地方高校一流专业建设中生物化学课程内涵建设探索*

尹春光, 燕 艳, 赵 强, 秦宏伟, 宋文路

(①济宁学院生命科学与工程系,273155;②曲阜师范大学生命科学学院,273165,山东省曲阜市)

0 引 言

生物化学是生命科学类专业的核心课程，根据教育部高等学校教学指导委员会编制的《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》，也是生物工程专业基础核心课程，生物化学课程的理论基础与实践技能是专业课程体系中其它课程的基础，对后续课程的学习和能力培养起着非常重要的作用.根据全国教育大会《加快推进教育现代化实施方案(2018～2022年)》精神，新时代全国高校本科教育工作会议精神，要做强一流本科、建设一流专业、培养一流人才，全面振兴本科教育，提高高校人才培养能力，实现高等教育内涵式发展.2019年济宁学院生物工程专业获批山东省一流专业，在专业内涵建设过程中，强化师资队伍建设，深化教学改革模式，不断加强专业建设中的课程建设，促进学生个性发展，其中学生创新能力培养是全面提升专业内涵建设的重要环节[1].生物化学课程不断更新教育观念，与时俱进，目前已经是智慧树山东省课程联盟课程.智慧树翻转课堂面对面教学模式在疫情期间给教学提供了更为优质的平台，教学团队根据多年教学经验因材施教，线上教学模式的开展对生物化学教学提出了新的挑战，如何切实提高线上线下混合式教学课程内涵建设在不同时期提出了新的要求.

1 问题导向进阶案例式教学

问题导向式教育(problem based learning,PBL)是基于问题的启发式教学模式，有利于创新思维的培养和训练，教学过程中教学团队设计进阶式的问题，层层深入，问题导向进阶案例的实施，完成学生从单纯的知识受体到知识应用能力的实施者转变.根据一流专业建设要求，适应经济社会发展需求，结合工科专业特点，根据新工科要求，培养学生主动学习能力，培养学生自己思考和解决问题的能力，达成专业培养目标[2].

以第一章蛋白质教学中的蛋白质结构与功能的关系为例，蛋白质一级结构决定蛋白质高级结构，决定蛋白质功能，教学设计从一级结构和高级结构2个层次进行，结合细胞色素C与进化、胰岛素激活、镰刀型细胞贫血症3个典型案例，从利用细胞色素C构建进化树让学生理解一级结构中不变氨基酸残基的功能，进而利用胰岛素的激活让学生理解一级结构的变化决定了是否能够产生有功能的高级结构，通过镰刀型细胞贫血症实例让学生深刻理解这种分子病的机理并进一步感知574个氨基酸残基仅β链中1个氨基酸残基的改变导致疾病的发生，推理出一级结构决定了高级结构也就决定了蛋白质的功能.又从二级结构的基础上提出案例——疯牛病，疯牛病(朊病毒)引起的蛋白质二级结构由α螺旋到β折叠的变化，导致神经退行性病变，让学生理解空间结构的变化对功能的影响.进一步拓展，一级结构不是影响蛋白质功能的唯一因素，还有其他因素影响，例如分子伴侣帮助蛋白质正确折叠，并能帮助错误折叠的蛋白质水解.在这个进阶案例中，使用了细胞色素C——胰岛素——镰刀型细胞贫血症——疯牛病——分子伴侣5个案例图文并茂生动直观，知识点突破难点，重点突出，达到了良好的教学效果.通过案例的进阶举例，学生对蛋白质结构与功能的影响知识能以辩证思维的形式多角度去分析问题，对知识的学习从局部到全局，从被动到主动，拓展了视野，培养了科学思维.

2020年初的教学是笔者从事生物化学教学近30年生涯中难忘的经历.新冠疫情的影响，改变了教学思维和教学模式，停课不停学，线上教学开启了新一轮的教学改革.问题导向式教学结合案例教学进一步引导学生主动思考，丰富课堂学习资源，调动学习主动性.生物化学教学有很多结合代谢紊乱、生活常识、临床知识、食品营养方面的知识，在知识点学习之前提前发布教学任务，尤其是在2020年线上授课期间，这种教学模式给了教师和学生不一样的体验，提前一周发布下周教学任务，教学重点，难点，发布教学资源及相关教学案例，发布问题，引导学生自主学习，例如根据疫情期间的专家指导及发布的信息，大家知道了酒精可以有效针对冠状病毒，因此结合蛋白质沉淀和变性知识，提出为什么使用70%～75%酒精可以起到最好杀菌效果，而不是使用浓度更高的甚至是纯酒精?通过问题导向，学生主动学习蛋白质变性和沉淀知识点，沉淀是乙醇破坏了稳定蛋白质胶体的电荷性质和水化膜，变性是乙醇进一步破坏了维持蛋白质空间结构的疏水作用力.学生通过这个案例学习提高了学习积极性，同时对学生进行安全教育，提醒大家告知家人酒精易燃，使用酒精消毒时要避免高温，这部分内容教学时虽然是在线的，隔空笔者也感受到了学生对知识产生的浓厚兴趣和对选择专业的认可.

根据课程教学中的经典实验及研究，要求学生根据知识能力培养的要求从中提炼出研究的背景，研究方法，推理研究结果和结论，知其然，知其所以然.引导学生主动探索生物化学领域的问题，带着兴趣带着问题学习，并体会到创新是技术的核心，突破研究瓶颈是创新研究的关键点，体会科学研究的严谨性及科学研究带给研究者的乐趣.

2 教学结构重构，问题导向+案例+跨章节对比多元化教学模式贯穿教学

教和学遵循一定的规则，确保完成人才培养方案中的教学目的，传授教学内容，这是教学有法.为了达到教学目标，教无定法，贵在得法，目的是使学生掌握课程知识及其应用[3].生物化学目前使用线上线下结合翻转课堂混合式教学，课程组录制的课程是山东省课程联盟上线课程(智慧树平台)，也是生物工程一流专业课程建设的重点建设课程.线上线下混合式教学的实施过程中，教学设计没有循序教材的既定顺序编排，而是结合生物工程专业工科人才培养的特点，根据生物化学课程知识体系及先修后续课程的知识要求，课程组进行了生物化学结构重构，以“问题导向+案例+对比”式教学思路为主线，使知识体系的重构从单纯的某一章节系统化到课程知识体系进而到专业知识体系系统化，结合实践和应用实例，有利于从工程理念的角度全面对比理解和掌握知识体系，培养科学思维.理论课程讲述前，课程组布置学生完成在线课程的预习与视频学习，学生在已经进行在线课程学习的基础上，问题导向+案例+对比等多元化的教学与知识结构的重组结合，从单纯的课堂基础知识讲述，转化到自主学习，问题导向，在熟练掌握重点知识点基础上，拓展专业学科知识. 知识重构过程中融入最新研究进展，拓宽知识体系，强调知识的应用，尤其是针对工科学生融入工程理念、创新意识，教学从传统的按照既定章节的知识讲授开始向知识重构，以理论与实践结合与工程结合的理念转变[4].

生物化学教学内容多，涉及章节也多，课程组教学过程中梳理知识体系，进行知识结构拆分.以蛋白质、酶、核酸章节的教学为例，第一章蛋白质后讲授核酸，酶调整至第三章.同时将蛋白质、核酸部分知识点对比，引导学生主动思考，归类知识点.教师也与时俱进，学习和关注相关平台的案例和教学实例. 无独有偶，“学习强国”平台上南京大学杨荣武教授的《生物化学》视频课程，也将蛋白质与核酸的整合内容单独开设了一章《蛋白质与核酸的理化性质》. 在学习借鉴杨教授教学方法的基础上，课程组又进行了蛋白质与核酸的教学提炼，通过对比讲授，归纳分类达到提取精华，精炼知识的效果，结合案例及应用，升华知识，结合实践强化理解.

3 将教学与课程思政紧密结合

疫情期间学生的心理健康特别需要关注，此时更加深刻体会到课程思政在教学中的重要性.学生通过课程的学习能够接触到生物化学研究史中很多科学家故事、研究趣事，教学中引导学生主动去关注这些科学家，通过生物化学案例教学、结合科学史中著名科学家的故事，战斗在防疫一线的科学家及工作者的实例，鼓励学生学习他们不怕困难的精神，启迪学生充满信心好好学习.例如通过蛋白质变性理论的提出者著名科学家吴宪教授的事例，学习吴宪教授的创新理论，更多去关注本土的科学家，使学生更加积极、阳光、从容正能量的面对现状和思考问题.2020年下半年，学生返校授课后，共和国勋章获得者钟南山、张定宇、陈薇等的事迹及在抗击新冠疫情研究中的成果，让学生在知识不断丰富提升的过程中感受到什么是时代的主流，谁是大家需要追的时代之星.

学习代谢环节时，会有各种代谢障碍及相关疾病的知识，也进一步提醒同学们科学饮食，规律生活，加强锻炼，提高免疫力.学生学习到的生物化学专业知识在家里也能从专业的角度向家长讲授代谢机制、健康知识，利用专业知识传递健康、科学的生活方式，通过课程的学习即使是在疫情期间，也感受到生物化学知识的魅力和实用性，增强了学习兴趣，同时课程思政这种润物细无声的教育过程也得到了充分体现，学生喜欢接受，乐于接受，潜移默化中达到了教学目的[5].

教育部《高等学校课程思政建设指导纲要》明确了课程思政建设目标的要求和重点，提出科学设计课程思政教学体系，有针对性的修改人才培养方案，理工类专业课程要注重科学思维方法的训练和科学伦理的教育，工科专业类课程，注重学生工程伦理教育，培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当[6].可见课程思政的融入是循序渐进，不断积累升华，尤其理工类是要理论与实践结合，知行统一.同时对我们的高校教师也提出了更高的要求，生物化学的教学也需要不断提升个人业务能力和拓展知识领域，教学体系和内容体系改革过程中，坚持学生为中心、产出导向、持续改进，不断提升教学效果，解决好专业教育与课程思政两张皮的问题.

4 利用生物信息学资源，培养学生科学思维和创新能力

大数据云计算的今天，生命科学医药相关的网络资源也越来越丰富，在生物化学教学过程中，笔者将生物化学辐射的一些知识点涉及的生物信息数据库介绍给学生.2020年的毕业季也不同以往，毕业设计由于学生不能返校或不能按期进入企业毕业实习和完成毕业设计，准备参与大学生创新项目的学生也无法进入实验室，此时把一些生物信息学数据库使用方法提供给学生.以KEGG数据库使用指导为例，KEGG数据库包含16个子数据库，其中与生物化学糖代谢、脂代谢、酶等相关数据库如图1.

图1 KEGG数据库中生物化学的代谢环节

可见，这些数据库中的代谢与生物化学教学过程中的代谢环节一致，点开数据库，看到代谢通路及代谢相关酶，以1.1糖代谢为例(图2)，是糖酵解(Glycosis)、三羧酸循环(TCA cycle)、磷酸戊糖途径(Pentose phosphate pathway)等.

图2 KEGG数据库糖代谢相关代谢途径

点击00010进入糖酵解，是糖酵解通路介绍及通路图(图3)，

图3 KEGG数据库糖酵解途径通路部分截图

点开酶的链接，是其催化的反应(图4)，如果点开链接人类数据库Homo sapiens(human)，还可以打开代谢障碍及相关治疗药物.

图4 KEGG数据库糖酵解途径酶催化的反应

数据库之间的联系，让学生科研思维及创新能力培养进一步提升成为可能，生物化学的很多内容与活性物质相关，天然活性物质的研究也可以通过几个数据库链接进行.疫情期间，中药治疗作用引起关注，笔者将几个相关数据库提供给学生. 国家卫生健康委发布的《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第7版)》中推荐的中药组方，针对轻型、普通型、重型、危重型、恢复期的病人使用了不同组方，清肺排毒汤基础方剂组分为麻黄、炙甘草、杏仁、生石膏、桂枝、泽泻等21剂，指导学生通过中药系统药理数据库和分析平台TCMSP(Traditional Chinese Medicine System Pharmacology Database and Analysis Platform)数据库，检索组方活性成分及靶点，获取中药活性成分及靶标数，将靶标与KEGG等数据库连接，获取中药潜在靶标定位(表1).结合该内容疫情期间指导学生进行大学生创新创业项目研究与申报，学生以团队协作申报，该研究2020年获批山东省大学生创新创业项目.

表1 清肺排毒汤基础方剂数据库检索活性及靶标数

生物工程专业建设过程中，生物化学课程要求教学与实践对接，教学过程中通过系列教学改革课程组开展了教学的拓展提升.目前生物化学教学还存在不少问题，如知识点多，难度大，教学与实践结合环节破解教学难点的探索一直在进行，目前看实践环节还不充分，工科专业实践实验课程以项目为依托解决问题时团队的协作与沟通还不够，以项目产出为导向的教学与研究方式在工科教学中还需要深入探索，尤其是当疫情到来，线上授课时，如何提升学生创新能力，如何实践与理论结合解决实际问题，也给高校教师带来了更大的挑战[7].其中充分利用网络资源，网络平台，线上线下结合达到育人目的，需要高校教师有扎实学识，过硬的技能才能更好的应对挑战.要深化教学模式改革，不断更新教学观念，推动现代信息技术与教育教学深度融合[8].近几年济宁学院生物化学教学过程中,在课程组老师的悉心指导下，生物工程专业学生获得国家级大学生创新创业项目9项，参加各类竞赛获奖12项，每届指导30位左右的学生完成毕业设计，育人成效显著.