科教融合背景下的“生物化學”教學改革與實踐

丁 烽，張興麗，孟 武，李丕武

（齊魯工業大學〔山東省科學院〕 a.生物工程學院；b.食品科學與工程學院，山東 濟南 250353）

引言

面對不斷變化的經濟環境，新一輪科技創新和產業革命蓄勢待發，科技創新需要與教育和產業相結合，探索教科產協同創新發展的新模式。為此，我國相繼出臺了一系列舉措，“教科產融合”的理念逐漸在我國高等教育界達成共識。為了適應甚至領跑生物工程領域發展，要實現人才培養模式、教學內容設計、學生管理模式的全面轉變。當前我國高校在社會資源的挖掘、教學理念重要性的凸顯、科研訓練比重的提高、多樣化教學方法的嘗試、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”課程教學質量

近些年來，隨著生物化學科學研究的突飛猛進，“生物化學”課程在廣度和深度上都發生了巨大變化，面對如此浩瀚的內容更新，對應教材囊括的內容也越來越多。要學好生物化學，必須付出時間成本。然而，在注重學生能力培養，不斷壓縮課堂教學學時的背景下，如何在有限的學時內完成高質量的教學成了我們必須思考的問題。為解決此問題，一方面，要注重與生物化學進展相適應的教學安排、課堂講授及適合的教科書的使用。生物化學教研室教師基于多年的教學積累，編寫了教材，以基礎生物化學內容為主，兼顧生物化學原理在生物工程、食品工程、生物技術等領域的應用。教材緊扣生物化學的基本內容，力求反映生物化學研究的新成果、新進展、新的研究方法和手段，以達到鞏固基礎、拓寬視野、加強對學生的科學素養和能力培養的目的。為此，在教材的延伸閱讀內容中引入了部分最新研究動態、有趣的科學故事及與生物化學理論相關的生活常識等，學生通過自學有關內容，可激發學習興趣，培養科研思維［2］。另一方面，結合學院的政策條件、師資力量、硬件設施，積極拓展打造“生物化學”的第二課堂，將學術報告、社會實踐、科技競賽等納入第二課堂育人體系。結合學校的科教融合辦學特色，以培養大學生創新意識、創新精神和實踐能力為突破口，充分利用生物工程學院的生物基材料與綠色造紙國家重點實驗室（部分）、輕工生物基產品綠色技術省部共建協同創新中心（部分）、中國輕工業微生物工程重點實驗室、山東省食品發酵工程行業技術中心、山東省輕工生物基清潔生產與煉制協同創新中心、中德啤酒技術中心等科研平臺，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工程實驗室、山東省生物制造技術研發平臺、山東省生物傳感器技術研究推廣中心、山東省海洋功能食品加工示范工程技術研究中心、山東省海珍品精深加工技術重點實驗室、山東省科學院藥物篩選技術重點實驗室、中澳特色生物資源產業技術創新聯合實驗室等科研平臺，搭建“教學—科研—轉化—實踐”四位一體的人才培養模式。

二、明確“生物化學”課程人才培養方法

“生物化學”是食品、生物等相關專業中重要的核心課程，在“生物化學”教學中以成果導向理論為指導對學生未來的發展有著非常重要的意義。齊魯工業大學生物工程學部由原齊魯工業大學生物工程學院和山東省科學院生物所融合構建而成。在齊魯工業大學科教融合背景下，我們秉持“培養創新型應用人才”的理念，針對生物化學“以教為主”“重理論輕應用”的教學現狀，對“線上+線下”一體化混合式教學模式展開了研究，在教學過程中注重學生綜合素質的培養，以學生獨立思考、自主學習能力、創新思維能力的培養為本，從教學理念、資源建設、教學方法等方面進行了教學改革，實現“以教為主”向“以學為主”、“以課堂為主”向“課內外結合”的轉變，夯實了創新型應用人才培養基礎。創新型應用人才培養方法見圖1。

圖1 創新型應用人才培養方法

1.“課程體系—研究型教學—科創活動”相互支撐。以“激發興趣、注重能力、多元培養、個性發展”為指導，構建基于OBE理念的“生物化學”課程混合式教學體系，增加研討性環節，強化“生物化學”實驗課程與設計實驗。以釀酒工程專業的“生物化學”課程教學為例，教師在參透教材的基礎上，結合白酒的釀造過程，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、蛋白質及其分解代謝、脂類及其分解代謝、維生素、酶以及白酒生產原料處理、制曲、糖化階段中的物質變化，使學生了解白酒生產發酵、蒸餾過程中的物質變化［3］。在“生物化學”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含量為例，先讓學生查閱資料并基于生物化學實驗教材中的基本實驗設計方案對不同品種的啤酒大麥進行研究，教師再匯總并提出意見，討論后形成最終方案［4］。鼓勵學生自己探索并交流方法和經驗，讓學生基于專業特點進行研究型學習，對學習產生濃厚的興趣。

我們利用智慧樹網站及App建設了網絡教學平臺，根據課程教學大綱、教學目標、教學內容和專業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”網平臺上線，并在本校內的釀酒工程、食品質量與安全專業等專業試行。2018年，齊魯工業大學“生物化學”在線開放課程被推薦為山東省課程聯盟首批上線課程。豐富的教學資源和完善的“智慧樹”網絡教學平臺為實施翻轉課堂提供了必要條件，滿足了學生的個性化學習需求。2021年“生物化學”在線開放課程被評為山東省第二批線上一流本科課程。教研室教師根據課程教學目標、各部分知識點整理習題，重點內容和難點內容適當突出，然后上傳至網絡教學平臺建立題庫，自動隨機組卷，使學生的章節測試題目各有差別，防止相互抄襲。教學平臺同時設置了交流論壇，并設置了一定比例的平時成績，學生可以針對自己的學習難點及興趣點在論壇發帖交流，對于優質的交流帖，給予加分獎勵，以激發學生的學習積極性。

推行有利于培養學生科學素質和創新思維的多元化作業方式。除了用于鞏固平時所學基礎知識的線上平臺章節測試外，還鼓勵學生結合專業特點和自己的興趣，尋找涉及生物化學原理的生產生活、科研案例，查閱資料并整理成小論文，適當提高該部分成績在平時成績中所占的比例。

2.“課程思政—導學研討”相互協同。重視課程思政的育人作用，引導和鼓勵學生進行科研項目訓練，從而為實現科技報國的理想而奮斗。任課教師的師德修養直接影響學生世界觀、人生觀和價值觀的養成，是影響人才培養質量的重要因素，因此，周圍教師的言傳身教，對學生的行為有直接的影響。我們深入挖掘所在生物工程學部教師的先進事跡，整理成可用于課程思政教學的案例。

3.開展以興趣和問題為導向的研討式教學。“雙師型”教師，既是學識淵博、傳道授業的教師，又是適應市場需求和企業需要的現代工程師。教師積極參與校企深度合作，以促進教師實踐能力、工程能力的提高及成果轉化，逐步達到CDIO工程認證標準對教師的能力要求，增強教師“雙師型”意識。齊魯工業大學的畢業生擁有非常著名的“老總現象”，擁有豐富的優秀校友資源，學院采用定期邀請食品生物行業的企業家做專題報告、教師與企業的優秀工程技術人員進行交流等多種形式，提高本院專業教師的工程實踐能力和“雙師”教學水平。學院教師在與景芝酒業集團合作芝麻香白酒特征風味物質課題的過程中，衍生出微生物合成法生產四甲基吡嗪項目，加強了校企合作。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，是美拉德反應的產物，在釀酒工程專業“生物化學”課程講解美拉德反應時引入此案例，極大地增強了學生學以致用做科研的決心和信心。在教學過程中，把前沿知識、創新方法融入課程教學，使教師科研與教學相結合，鼓勵學生以“項目式”參與大學生創新創業訓練計劃項目的申報，指導學生自己組建團隊、撰寫申報書、實驗設計、撰寫論文及項目結題。近幾年，“生物化學”課程教學團隊的各位教師指導多名學生組建團隊參與大學生創新創業訓練項目，培養了學生的創新思維，促進了學生自主學習能力的培養［5］。

4.“知識重構—激發興趣—科創競賽”良性循環。充分發揮科教融合和學科專業優勢，積極引導參賽學生充分利用科教融合資源，結合自身專業開展創新創業活動。教學團隊在教學改革中利用學科特色科研成果服務教學，教師結合所在學部教師的科研實例進行知識重構，變成易于學生接受的知識點，極大地提高了學生的學習興趣，從而主動報名參與教師的科研實踐。科創競賽成績的取得也增強了學生學習生物化學的興趣，形成了良性循環。生物化學是聯系基礎理化知識和生物學專業知識的重要紐帶，掌握扎實的生物化學知識，有利于為學生開展科研實踐活動提供理論支撐。為更好地使學生掌握這門知識，同時使這門課程有效支撐學生的創新能力和科研素質的培養，我們在教學改革中利用學科特色科研成果服務于教學。在生物化學教學中結合專業的科研熱點及所在生物工程學部的優秀教師科研案例，引入具有學科特色的科研實例，在按章節結構學習的基礎上，指導學生圍繞科研事件進行生物化學知識網絡的重構，進而引導學生建立科研思維，使學生了解其所學知識在科研實踐中的應用，促進學以致用［6］。科研案例的選取來源于本學部的教師，極大地激發了學生的好奇心，提高了學生的參與興趣。如在講脂肪酸代謝這一部分時，聯系學部汪俊卿教師的“癡油菌——‘地溝油’制備高分子材料領導者”項目進行建構，該項目曾獲第四屆中國“互聯網+”大學生創新創業大賽總決賽主賽道金獎。該項目是將“地溝油”和癡油菌發酵混合，產生長鏈二元酸。癡油菌在野生分離狀態下名叫“熱帶假絲酵母”，它在發酵時經過一些化學反應能產生長鏈二元酸。通過身邊科研實例的重新建構，讓學生實實在在感受學好生物化學有助于將來做好與專業有關的工作。

三、“生物化學”課程教學改革成效

我們將在實踐中形成的方法應用于教學指導，取得了如下成果。

1.科創競賽成績不斷進步。2019年以來，團隊教師指導學生共獲得15項“挑戰杯”、“互聯網+”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。其中黃曉文所指導的項目《滴血識“毒”——國際領先的呼吸道病原體綜合篩檢試紙》，經過校賽、省賽、國賽網評等環節激烈角逐，入圍全國總決賽現場賽，最終獲得高教主賽道師生共創組金獎。該項目致力于研究呼吸道病原體綜合快速篩檢，成功實現了十種呼吸道病原體的快速、同時、多聯檢測。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濟效益。

2.促進教師轉變教學觀念，提升教學水平，課程“構建基于OBE理念的‘生物化學’混合式教學體系，夯實創新型應用人才培養基礎”，獲得山東省一流課程、智慧樹網“特色高校精品課程”、齊魯工業大學教學成果特等獎，教學團隊成員申報并獲批了近10余項與本研究成果相關的各級各類教研及教材項目，得到同行的高度認可。

總之，通過科教融合背景下的課程教學改革，實現了引導學生主動學習，培養其知識應用能力及創新思維能力的目的。在今后的教學實踐中，我們將繼續總結經驗并完善，不斷優化適應創新型應用人才培養的“生物化學”課程教學方式。