“蛋白質(zhì)與酶工程”混合式教學(xué)的多模態(tài)教學(xué)改革思考

張辰艷，王前進(jìn)，張妍妮

（1.西北工業(yè)大學(xué)生命學(xué)院 陜西 西安 710072；2.陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 咸陽(yáng) 712000）

21 世紀(jì)是生命科學(xué)飛速發(fā)展的時(shí)代，也是生命科學(xué)科研成果真正應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)化的時(shí)代，生命科學(xué)是當(dāng)今在全球范圍內(nèi)最受關(guān)注的基礎(chǔ)自然科學(xué)。生命科學(xué)專業(yè)要求培養(yǎng)具有生物學(xué)基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)和基本技能，具有數(shù)理化基礎(chǔ)、人文社科素質(zhì)、國(guó)際化視野和科學(xué)思維能力，能綜合應(yīng)用所學(xué)理論知識(shí)和技能從事生物學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)的創(chuàng)新型人才?；诖耍n程組對(duì)西北工業(yè)大學(xué)“蛋白質(zhì)與酶工程”進(jìn)行了一系列的教學(xué)改革[1-2]。

1 課程簡(jiǎn)介

“蛋白質(zhì)與酶工程”自2016 年開(kāi)始在西北工業(yè)大學(xué)面向本科生開(kāi)設(shè)，之后又在生物技術(shù)與工程、生物醫(yī)學(xué)工程研究生中開(kāi)設(shè)，課程內(nèi)容包括蛋白質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)、蛋白質(zhì)的表達(dá)和純化、蛋白質(zhì)活性和結(jié)構(gòu)測(cè)定、蛋白質(zhì)修飾、蛋白質(zhì)分子改造、蛋白質(zhì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)、蛋白質(zhì)與酶工程的應(yīng)用等。通過(guò)對(duì)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以掌握蛋白質(zhì)與酶工程的基本原理，了解蛋白質(zhì)與酶工程的實(shí)驗(yàn)流程，熟悉開(kāi)展蛋白質(zhì)與酶工程研究的重要方法，建立起對(duì)蛋白質(zhì)與酶工程技術(shù)體系及其實(shí)際應(yīng)用的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)。前期教學(xué)實(shí)踐中存在一系列的問(wèn)題：①“蛋白質(zhì)與酶工程”教學(xué)資源欠缺，在中國(guó)MOOC 網(wǎng)卻沒(méi)有對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)資源，教學(xué)資源的短缺嚴(yán)重制約了該專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)；②教學(xué)設(shè)計(jì)理念滯后，以學(xué)生為主體的理念貫徹不夠到位；③理論與實(shí)踐脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)沒(méi)有動(dòng)力。

2 混合式教學(xué)改革措施

結(jié)合西北工業(yè)大學(xué)“三位一體”教學(xué)理念和生物技術(shù)領(lǐng)軍人才的培養(yǎng)目標(biāo)，“蛋白質(zhì)與酶工程”著力培養(yǎng)具有家國(guó)情懷、創(chuàng)新意識(shí)、人文科學(xué)素養(yǎng)、全球視野與持久競(jìng)爭(zhēng)力、追求卓越、引領(lǐng)生命科學(xué)未來(lái)的人才，擬實(shí)施的改革措施如下。

2.1 混合式教學(xué)設(shè)計(jì)

2021 年在學(xué)校在線課程項(xiàng)目的支持下，本團(tuán)隊(duì)完成了“蛋白質(zhì)與酶工程”線上課程的建設(shè)，并在中國(guó)MOOC 網(wǎng)上線運(yùn)行，截至目前已經(jīng)運(yùn)行了3 輪，學(xué)生反應(yīng)良好。自2021 年秋季學(xué)期以中國(guó)MOOC 網(wǎng)建設(shè)的資源為牽引，進(jìn)行“線上”+“線下”的學(xué)習(xí)模式，通過(guò)課前導(dǎo)學(xué)、線上自主學(xué)習(xí)、課堂重點(diǎn)難點(diǎn)講解、線下深度討論、過(guò)程性考核等方式，將傳統(tǒng)的以“教師講授為主”的模式向以“學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主”的模式轉(zhuǎn)變，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和興趣，鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考的能力。①線上慕課節(jié)約課堂時(shí)間。據(jù)本課程的難點(diǎn)重點(diǎn)及其與先修課程的重合，增加線上教學(xué)的比例，線上MOOC資源為學(xué)生預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)和自學(xué)提供了保障，增加學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，同時(shí)也可以節(jié)約課堂教學(xué)的時(shí)間；②線上慕課會(huì)解決學(xué)生背景差異對(duì)教學(xué)過(guò)程的影響。“蛋白質(zhì)與酶工程”面向全校選課，包括來(lái)自材料學(xué)院、計(jì)算機(jī)學(xué)院和航空學(xué)院的學(xué)生，選課學(xué)生專業(yè)跨度大、背景差異大，增加了課堂教學(xué)的難度，因此通過(guò)慕課學(xué)習(xí)會(huì)降低學(xué)生個(gè)人專業(yè)背景對(duì)教學(xué)的影響。同時(shí)，在課堂上對(duì)學(xué)生的掌握程度進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，對(duì)其中的重點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行講解，課下學(xué)生可結(jié)合自己對(duì)相關(guān)知識(shí)掌握的程度，回顧慕課，進(jìn)一步加深對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握；③線上慕課與線下討論相結(jié)合促進(jìn)學(xué)生高階性和創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。慕課在基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)方面有很大的優(yōu)勢(shì)，但是并不適合高階性和創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)，因此，教師在布置慕課學(xué)習(xí)內(nèi)容的時(shí)候，提出相應(yīng)的問(wèn)題，讓學(xué)生帶著問(wèn)題去學(xué)習(xí)，如在維持蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的方法中，教師要求學(xué)生通過(guò)線上學(xué)習(xí)了解如何維持蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性，讓學(xué)生主動(dòng)思考，帶著問(wèn)題來(lái)上課，在線下教學(xué)過(guò)程中可以花更多的時(shí)間去激發(fā)學(xué)生的高階性思考；④線上慕課為學(xué)生課后復(fù)習(xí)提供了很好的支撐。在線下教學(xué)中，學(xué)生有不懂的地方，可以再次回到慕課進(jìn)行學(xué)習(xí)，同時(shí)慕課中配套有相應(yīng)的測(cè)試題，讓學(xué)生自行檢測(cè)學(xué)習(xí)效果，查漏補(bǔ)缺。通過(guò)以上舉措，實(shí)現(xiàn)線上和線下教學(xué)的互補(bǔ)，線上教學(xué)以基礎(chǔ)知識(shí)技能學(xué)習(xí)為主，線下教學(xué)以互動(dòng)和高階性培養(yǎng)為主，兩者結(jié)合，既能保證基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生科學(xué)思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2.2 依托于案例教學(xué)，鼓勵(lì)多學(xué)科交叉，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性的思維

①通過(guò)啟發(fā)式教學(xué)、探究式教學(xué)、問(wèn)題教學(xué)和案例教學(xué)等方法[3]，以科學(xué)問(wèn)題為切入點(diǎn)，教師提出案例，讓學(xué)生利用課堂所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，教師進(jìn)一步提出改進(jìn)意見(jiàn)，引導(dǎo)學(xué)生再次進(jìn)行深度思考。此外，教師也會(huì)選擇社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題，組織學(xué)生進(jìn)行專題討論，如以重組流感疫苗的制備為題，讓學(xué)生利用所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行重組流感疫苗的生產(chǎn)，以“關(guān)鍵蛋白生物信息學(xué)預(yù)測(cè)—蛋白質(zhì)表達(dá)—蛋白質(zhì)純化—蛋白質(zhì)穩(wěn)定性維持”為思路，學(xué)生通過(guò)查閱文獻(xiàn)，寫(xiě)出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)科交叉，激發(fā)多學(xué)科聯(lián)動(dòng)，如蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系的學(xué)習(xí)中，教師會(huì)提到鐮刀型貧血癥的發(fā)生和危害，不僅從生物學(xué)角度講授血紅蛋白中極性氨基酸突變成非極性氨基酸導(dǎo)致蛋白質(zhì)空間構(gòu)象發(fā)生改變，導(dǎo)致其與氧結(jié)合功能喪失進(jìn)而溶血的原理，同時(shí)也鼓勵(lì)學(xué)生從流體力學(xué)的角度去思考鐮刀型的紅細(xì)胞更容易出現(xiàn)溶血的原因；②專題討論中鼓勵(lì)不同專業(yè)背景的學(xué)生組隊(duì)，計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生主要進(jìn)行蛋白質(zhì)基本信息、親疏水性和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)等，生物學(xué)專業(yè)的同學(xué)主要進(jìn)行蛋白質(zhì)體外表達(dá)和純化方案的設(shè)計(jì)，材料學(xué)專業(yè)的學(xué)生主要考慮可提高蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的生物材料的設(shè)計(jì)，協(xié)作設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，使得每個(gè)人真正學(xué)以致用，也讓學(xué)生體會(huì)到學(xué)科交叉的魅力；③鼓勵(lì)學(xué)生基于教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行發(fā)散式思考。在教學(xué)過(guò)程中，教師要多提開(kāi)放性的問(wèn)題，讓學(xué)生充分發(fā)揮想象力，打破思維定式。如蛋白質(zhì)與酶工程應(yīng)用教學(xué)中，利用蛋白質(zhì)工程在人工血液中的應(yīng)用，蛛絲蛋白在民用及軍用防護(hù)中的應(yīng)用，貽貝蛋白在組織黏合與修復(fù)中的作用等，不僅能開(kāi)闊學(xué)生的視野，也能極大地提升學(xué)生的發(fā)散思維和創(chuàng)新能力。

2.3 加強(qiáng)前沿知識(shí)的跟蹤

①注重前沿文獻(xiàn)的學(xué)習(xí)。生命科學(xué)發(fā)展迅速，應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生緊跟前沿，教師布置課程內(nèi)容相關(guān)的文獻(xiàn)導(dǎo)讀，要求學(xué)生完成書(shū)面的文獻(xiàn)閱讀筆記，對(duì)一些學(xué)有余力的學(xué)生，嘗試針對(duì)該論文設(shè)計(jì)提出進(jìn)一步提升的意見(jiàn)；②組織學(xué)生參加高水平的學(xué)術(shù)報(bào)告。目前有很多知名專家的線上學(xué)術(shù)報(bào)告，組織學(xué)生參加此類的學(xué)術(shù)報(bào)告，開(kāi)拓科研思維；③針對(duì)一些重要的專題，如課程涉及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究部分，預(yù)期邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)外科學(xué)家做學(xué)術(shù)報(bào)告，提升學(xué)生的專業(yè)認(rèn)同感，強(qiáng)化專業(yè)歸屬感。

2.4 建立多元化的學(xué)習(xí)模式

①建立蛋白質(zhì)工程微信公眾號(hào)，及時(shí)更新該領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；②針對(duì)課程內(nèi)容，組織專題辯論。如“蛋白質(zhì)與酶工程”第一部分會(huì)提到重組載體的構(gòu)建，教師會(huì)讓學(xué)生上網(wǎng)查找資料，同時(shí)觀看科幻電影，如《逃出克隆島》等，談?wù)勅绾慰创ㄟ^(guò)基因重組技術(shù)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因食品對(duì)人類健康及社會(huì)發(fā)展的影響，并根據(jù)該內(nèi)容設(shè)計(jì)相應(yīng)的專題辯論，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解。

2.5 鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行專題實(shí)驗(yàn)，以科技競(jìng)賽為依托挖掘和培養(yǎng)高階性人才

生命科學(xué)是一門(mén)來(lái)源于實(shí)踐的學(xué)科，課堂知識(shí)學(xué)習(xí)與專題興趣實(shí)驗(yàn)的結(jié)合，能進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解和掌握。在教學(xué)過(guò)程中，教師會(huì)設(shè)計(jì)一些專題實(shí)驗(yàn)，如：蛋白質(zhì)載體構(gòu)建、純化、結(jié)晶和結(jié)構(gòu)解析、微流控芯片的設(shè)計(jì)等；同時(shí)也鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合自己的研究興趣，自主設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)與酶工程相關(guān)的專題實(shí)驗(yàn)解決生活和生產(chǎn)中的問(wèn)題，如：嘗試表達(dá)某病毒S 蛋白受體結(jié)合區(qū)基因，并將其重組到中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢細(xì)胞內(nèi)，實(shí)現(xiàn)其在體外表達(dá)，教師為學(xué)生提供相關(guān)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)和材料，幫助學(xué)生更好地理解課程內(nèi)容?；谡n程專題的內(nèi)容，本科生通過(guò)對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索和總結(jié)，以第一作者發(fā)表SCI 論文。高階人才培養(yǎng)是本科生培養(yǎng)過(guò)程中的重要任務(wù)，大學(xué)科技競(jìng)賽是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和動(dòng)手能力的有效手段，是對(duì)基礎(chǔ)教學(xué)的補(bǔ)充和深化，是發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)拔尖人才的重要途徑。在課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上，依托于各種學(xué)生競(jìng)賽，著力挖掘和培養(yǎng)具有潛力的學(xué)生，鼓勵(lì)學(xué)生早進(jìn)課題、早進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，為拔尖人才的培養(yǎng)搭橋鋪路。基于課程內(nèi)容，學(xué)生提出從動(dòng)物組織中分離具有抗疲勞功能的蛋白，該項(xiàng)目獲在學(xué)校“三航杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中獲獎(jiǎng)。

2.6 走出課堂，走進(jìn)工廠

“蛋白質(zhì)與酶工程”是一門(mén)實(shí)踐性課程，要了解該領(lǐng)域的前沿和發(fā)展方向，必須要走進(jìn)工廠。因此，課程中帶學(xué)生走進(jìn)蛋白質(zhì)與酶工程相關(guān)的企業(yè)，學(xué)生在公司學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)在疾病診斷中的應(yīng)用，蛋白質(zhì)生長(zhǎng)因子在組織再生和重建中的應(yīng)用。同時(shí)，還會(huì)邀請(qǐng)知名企業(yè)專家來(lái)校做報(bào)告。通過(guò)此類社會(huì)實(shí)踐真正讓學(xué)生學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)與酶工程的行業(yè)前沿信息，多方面、多層次讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)和體會(huì)所學(xué)知識(shí)在生產(chǎn)和實(shí)踐中的應(yīng)用，增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)認(rèn)同感，并能親身感受我國(guó)生物高新企業(yè)的快速發(fā)展。

2.7 改革課程成績(jī)?cè)u(píng)定方式

成績(jī)?cè)u(píng)定更加注重過(guò)程和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，以提高學(xué)生綜合能力為目標(biāo)，加強(qiáng)過(guò)程化和多元化考核，包括平時(shí)成績(jī)和考試成績(jī)。平時(shí)成績(jī)包括出勤、作業(yè)、專題討論和專題實(shí)驗(yàn)。作業(yè)包括慕課單元測(cè)試、雨課堂測(cè)試和書(shū)面作業(yè)，專題實(shí)驗(yàn)的成績(jī)包括專題實(shí)驗(yàn)方案的撰寫(xiě)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析。

3 課程特色

在前期的教學(xué)實(shí)踐中，通過(guò)一系列的舉措，形成了鮮明的課程特色，受到學(xué)生的廣泛好評(píng)，并獲批西北工業(yè)大學(xué)本科生線上線下一流課程。

①形成“前沿文獻(xiàn)追蹤—線下教學(xué)—翻轉(zhuǎn)課堂—再思考—再學(xué)習(xí)—學(xué)生競(jìng)科技賽”的閉環(huán)式學(xué)習(xí)思路，引導(dǎo)和激發(fā)學(xué)習(xí)主動(dòng)性，增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣和能力；

②建立“線上+線下+創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)+社會(huì)實(shí)踐”全方位的混合式教學(xué)模式，同時(shí)結(jié)合案例教學(xué)、改革成績(jī)?cè)u(píng)定方式和學(xué)生競(jìng)賽等措施，重在基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)突出知識(shí)的應(yīng)用，社會(huì)實(shí)踐注重知識(shí)的升華，提升生物技術(shù)人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

教育部提出不僅要注重基礎(chǔ)人才的培養(yǎng)，更要著力培養(yǎng)與國(guó)家發(fā)展需求緊密結(jié)合的創(chuàng)新型人才[4-5]。“蛋白質(zhì)與酶工程”進(jìn)行了“線上+線下+創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)+社會(huì)實(shí)踐”混合式教學(xué)的多模態(tài)教學(xué)改革，實(shí)現(xiàn)了“多觸點(diǎn)”和“多熔點(diǎn)”的教學(xué)模式，取得了顯著的成效，其中的經(jīng)驗(yàn)或許可以為相關(guān)課程教學(xué)提供一些借鑒和幫助。