尹春光, 燕 艷, 趙 強, 秦宏偉, 宋文路

(①濟寧學(xué)院生命科學(xué)與工程系,273155;②曲阜師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,273165,山東省曲阜市)

0 引 言

生物化學(xué)是生命科學(xué)類專業(yè)的核心課程，根據(jù)教育部高等學(xué)校教學(xué)指導(dǎo)委員會編制的《普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)》，也是生物工程專業(yè)基礎(chǔ)核心課程，生物化學(xué)課程的理論基礎(chǔ)與實踐技能是專業(yè)課程體系中其它課程的基礎(chǔ)，對后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和能力培養(yǎng)起著非常重要的作用.根據(jù)全國教育大會《加快推進教育現(xiàn)代化實施方案(2018～2022年)》精神，新時代全國高校本科教育工作會議精神，要做強一流本科、建設(shè)一流專業(yè)、培養(yǎng)一流人才，全面振興本科教育，提高高校人才培養(yǎng)能力，實現(xiàn)高等教育內(nèi)涵式發(fā)展.2019年濟寧學(xué)院生物工程專業(yè)獲批山東省一流專業(yè)，在專業(yè)內(nèi)涵建設(shè)過程中，強化師資隊伍建設(shè)，深化教學(xué)改革模式，不斷加強專業(yè)建設(shè)中的課程建設(shè)，促進學(xué)生個性發(fā)展，其中學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)是全面提升專業(yè)內(nèi)涵建設(shè)的重要環(huán)節(jié)[1].生物化學(xué)課程不斷更新教育觀念，與時俱進，目前已經(jīng)是智慧樹山東省課程聯(lián)盟課程.智慧樹翻轉(zhuǎn)課堂面對面教學(xué)模式在疫情期間給教學(xué)提供了更為優(yōu)質(zhì)的平臺，教學(xué)團隊根據(jù)多年教學(xué)經(jīng)驗因材施教，線上教學(xué)模式的開展對生物化學(xué)教學(xué)提出了新的挑戰(zhàn)，如何切實提高線上線下混合式教學(xué)課程內(nèi)涵建設(shè)在不同時期提出了新的要求.

1 問題導(dǎo)向進階案例式教學(xué)

問題導(dǎo)向式教育(problem based learning,PBL)是基于問題的啟發(fā)式教學(xué)模式，有利于創(chuàng)新思維的培養(yǎng)和訓(xùn)練，教學(xué)過程中教學(xué)團隊設(shè)計進階式的問題，層層深入，問題導(dǎo)向進階案例的實施，完成學(xué)生從單純的知識受體到知識應(yīng)用能力的實施者轉(zhuǎn)變.根據(jù)一流專業(yè)建設(shè)要求，適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需求，結(jié)合工科專業(yè)特點，根據(jù)新工科要求，培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生自己思考和解決問題的能力，達成專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)[2].

以第一章蛋白質(zhì)教學(xué)中的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系為例，蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)決定蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)，決定蛋白質(zhì)功能，教學(xué)設(shè)計從一級結(jié)構(gòu)和高級結(jié)構(gòu)2個層次進行，結(jié)合細胞色素C與進化、胰島素激活、鐮刀型細胞貧血癥3個典型案例，從利用細胞色素C構(gòu)建進化樹讓學(xué)生理解一級結(jié)構(gòu)中不變氨基酸殘基的功能，進而利用胰島素的激活讓學(xué)生理解一級結(jié)構(gòu)的變化決定了是否能夠產(chǎn)生有功能的高級結(jié)構(gòu)，通過鐮刀型細胞貧血癥實例讓學(xué)生深刻理解這種分子病的機理并進一步感知574個氨基酸殘基僅β鏈中1個氨基酸殘基的改變導(dǎo)致疾病的發(fā)生，推理出一級結(jié)構(gòu)決定了高級結(jié)構(gòu)也就決定了蛋白質(zhì)的功能.又從二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提出案例——瘋牛病，瘋牛病(朊病毒)引起的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)由α螺旋到β折疊的變化，導(dǎo)致神經(jīng)退行性病變，讓學(xué)生理解空間結(jié)構(gòu)的變化對功能的影響.進一步拓展，一級結(jié)構(gòu)不是影響蛋白質(zhì)功能的唯一因素，還有其他因素影響，例如分子伴侶幫助蛋白質(zhì)正確折疊，并能幫助錯誤折疊的蛋白質(zhì)水解.在這個進階案例中，使用了細胞色素C——胰島素——鐮刀型細胞貧血癥——瘋牛病——分子伴侶5個案例圖文并茂生動直觀，知識點突破難點，重點突出，達到了良好的教學(xué)效果.通過案例的進階舉例，學(xué)生對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的影響知識能以辯證思維的形式多角度去分析問題，對知識的學(xué)習(xí)從局部到全局，從被動到主動，拓展了視野，培養(yǎng)了科學(xué)思維.

2020年初的教學(xué)是筆者從事生物化學(xué)教學(xué)近30年生涯中難忘的經(jīng)歷.新冠疫情的影響，改變了教學(xué)思維和教學(xué)模式，停課不停學(xué)，線上教學(xué)開啟了新一輪的教學(xué)改革.問題導(dǎo)向式教學(xué)結(jié)合案例教學(xué)進一步引導(dǎo)學(xué)生主動思考，豐富課堂學(xué)習(xí)資源，調(diào)動學(xué)習(xí)主動性.生物化學(xué)教學(xué)有很多結(jié)合代謝紊亂、生活常識、臨床知識、食品營養(yǎng)方面的知識，在知識點學(xué)習(xí)之前提前發(fā)布教學(xué)任務(wù)，尤其是在2020年線上授課期間，這種教學(xué)模式給了教師和學(xué)生不一樣的體驗，提前一周發(fā)布下周教學(xué)任務(wù)，教學(xué)重點，難點，發(fā)布教學(xué)資源及相關(guān)教學(xué)案例，發(fā)布問題，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，例如根據(jù)疫情期間的專家指導(dǎo)及發(fā)布的信息，大家知道了酒精可以有效針對冠狀病毒，因此結(jié)合蛋白質(zhì)沉淀和變性知識，提出為什么使用70%～75%酒精可以起到最好殺菌效果，而不是使用濃度更高的甚至是純酒精?通過問題導(dǎo)向，學(xué)生主動學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)變性和沉淀知識點，沉淀是乙醇破壞了穩(wěn)定蛋白質(zhì)膠體的電荷性質(zhì)和水化膜，變性是乙醇進一步破壞了維持蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的疏水作用力.學(xué)生通過這個案例學(xué)習(xí)提高了學(xué)習(xí)積極性，同時對學(xué)生進行安全教育，提醒大家告知家人酒精易燃，使用酒精消毒時要避免高溫，這部分內(nèi)容教學(xué)時雖然是在線的，隔空筆者也感受到了學(xué)生對知識產(chǎn)生的濃厚興趣和對選擇專業(yè)的認(rèn)可.

根據(jù)課程教學(xué)中的經(jīng)典實驗及研究，要求學(xué)生根據(jù)知識能力培養(yǎng)的要求從中提煉出研究的背景，研究方法，推理研究結(jié)果和結(jié)論，知其然，知其所以然.引導(dǎo)學(xué)生主動探索生物化學(xué)領(lǐng)域的問題，帶著興趣帶著問題學(xué)習(xí)，并體會到創(chuàng)新是技術(shù)的核心，突破研究瓶頸是創(chuàng)新研究的關(guān)鍵點，體會科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性及科學(xué)研究帶給研究者的樂趣.

2 教學(xué)結(jié)構(gòu)重構(gòu)，問題導(dǎo)向+案例+跨章節(jié)對比多元化教學(xué)模式貫穿教學(xué)

教和學(xué)遵循一定的規(guī)則，確保完成人才培養(yǎng)方案中的教學(xué)目的，傳授教學(xué)內(nèi)容，這是教學(xué)有法.為了達到教學(xué)目標(biāo)，教無定法，貴在得法，目的是使學(xué)生掌握課程知識及其應(yīng)用[3].生物化學(xué)目前使用線上線下結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂混合式教學(xué)，課程組錄制的課程是山東省課程聯(lián)盟上線課程(智慧樹平臺)，也是生物工程一流專業(yè)課程建設(shè)的重點建設(shè)課程.線上線下混合式教學(xué)的實施過程中，教學(xué)設(shè)計沒有循序教材的既定順序編排，而是結(jié)合生物工程專業(yè)工科人才培養(yǎng)的特點，根據(jù)生物化學(xué)課程知識體系及先修后續(xù)課程的知識要求，課程組進行了生物化學(xué)結(jié)構(gòu)重構(gòu)，以“問題導(dǎo)向+案例+對比”式教學(xué)思路為主線，使知識體系的重構(gòu)從單純的某一章節(jié)系統(tǒng)化到課程知識體系進而到專業(yè)知識體系系統(tǒng)化，結(jié)合實踐和應(yīng)用實例，有利于從工程理念的角度全面對比理解和掌握知識體系，培養(yǎng)科學(xué)思維.理論課程講述前，課程組布置學(xué)生完成在線課程的預(yù)習(xí)與視頻學(xué)習(xí)，學(xué)生在已經(jīng)進行在線課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，問題導(dǎo)向+案例+對比等多元化的教學(xué)與知識結(jié)構(gòu)的重組結(jié)合，從單純的課堂基礎(chǔ)知識講述，轉(zhuǎn)化到自主學(xué)習(xí)，問題導(dǎo)向，在熟練掌握重點知識點基礎(chǔ)上，拓展專業(yè)學(xué)科知識. 知識重構(gòu)過程中融入最新研究進展，拓寬知識體系，強調(diào)知識的應(yīng)用，尤其是針對工科學(xué)生融入工程理念、創(chuàng)新意識，教學(xué)從傳統(tǒng)的按照既定章節(jié)的知識講授開始向知識重構(gòu)，以理論與實踐結(jié)合與工程結(jié)合的理念轉(zhuǎn)變[4].

生物化學(xué)教學(xué)內(nèi)容多，涉及章節(jié)也多，課程組教學(xué)過程中梳理知識體系，進行知識結(jié)構(gòu)拆分.以蛋白質(zhì)、酶、核酸章節(jié)的教學(xué)為例，第一章蛋白質(zhì)后講授核酸，酶調(diào)整至第三章.同時將蛋白質(zhì)、核酸部分知識點對比，引導(dǎo)學(xué)生主動思考，歸類知識點.教師也與時俱進，學(xué)習(xí)和關(guān)注相關(guān)平臺的案例和教學(xué)實例. 無獨有偶，“學(xué)習(xí)強國”平臺上南京大學(xué)楊榮武教授的《生物化學(xué)》視頻課程，也將蛋白質(zhì)與核酸的整合內(nèi)容單獨開設(shè)了一章《蛋白質(zhì)與核酸的理化性質(zhì)》. 在學(xué)習(xí)借鑒楊教授教學(xué)方法的基礎(chǔ)上，課程組又進行了蛋白質(zhì)與核酸的教學(xué)提煉，通過對比講授，歸納分類達到提取精華，精煉知識的效果，結(jié)合案例及應(yīng)用，升華知識，結(jié)合實踐強化理解.

3 將教學(xué)與課程思政緊密結(jié)合

疫情期間學(xué)生的心理健康特別需要關(guān)注，此時更加深刻體會到課程思政在教學(xué)中的重要性.學(xué)生通過課程的學(xué)習(xí)能夠接觸到生物化學(xué)研究史中很多科學(xué)家故事、研究趣事，教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生主動去關(guān)注這些科學(xué)家，通過生物化學(xué)案例教學(xué)、結(jié)合科學(xué)史中著名科學(xué)家的故事，戰(zhàn)斗在防疫一線的科學(xué)家及工作者的實例，鼓勵學(xué)生學(xué)習(xí)他們不怕困難的精神，啟迪學(xué)生充滿信心好好學(xué)習(xí).例如通過蛋白質(zhì)變性理論的提出者著名科學(xué)家吳憲教授的事例，學(xué)習(xí)吳憲教授的創(chuàng)新理論，更多去關(guān)注本土的科學(xué)家，使學(xué)生更加積極、陽光、從容正能量的面對現(xiàn)狀和思考問題.2020年下半年，學(xué)生返校授課后，共和國勛章獲得者鐘南山、張定宇、陳薇等的事跡及在抗擊新冠疫情研究中的成果，讓學(xué)生在知識不斷豐富提升的過程中感受到什么是時代的主流，誰是大家需要追的時代之星.

學(xué)習(xí)代謝環(huán)節(jié)時，會有各種代謝障礙及相關(guān)疾病的知識，也進一步提醒同學(xué)們科學(xué)飲食，規(guī)律生活，加強鍛煉，提高免疫力.學(xué)生學(xué)習(xí)到的生物化學(xué)專業(yè)知識在家里也能從專業(yè)的角度向家長講授代謝機制、健康知識，利用專業(yè)知識傳遞健康、科學(xué)的生活方式，通過課程的學(xué)習(xí)即使是在疫情期間，也感受到生物化學(xué)知識的魅力和實用性，增強了學(xué)習(xí)興趣，同時課程思政這種潤物細無聲的教育過程也得到了充分體現(xiàn)，學(xué)生喜歡接受，樂于接受，潛移默化中達到了教學(xué)目的[5].

教育部《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》明確了課程思政建設(shè)目標(biāo)的要求和重點，提出科學(xué)設(shè)計課程思政教學(xué)體系，有針對性的修改人才培養(yǎng)方案，理工類專業(yè)課程要注重科學(xué)思維方法的訓(xùn)練和科學(xué)倫理的教育，工科專業(yè)類課程，注重學(xué)生工程倫理教育，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的大國工匠精神，激發(fā)學(xué)生科技報國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)[6].可見課程思政的融入是循序漸進，不斷積累升華，尤其理工類是要理論與實踐結(jié)合，知行統(tǒng)一.同時對我們的高校教師也提出了更高的要求，生物化學(xué)的教學(xué)也需要不斷提升個人業(yè)務(wù)能力和拓展知識領(lǐng)域，教學(xué)體系和內(nèi)容體系改革過程中，堅持學(xué)生為中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進，不斷提升教學(xué)效果，解決好專業(yè)教育與課程思政兩張皮的問題.

4 利用生物信息學(xué)資源，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和創(chuàng)新能力

大數(shù)據(jù)云計算的今天，生命科學(xué)醫(yī)藥相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)資源也越來越豐富，在生物化學(xué)教學(xué)過程中，筆者將生物化學(xué)輻射的一些知識點涉及的生物信息數(shù)據(jù)庫介紹給學(xué)生.2020年的畢業(yè)季也不同以往，畢業(yè)設(shè)計由于學(xué)生不能返?；虿荒馨雌谶M入企業(yè)畢業(yè)實習(xí)和完成畢業(yè)設(shè)計，準(zhǔn)備參與大學(xué)生創(chuàng)新項目的學(xué)生也無法進入實驗室，此時把一些生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫使用方法提供給學(xué)生.以KEGG數(shù)據(jù)庫使用指導(dǎo)為例，KEGG數(shù)據(jù)庫包含16個子數(shù)據(jù)庫，其中與生物化學(xué)糖代謝、脂代謝、酶等相關(guān)數(shù)據(jù)庫如圖1.

圖1 KEGG數(shù)據(jù)庫中生物化學(xué)的代謝環(huán)節(jié)

可見，這些數(shù)據(jù)庫中的代謝與生物化學(xué)教學(xué)過程中的代謝環(huán)節(jié)一致，點開數(shù)據(jù)庫，看到代謝通路及代謝相關(guān)酶，以1.1糖代謝為例(圖2)，是糖酵解(Glycosis)、三羧酸循環(huán)(TCA cycle)、磷酸戊糖途徑(Pentose phosphate pathway)等.

圖2 KEGG數(shù)據(jù)庫糖代謝相關(guān)代謝途徑

點擊00010進入糖酵解，是糖酵解通路介紹及通路圖(圖3)，

圖3 KEGG數(shù)據(jù)庫糖酵解途徑通路部分截圖

點開酶的鏈接，是其催化的反應(yīng)(圖4)，如果點開鏈接人類數(shù)據(jù)庫Homo sapiens(human)，還可以打開代謝障礙及相關(guān)治療藥物.

圖4 KEGG數(shù)據(jù)庫糖酵解途徑酶催化的反應(yīng)

數(shù)據(jù)庫之間的聯(lián)系，讓學(xué)生科研思維及創(chuàng)新能力培養(yǎng)進一步提升成為可能，生物化學(xué)的很多內(nèi)容與活性物質(zhì)相關(guān)，天然活性物質(zhì)的研究也可以通過幾個數(shù)據(jù)庫鏈接進行.疫情期間，中藥治療作用引起關(guān)注，筆者將幾個相關(guān)數(shù)據(jù)庫提供給學(xué)生. 國家衛(wèi)生健康委發(fā)布的《新型冠狀病毒肺炎診療方案(試行第7版)》中推薦的中藥組方，針對輕型、普通型、重型、危重型、恢復(fù)期的病人使用了不同組方，清肺排毒湯基礎(chǔ)方劑組分為麻黃、炙甘草、杏仁、生石膏、桂枝、澤瀉等21劑，指導(dǎo)學(xué)生通過中藥系統(tǒng)藥理數(shù)據(jù)庫和分析平臺TCMSP(Traditional Chinese Medicine System Pharmacology Database and Analysis Platform)數(shù)據(jù)庫，檢索組方活性成分及靶點，獲取中藥活性成分及靶標(biāo)數(shù)，將靶標(biāo)與KEGG等數(shù)據(jù)庫連接，獲取中藥潛在靶標(biāo)定位(表1).結(jié)合該內(nèi)容疫情期間指導(dǎo)學(xué)生進行大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目研究與申報，學(xué)生以團隊協(xié)作申報，該研究2020年獲批山東省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目.

表1 清肺排毒湯基礎(chǔ)方劑數(shù)據(jù)庫檢索活性及靶標(biāo)數(shù)

生物工程專業(yè)建設(shè)過程中，生物化學(xué)課程要求教學(xué)與實踐對接，教學(xué)過程中通過系列教學(xué)改革課程組開展了教學(xué)的拓展提升.目前生物化學(xué)教學(xué)還存在不少問題，如知識點多，難度大，教學(xué)與實踐結(jié)合環(huán)節(jié)破解教學(xué)難點的探索一直在進行，目前看實踐環(huán)節(jié)還不充分，工科專業(yè)實踐實驗課程以項目為依托解決問題時團隊的協(xié)作與溝通還不夠，以項目產(chǎn)出為導(dǎo)向的教學(xué)與研究方式在工科教學(xué)中還需要深入探索，尤其是當(dāng)疫情到來，線上授課時，如何提升學(xué)生創(chuàng)新能力，如何實踐與理論結(jié)合解決實際問題，也給高校教師帶來了更大的挑戰(zhàn)[7].其中充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，網(wǎng)絡(luò)平臺，線上線下結(jié)合達到育人目的，需要高校教師有扎實學(xué)識，過硬的技能才能更好的應(yīng)對挑戰(zhàn).要深化教學(xué)模式改革，不斷更新教學(xué)觀念，推動現(xiàn)代信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合[8].近幾年濟寧學(xué)院生物化學(xué)教學(xué)過程中,在課程組老師的悉心指導(dǎo)下，生物工程專業(yè)學(xué)生獲得國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目9項，參加各類競賽獲獎12項，每屆指導(dǎo)30位左右的學(xué)生完成畢業(yè)設(shè)計，育人成效顯著.