中国生物化学课程教学改革的历程(1985～2021)与成绩——基于NVivo 11 Plus软件的系统分析

陈 云， 华 夏

(扬州大学生物科学与技术学院 生物化学与分子生物学教研室，江苏 扬州 225009)

生物化学是生命科学中最重要的核心课程之一，通过对生物分子的结构、性质及功能的阐释，为其他生命科学学科提供重要的理论基础。生物化学课程本身具有知识点繁多、生物分子结构抽象、代谢反应过程复杂等教学难点。因此，提高课程教学质量，提升学生的生化素养是生物化学教学的内涵和目标。

国家政策的颁布实施、数字化信息和互联网的发展与技术革新，推动了我国教育教学事业高质量发展。生物化学课程教学从传统的授课方式到借助新技术与新理念的教学模式，从专注于传授课本知识到扩展至诠释日常生命现象和立德树人思政教育，在内容与形式上不断丰富和提高。总结我国生物化学教学改革的探索历程，有利于把握其发展的现状和动向，对促进生物化学教学的发展具有积极的意义。

目前，还未见对生物化学教学从改革发展变化角度进行整理统计与细致分析的报道。本研究包括以下4个方面：(1)全面收集和梳理，从知网可搜集到的1985年至2021年5月31日的生物化学教学研究文献；(2)通过质性分析软件NVivo 11 Plus，对收集的5 871篇与生物化学教学相关文献的标题和关键词进行分析，将生物化学教学相关内容转化为定量数据，以揭示生物化学教学改革的趋势；(3)凝练顺应国家教育发展策略的生物化学教学研究发展历程；(4)总结“以学生为中心”的生物化学教学改革研究内涵及成效。以期为我国从事生物化学课程教学工作同行们提供参考，促进生物化学教学及学生的发展。

1 数据来源及其分析方法

以“生物化学”为检索关键词，通过中国知网 (https://www.cnki.net)检索1985年以来发表的生物化学教学研究文献，共计5 871篇(检索截至2021年5月31日。其中，2021年1月1日前共计5 756篇，2021年1月1日至5月31日共计115篇)。用知网研学5.2软件导出题录和网页内容，在Microsoft Excel中使用“%T”和“%K”筛选题录文本中标题和关键词信息。将筛选到的信息导入质性分析软件NVivo 11 Plus，按词频高低选择关键词汇，进而依据扎根理论进行3阶段编码分析[1-2]。第1阶段是开放式编码，一次查找文本的结果保存为1个自由节点，应用“编码带”功能进行排查，将遗漏的词添加至自由节点。第2阶段是轴心编码，即按照自由节点之间的共同点和相似条件，划分整理出适当范畴，对自由节点进行编码。第3阶段是选择编码，在所有编码中选择一个核心编码，能够整合其他编码的中心概念。

使用NVivo 11 Plus分别进行单词(文本)和编码的聚类分析，并依据节点导出层次图表；使用R语言中ggplot程序包进行数据处理和作图。

2 适应于教育政策的生物化学教学研究的发展动态及变迁

将检索收集到的文献按年份分类。由Fig. 1可见，自1985至2010年，生物化学教学研究论文逐年递增。2010年至今，文献量呈波动中上升趋势。这些文献提供了观察生物化学教学研究发展的窗口。在梳理这些文献时，并未发现任何全面总结和梳理生物化学教学改革研究与实践的相关文献。因此，本文系统总结和分析了在适应于国家教育政策导向下，生物化学教学研究的内涵及发展方向。

1998年，朱镕基总理提出：“科教兴国是本届政府最大的任务”。为落实该科教兴国战略，1999年教育部制定了《面向21世纪教育振兴行动计划》。在一系列指导性政策的引导下，生物化学教学研究文献量扩张显著，从1999年的28篇，迅速增长至2006年的148篇(见Fig. 1)。

自2006年起，国家高等教育政策的主要导向从“规模扩张”转向“质量提升”。与之相应的是高等教育发展方式的转变。2006年5月，国务院明确提出：“高等教育的发展要全面贯彻落实科学发展观，切实把重点放在提高质量上”。2007年，教育部发布了《关于实施“高等学校本科教学质量与教学改革工程”的意见》和《关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》。表明2007年～2012年我国高等教育发展的重心和首要任务是提高高等教育质量。与之相应，生物化学教学改革研究出现第2次快速增长，2012年的文献量达到317篇(见Fig. 1)。

图1 生物化学教学改革研究文献的数量(1985～2020) 阶段Ⅰ: 1985年至2006年；阶段Ⅱ: 2006年至2012年；阶段Ⅲ: 2013年至2016年；阶段Ⅳ: 2017年至2020年Fig.1 The number of literatures on biochemistry teaching research from 1985 to 2020 StageⅠ: 1985 to 2006; Stage Ⅱ: 2006 to 2012; Stage Ⅲ: 2013 to 2016; Stage Ⅳ: 2017 to 2020

2012 年，党的十八大报告明确提出，要推动高等教育内涵式发展。教育部印发《国家教育事业发展第十二个五年规划》，提出高等教育要坚持稳定规模、优化结构、强化特色，走以质量提升为核心的内涵式发展道路。为贯彻落实国家教育政策导向，生物化学教学研究规模波动式稳步增长(见Fig.1)，研究着重提升教育质量、教师素养及学生能力。

2016年，习近平总书记指明了高校各类课程和思想政治理论课必须同向同行、协同建设的根本方向。2017年，党的十九大报告提出，要实现高等教育内涵式发展。从十八大报告的“推动”，到十九大报告的“实现”，高等教育实现了发展方式与目的相统一，内涵式发展更深入和全面地延伸[3]。

3 生物化学教学研究发展的内涵分析

按主要教育方针政策和策略文件，将生物化学研究文献按年份划分为1985～2006、2007～2012、2013～2016和2017～2021共4个阶段(Fig. 1)。通过NVivo 11 Plus对各阶段生物化学教学研究相关文献题录和关键词进行相似性分析(Table 1)。按单词(文本)相似性分析的结果显示，各时间段之间的Pearson相关系数均大于0.9，彼此之间呈现极强的正相关。对文本进行编码分析后，按编码相似性分析发现，2017年之前相邻2个时间段之间的Pearson相关系数均介于0.4与0.6之间，彼此之间呈中等强度相关；2017～2021和2013～2016两组之间的Pearson系数为0.278，呈弱相关；当2个时间段间隔时间越长，两者间的Pearson相关系数越低；相隔1个时间段以上的2组材料之间的Pearson相关系数均低于0.2，彼此之间呈极弱相关。这说明，生物化学课程教学研究的发展具有鲜明的时代特征。

表1 不同时期生物化学教学研究相关文献之间的Pearson相关系数

分别按单词和编码的相似性聚类分析的结果也显示，相邻两组时期文献题录间的相关性高于与其他时期之间的相关性，2017年～2021年与1985年～2006年之间的相似性最低(Fig.2)。

图2 生物化学教学研究文献的相似性聚类分析 (A) 按单词相似性聚类分析；(B) 按编码相似性聚类分析 分别使用Excel和NVivo 11 Plus获得单词和编码信息。相同聚类中的两组时间段之间的相似度最大Fig.2 Similarity clustering analysis of the literatures on biochemistry teaching research (A) Similarity clustering analysis based on the words; (B) Similarity clustering analysis based on the nodes. The words were obtained using the function of T% and K% in Excel and the nodes were analyzed using the function of text search and results were created as new node in NVivo 11 Plus. The greatest similarity was observed between two groups of stages in the same cluster

图3 生物化学教学研究文献的编码层次结构 使用NVivo 11 Plus获得编码信息，图示的嵌套结构表示各编码节点的从属关系，图中各区域面积的大小表明节点数量的多少 Fig.3 Hierarchical structure of the nodes on the biochemistry teaching research literatures The nodes were obtained using NVivo 11 Plus. The nested structure indicated the affiliation among different nodes and the size of the areas indicated the number of the nodes

按照自由节点之间的共同点和相似条件，对自由节点进行主轴式编码，使用概括和抽象的词语进行命名。重复这一步骤直到所有范畴无法再被整合。结合关于“大学教学研究的科学化、学科化与专业化”的教学理论[4]，形成“教学策略”、“教学评价”、“教学方向”、“教学对象”等4个范畴，最终构建了1985年至2021年生物化学教学研究的编码层次结构(Fig.3)。

以“教学策略”为例(Table 2)，在1985年至2006年期间，该节点只有1个二级子节点“教学方法”。1985～2006年的教学研究中，词频最高的是“多媒体”。早期阶段课堂是教学的主战场。多媒体技术的引入，使得很多空间结构和抽象概念的教学更形象化、可视化、学生也更容易理解。例如蛋白质和DNA的高级结构、生物膜的流动镶嵌模型、代谢之间的相互联系等知识点。2007至2012年期间，衍生出“教学技术”二级子节点。2006年以后，生物化学教学工作者们从多方位研究了以问题为导向的教学法(problem-based learning, PBL)、比较法、基于案例的教学法(case-based learning, CBL)法等多种教学方法，对双语和全英文教学相关研究也明显增加。依托于网络的生物化学精品课程建设也逐步完善。此阶段对在线课程的研究主要集中于PPT课件制作，试卷试题库、部分知识点视频录制等。

1985至2020年间，各二级子节点之下相对应的子节点也随着时间的推进，层次内容愈加丰富。以“线上线下教学”二级子节点为例(Table 2)，1985至2006年期间，该节点无子节点；2007至2012年期间，“线上线下教学”衍生出“平台”和“虚拟”；2013至2016年期间，增加了“微课(micro-lecture)”、“互联网”、“信息化”等；2017至2020年间，新增了“混合教学(blended learning)”、“金课(golden course)”等三级子节点。回顾不同年代的国家教育政策，2010年发布《国家中长期教育改革和发展规划纲要》，指出到2020年要基本实现教育现代化，基本形成学习型社会[5]。2012年起，国家高等教育政策导向由“质量提升”转变为“内涵式发展”，课程建设也得到了大力推进，显著的特征是各类新型课程的开发，例如慕课 (massive open online course, MOOC)、微课等。目前，在中国大学慕课网 (https://www.icourse163.org)上可搜索到的生物化学在线开放课程有47门，其中国家精品在线开放课程有6门。

表2 各时间段教学策略的主要节点

综上所述，随着国家一系列政策的出台以及由科学技术发展带动的社会发展，生物化学课程教学的“教学策略”、“教学评价”、“教学方向”、“教学对象”等4个范畴得到了广度和深度的发展。表明为了适应社会的发展进步，生物化学教学的方向逐步精细化和专业化，教学方法逐渐多元化，以满足不同层次学生的需求以及社会对专业化人才的需求。

然而，有学者认为，当前大学课程改革普遍缺少清晰的思想和思路，轰轰烈烈的课程建设后，教学质量难见提高已经成为常态[6]。本文纵观30多年来的生物化学教学研究文献，总结并凝练了教育同行们在“以学生为中心”的生物化学教学改革道路上的探索与成效。强调“以学生发展为中心、以学生学习为中心、以学习效果为中心”，从促进学生发展，强化学生学习，关注学习效果3个角度去完善生物化学教学。

4 “以学生为中心”的生物化学课程教学内涵

4.1 以学生为中心的生物化学教学技术

在教育部建设“金课”[7]，丰富课程教学内涵的理念下，教师们尝试将多媒体，虚拟仿真和互联网平台等多种技术与生物化学课堂教学相融合。

4.1.1 多媒体技术 因其直观和形象，打破时间和空间限制的特点，多媒体技术已经被生物化学教学工作者普遍使用。许多实验技术例如凝胶过滤、聚丙烯酰胺凝胶电泳等可用多媒体动画呈现原理及实验过程。93.75%的学生对多媒体课件表示满意，认为多媒体教学效果比传统板书教学效果好[8]。但同时，教学素材缺乏一致性与连贯性，动态素材匮乏，技术发展滞后等因素都阻碍了多媒体技术在生物化学教学中的应用与推广[9]。

4.1.2 虚拟仿真技术 2013年，教育部印发《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》，虚拟仿真技术逐渐成为教学改革的热点。开发常用的生物化学实验模块，例如细胞核的分离纯化、DNA的提取和电泳等。将传统实验与虚拟仿真实验相结合，可以达到提升学生的实践和创新能力(94.34%)，提高实验安全性(99.74%)、促进同学间交流学习(89.32%)等效果[10]。生物化学虚拟仿真实验中心的构建，打破了传统生物化学教学的桎梏，提高了学生的学习兴趣和积极性，并节约了教学资源[11]。

4.1.3 互联网技术 2015年国务院印发《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》标志着教育事业进入了“互联网+”时代。在教育信息化2.0的背景下，各种大型线上教学平台、公众号、小程序等使得90%以上的学生能够利用碎片化时间进行学习[12]。微实验、生化动画、生化歌曲、生化生活和生化微籍等各种资源，使生物化学教学变得生动化，广大学生不再感到“生化危机”[13]。97%学生认为，互联网平台与传统生物化学教学的结合能提高学生学习的自主性[14]。互联网技术与生物化学教学的融合，促进了生物化学教学模式由线下向线上的转变。特别是在新冠疫情期间，各学校充分利用互联网平台，拓展教学资源、创新教学模式，用实际行动确保“停课不停学和学习不延期”[15-16]。但也有学生对课堂笔记、主观题作业的提交有畏难和逃避的心理[17]。

通过多年来生物化学教学同行们的不断探究发现，新的教学技术手段不断融入以学生为中心的教学中。新技术的使用可以促进学生对课堂上理论的理解，问题的思考，注意力的集中，帮助学生在进行实验动手操作之前熟悉操作过程等。生物化学课堂的教学逐渐摆脱时间和空间的限制，学生可以利用现有资源，在任何时间和地点进行学习。极大地提高了学生学习的主动性。

4.2 以学生为中心的生物化学教学方法

在当今教学技术不断发展的大环境下，生物化学教育者积极探索新的教学方法以适应新时代教育大环境的改变。“教”不是“学”，教和学是两件事，要把教学的重心从教师的“教”转到学生的“学”。在教学设计中，分别设计学生的学习活动和教师的教学活动，以突出学习活动的核心作用，提高学生在课堂中的参与度[18]。

4.2.1 结合结构性思维的教学模式 运用思维导图、SmartArt等为载体整理归纳知识点，将知识框架直观地呈现出来，帮助学生进行知识点的归纳，有助于学生在复习的时候对相关联知识的衔接[19]。赵晶[16]提出，让学生绘制“代谢整合与调节”相关内容的思维导图，完成自主建构和伙伴共建知识体系的学习目标，从“细胞代谢之网”和“器官代谢之网”不同截面看待代谢的整体性。

4.2.2 以问题为基础的教学模式(PBL) 教师在备课时，根据大纲要求选择合适的案例设计问题，在课堂上不断引导学生进行思考[20]。学生在寻找问题答案的过程中，促进了对核心内容和知识点的理解[21]。例如设计关于代谢整体水平调节的讨论题“描绘马拉松全程的机体能源供求变化”，可促使学生将抽象的知识具体化，将零散的知识点组装整合，形成鲜活和整体的认识[16]。PBL模式下学生的学习积极性和满意度提高，成绩提高了19.5%[22]。

4.2.3 基于团队合作的教学法(TBL) 着重于培养学生的团队协作能力，激发学生的学习主动性[23]。通过对学生分组并让学生进行课前准备，课上小组汇报的方式，提高学生的自学能力和分析推理能力[24]。李子博等[25]在对医学检验专业学生进行的教学研究中发现，在TBL教学模式下，学生提高了学习兴趣(88.5%)、增强了团队协作意识(82.7%)、培养了自学能力(80.8%)、学生成绩明显提高25.7%。实验课程的TBL教学为学生提供了更多自主设计实验的机会[26]。近年来，杨荣武[18]发起了学生组建团队创作生物化学歌曲的形式，围绕糖酵解，三羧酸循环和酶等重要知识点，原创了一批优秀的生物化学歌曲，用歌声展现了生物化学的魅力。94.5%的调查学生认为，在教学过程中引入生物化学歌曲能够激发学习兴趣[27]。

4.2.4 翻转课堂教学法 要求学生利用现有信息技术完成自主学习，教师在课堂中互动和交流，课前传递知识，课中内化知识[28]。当传统的“学习部分”要在课堂之外完成时，学生需要根据自身情况进行时间的分配以掌握学习内容。教师在这一过程中适当引导，既可以活跃课堂气氛，又可以锻炼学生自主学习能力[29]。于豪冰等[30]在“物质代谢的整合与调节”的教学中实施翻转课堂教学后，学生的平均成绩比未实行翻转课堂模式的学生成绩提高了11.6分。将团队合作的科研案例(例如苯丙酮尿症)和翻转课堂结合，学生能够围绕“科研实例”实现知识重构[31]。

4.2.5 线上线下混合教学 在现代信息技术手段的支持下，学生在课后自主学习教师在线上平台提供的学习资源，通过线上互动解决学生学习过程中遇到的共性问题。线下授课帮助学生突破重点难点。线上线下相辅相成，培养学生的自主学习与创新能力[32]。例如将综合性实验“蔗糖酶的提取、分离纯化及动力学”线下教学结合虚拟仿真实验“SDS-PAGE”线上教学，学生对线上线下混合教学的满意度达98.2%[33]。“线上线下混合教学”可以便于学生：(1)进行学生之间的互动与交流；(2)培养自主学习和合作能力；(3)适应时代培养实际应用能力和创新创造能力；(4)培养学生交流沟通能力和团队协作能力；(5)满足随时随地进行学习的需要；(6)有利于知识的内化吸收[34-35]。

2018年，教育部印发《教育信息化2.0行动计划》。在金课建设理念[7]倡导下，生物化学教学方法呈现出繁荣的发展态势。大型线上教学平台(例如爱课程、超星尔雅) 和微信公众号 (例如我爱生化、TCA白兰鸽)的建设和应用成为教育信息化2.0的主旋律[13]。经过多年的积累实践，教师们综合运用多种教学方法，升级重构教学内容。从知识内化、能力训练、价值塑造等方面充分体现“以学生为中心”的教育理念，全方位强化学生的学习能力和素养[16]。

4.3 以学生为中心的生物化学立德树人教育

2016 年 12 月，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上发表的重要讲话，指出“各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应。2017 年 12 月，教育部发布《高校思政工作质量提升实施纲要》，提出“大力推动以课程思政为目标”的课堂教学改革……梳理各门专业课程所蕴含的思想政治教育元素和所承载的思想政治教育功能，融入课堂教学各环节”。生物化学同行们积极地将知识点同优秀价值观相融合进行课程思政研究。从知识性与价值性统一的角度出发，以学生发展为中心，在传授生物化学专业知识的同时，兼顾提升学生的思想政治素养，使“教学”转变为“教育”，从而立德树人[36-44]。生物化学思政文献自2018年的1篇增长至2020年的30篇(Fig.4)。

图4 生物化学课程思政文献的数量Fig.4 The number of literatures on biochemistry curriculum ideology and politics

总结生物化学课程思政元素，归纳出如下几个触点：(1)科学精神和民族自信。讲述生化发展历史与重大发现，特别是同我国科学家所获得的成就相结合，彰显制度优越性，激发学生的爱国热情和民族自豪感。在绪论章节，介绍我国获得重大成就的杰出科学家，包括研究青蒿素挽救数百万人生命的屠呦呦，首次提出蛋白质变性理论的吴宪等[36-37]。讲解核酸的结构与功能时，引入我国作为唯一的发展中国家为人类基因组计划所做出的贡献[37]。(2)理论联系实际。讲解酿酒、发酵和反式脂肪酸等生产过程的原理，阐述各代谢途径的基本过程及相互之间的联系、调节与膳食健康的关系[38]。引起学生对健康的关注。(3)培养科学研究素养，增强学生的科研伦理道德意识。例如基因编辑婴儿事件[37, 39-40]。(4)树立社会主义核心价值观。关注社会热点话题，提醒学生要注意职业操守与道德规范，树立以人为本的发展意识。例如“三聚氰胺事件”、“疫苗事件”[41-42]。(5)辩证思维和哲学内涵。例如蛋白质的一级结构与三级结构的关系同个体与整体的关系相统一[43]；生物分子之间的相互转化及生物与环境条件对立统一的辩证关系[39, 42]；将米-曼氏方程进行简单变化得到林-贝氏方程，就可以直接推算出Km和Vmax值，培养学生的逆向思维能力[44]。

诸如此类的思政元素不断被融合进生物化学的课堂教学之中，且在实践中成功证明了生物化学课程思政教学取得了丰厚的效果[42]。如何将这些元素融入课堂，使它们不是单纯的政治说教，而是基于生物化学自身理论支撑，将微观理论与宏观实际相连接[43]，真正做到对理论知识的“教”与对个人素养的“育”[45]，是今后生物化学教育同行们需要思考和探索的问题。

4.4 以学生为中心的评价体系

1981年，Schwartz等[46]首先提出教学评价改革理论，阐述评价对教师和学生的双重影响。生物化学的教学评价体系，从最初“一考定音”的终结性评价模式逐渐向多元化的过程性评价改革发展[18,47]。即以学习效果为中心，评软不评硬，评动不评静。评价体系应该包括知识、技能、德育和智育等多个方面[44]。倪菊华等[47]尝试将学生编写试题并附以答案作为考核评价的一项内容，可以让学生从被动接受评价转变为主动参与者，极大地提高了学生学习的积极性。对于实验考核的改革，涵盖了学生实验预习、出勤、实验设计、实验过程、实验结果及分析等多个方面。通过过程与目标评价相结合，理论与实践操作相结合等多种评价方式，真实反应学生实验能力，均取得了良好的效果[48-49]。

5 结论与启示

本研究首次梳理了自1985年以来生物化学教育研究改革的文献。基于NVivo 11 Plus质性分析软件，凝练了“教学策略”、“教学评价”、“教学方向”、“教学对象”等4个教学研究方向。在此基础上，详细阐述了教育同行们在“以学生为中心”的生物化学教学改革道路上的探索与成效。以学生学习为中心，整合结构性思维、问题导向、团队合作、翻转课堂和线上线下混合多种教学方法；以学习效果为中心，融合包括多媒体、虚拟仿真和互联网的先进教学技术；以学生发展为中心，发掘思政元素，并将思政教育贯穿到生物化学教学的全过程。本文总结了现有文献未形成的生物化学课堂教学改革的体系，指引了生物化学教学设计与教学方法等实践问题，为生物化学课程教学工作者实施教学及促进教学改革提供参考。

2018 年，教育部在全国发起了全面振兴本科教育攻坚战。重点是改革本科课程教学，以打造“金课”、杜绝“水课”为标准。提出课程是体现“以学生发展为中心”理念的“最后一公里”[7, 50]。要求教育从业者利用好现有资源，吸收先进的教学技术与教学方法，不断提高课堂质量，提升学生学习效率。生物化学教学的理念、内容和方式都在发生着变化。教师除了要对所教授的内容有着清晰的认识和理论联系实际的能力以外，必须不断学习最新的生物化学教育教学理论和现代教育技术，才能使这门课程不断成长。对生物化学教育人员来说，必须加强对大数据技术的应用，与教育政策制定者同频共振，善于对各类数据进行分类、统计、整理分析，从中挖掘出更多有价值的信息，努力实现教育科研与教育政策的良性互动，共同促进中国生物化学教育事业的发展。