科教融合背景下的“生物化學(xué)”教學(xué)改革與實踐

丁 烽，張興麗，孟 武，李丕武

（齊魯工業(yè)大學(xué)〔山東省科學(xué)院〕 a.生物工程學(xué)院；b.食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250353）

引言

面對不斷變化的經(jīng)濟(jì)環(huán)境，新一輪科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)革命蓄勢待發(fā)，科技創(chuàng)新需要與教育和產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，探索教科產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展的新模式。為此，我國相繼出臺了一系列舉措，“教科產(chǎn)融合”的理念逐漸在我國高等教育界達(dá)成共識。為了適應(yīng)甚至領(lǐng)跑生物工程領(lǐng)域發(fā)展，要實現(xiàn)人才培養(yǎng)模式、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計、學(xué)生管理模式的全面轉(zhuǎn)變。當(dāng)前我國高校在社會資源的挖掘、教學(xué)理念重要性的凸顯、科研訓(xùn)練比重的提高、多樣化教學(xué)方法的嘗試、教授授課制度的實施等科教融合途徑方面取得了有效的、值得肯定的成果［1］。

一、提高“生物化學(xué)”課程教學(xué)質(zhì)量

近些年來，隨著生物化學(xué)科學(xué)研究的突飛猛進(jìn)，“生物化學(xué)”課程在廣度和深度上都發(fā)生了巨大變化，面對如此浩瀚的內(nèi)容更新，對應(yīng)教材囊括的內(nèi)容也越來越多。要學(xué)好生物化學(xué)，必須付出時間成本。然而，在注重學(xué)生能力培養(yǎng)，不斷壓縮課堂教學(xué)學(xué)時的背景下，如何在有限的學(xué)時內(nèi)完成高質(zhì)量的教學(xué)成了我們必須思考的問題。為解決此問題，一方面，要注重與生物化學(xué)進(jìn)展相適應(yīng)的教學(xué)安排、課堂講授及適合的教科書的使用。生物化學(xué)教研室教師基于多年的教學(xué)積累，編寫了教材，以基礎(chǔ)生物化學(xué)內(nèi)容為主，兼顧生物化學(xué)原理在生物工程、食品工程、生物技術(shù)等領(lǐng)域的應(yīng)用。教材緊扣生物化學(xué)的基本內(nèi)容，力求反映生物化學(xué)研究的新成果、新進(jìn)展、新的研究方法和手段，以達(dá)到鞏固基礎(chǔ)、拓寬視野、加強(qiáng)對學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和能力培養(yǎng)的目的。為此，在教材的延伸閱讀內(nèi)容中引入了部分最新研究動態(tài)、有趣的科學(xué)故事及與生物化學(xué)理論相關(guān)的生活常識等，學(xué)生通過自學(xué)有關(guān)內(nèi)容，可激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)科研思維［2］。另一方面，結(jié)合學(xué)院的政策條件、師資力量、硬件設(shè)施，積極拓展打造“生物化學(xué)”的第二課堂，將學(xué)術(shù)報告、社會實踐、科技競賽等納入第二課堂育人體系。結(jié)合學(xué)校的科教融合辦學(xué)特色，以培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神和實踐能力為突破口，充分利用生物工程學(xué)院的生物基材料與綠色造紙國家重點實驗室（部分）、輕工生物基產(chǎn)品綠色技術(shù)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心（部分）、中國輕工業(yè)微生物工程重點實驗室、山東省食品發(fā)酵工程行業(yè)技術(shù)中心、山東省輕工生物基清潔生產(chǎn)與煉制協(xié)同創(chuàng)新中心、中德啤酒技術(shù)中心等科研平臺，以及生物所的山東省生物傳感器重點實驗室、山東省生物檢測技術(shù)工程實驗室、山東省生物制造技術(shù)研發(fā)平臺、山東省生物傳感器技術(shù)研究推廣中心、山東省海洋功能食品加工示范工程技術(shù)研究中心、山東省海珍品精深加工技術(shù)重點實驗室、山東省科學(xué)院藥物篩選技術(shù)重點實驗室、中澳特色生物資源產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)合實驗室等科研平臺，搭建“教學(xué)—科研—轉(zhuǎn)化—實踐”四位一體的人才培養(yǎng)模式。

二、明確“生物化學(xué)”課程人才培養(yǎng)方法

“生物化學(xué)”是食品、生物等相關(guān)專業(yè)中重要的核心課程，在“生物化學(xué)”教學(xué)中以成果導(dǎo)向理論為指導(dǎo)對學(xué)生未來的發(fā)展有著非常重要的意義。齊魯工業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)部由原齊魯工業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)院和山東省科學(xué)院生物所融合構(gòu)建而成。在齊魯工業(yè)大學(xué)科教融合背景下，我們秉持“培養(yǎng)創(chuàng)新型應(yīng)用人才”的理念，針對生物化學(xué)“以教為主”“重理論輕應(yīng)用”的教學(xué)現(xiàn)狀，對“線上+線下”一體化混合式教學(xué)模式展開了研究，在教學(xué)過程中注重學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，以學(xué)生獨立思考、自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)為本，從教學(xué)理念、資源建設(shè)、教學(xué)方法等方面進(jìn)行了教學(xué)改革，實現(xiàn)“以教為主”向“以學(xué)為主”、“以課堂為主”向“課內(nèi)外結(jié)合”的轉(zhuǎn)變，夯實了創(chuàng)新型應(yīng)用人才培養(yǎng)基礎(chǔ)。創(chuàng)新型應(yīng)用人才培養(yǎng)方法見圖1。

圖1 創(chuàng)新型應(yīng)用人才培養(yǎng)方法

1.“課程體系—研究型教學(xué)—科創(chuàng)活動”相互支撐。以“激發(fā)興趣、注重能力、多元培養(yǎng)、個性發(fā)展”為指導(dǎo)，構(gòu)建基于OBE理念的“生物化學(xué)”課程混合式教學(xué)體系，增加研討性環(huán)節(jié)，強(qiáng)化“生物化學(xué)”實驗課程與設(shè)計實驗。以釀酒工程專業(yè)的“生物化學(xué)”課程教學(xué)為例，教師在參透教材的基礎(chǔ)上，結(jié)合白酒的釀造過程，將整個課程知識點重新組合為7個模塊：糖類及其分解代謝、蛋白質(zhì)及其分解代謝、脂類及其分解代謝、維生素、酶以及白酒生產(chǎn)原料處理、制曲、糖化階段中的物質(zhì)變化，使學(xué)生了解白酒生產(chǎn)發(fā)酵、蒸餾過程中的物質(zhì)變化［3］。在“生物化學(xué)”課程實驗中，以啤酒釀造中影響麥芽浸出率的糖化力與蛋白質(zhì)含量為例，先讓學(xué)生查閱資料并基于生物化學(xué)實驗教材中的基本實驗設(shè)計方案對不同品種的啤酒大麥進(jìn)行研究，教師再匯總并提出意見，討論后形成最終方案［4］。鼓勵學(xué)生自己探索并交流方法和經(jīng)驗，讓學(xué)生基于專業(yè)特點進(jìn)行研究型學(xué)習(xí)，對學(xué)習(xí)產(chǎn)生濃厚的興趣。

我們利用智慧樹網(wǎng)站及App建設(shè)了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，根據(jù)課程教學(xué)大綱、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和專業(yè)特點制作了覆蓋整個課程知識體系的一系列微視頻。2017年在“智慧樹”網(wǎng)平臺上線，并在本校內(nèi)的釀酒工程、食品質(zhì)量與安全專業(yè)等專業(yè)試行。2018年，齊魯工業(yè)大學(xué)“生物化學(xué)”在線開放課程被推薦為山東省課程聯(lián)盟首批上線課程。豐富的教學(xué)資源和完善的“智慧樹”網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺為實施翻轉(zhuǎn)課堂提供了必要條件，滿足了學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)需求。2021年“生物化學(xué)”在線開放課程被評為山東省第二批線上一流本科課程。教研室教師根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)、各部分知識點整理習(xí)題，重點內(nèi)容和難點內(nèi)容適當(dāng)突出，然后上傳至網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺建立題庫，自動隨機(jī)組卷，使學(xué)生的章節(jié)測試題目各有差別，防止相互抄襲。教學(xué)平臺同時設(shè)置了交流論壇，并設(shè)置了一定比例的平時成績，學(xué)生可以針對自己的學(xué)習(xí)難點及興趣點在論壇發(fā)帖交流，對于優(yōu)質(zhì)的交流帖，給予加分獎勵，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

推行有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新思維的多元化作業(yè)方式。除了用于鞏固平時所學(xué)基礎(chǔ)知識的線上平臺章節(jié)測試外，還鼓勵學(xué)生結(jié)合專業(yè)特點和自己的興趣，尋找涉及生物化學(xué)原理的生產(chǎn)生活、科研案例，查閱資料并整理成小論文，適當(dāng)提高該部分成績在平時成績中所占的比例。

2.“課程思政—導(dǎo)學(xué)研討”相互協(xié)同。重視課程思政的育人作用，引導(dǎo)和鼓勵學(xué)生進(jìn)行科研項目訓(xùn)練，從而為實現(xiàn)科技報國的理想而奮斗。任課教師的師德修養(yǎng)直接影響學(xué)生世界觀、人生觀和價值觀的養(yǎng)成，是影響人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要因素，因此，周圍教師的言傳身教，對學(xué)生的行為有直接的影響。我們深入挖掘所在生物工程學(xué)部教師的先進(jìn)事跡，整理成可用于課程思政教學(xué)的案例。

3.開展以興趣和問題為導(dǎo)向的研討式教學(xué)?！半p師型”教師，既是學(xué)識淵博、傳道授業(yè)的教師，又是適應(yīng)市場需求和企業(yè)需要的現(xiàn)代工程師。教師積極參與校企深度合作，以促進(jìn)教師實踐能力、工程能力的提高及成果轉(zhuǎn)化，逐步達(dá)到CDIO工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)對教師的能力要求，增強(qiáng)教師“雙師型”意識。齊魯工業(yè)大學(xué)的畢業(yè)生擁有非常著名的“老總現(xiàn)象”，擁有豐富的優(yōu)秀校友資源，學(xué)院采用定期邀請食品生物行業(yè)的企業(yè)家做專題報告、教師與企業(yè)的優(yōu)秀工程技術(shù)人員進(jìn)行交流等多種形式，提高本院專業(yè)教師的工程實踐能力和“雙師”教學(xué)水平。學(xué)院教師在與景芝酒業(yè)集團(tuán)合作芝麻香白酒特征風(fēng)味物質(zhì)課題的過程中，衍生出微生物合成法生產(chǎn)四甲基吡嗪項目，加強(qiáng)了校企合作。四甲基吡嗪是白酒中的主要功能性成分之一，在不同香型白酒中普遍存在，是美拉德反應(yīng)的產(chǎn)物，在釀酒工程專業(yè)“生物化學(xué)”課程講解美拉德反應(yīng)時引入此案例，極大地增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)以致用做科研的決心和信心。在教學(xué)過程中，把前沿知識、創(chuàng)新方法融入課程教學(xué)，使教師科研與教學(xué)相結(jié)合，鼓勵學(xué)生以“項目式”參與大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目的申報，指導(dǎo)學(xué)生自己組建團(tuán)隊、撰寫申報書、實驗設(shè)計、撰寫論文及項目結(jié)題。近幾年，“生物化學(xué)”課程教學(xué)團(tuán)隊的各位教師指導(dǎo)多名學(xué)生組建團(tuán)隊參與大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，促進(jìn)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)［5］。

4.“知識重構(gòu)—激發(fā)興趣—科創(chuàng)競賽”良性循環(huán)。充分發(fā)揮科教融合和學(xué)科專業(yè)優(yōu)勢，積極引導(dǎo)參賽學(xué)生充分利用科教融合資源，結(jié)合自身專業(yè)開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動。教學(xué)團(tuán)隊在教學(xué)改革中利用學(xué)科特色科研成果服務(wù)教學(xué)，教師結(jié)合所在學(xué)部教師的科研實例進(jìn)行知識重構(gòu)，變成易于學(xué)生接受的知識點，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而主動報名參與教師的科研實踐?？苿?chuàng)競賽成績的取得也增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)生物化學(xué)的興趣，形成了良性循環(huán)。生物化學(xué)是聯(lián)系基礎(chǔ)理化知識和生物學(xué)專業(yè)知識的重要紐帶，掌握扎實的生物化學(xué)知識，有利于為學(xué)生開展科研實踐活動提供理論支撐。為更好地使學(xué)生掌握這門知識，同時使這門課程有效支撐學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研素質(zhì)的培養(yǎng)，我們在教學(xué)改革中利用學(xué)科特色科研成果服務(wù)于教學(xué)。在生物化學(xué)教學(xué)中結(jié)合專業(yè)的科研熱點及所在生物工程學(xué)部的優(yōu)秀教師科研案例，引入具有學(xué)科特色的科研實例，在按章節(jié)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，指導(dǎo)學(xué)生圍繞科研事件進(jìn)行生物化學(xué)知識網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生建立科研思維，使學(xué)生了解其所學(xué)知識在科研實踐中的應(yīng)用，促進(jìn)學(xué)以致用［6］?？蒲邪咐倪x取來源于本學(xué)部的教師，極大地激發(fā)了學(xué)生的好奇心，提高了學(xué)生的參與興趣。如在講脂肪酸代謝這一部分時，聯(lián)系學(xué)部汪俊卿教師的“癡油菌——‘地溝油’制備高分子材料領(lǐng)導(dǎo)者”項目進(jìn)行建構(gòu)，該項目曾獲第四屆中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽總決賽主賽道金獎。該項目是將“地溝油”和癡油菌發(fā)酵混合，產(chǎn)生長鏈二元酸。癡油菌在野生分離狀態(tài)下名叫“熱帶假絲酵母”，它在發(fā)酵時經(jīng)過一些化學(xué)反應(yīng)能產(chǎn)生長鏈二元酸。通過身邊科研實例的重新建構(gòu)，讓學(xué)生實實在在感受學(xué)好生物化學(xué)有助于將來做好與專業(yè)有關(guān)的工作。

三、“生物化學(xué)”課程教學(xué)改革成效

我們將在實踐中形成的方法應(yīng)用于教學(xué)指導(dǎo)，取得了如下成果。

1.科創(chuàng)競賽成績不斷進(jìn)步。2019年以來，團(tuán)隊教師指導(dǎo)學(xué)生共獲得15項“挑戰(zhàn)杯”、“互聯(lián)網(wǎng)+”國家級、省級競賽獎項，合計國家級特等獎1項、金牌1項、一等獎1項、銅牌及三等獎4項；省級特等獎1項、金牌2項、一等獎2項。其中黃曉文所指導(dǎo)的項目《滴血識“毒”——國際領(lǐng)先的呼吸道病原體綜合篩檢試紙》，經(jīng)過校賽、省賽、國賽網(wǎng)評等環(huán)節(jié)激烈角逐，入圍全國總決賽現(xiàn)場賽，最終獲得高教主賽道師生共創(chuàng)組金獎。該項目致力于研究呼吸道病原體綜合快速篩檢，成功實現(xiàn)了十種呼吸道病原體的快速、同時、多聯(lián)檢測。在有效助力抗疫的同時，助力未來傳染性疾病的診斷與防控，不僅具有重要的科研意義，還具有重要的社會意義和經(jīng)濟(jì)效益。

2.促進(jìn)教師轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，提升教學(xué)水平，課程“構(gòu)建基于OBE理念的‘生物化學(xué)’混合式教學(xué)體系，夯實創(chuàng)新型應(yīng)用人才培養(yǎng)基礎(chǔ)”，獲得山東省一流課程、智慧樹網(wǎng)“特色高校精品課程”、齊魯工業(yè)大學(xué)教學(xué)成果特等獎，教學(xué)團(tuán)隊成員申報并獲批了近10余項與本研究成果相關(guān)的各級各類教研及教材項目，得到同行的高度認(rèn)可。

總之，通過科教融合背景下的課程教學(xué)改革，實現(xiàn)了引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，培養(yǎng)其知識應(yīng)用能力及創(chuàng)新思維能力的目的。在今后的教學(xué)實踐中，我們將繼續(xù)總結(jié)經(jīng)驗并完善，不斷優(yōu)化適應(yīng)創(chuàng)新型應(yīng)用人才培養(yǎng)的“生物化學(xué)”課程教學(xué)方式。