工科類《生物化學》課程教學策略探討

朱瑞瑜 宋新杰 陳 劼

（浙江科技學院生物與化學工程學院 浙江·杭州 310023）

隨著近幾十年來生命科學的迅猛發展，生命科學和生物技術滲透到越來越多的領域。《生物化學》是生命科學中不可或缺的基礎理論課程，是生命科學的通用語言，與《有機化學》《微生物學》《分子生物學》《基因工程》等課程有著密切的聯系。因此，在“新工科”和“生命大健康”的背景下，對工科類《生物化學》教學策略進行思考研究很有必要。本文探討的是針對非生命科學領域的工科類專業（包括化學工程、材料科學、輕化工程等）開設的《生物化學》課堂教學策略。

1 《生物化學》教學存在的問題

1.1 內容多而課時少，教師備課挑戰大

《生物化學》知識體系復雜，概念抽象、理論性強，教學內容量大面廣，本身就是一門比較枯燥、難學的課程。而對于非生命科學的工科學生來說，生物基礎理論知識比較薄弱，因此在學習過程中更容易覺得困難。在2013-2017年期間，我校非生命科學的工科專業《生物化學》理論教學僅有24學時。盡管自2018年開始理論課時量提升至48學時，但要完成大量知識點的講授，并使學生能夠理解掌握，依然存在不小的挑戰。

1.2 傳統教學模式固化，學生學習興趣不高

近幾年在國家的號召和推動下，高校教育教學改革取得了不少成效，但還有不少課堂依然是固化的傳統模式，教師“唱獨角戲”的場景并不少見。尤其在課程教學內容偏多的驅使下，教師更容易“抓緊時間”單純的灌輸知識點，而學生只能被動的、機械式地接受，不能感受到學習的樂趣，甚至產生“厭學”的情緒。對于非生命科學領域的工科專業來說，《生物化學》似乎和其他課程，特別是和主干課程的關聯性不明顯，這就進一步降低了學生的學習積極性。

2 工科專業《生物化學》課堂的幾點新嘗試

2.1 合理選擇教材，優化課程體系

目前，較經典的教材有王鏡巖、王希成等主編的《生物化學》，我校自設立工科類《生物化學》課程以來，采用的是張楚富主編的《生物化學原理》。這些教材羅列知識點全面，解釋詳盡深入，比較適合有較長學時的生命科學專業使用。筆者接手《生物化學》后沿用了原先的教材，但在使用過程中發現教材注重基礎理論，知識點繁多，難度較大，且與實際生產聯系不緊密；詢問學生意見時，學生也認為教材內容過多，自身缺乏生物學基礎知識，因此感覺學習負擔很重。為了達到更好的教學效果，決定重新選擇一本更適合工科類學生的教材。通過多本教材的比較，最終選擇了張洪淵等主編的《生物化學（工科類專業適用）》。該教材囊括了生物化學領域的重要內容，知識架構合理，講解深入淺出，簡明流暢，且列舉了生物化學在化學、輕化、食品、材料等工程領域的實際應用，且對生物化學在部分工業領域的最新發展趨勢進行了闡述，符合“新工科”的建設思路。

在選定教材的基礎上，從“學生知識基礎和技能，興趣、習慣等心理特點，學習知識時可能遇到的困難”三方面對學情進行分析，并結合這幾個工科專業的特色和人才培養目標，對課程框架進行了重新設計，劃分成三大部分：第一部分是生物大分子，穿插介紹生物大分子的工業生產方法技術；第二部分是生物代謝，并講述代謝在不同工業領域的應用，此部分綜合性較強，要尤其留意學生的基礎薄弱之處；第三部分是基因工程和蛋白質工程，主要解說其在工程領域的應用及前景。此外，對于部分和專業關聯性弱的內容（如營養元素與物質平衡、新生物技術等）一筆帶過。盡管簡化了課程體系，但課時依然難以滿足繁多的教學內容，因此對每個教學單元的重點、難點進行了重新梳理，講授時注意主次分明、突出重點，同時將部分較為簡單但不可或缺的知識點設定為“自學模塊”。

通過重新選用教材、建立簡化課程框架、合理選擇知識點、設定自學模塊等手段，形成了一個更加符合學情、工科教學特色突出的《生物化學》課程體系。相較于改革之前，學生對知識的掌握情況得到明顯改善、對教學內容的喜愛程度也提高不少，成效顯著。

2.2 導入BOPPPS教學模型，提高教學成效

自2013年中國大陸引入BOPPPS模型以來，不少一線教師開始研究并使用該模型[1]。在《生物化學》課堂引入該教學模式，收到了良好的教學效果。

Bridge in（導言）設計是BOPPPS模型中的一個難點，2-3分鐘的“導入”要抓住學生的注意力，激發興趣，引發思考，并且能自然的引出教學目標，才算是合格的導言。在導言階段，筆者嘗試通過介紹與本次課內容相關的歷史故事、社會熱點、小視頻，或提出科技難題、生活中的小困惑等，激發學生的好奇心和學習興趣，讓學生快速投入到課堂中。例如，在講解《糖代謝》之前，拋出了幾個日常現象激發學生思考：“在高海拔地區人體是通過什么機制維持能量供給的？突然休克或大出血時人體實際上處于缺氧狀態，為什么依然有可能被搶救回來？”提出問題吸引學生注意力和求知欲后，進而引出本次課的Objectives（學習目標）。在設計《核酸化學》這一章的導言時，則從《逃離克隆島》《第六日》《阿凡達》等和基因工程有關的經典電影切入，在科幻故事中引起學生了解核酸的興趣。而在《酶化學》的導言中，引出當下的熱點話題——酵素，引發同學們熱議。

設置Pre-assessment（前測）可以有兩個作用，一是根據前測結果可以摸清學生的學習基礎，從而靈活調整課堂講授的側重點和速度，二是可以了解學生的預習效果。Post-assessment（后測）是教學達成情況的實時反饋，教師可以及時反思本次課堂待改進之處，繼而作出相應調整。在《生物化學》課堂中設置前測和后測，教師切實體會了上述好處，而學生則因測試結果計入平時成績而更加認真的完成課后預習，上課也更加認真聽講，以便能在測試中取得較好成績。

Participatory Learning（參與式學習）是BOPPPS模型的又一個難點，考驗教師的綜合教學能力。中國學生相對內斂含蓄，習慣于聽講，按筆者的從教經驗，要營造活潑的課堂氛圍一般需要4-5次課的努力，教師需要在回應冷淡、略感尷尬的氣氛中堅持互動，方能達到效果。在實際教學設計中，遵從“自主、合作、探究”的教學模式，并從以下幾個方面進行了嘗試：

（1）設計問題，營造活潑課堂氣氛。問答是活躍課堂氣氛的常用方法，通過設計“頭腦風暴”式開放性問題、針對性強的封閉性問題，推動學生更多參與到課堂中，其中，開放性問題的效果更佳。學生在“思考—發言—糾偏—思考—發言—收獲知識”的過程中不斷深入的投身課堂，樂在其中。此外，工科專業強調解決工程實際問題，因此采用合適的生產實際案例，讓學生在理論知識的基礎上找到案例的問題根源并提出相應的解決方案，不僅增強互動，也能鍛煉學生解決問題的思維和能力。無論是問題或是案例，都可以從知識與能力，過程與方法，情感、態度和價值觀三個角度進行設計；而對于學生的回答，無論答案對錯，教師都應提供正面的回應，鼓勵學生大膽發言表達觀點，切不可打擊學生的積極性和自信心。

（2）設定小組，開展多模式學習。“問”和“答”僅發生在師生之間，而“小組學習”則同時發生在生生、師生之間。按照教學班規模，以4-6位學生組成固定小組，小組的學習模式包括：課堂專題研討、案例式學習、組間小型辯論賽等。基于項目式學習的“翻轉課堂”模式[2]也在《生物化學》教學中得到了實踐，例如，學生以小組為單位圍繞某個專題查閱文獻、歸納整理成文本，并制作PPT進行課堂匯報。在這個教學模式下，首先教師要設計合理的學習目標，選擇既有深度又能體現科技前沿的專題；其次課堂分享要鼓勵學生之間的互動，將臺下學生的提問和平常成績加分掛鉤，從而推動學生認真聽講、思考、提問，并由老師和教學班全體同學一起給項目匯報打分，增強學生的參與感。最后教師要對匯報小組的內容采集、PPT質量、演講技巧等各方面進行綜合點評。通過小組專題匯報，不僅使得學生自主學習的意識和能力得到大幅提高，還能鍛煉團隊協作能力和溝通表達能力，從而提升學生的綜合素質。

（3）建立良好師生關系，推動課堂有效互動。調查研究表明，師生關系與課堂互動之間存在著密切聯系，并且良好的師生關系可以提升學生的學校幸福感、學業自我效能感和學習興趣[3]。實際教學中，筆者通過以下三個方面建立良好的師生關系：一是重視學生反饋，在期中和期末時通過調查問卷讓學生就課堂模式、學習收獲、教師教學等方面進行評價，提出建議和訴求，不僅令學生感受到自己的“主體地位”，還可以極好的幫助教師進行教學調整，達到更好的教學成效；二是自然引入教學內容相關的故事、新聞等，包括學生感興趣的教師個人經歷，或巧妙融入課堂思政內容，在有趣的故事和輕松的氛圍中增加學生對教師的認識和親切感，使學生更愿意在課外繼續尋求教師幫助，從而建立一對一的師生關系；三是充分利用作業批閱，對學生的學習態度、解題思路、答題技巧等多方面撰寫評語，尤其要對學生的進步給予及時的鼓勵贊許，學生感到教師的真誠和期許，自然在課堂上也跟更樂意與教師互動。筆者的《生物化學》課堂上曾有一位學生，總體成績一般，最初幾次的作業完成情況也不太理想，但筆者在課堂及作業批示上持續給予鼓勵，形成正向循環，該生的課程期末總成績表現優異，畢業時考研至一所985高校繼續深造。以上這些并非標新立異的方法，但若教師肯下功夫、運用得當，定然會有好收獲。

完成參與式學習后，Summary（小結）必不可少。教師以提問或從提綱展開的形式引導學生及時回顧課堂中的重點和難點，發現掌握不夠理想的知識點應及時補救，盡量現場解決。有時候筆者會用簡潔明了的一兩句話總結，有時候會通過做一首小詩或順口溜等方式將知識點濃縮在其中，方便學生記憶。

2.3 靈活使用多媒體技術，采用混合式教學模式

科技信息正在以驚人的速度膨脹，在教學中應用信息技術手段，可大幅提高教學質量和效率。一是充分借助豐富的網絡資源。越是枯燥的知識，越需要多樣化的教學形式。無論是大分子有機物的結構還是代謝循環過程，都是微觀抽象的，理解和記憶都較困難，不免令人覺得乏味。因此從網絡上精心選擇清晰、形象的圖片和高質量的動態視頻，可生動清晰的展示和模擬微觀世界，學生能夠從視覺和聽覺雙通道來加工材料，激發興趣、強化記憶，顯著提高了學習效果。筆者曾使用視頻對“DNA修復”部分的內容進行了總結，學生很專注的觀看動畫，仿佛親自進入到DNA的微觀世界中，不由對生命的自我修復能力發出驚嘆，并被視頻中詼諧的表達和可愛的動畫形象逗樂，在樂趣中掌握原本抽象晦澀的知識。這種效果是板書和口頭講述都無法達到的。二是采取線上線下混合教學。線上教學打破了時間和空間對學習的限制，線下面授時又能發揮教師在課堂上的主導作用，這樣新型的學習方式調動了學生的學習積極性和主動性,產生了良好的效果。筆者從中國大學MOOC（慕課）、可汗學院（KhanAcademy）、網易公開課等優質平臺選擇教學視頻，課前學生觀看預習，課中教師開展問題導向式教學，組織引導學生圍繞問題進行充分的討論、反思，強化對知識點的理解和記憶。此外，利用教育軟件“知到APP”的快速課堂簽到、學習資源共享、課堂測試、隨機點名、現場投票等智能教學功能，豐富了教學形式；而“知到APP”的作業提交和批閱功能則讓教師可以隨時隨地的辦公，不再局限在辦公室里批閱作業。因此，利用線上線下深度融合的教學模式顯著提高了教學效率。

2.4 高度重視教學反思，不斷提高教學水平

自2019年起“教學反思”在省市級高校青年教師教學競賽中作為比賽環節之一納入了評分標準。因此，教學反思已成為高等教育教學中不可或缺的重要環節。筆者平時通過課堂實時評價和課后教學評價對教學進行反思，在期末時則通過同行互評、學生評教、期末成績等對整個學期的教學進行反思。課堂實時評價包括課前測一測、課堂互動（如學生和小組發言）、課堂小結等方式；課后教學評價包括學生作業、線上互動、與學生單獨交流、發放學生調查問卷等方式。同行評價、學生評教、教學督導組的聽課意見等可以幫助教師轉換角色立場，挖掘自身較難發現的問題，從而加強了教學反思的深度和廣度。

3 結語

《生物化學》作為一門生命科學類課程，面向非生命科學的工科專業開設，應注意課程體系、教學內容、教學模式等方面的調整，使其與工程教育目標、工業實際生產緊密聯系，實現學科交叉融合，體現“新工科”特色、支持“新工科”建設，著力培養面向未來的卓越工程創新人才。