食品學(xué)科“生物化學(xué)”核心課程數(shù)字化建設(shè)

陸乃彥 唐雪 蔣將 孔祥珍 王淼

[摘 要] 數(shù)字化教學(xué)不僅便捷，而且能夠為學(xué)生提供多樣的學(xué)習(xí)方法，在靈活性、連續(xù)性和可選擇性等方面有非常突出的優(yōu)點，能夠極大地擴展教育和受教育的方式和內(nèi)容。以江南大學(xué)食品學(xué)院“生物化學(xué)”專業(yè)核心課程為例，介紹了該課程在數(shù)字化建設(shè)方面取得的進展和成果，包括數(shù)字化教材建設(shè)、在線課程建設(shè)和實驗課程數(shù)字化建設(shè)等，為食品學(xué)科相關(guān)課程的數(shù)字化建設(shè)提供了思路和參考。

[關(guān)鍵詞] 食品學(xué)科;生物化學(xué);數(shù)字化建設(shè);在線課程;教學(xué)改革

[基金項目] 2019年度江南大學(xué)本科教育教學(xué)改革研究項目“基于OBE理念的生物化學(xué)教學(xué)改革實踐與探索”（JG2019070）;2015年度江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程資助項目“食品科學(xué)與工程”（PPZY2015A052）

[作者簡介] 陸乃彥（1985—），男，江蘇無錫人，博士，江南大學(xué)食品學(xué)院副教授，主要從事食品科學(xué)與工程研究;孔祥珍（1980—），女，山西晉中人，博士，江南大學(xué)食品學(xué)院教授（通信作者），主要從事植物蛋白科學(xué)與技術(shù)研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻標(biāo)識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）52-0060-04? ? [收稿日期] 2021-08-19

隨著網(wǎng)絡(luò)的普及和信息技術(shù)的發(fā)展，在線教育得到極大的普及和發(fā)展[1]。數(shù)字化教學(xué)不僅便捷，而且能夠為學(xué)生提供多樣的學(xué)習(xí)方法，在靈活性、連續(xù)性和可選擇性等方面有非常突出的優(yōu)點，能夠極大地擴展教育與受教育的方式和內(nèi)容。

江南大學(xué)食品學(xué)院“生物化學(xué)”課程是面向本校大食品專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)必修課，是開設(shè)此專業(yè)以來每年必開的課程，主要面向食品學(xué)院本科大二上學(xué)期的學(xué)生，每年全課程組授課人數(shù)300余人。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生在掌握生物化學(xué)的基礎(chǔ)理論和常用技術(shù)的基礎(chǔ)上，還需要學(xué)會將生物化學(xué)知識用于推演、分析和解決食品制造中的復(fù)雜實際工程問題并提出解決方案。依托食品科學(xué)與工程“雙一流”重點建設(shè)學(xué)科，江南大學(xué)食品學(xué)院生物化學(xué)課程組從2000年開始進行了近20年的努力探索，致力于本課程的改革與實踐，逐步完成了精品課程建設(shè)、雙語課程建設(shè)和卓越課程建設(shè)，并出版了配套的“十一五”國家級規(guī)劃教材。近年來，為了適應(yīng)新形勢下的課程教學(xué)，我們在多年積累的基礎(chǔ)上，對本課程進行了更進一步的數(shù)字化建設(shè)和應(yīng)用，取得了豐碩的實踐成果。

一、在數(shù)字化教材建設(shè)方面實現(xiàn)重大突破

“生物化學(xué)”是食品類專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一。自20世紀(jì)80年代后期我國食品專業(yè)的教學(xué)體系逐步與國際接軌以來，本科院校大食品專業(yè)開設(shè)的“食品生物化學(xué)”逐步被普通“生物化學(xué)”和“食品化學(xué)”兩門課替代，使學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)更加扎實。但是，在教學(xué)過程中缺乏一本適合食品科學(xué)與工程、食品質(zhì)量與安全及農(nóng)產(chǎn)品加工等大食品本科專業(yè)使用的普通生物化學(xué)教材。對于從事食品生產(chǎn)和加工的專業(yè)技術(shù)人員來講，他們所面對的工作對象和產(chǎn)品的消費對象均為生物體，需要全面了解生物體的化學(xué)特征。現(xiàn)有的食品生物化學(xué)教材側(cè)重于食品加工過程中的生化變化，而普通生物化學(xué)教材對于食品生產(chǎn)和加工的專業(yè)技術(shù)人員來講針對性不強。隨著社會對食品營養(yǎng)與安全專業(yè)人才需求的大量增加，這些專業(yè)人員既需要懂得食品加工過程中食品材料的生化變化，也需要懂得食品與人體健康和疾病的關(guān)系。

在中國輕工業(yè)聯(lián)合會“十三五”數(shù)字化教材建設(shè)項目的支持下，我們在原編教材的基礎(chǔ)上，以食物和食物的消費者——人為中心，全面和系統(tǒng)地介紹生物化學(xué)的基礎(chǔ)理論和知識，重新編寫了一本適合大食品專業(yè)學(xué)生的教材《生物化學(xué)》（供食品及相關(guān)專業(yè)用）。書中基本概念論述力求準(zhǔn)確，深度適中，既緊緊扣住生物化學(xué)的基本內(nèi)容，又力求反映生物化學(xué)研究的新成果、新進展、新的研究手段和方法，以達到拓寬基礎(chǔ)、開闊視野、加強對學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和能力培養(yǎng)之目的，可供大食品專業(yè)（食品科學(xué)與工程、食品質(zhì)量與安全及農(nóng)產(chǎn)品加工等專業(yè)）的專科、本科及研究生使用。該教材于2017年出版，并入選江蘇省“十三五”重點建設(shè)教材、中國輕工業(yè)“十三五”規(guī)劃教材。

二、建設(shè)在線課程，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源共享

隨著互聯(lián)網(wǎng)、云計算等現(xiàn)代信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，精品網(wǎng)絡(luò)課程的建設(shè)和完善在技術(shù)層面得到了強有力的支撐。在線課程能夠解決學(xué)習(xí)者在時間、空間、學(xué)習(xí)門檻等方面受到的制約，對公平享有教學(xué)資源具有促進作用，也對教學(xué)團隊和學(xué)校的影響力有一定的提升作用。利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與信息化課程的融合，能夠制定全新的課程體系，改變傳統(tǒng)教學(xué)方式，并利用在線課程平臺建立一套合理有效的溝通機制，及時解決學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題，從單向輸出的教學(xué)形式向雙向互動形式轉(zhuǎn)變。

另外，在信息大爆炸的當(dāng)下，對于經(jīng)驗相對不夠豐富、專業(yè)知識相對薄弱的學(xué)習(xí)者來說，在眾多網(wǎng)絡(luò)資源中科學(xué)有效地尋找、篩選和辨別出優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源有一定難度，通過教學(xué)資源庫的構(gòu)建，能夠有效整合課程相關(guān)素材，使學(xué)習(xí)者能夠方便快捷地獲取有效知識，促進優(yōu)質(zhì)資源共享，提高自我學(xué)習(xí)、自我提升的質(zhì)量[2]。為了輔助課堂理論教學(xué)，方便教師與助教在線答疑、學(xué)生在線預(yù)復(fù)習(xí)、重修生協(xié)調(diào)學(xué)習(xí)，也為了實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源共享、擴大教育范圍，在江南大學(xué)在線課程建設(shè)項目的支持下，課程組共同努力，完成了“生物化學(xué)”在線課程的建設(shè)工作，供校內(nèi)外學(xué)生和相關(guān)專業(yè)人士使用。在線課程的主體由課件、課程視頻、題庫、考核和在線討論互動等部分組成，其中課程視頻是核心，是教師將教材上的知識凝練后的直接體現(xiàn)。通過對知識點進行重新梳理和解析，特別是運用了經(jīng)驗豐富、講解生動的課程視頻，能夠激發(fā)學(xué)習(xí)者對枯燥理論知識的學(xué)習(xí)興趣，降低認(rèn)知難度，使學(xué)習(xí)者更容易捕捉到課程中的核心信息和重點內(nèi)容，提高學(xué)習(xí)成效。因此，完成一門制作精良、內(nèi)涵豐富、邏輯清晰的在線課程，需要長期的積累和優(yōu)化[3]。在2012—2014年江南大學(xué)“生物化學(xué)”卓越課程建設(shè)過程中，江南大學(xué)食品學(xué)院“生物化學(xué)”課程組在實際教學(xué)過程中進行了全程錄像，并通過簡單剪輯制作了教學(xué)視頻。然而，由于當(dāng)時技術(shù)、條件、經(jīng)費等方面的限制，視頻在畫質(zhì)、效果、背景噪音等方面存在一定的不足，并且經(jīng)過了幾年的時間，本課程在教材、課件和內(nèi)容等方面都有了較大的變化和發(fā)展，因此，我們對該視頻及其內(nèi)容進行了重新梳理和擴充，并運用全息拍攝技術(shù)，重新拍攝制作了“生物化學(xué)”全套教學(xué)視頻。

同時，為了進一步豐富本課程的國際化元素，我們邀請了美國康奈爾大學(xué)食品科學(xué)系Regenstein教授錄制了三個專題講座視頻，以拓寬學(xué)習(xí)者的國際化視野。另外，為了進一步擴展學(xué)習(xí)者的知識面，讓他們了解現(xiàn)代表征技術(shù)在生物化學(xué)中的應(yīng)用方法和優(yōu)勢，我們邀請了食品學(xué)院測試平臺經(jīng)驗豐富的工程師拍攝了“激光共聚焦熒光顯微鏡在生物化學(xué)中的應(yīng)用”等專題視頻，進一步擴充了在線課程的優(yōu)質(zhì)資源，為學(xué)習(xí)者在未來的學(xué)習(xí)、研究中根據(jù)實際需要選擇和運用先進表征技術(shù)裝備奠定了基礎(chǔ)。該教學(xué)視頻總時長超30小時，通過適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)情境和視頻單元，序化教學(xué)過程，將教師講解、示范、討論等內(nèi)容有效融入其中，可產(chǎn)生較好的教學(xué)效果。我們以江南大學(xué)慕課平臺為核心，建設(shè)完成了“生物化學(xué)”在線課程，目前已運行超過一年，擁有較為完善的教學(xué)視頻、教學(xué)課件、習(xí)題庫等軟件資源，成為學(xué)生預(yù)復(fù)習(xí)、自測、自主協(xié)調(diào)學(xué)習(xí)時間等方面的利器，一個教學(xué)周期內(nèi)點擊量超11萬次。在后續(xù)的實踐中，我們將不斷補充優(yōu)質(zhì)資源，增加前沿專題講座，進一步對其進行優(yōu)化。

三、建設(shè)配套數(shù)字化實驗課程，輔助理論教學(xué)

食品科學(xué)是一門應(yīng)用型學(xué)科，“生物化學(xué)”更是一門實驗性課程。理論離不開實驗的支持，其配套的“生物化學(xué)實驗”課程是理論課程的有力補充。通過實驗課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握生物化學(xué)的相關(guān)技術(shù)，將理論與實踐相結(jié)合，加深對生物化學(xué)基本理論的理解，從而提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、實驗設(shè)計能力、動手能力和統(tǒng)籌能力。我們在對理論課程進行數(shù)字化建設(shè)的同時，也沒有忽視對應(yīng)實驗課程的數(shù)字化建設(shè)。為通過理論與實驗相結(jié)合，更好地進行教學(xué)活動，提高學(xué)生的綜合能力，我們拍攝了“生物化學(xué)實驗”課程視頻以輔助教學(xué)，一方面幫助學(xué)生預(yù)習(xí)，另一方面也能夠?qū)⒔處熢趯嶒灉?zhǔn)備工作中的要點更好地展示給學(xué)生。

另外，我們與江南大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與繼續(xù)教育學(xué)院、數(shù)字媒體學(xué)院共同完成了《生物化學(xué)虛擬仿真實驗》的建設(shè)工作，經(jīng)過多次試行和優(yōu)化，目前已經(jīng)在江南大學(xué)虛擬實驗室上線。該虛擬仿真實驗從實踐教學(xué)的角度出發(fā)，以學(xué)生操作為主體，將食品生物化學(xué)實驗的方法、技術(shù)與仿真軟件相結(jié)合，采用3D虛擬仿真技術(shù)指導(dǎo)學(xué)生進行在線學(xué)習(xí)及模擬操作。通過該虛擬仿真實驗教學(xué)項目，一方面，能夠解決傳統(tǒng)實驗教學(xué)存在的問題，比如因區(qū)域、疫情等客觀條件限制導(dǎo)致無法開展實驗，因?qū)嶒灦拘詮姟㈦y度大、耗時長而導(dǎo)致不易在傳統(tǒng)教學(xué)中實現(xiàn)，因人數(shù)多、設(shè)備緊張導(dǎo)致實際參與程度較低等;另一方面，能夠高效管理實驗教學(xué)資源，有效實施網(wǎng)上實踐教學(xué)，實現(xiàn)校內(nèi)外、本地區(qū)及更廣范圍內(nèi)的實驗教學(xué)資源共享，滿足多地區(qū)、多學(xué)校食品學(xué)科專業(yè)的虛擬仿真實驗教學(xué)需求，進一步擴大教育范圍[4]。

四、針對食品學(xué)科實踐性需求，建設(shè)案例庫及題庫

食品學(xué)科是一門實踐性極強的學(xué)科，食品行業(yè)對食品本科專業(yè)人才的綜合素質(zhì)要求不斷增強，迫切需要創(chuàng)新型、實踐型人才。另外，伴隨現(xiàn)代科學(xué)的迅速發(fā)展，“生物化學(xué)”課程已經(jīng)從以物質(zhì)代謝為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式轉(zhuǎn)移到了以基因信息傳遞為中心的新型知識框架。現(xiàn)代生物化學(xué)學(xué)科跨度大、更新迅捷，知識體系日新月異。“生物化學(xué)”是醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、發(fā)酵、食品等眾多領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)課程，對其他相關(guān)專業(yè)課程知識體系和技能的學(xué)習(xí)具有先導(dǎo)性、基礎(chǔ)性和支撐性的作用。基于本課程的重要性和實踐性，國內(nèi)外眾多專家編寫了不同版本的教材，并附有配套的習(xí)題。其中，國內(nèi)配套習(xí)題或題庫主要以記憶型、概念型題目為主，與實際生化現(xiàn)象特別是食品學(xué)科中實際生化現(xiàn)象相關(guān)的內(nèi)容較少;而以Lehninger編寫的《生物化學(xué)原理》為代表的國外教材，則在內(nèi)容上增加了許多知識性的擴展閱讀，并在習(xí)題中舉了大量實際應(yīng)用的例子，引導(dǎo)學(xué)生進行知識遷移和思考，來解釋相關(guān)的生化現(xiàn)象。

“生物化學(xué)”是醫(yī)藥、生物、食品等多個學(xué)科領(lǐng)域共同的基礎(chǔ)課程，而現(xiàn)有題庫中大多是一般性題目，適用于多個學(xué)科，缺乏食品學(xué)科的針對性，并且使用時間較長，題目相對老舊;另外，作為一門實踐性學(xué)科，在食品的開發(fā)、加工、生產(chǎn)、儲存過程中有大量的生化現(xiàn)象和案例，非常適合也很有必要作為食品學(xué)科的學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程的過程中了解甚至掌握的內(nèi)容。在理論課程講授過程中，我們已經(jīng)盡可能地與食品學(xué)科相聯(lián)系，以相關(guān)典型案例作為切入點，加深學(xué)生的理解和聯(lián)想，但是在作業(yè)和考試中的體現(xiàn)依然有限。作為“雙一流”重點建設(shè)學(xué)科，對本科生的培養(yǎng)不能局限于知識點的記憶，需要進一步提高學(xué)生的閱讀能力、理解能力、知識貫通能力、舉一反三能力等綜合素養(yǎng)。案例分析是培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)的手段之一，為了優(yōu)化本課程，更好更快地協(xié)助我校提升食品學(xué)科的本科教育質(zhì)量，培養(yǎng)創(chuàng)新實踐型人才，我們積極學(xué)習(xí)國內(nèi)外優(yōu)秀經(jīng)驗，結(jié)合我校食品學(xué)科的特色、成果和優(yōu)勢，立足于我校食品學(xué)科特色及優(yōu)質(zhì)教育資源，以具體的實際食品體系為背景，對學(xué)生進行啟發(fā)式、探索式培養(yǎng)，努力完善針對食品學(xué)科需求的“生物化學(xué)”課程的數(shù)字化案例庫及題庫。

我們針對生化理論課程中涉及的知識和原理，結(jié)合食品學(xué)科，參考國內(nèi)外教材、文獻和研究成果，搜集、整理或撰寫相關(guān)食品體系的背景、原理、應(yīng)用、現(xiàn)象等成體系材料，建立數(shù)字化生化案例庫，并分享給學(xué)生，供其自學(xué)使用;再以該數(shù)字化案例庫中的知識點為對象建立題庫，每個案例都有對應(yīng)的題目，以分析型題目為主，學(xué)生通過對案例的學(xué)習(xí)自主理解題目，并運用學(xué)到的生化原理和知識進行作答，培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的閱讀能力、理解能力、知識貫通能力、舉一反三能力等，提升教學(xué)效果。對于有志于在食品學(xué)科領(lǐng)域進一步深造學(xué)習(xí)的學(xué)生，以及在相關(guān)領(lǐng)域工作的專業(yè)人員，這種學(xué)習(xí)方式能夠幫助他們將所學(xué)知識與實際應(yīng)用融會貫通，更快更好地適應(yīng)身份的轉(zhuǎn)變。

在取得一系列教學(xué)改革實驗成果的同時，本課程組通過傳幫帶逐步建立了一支中青結(jié)合、交叉互補、力量雄厚、具有優(yōu)良教學(xué)傳承的教師梯隊。課程組教師富有教學(xué)熱情和教學(xué)感染力，并致力于教學(xué)的改革與實踐。課程組共同出版的新教材《生物化學(xué)》（供食品及相關(guān)專業(yè)用），內(nèi)容豐富而全面，尤其適合食品專業(yè)人員使用，出版三年以來，已成為國內(nèi)許多高校食品專業(yè)使用的教材，也成為眾多相關(guān)從業(yè)人員和技術(shù)人員的重要參考資料。課程組的一系列成果對于校內(nèi)乃至國內(nèi)食品科學(xué)領(lǐng)域相關(guān)課程的數(shù)字化建設(shè)和應(yīng)用，具有一定的借鑒意義。

數(shù)字化教學(xué)是教育現(xiàn)代化的核心內(nèi)容，是課程改革的新目標(biāo)，將數(shù)字化教學(xué)應(yīng)用到課堂教學(xué)中，能夠改變學(xué)習(xí)的時空觀念，虛實結(jié)合，迅速反饋和檢驗教學(xué)效果，從而及時解決問題，提升課堂效率，也是實現(xiàn)資源共享、擴大教育范圍的有效方法。在新冠肺炎疫情期間，在線課程更是成為一種重要的教學(xué)手段。我們將在后續(xù)的探索實踐中進一步優(yōu)化和完善“生物化學(xué)”課程的數(shù)字化建設(shè)，通過“愛課程”等公共平臺推廣到校外開放使用，擴大教育范圍，實現(xiàn)資源共享，發(fā)揮其應(yīng)用價值[5]。

參考文獻

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[4]熊宏齊.虛擬仿真實驗教學(xué)助推理論教學(xué)與實驗教學(xué)的融合改革與創(chuàng)新[J].實驗技術(shù)與管理，2020，37（5）：1-4+16.

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Digital Construction of the Core Course of Biochemistry in Food Science

LU Nai-yan， TANG Xue， JIANG Jiang， KONG Xiang-zhen， WANG Miao

（School of Food Science and Technology， Jiangnan University， Wuxi， Jiangsu 214122， China）

Abstract： Digital teaching is not only convenient， but also can provide students with a variety of learning methods. It has outstanding advantages in flexibility， continuity and selectivity， and can greatly expand and facilitate the methods and content of teaching and learning. This paper takes the core course of Biochemistry as an example， which is offered by the School of Food Science and Technology of Jiangnan University， and introduces the progress and achievements of Biochemistry in digital construction， including the construction of digital textbooks， online course construction， and the digital construction of experimental courses， etc. The paper also provides ideas and references for the digital construction of the related courses in food science.

Key words： food science; Biochemistry; digital construction; online courses; teaching reform