苹果落在草丛中。” 谐音记忆为“炒你随意炒, 铜壶呼盐瓶。”即“草拧顺异草,酮琥琥延苹。”

利用 PPT 展示以其流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、山西、陕西、河南及山东9个省区,最后流入渤海作比拟引出“三羧酸循环”中草酰乙酸、柠檬酸、顺乌头酸、异柠檬酸、a酮戊二酸、琥珀酰CoA、琥珀酸、延胡索酸和苹果酸。以黄河沿途四个水电站密集区代表“三羧酸循环”中的四次脱氢反应,如图2、3。

对“三羧酸循环”进行总结:①有氧参与;②在线粒体内进行;③一次底物水平磷酸化;④两次脱羧, 四次脱氢;⑤三个限速酶参与;⑥净生成10 分子ATP;⑦循环不可逆;⑧最终彻底氧化成CO2 和H2O。

表1黄河与“三羧酸循环”比较

黄河

三羧酸循环

中华文明的发源地

生物体的立命之本

流经九省区,建有多个水电站

九步化学反应,10 ATP/循环

奔流到海不复回

整个循环不可逆

黄河精神

团结、开拓、拼搏、奉献

“TCA”的精神

团结(沟通三大代谢)、开拓

(高效产能)、拼搏(生命不息,循环不止)、奉献(默默供能)


三、教学效果

(一)案例开展的意义和价值

3.1 提高学生学习兴趣,促进学生自主学习

“三羧酸循环”是生物化学的重点和难点,内容抽象、机制复杂、学生难理解、难记忆。利用故事、联想、归纳、口诀、动画、漫画、情景剧等多种形式启发式教学,有助于激发学生的学习兴趣。

传统的教学模式以教师为中心,学生被动的接受知识,自学意识薄弱,没有主动学习的习惯。在基于“云班课”平台教学模式下,学生在课前要按照老师要求预习课程相关内容,在听完教师的讲授之后,需要阅读教材和老师所讲的PPT,独立思考与学习,进一步理解基本概念及重难点,完成老师布置的作业。并且要求学生对知识点进行提炼和总结,提出自己的见解。通过这一主动的内化吸收过程,使学生学习由被动变为主动,充分发挥自己的主观能动性,自学能力显著增强。

3.2 培养学生科学素养

传统的教学模式,过分注重传授基本的理论知识,忽视知识的来龙去脉,结果使学生习惯于死记硬背,缺乏科学思维和科学精神。了解“三羧酸循环”的研究历史,让学生既学习了专业课知识,又可以沿科学家的探索思路,领悟科学的思维方式,熟悉在科学的发现和创新过程中,科学家发现问题、分析问题和解决问题的方法,使学生在潜移默化中得到科学精神的熏陶和科学素养的提升。思维导图不仅是一种学习方法,更是一种思考方式,其可运用图文层级表现各级主题之间的关系,将零散、抽象、枯燥烦琐的知识按照内在逻辑顺序建立相互的节点联系,使之成为容易记忆的组织性和发散性的系统图,实现知识的结构化、条理化和系统化。其有利于对知识的归纳总结和记忆,有助于激发学生的想象力,有利于培养学生的探究能力和创新意识,如图4。

3.3 激发学生爱国情怀和创新意识

“三羧酸循环赞歌”将黄河的地理和人文知识与微观的“三羧酸循环”知识相结合,化抽象为具体,化枯燥为生动, 寓教于乐, 培养学生的创新精神和爱国情怀。让学生分组编排节目进行“三羧酸循环”赞歌的课堂表演。极大地激发了学生的学习热情和创作激情, 一些同学还对“三羧酸循环”赞歌进行了加工改编, 一些同学把“三羧酸循环”中的代谢物拟人化,在《卡门进行曲》的伴奏下,以美丽的“草酰乙酸小姐”的生活经历为主线,因其爱吃的“乙酰CoA”, 而脱变成“柠檬酸”,后者脱水太多,衰变为苍老的“顺乌头酸”,而“顺乌头酸”相信:要想皮肤好,天天用大宝!补水,返老还童变成了“异柠檬酸”,“异柠檬酸”通过美容秘方 “氧化脱羧脱氢反应”,把自己变成时髦的“a-酮戊二酸”,“a-酮戊二酸”因过度使用亲情套装系列化妆品“a-酮戊二酸脱氢酶系”,成了憔悴疲惫的“琥珀酰CoA” ,“琥珀酰CoA”服用了能量新药-高磷片,又成了美丽的“琥珀酸小姐”,“琥珀酸小姐”服用了FAD脱氢,摇身一变,成为了“延胡索酸”,“延胡索酸”补水变成“苹果酸”,“苹果酸”偷吃了宫廷御药NAD+脱氢,回光返照又成了“草酰乙酸小姐”, 戏剧化完整的再现了“三羧酸循环”的过程。还有一些同学以“TCA口服液”为载体, 通过在西农大北校区南门外五台山对不同人物对象的采访, 把“TCA循环”编排成“小崔说事”的形式,如图6。

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图 4三羧酸循环思维导图

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图5学生朗读“三羧酸循环赞歌”图6 学生课堂表演改编的“三羧酸循环”节目

(二) 主要成效和特色(可将学生、同行的感悟、反馈、评价等作为附件)

(1) 学生反馈(摘录):

一些同学们这样说 “将‘三羧酸循环’的内容凝练成诗句,让大家在轻松幽默中记住了内容枯燥、方程式又多又复杂的‘三羧酸循环’过程,不仅提高了学习兴趣,更使大家在快乐中加深了对知识点的记忆度,提高了效率。”、 “这是一种非常新颖的,创新的教学方式,我们非常喜欢!让我们从当时对于‘三羧酸循环(内容枯燥,结构复杂)’的恐惧中,从‘要我学’变成了‘我要学’。” 等。

学习了 “三羧酸循环”的发现过程后,同学们认为“科学研究要有强烈的兴趣,需要虚心吸收前人的研究成果,需要敏锐的观察,科学的概括,坚持不懈的品质。Krebs发现“三羧酸循环”, 获1953年诺贝尔生理或医学奖,是对我们最好的启迪。”

一些同学们这样说“学习生物化学,既要掌握最基本的知识点,又要学会自我思考,充分发挥主观能动性,在自己不断思考的过程中深化认识,辩证学习。”有位同学在学期末总结中这样写道“以前,在学习中面对自己不会的问题,通常的解决办法就是直接看答案,或者直接询问同学,完全没有自己的思考和想法,相比于之前,我做的最好的一点就是‘思考’。“在学习TCA循环的时候,上完课之后还是有不了解的地方(为什么关键酶有三个,他们为什么会成为关键酶等等),就是很多细节在上课的时候忽略了,在当天晚上我就看了老师的PPT和老师放在‘云班课’里面的一些文献,后来又在舍友的帮助下理解透了,现在写来还觉得整个‘TCA循环’过程记忆清晰。” 等。还有位同学在学期末总结中这样写道“思维导图能够帮助我构建较为清晰的知识结构。例如,在糖代谢章节中,通过思维导图我对EMP,TCA,PPP和糖异生途径的过程、概念、意义及特点的构架组成上有了清晰的理解,通过分析上述代谢途径之间的联系和区别,对糖代谢有了更深刻的认识。”

还有一些同学们说“朗诵时大家无一不心潮澎湃,充满着民族自信心和自豪感。黄河是中华民族伟大的母亲河,是它赋予我们文明与发展,中国人民时刻都记得它带来的繁荣与骄傲。这次活动让我深刻认识到了发散性思维的美妙,也让我体会到了作为炎黄子孙的骄傲与自豪!”、“大自然确实蕴含着无数的秘密与神奇的能量,‘三羧酸循环’和黄河一样,像是大自然赐予我们的礼物,然而大自然的‘礼物’远远不止这些,还有更多的未知礼物等待我们去发掘,去赞扬!”、“既让大家对‘三羧酸循环’有更深刻的了解和记忆,又激发大家对于黄河壮美景观的赞叹,不禁激起我们的爱国情怀和学习热情。”、“恰同学少年,风华正茂,书生意气,何不奋发向上,成就一片属于自己的天地!” 、“从黄河到‘三羧酸循环’,朗诵的不仅仅只是一篇赞歌,而是在对深远悠久的历史文化和努力奋斗的科研精神的礼赞!”、“我感受到了‘三羧酸循环’的伟大,能以如此之小的变化支撑起世界上所有生物的生存,这种暗中奉献不求回报的精神值得我们学习”等等。

(2) 同行、媒体评价

①2018年7月29日应邀在第六届全国生物化学与分子生物学教学研讨会做了“‘三羧酸循环’创设情景,寓教于乐”的大会分会报告。

②2019年6月14日在天水师范学院参加西北地区高等学校教师教学发展中心联盟“2019年西北地区高等学校教师教学发展中心联盟年会暨金课建设研讨会”,并做分会报告。

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西北农林科技大学报2009年5月25日第392期第4版以“鼓励创新, 重在启发─一位教师‘生物化学’ 课堂印象记”为题进行了报道,2009年5月27日西北农林科技大学新闻中心也进行了报道。

[编者按] 近年来,新澳门葡萄京8814cc“生物化学” 课程代课教师李科友积极大胆改革教学方法,采用启发式教学,鼓励学生勇于创新与实践取得了良好的效果。我们希望更多的基础课程教师积极探索教学方法,踊跃参与到教学改革中来,使我校基础课程迈上一个新的台阶。

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四、案例反思

本案例的实行效果很好,课堂气氛活跃,学生参与积极性高。在课后学生反馈中,绝大多数学生对本案例反响很好,很钦佩科学家刻苦钻研、坚忍不拔的科学精神和热爱祖国的高尚情操,激发了学生的爱国情怀。由于课时所限,应试教育影响,一些学生不能适应全面素质教育的要求,不愿意采用排练“三羧酸循环赞歌”节目,但最后的学期总结中印象最深还是“三羧酸循环赞歌”,许多同学把“三羧酸循环赞歌”重新写在自己的总结里。

总之,将课堂教学与“云班课”手机教学有效结合,通过“课前自主预习,课内激发兴趣,课后知识延伸”保证了师生的及时有效沟通,强化了教师的主导作用、突出了学生的主体地位,极大地提高了的教学效果。




编辑:房春红

终审:姜在民

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