生物工程專業(yè)普通生物學(xué)課程教學(xué)改革探索

摘要 對生物工程專業(yè)普通生物學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容、實驗教學(xué)效果和考核評價方式等教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行分析。按照以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，對理論課和實驗課教學(xué)進(jìn)行改革探索，并優(yōu)化對理論知識和實驗課的考核方式，旨在培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新意識，為生物工程專業(yè)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 普通生物學(xué)；工程教育認(rèn)證；生物工程；生命科學(xué)

中圖分類號 G642.0；S18" " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A" "文章編號 1007-7731（2024）14-0108-05

DOI號 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2024.14.023

Teaching reform in General Biology course for Bioengineering major

ZHOU Yin

（College of Life Science and Health Engineering， Hubei University of Technology， Wuhan 430068，China）

Abstract The teaching content， teaching experiment effect， and assessment and evaluation methods of the General Biology course of Bioengineering major were analyzed. Following the student-centered teaching philosophy， the reform of theoretical and experimental courses was explored， and the assessment methods for theoretical knowledge and experimental courses were optimized. Intended to cultivate students’ engineering ability and innovative consciousness， and lay a foundation for the subsequent courses study of Bioengineering major.

Keywords General Biology; engineering education certification; Bioengineering; life sciences

普通生物學(xué)是生物工程專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程之一，是一門研究生物體的生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律的學(xué)科，為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)生物工程專業(yè)其他課程奠定基礎(chǔ)。該課程的教學(xué)內(nèi)容主要包括細(xì)胞、分子、植物、動物和生態(tài)等，不同高校對課程教學(xué)內(nèi)容的安排存在差異，部分高校注重講解細(xì)胞和分子板塊，部分高校則全面講述細(xì)胞、分子、進(jìn)化、植物和動物等板塊。門中華等[1]對通識教育中普通生物學(xué)實驗課程的開設(shè)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，該研究認(rèn)為，不同高校和專業(yè)對普通生物學(xué)課程所安排的教學(xué)內(nèi)容不同，學(xué)時也有一定差異，主要原因在于不同高校開設(shè)普通生物學(xué)課程的專業(yè)有所相同。李瑩等[2]研究認(rèn)為，普通生物學(xué)是環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一，為后續(xù)專業(yè)課程框架的搭建奠定基礎(chǔ)。實踐中，該課程知識點多、專業(yè)面廣，可能較難引起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。本文對生物工程專業(yè)普通生物學(xué)課程的教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并按照以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，對理論課和實驗課的方法、考核方式等進(jìn)行改革與探索，旨在培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新意識，為后續(xù)生物工程專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

1 普通生物學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.1 理論教學(xué)內(nèi)容方面

該課程教學(xué)采用的教材有多個版本，以《普通生物學(xué)》[3]教材為例，該教材共6篇32章。根據(jù)生物工程專業(yè)培養(yǎng)方案，普通生物學(xué)課程于大二第一學(xué)期開課，此時學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課知識的時間不長，后續(xù)還要學(xué)習(xí)生物化學(xué)、微生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)和基因工程等專業(yè)必修課，而該教材中部分章節(jié)內(nèi)容為上述專業(yè)課知識的縮略版本。為避免教學(xué)內(nèi)容重復(fù)，可以適當(dāng)減少與上述專業(yè)課相關(guān)的章節(jié)學(xué)時。

生物工程技術(shù)可以應(yīng)用于動植物來源的次級代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)，而動植物來源產(chǎn)品的研究與開發(fā)，需要具備一定的植物學(xué)、動物學(xué)知識基礎(chǔ)。部分高校生物工程專業(yè)可能尚未設(shè)置動物學(xué)和植物學(xué)的相關(guān)課程，因此，將普通生物學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置為教材中第二篇“動物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)與功能”和第三篇“植物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)與功能”。王倩等[4]研究認(rèn)為，對于較為基礎(chǔ)的知識（如動物器官和系統(tǒng)等），學(xué)生已有一定了解，再次學(xué)習(xí)該知識可能會使其學(xué)習(xí)興趣和積極性受到一定影響，教學(xué)效果有待進(jìn)一步提升。對于一些較難的知識點（如動作電位的形成機(jī)制等），由于課時數(shù)的限制，對知識點的講解有待進(jìn)一步深入，導(dǎo)致學(xué)生對難易知識的掌握程度有待進(jìn)一步提升。

1.2 實驗教學(xué)效果方面

通過普通生物學(xué)課程教學(xué)，學(xué)生對生命科學(xué)的全貌會有一定的了解，并掌握普遍規(guī)律性的知識。后續(xù)開設(shè)的細(xì)胞生物學(xué)實驗等專業(yè)課程，也會涉及線粒體等細(xì)胞器觀察實驗，因此，在普通生物學(xué)課程的實驗安排上，不宜再設(shè)置細(xì)胞器的觀察等實驗。該課程安排2次驗證性實驗，分別是顯微鏡的構(gòu)造與使用、植物莖與葉的結(jié)構(gòu)觀察。這兩個實驗的開展，有利于學(xué)生掌握顯微鏡的使用技術(shù)、植物徒手切片技術(shù)和生物繪圖基本技術(shù)等，這些均是生物工程專業(yè)學(xué)生所必須掌握的技術(shù)。值得注意的是，學(xué)生做實驗時，更多的是對照指導(dǎo)書進(jìn)行操作，對其綜合應(yīng)用知識的能力的培養(yǎng)效果尚有進(jìn)一步提升的空間。對實驗過程的評價主要依據(jù)實驗報告評分來開展，而實驗報告評分的標(biāo)準(zhǔn)有待進(jìn)一步細(xì)化和量化。實踐中通常是教師根據(jù)實驗報告的整體情況給出分?jǐn)?shù)，評價的客觀性有待進(jìn)一步增強(qiáng)。

1.3 考核評價方式方面

普通生物學(xué)課程的考核通常是由平時成績、實驗成績和期末考試成績組成。其中，平時成績由出勤率和平時作業(yè)成績組成。平時作業(yè)選自教材上的課后習(xí)題，學(xué)生的平時成績差異較小。此外，期末考試的試題更加注重考察學(xué)生對基礎(chǔ)知識的客觀記憶，而對知識應(yīng)用的考核評價模式有待進(jìn)一步補(bǔ)充，課程評價方式有待進(jìn)一步優(yōu)化。

2 普通生物學(xué)課程教學(xué)改革措施分析

在生物工程專業(yè)通過工程教育認(rèn)證的背景下，普通生物學(xué)的課程教學(xué)需要支撐本專業(yè)的畢業(yè)要求。結(jié)合近幾年普通生物學(xué)課程教學(xué)實踐，提出以下課程教學(xué)改革措施。

2.1 理論教學(xué)方面

2.1.1 重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容" 普通生物學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容包括動物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)與功能，植物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)與功能。其中，部分課程知識點學(xué)生已經(jīng)學(xué)過，因此，在教學(xué)過程中，針對教材知識點，要有針對性地安排適宜的教學(xué)時長。“體液調(diào)節(jié)——動物的內(nèi)分泌調(diào)節(jié)”這一章節(jié)的內(nèi)容包括內(nèi)分泌腺的基本概況、無脊椎動物的激素、脊椎動物的激素和激素的作用機(jī)制。其中，內(nèi)分泌腺的基本概況和脊椎動物的激素屬于學(xué)生已經(jīng)學(xué)過且較為熟悉的知識，對此，教師可以提前布置教學(xué)任務(wù)，由學(xué)生通過線上教學(xué)平臺及資源完成自主學(xué)習(xí)，再通過超星學(xué)習(xí)通平臺對其自學(xué)效果進(jìn)行考核。激素的作用機(jī)制屬于教學(xué)難點，需要學(xué)生掌握激素與細(xì)胞膜表面受體的相互作用等內(nèi)容。為吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其更好地掌握該知識點，可以從細(xì)胞膜的脂質(zhì)雙分子層結(jié)構(gòu)出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生思考“水溶性激素和脂溶性激素對于受體的位置會有何差異”等問題，進(jìn)而對激素的作用機(jī)制這一知識點展開詳細(xì)介紹。此外，考慮到動物各個器官系統(tǒng)之間存在普遍而廣泛的聯(lián)系，教師在教學(xué)過程中可以加強(qiáng)激素的作用機(jī)制與“動物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)與功能”章節(jié)之間的聯(lián)系，更好地將知識系統(tǒng)化，提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力。

2.1.2 創(chuàng)新教學(xué)手段" 針對普通生物學(xué)各個章節(jié)知識點的難易程度，選擇不同的教學(xué)方法，便于學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上更好地掌握相關(guān)知識。以“體液調(diào)節(jié)——動物的內(nèi)分泌調(diào)節(jié)”章節(jié)為例，根據(jù)知識點的難易程度進(jìn)行區(qū)分，分別在課前、課中和課后的不同階段，有針對性地選擇不同的教學(xué)方法。

（1）課前布置自學(xué)任務(wù)。在教學(xué)過程中，有側(cè)重地分配不同知識點的教學(xué)時長。根據(jù)章節(jié)易混淆知識點、學(xué)生已在前期學(xué)習(xí)中有所接觸的基礎(chǔ)知識點，布置相應(yīng)的預(yù)習(xí)任務(wù)，例如，動物外分泌腺和內(nèi)分泌腺有哪些區(qū)別、分布情況如何。同時，教師發(fā)布視頻學(xué)習(xí)資料，讓學(xué)生在MOOC等平臺提前觀看課程教學(xué)內(nèi)容。

（2）課中進(jìn)行案例導(dǎo)入。王倩等[4]通過案例導(dǎo)入方式，為學(xué)生后續(xù)的學(xué)習(xí)與研究打下基礎(chǔ)。在教學(xué)過程中，教師介紹相關(guān)章節(jié)的科研進(jìn)展，例如，生活方式的代表——代謝綜合征；引入人體溫覺和觸覺感受器的受體蛋白質(zhì)案例，講解感覺形成的具體機(jī)制等知識。曲良煥等[5]在教學(xué)前，結(jié)合日常生活實例，設(shè)計趣味性的課程引入環(huán)節(jié)。普通生物學(xué)課程教學(xué)中，引入“耳石癥”等相關(guān)新聞，讓學(xué)生結(jié)合案例，對“感覺器官與感覺”知識進(jìn)行討論，教師對學(xué)生討論情況進(jìn)行補(bǔ)充。普通生物學(xué)課程的部分知識需要利用圖片、短視頻和Flash動畫等資源輔助教學(xué)，幫助學(xué)生理解并掌握重難點，提高教學(xué)效果。例如，教師通過互聯(lián)網(wǎng)搜集動畫或短視頻，更加生動且富有趣味性地講解激素的作用機(jī)制（圖1）等難點，從細(xì)胞膜的脂質(zhì)雙分子層結(jié)構(gòu)出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生思考水溶性激素和脂溶性激素對受體的影響有何差異，進(jìn)而對激素的作用機(jī)制這一知識點進(jìn)行詳細(xì)介紹，幫助學(xué)生掌握激素與細(xì)胞膜表面受體的相互作用等知識。

（3）課后進(jìn)行知識檢測。根據(jù)普通生物學(xué)課程知識的難易程度，選擇不同方法對學(xué)生掌握所學(xué)知識的程度進(jìn)行測試。為鞏固課堂教學(xué)效果，對于較為簡單的知識點，可以采用隨堂提問的方式，或通過超星學(xué)習(xí)通平臺設(shè)置選擇題、填空題等，對學(xué)生進(jìn)行考核。對于較難的知識點，可以布置綜合性作業(yè)，讓學(xué)生在完成作業(yè)的過程中更好地理解和掌握相關(guān)知識。為了讓學(xué)生對章節(jié)知識進(jìn)行系統(tǒng)性復(fù)習(xí)及鞏固，在課程章節(jié)教學(xué)結(jié)束后，布置思維導(dǎo)圖任務(wù)，讓學(xué)生在思維導(dǎo)圖的繪制過程中，對各知識點之間的聯(lián)系形成更明晰的認(rèn)識。學(xué)生繪制的動物內(nèi)分泌系統(tǒng)思維導(dǎo)圖如圖2所示。

2.2 實驗教學(xué)方面

高校普通生物學(xué)課程開設(shè)的實驗課堂通常包括顯微鏡及顯微觀察、生物大分子的制備與分離、PCR及DNA指紋圖譜分析、微生物的觀察與檢測等知識模塊[1]。實踐中，部分模塊與后續(xù)其他專業(yè)課程的實驗可能會重復(fù)。為此，本課程實驗課設(shè)置了植物凋亡細(xì)胞的形態(tài)學(xué)觀察、植物組織的徒手切片及顯微觀察這兩個實驗。在植物凋亡細(xì)胞的形態(tài)學(xué)觀察這一實驗中，通過設(shè)計有梯度的實驗，確定影響植物細(xì)胞發(fā)生凋亡的較佳條件，并讓學(xué)生預(yù)習(xí)相關(guān)知識。王鵬洋等[6]讓學(xué)生設(shè)置0.4、0.8 mol/L等不同鹽濃度的溶液，并設(shè)置2、4、6、8和10 h等不同的誘導(dǎo)時間，使用顯微鏡觀察在不同實驗條件下，洋蔥表皮細(xì)胞的表型變化情況，確定最低鹽濃度和最短誘導(dǎo)時間。畢佳佳等[7]對高校普通生物學(xué)實驗教學(xué)進(jìn)行實踐，結(jié)果表明，學(xué)生獨(dú)立設(shè)置實驗條件，并觀察對應(yīng)的實驗結(jié)果，得出相應(yīng)的實驗結(jié)論，有利于提高其實驗操作能力和創(chuàng)新能力。

3 考核方式優(yōu)化

張春媚等[8]對普通生物學(xué)課程教學(xué)改革進(jìn)行分析，通過優(yōu)化理論知識考核評價體系，采用多樣性的評價方式，有利于考察學(xué)生對理論知識的掌握情況，檢驗其是否具備解決復(fù)雜工程問題的能力。

3.1 理論知識考核

普通生物學(xué)課程考核由平時成績（30%）、實驗成績（20%）和期末考試成績（50%）組成。其中，平時成績包括課堂互動表現(xiàn)、超星學(xué)習(xí)通平臺測試和課后平時作業(yè)。超星學(xué)習(xí)通平臺測試和平時作業(yè)對知識點的考察側(cè)重點略有不同，前者主要為選擇題、填空題，主要針對易錯知識點，在課堂上5 min內(nèi)完成對學(xué)生的考核；后者主要為綜合性習(xí)題，學(xué)生利用課堂所學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識回答綜合性問題。這種考核方式與一些學(xué)者的做法相似，例如，李繼偉等[9]對于不同神經(jīng)元之間信息傳遞方式的知識點，課堂上利用超星學(xué)習(xí)通平臺設(shè)置相關(guān)問題“反射弧的基本組成部分包括哪些”，讓學(xué)生口頭講出答案，即皮膚感受器、傳入神經(jīng)、神經(jīng)中樞、傳出神經(jīng)和效應(yīng)器；課后作業(yè)設(shè)置問題“為什么突觸受體越多，記憶力越好”，讓學(xué)生思考突觸受體對于信息在神經(jīng)元之間的傳導(dǎo)過程中起到的重要作用。期末考試約70%的試題側(cè)重考察基礎(chǔ)理論知識，30%的試題考察學(xué)生應(yīng)用理論知識解決實際問題的能力，提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力。

3.2 實驗?zāi)芰己?/p>

細(xì)化實驗成績的評分標(biāo)準(zhǔn)，實驗報告的評分由3個部分組成：實驗準(zhǔn)備（30分）、實驗操作（30分）和實驗報告（40分）。在實驗準(zhǔn)備部分，學(xué)生要完成實驗預(yù)習(xí)，了解實驗要點，包括實驗原理、實驗方法、儀器使用和實驗步驟。在實驗操作部分，學(xué)生要如實記錄實驗操作步驟和現(xiàn)象等，教師根據(jù)學(xué)生的操作規(guī)范性、實驗完成情況，綜合評定其實驗表現(xiàn)成績。在實驗報告部分，學(xué)生要將實驗所得的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并撰寫實驗結(jié)論，分享實驗收獲或心得體會等。董曉宇[10]對生物工程專業(yè)普通生物學(xué)課程教學(xué)改革進(jìn)行研究，結(jié)果顯示，采用這種考核方式，學(xué)生自身能力得到提升，教學(xué)效果較為理想。

4 結(jié)語

作為生物工程專業(yè)的專業(yè)通識教育課，普通生物學(xué)是一門理論結(jié)合實踐的專業(yè)基礎(chǔ)課程。根據(jù)工程教育認(rèn)證對課程的要求，對該課程教學(xué)進(jìn)行改革與實踐，學(xué)生通過理論課的學(xué)習(xí)，能利用所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)理論知識，充分利用文獻(xiàn)研究，調(diào)研和分析復(fù)雜生物工程問題解決方案的可行性；通過實驗課的學(xué)習(xí)，能根據(jù)實驗?zāi)康模贫▽嶒灧桨福捎每茖W(xué)的實驗方法，安全開展生物工程問題實驗研究，并正確采集實驗數(shù)據(jù)。本文優(yōu)化教學(xué)章節(jié)編排，在課前、課中和課后分別采用不同的教學(xué)手段，通過理論知識和實驗教學(xué)方式的改革，評價方式的優(yōu)化等措施，幫助學(xué)生更好地掌握普通生物學(xué)知識，提高教學(xué)效果。

綜上，本文對生物工程專業(yè)普通生物學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容、實驗教學(xué)效果和考核評價方式等教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，按照以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，對理論課和實驗課教學(xué)進(jìn)行改革探索，并優(yōu)化對理論知識和實驗課的考核方式，旨在培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新意識，為生物工程專業(yè)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

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（責(zé)任編輯：楊 歡）

基金項目 湖北工業(yè)大學(xué)教學(xué)研究項目“工程教育認(rèn)證背景下適應(yīng)創(chuàng)新能力和工程素質(zhì)培養(yǎng)的生物工程專業(yè)選修課教學(xué)改革與實踐”（校2021006）。

作者簡介 周吟（1981—），女，湖北武漢人，博士，副教授，從事微生物學(xué)研究。

收稿日期 2024-02-15