新工科背景下基于逻辑思维和创新能力培养的“食品生物化学”教学改革探究

李景恩，王文君，郑国栋，张清峰，陈凌利

新工科背景下基于逻辑思维和创新能力培养的“食品生物化学”教学改革探究

李景恩，王文君，郑国栋，张清峰，陈凌利

（江西农业大学 食品科学与工程学院，江西 南昌 330045）

新工科背景下提高学生的工程实践与创新能力是高等工程教育的主要任务。高等教育的本质是培养创新型人才，而逻辑思维是创新能力的重要前提，也是激发学生灵感和开展创新活动的基础。生物化学是生命科学领域一门重要的专业基础课程，也是一门知识繁杂而又富含逻辑的领头学科。结合江西农业大学“食品生物化学”教学实践，探讨了教学改革中提高学生逻辑思维和创新能力的一些方法和体会。在食品生物化学的理论与实验实践中培养学生逻辑思维和创新能力，不仅有助于学生学好生物化学，更有助于培养高质量的创新性新工科人才。

新工科；逻辑思维；创新能力；生物化学；教学改革

新工科是中国工程教育改革的重要方向，旨在培养具有更强实践创新能力与国际竞争力的高素质复合型人才，以满足新时代、新产业、新发展环境下社会对工程人才需求，助力高等教育强国建设[1-2]。近年来，许多学者以新工科为契机，陆续对高等教育教学改革开展了大量的实践研究，并取得一定的成效[3-5]。创新是一个国家、一个民族发展的重要力量，是推动人类社会进步的重要力量，而培养创新人才是当前高等教育的本质和任务[6]。创新人才必须具备良好的逻辑思维能力，而大学阶段正是培养学生逻辑思维能力的关键时期[7]。因此，加强大学阶段课程教学对学生逻辑思维与创新能力的培养，将是一个重要的研究方向和任务。

“食品生物化学”是食品专业一门重要的专业基础课程，内容涉及有机化学、无机化学、生物技术等领域，在食品学科的本科教学中占有十分重要的地位。其知识体系复杂庞大、章节之间系统性和逻辑性突出[8]，符合逻辑思维的基本特征。逻辑思维的训练可以为学好这门课提供一定的基础和保证，在创新能力的培养过程中起着不可替代的作用。新工科背景下的教育模式更加注重创新化、系统化和开放化，对专业人才培养目标提出新的更高要求，教师应及时关注社会时代发展，积极进行教学改革探索，努力培养学生的学习兴趣，重点提升学生的工程思维与专业素养，为食品行业的健康蓬勃发展培养坚实的后备军。江西农业大学食品科学与工程学院分别于2018年、2020年先后两次获批新工科研究与实践项目，主要针对“食品+工科人才培养模式”及“地方农业院校食品专业产教融合、校企协同育人机制模式”进行了探索与实践。因此，本文以“食品生物化学”课程为例，围绕新工科建设对学生创新能力的要求，在专业课日常教学过程中通过创新教学内容、教学方法等有意识地训练学生的逻辑思维与创新能力，着重增强学生的工程实践与创新能力，为培养出更为优秀的应用型、复合型、创新型食品工程人才贡献力量。

1 “食品生物化学”课程的基本特点

食品生物化学是一门理论与实践相结合的综合性基础课程，教学内容包括食品中主要生物大分子（糖类、脂类、蛋白质、核酸）的结构与功能，及其在生物体内新陈代谢规律、遗传信息传递等方面的基础理论。高校的工科类专业安排“生物化学”课程的课时量通常较为有限，因此学生普遍反映该课程的知识体系庞大、复杂抽象，内容交叉联系、系统性、逻辑性强，学习记忆困难等。结合新工科建设内涵，以加强学生逻辑思维与创新能力为目标，任课教师需要在创新教学方法，改革教学模式，优化教学内容，加强实验教学等方面进行不断的探索和尝试，并由此探索出一条科学的教学路径。

2 “食品生物化学”教学改革措施

2.1 激发学生的逻辑思维与创新能力意识

教师通过在教学过程中向学生有意识地介绍诸如国家公务员考试、工商管理硕士（MBA）、公共管理硕士（MPA）、硕士生入学资格考试（GCT）等考试对考生逻辑思维能力的考查要求，或在课堂上引入逻辑思维能力测试题目供学生自测，让他们充分意识到逻辑思维能力对于创新能力培养的重要性。还可通过辩论赛、逻辑游戏、角色扮演等丰富的教学活动锻炼学生的逻辑思辨能力，使其认识到逻辑思维能力对于个人能力的重要性，并启发学生在今后的生活、学习和工作中能够自觉运用逻辑思维分析和解决实际问题。

2.2 精心设计具有启发性和探索性的教学内容

培养学生的逻辑思维与创新能力要求任课教师对教学内容进行梳理与重构，并在教学过程中引导学生对所学知识进行分析、比较、概括、判断、推理等，不断训练学生思维。具体的，教师根据前期归纳总结出的具有启发性和探索性的教学知识点，通过精心准备的教学设计在课堂上以某一个知识点为媒介向学生抛出思考点，引导学生进行提问、思考、讨论等思维训练活动，鼓励学生自己寻求解决问题的方法，从而达到培养和训练逻辑思维能力的教学目的。

2.3 有针对性的逻辑思维能力训练

在生物化学教学过程中培养学生的思维能力，要求教师对教学内容十分熟悉，并能够通过灵活设计引导学生对课程内容进行综合分析、比较对照、抽象概括、判断推理等。教师根据教学设计安排对学生发起提问，并通过富有逻辑理性的分析引导学生解答问题，同时鼓励学生提出更深层次的问题，促使其逻辑思维能力的养成。例如，在学习蛋白质的高级结构时，通过让学生观看结晶牛胰岛素的电镜照片，让学生思考“为什么蛋白质可以发生结晶？什么样的结构特点具有结晶能力？”在学习糖酵解时，让学生思考“为什么人进行剧烈运动后会感觉腿部肌肉酸痛？为什么过几天这种酸痛感又会减弱和消失？有氧运动和无氧运动的区别是什么？”在讲授糖脂代谢的联系时，启发学生思考“为什么长期高糖饮食会引起肥胖？人若只吃糖类物质是否可以？只吃脂类物质是否可以？”。这种环环相扣的“悬念感”有利于引导学生进行逻辑式思考，师生互动的同时，也使传统课堂更加生动和“接地气”。

其次，引导学生运用逻辑思维对教学内容中涉及的实验现象和结果进行推理分析，例如脂肪酸-氧化的发现过程、DNA双螺旋结构的提出、肺炎双球菌转化实验等。在生物化学的发展史中，许多重要结论的提出都是科学家们通过对实验现象进行逻辑分析和推理预测的结果，例如孟德尔通过豌豆杂交实验揭示了遗传的基本定律，Avery通过肺炎球菌转化实验证明DNA是生命的遗传物质。生物化学知识本身充满了探索性和挑战性，对未知领域的探索正是人们对客观事物的认识过程，周密的实验设计是科学家获得灵感和新知识的基本途径。任课教师应仔细梳理教学内容中的经典实验，尽可能开展情境还原和体验式教学，引导学生从实验中总结章节知识点，同时也实现了在理论课堂训练学生的实验设计和分析思考能力的目的。

此外，生物化学是一门逻辑性很强的综合学科，知识点密集且联系紧密，这就要求教师注重培养学生的“联系”和“归纳”能力。例如糖酵解是葡萄糖无氧分解和有氧氧化的共同途径，而糖酵解生成丙酮酸之后到底是进行无氧分解还是有氧氧化则取决于细胞和组织所处的氧气环境。此外，脂肪酸的-氧化和从头合成，糖酵解和糖异生、糖原的分解与合成等都是经典代谢理论中一些既对立又统一的知识点。如果学生不去发现、思考和归纳知识点之间的内在逻辑关系，就很难做到系统性学习。可见，教师应在教学设计中为学生创造“联系”和“归纳”的机会，引导学生思考并总结出知识点之间的相互联系，有效促进学习和记忆。

2.4 加强“生物化学”实验课中逻辑思维与创新能力训练

“生物化学”实验课是对理论知识的延续和补充，也是学生将理论转化为实践的有效途径之一。江西农业大学“生物化学”课程设置了16个实验学时，包括纸层析法分离氨基酸、酵母核糖核酸的提取与鉴定、过氧化氢酶活性的测定、牛奶中蛋白质的提前与鉴定。这四个实验分别对应着氨基酸、核酸、酶、蛋白质的相关理论知识。根据大纲要求，有关核酸与蛋白质的分离纯化方法虽然已经在理论课上进行了简单介绍，但距离学生能够亲自动手实现二者的分离仍然相距甚远。要将书本知识变为技能本领，实验课堂的实际操作步骤必不可少。按照江西农业大学食品科学与工程专业工程教育认证的要求，“食品生物化学”实验课成绩由预习报告、实际操作及实验报告三部分分别按照20%、30%、50%权重组成。学生在开始实验之前，应首先完成预习报告内容，一般包括实验原理、相关理论知识及实验注意事项等；在操作考核环节，教师严格按照实验操作评分标准进行打分评价；实验报告则重点考察学生对实验现象的描述、实验结果的记录与分析等。可以说，在“生物化学”实验课的教学过程中，学生经历了从理性到感性再到理性的认知过程，而在这个循环的认知过程中，学生逻辑思维能力也会获得一定的训练和强化。

目前江西农业大学食品科学与工程学院开设的“食品生物化学”实验均为验证性实验。实验开始前，教师现场讲解当次的实验原理和操作规范，一方面针对性地提出问题让学生回答，另一方面有意识引导学生用学过的知识或经验预测实验结果。例如，在“过氧化氢酶活性的测定”实验中，在目的与要求部分，向学生提问如下：（1）从“过氧化氢酶”可以得到酶的哪些信息？帮助学生复习酶的命名，进而引出该酶的作用底物与反应类型；（2）开展该实验应该选取莴笋叶的哪个部位较好？这里暗示学生酶活最好的酶应该存在于新叶中；（3）为什么在使用NaS4O6滴定时，要先滴定至淡黄色再加淀粉溶液作指示剂？（4）滴定实验中，滴加钼酸铵的目的是什么？（5）按照课本中对酶活的定义，本实验中酶活单位应该是什么？提醒同学在结果处理时，应注意正确的单位。要想让学生的思维得到训练，需要多抛出问题，引发其思考，但注意不必展开讨论，也不要求提前下定论，让学生带着问题做实验，2人一组通过自己动手实践验证自己的推测，并进行最终的数据处理与结果分析。问题式教学帮助训练学生的逻辑推理能力，也让学生更加投入和关注实验内容。

实验结束后撰写一份严谨的实验报告同样能够提高学生的逻辑思维能力。观察本课程历年来的实验报告，学生的实验报告多存在报告内容不完整、不能如实准确记录数据和过程、语言不规范、口语严重化、主次不分等。近些年随着学院新工科与“工程教育专业认证”两项改革工作的不断践行，对学院各课程的开设和考核等提出了更高的要求。实验报告是实验课程的重要考核指标之一，用科学、规范、简练的语言完整地总结实验原理，可以锻炼学生的归纳总结能力和书面表达能力；学会用专业语言准确描述、记录实验现象和结果，可以提高学生的观察分析能力。特别当结果与预期不一致时，鼓励学生如实记录实验结果，并独立思考，找寻原因，杜绝相互抄袭。这既训练了学生分析和解决问题的能力，又培养了诚信的科研素质，但受限于教学的仪器设备不够先进、配套数量不充足、实验学时较短、场地限制等因素，对于培养学生的科学思维、实践能力、创新能力、综合分析问题等具有一定的局限性。

2.5 将逻辑思维能力延伸至大学生创新实践和科研训练

“生物化学”是生物领域的主体课程，也是生命科学最重要的基础学科和领头学科之一，且许多学科的飞速发展都与生物化学的众多研究成果紧密联系，同时该领域的诺贝尔奖也不胜枚举。基于大学生创新训练计划项目的视角，结合食品生物化学的教学工作，教学团队成员将创新训练经验融入日常的教学实践环节中进行改革，取得一定的效果。为了鼓励大学生进行创新实践与科研训练，在理论教学中任课教师根据教学内容，在课堂上介绍我国著名科学家，例如屠呦呦、施一公等在各自领域取得的斐然成绩，或是引入教学团队所从事的相关科学研究及该领域的研究热点，借此激发学生的科研兴趣，此外还可向其发出邀请，让学生走进实验室参与科学研究，鼓励其利用好学校的“本科生导师制”，多与导师沟通，争取参与到导师的科研项目中。同时鼓励学生撰写大学生创新创业训练项目申请书，对科研能力突出的本科生，还可鼓励和指导其撰写科技论文。通过这些科研素养训练，促进了“创新意识”和“科研兴趣”的培养，拉进了本科生与科学研究的距离，有利于将逻辑思维转化为实践创新能力。

3 提高教学质量的作用与意义

在新工科背景下，在食品生物化学教学过程中寻找培养学生逻辑思维和创新能力的教学方法，对促进教学工作，提高教学质量具有一定的作用与意义。在教师能力方面，将逻辑思维与创新能力培养贯穿于课程教学中，促使教师勤于思考、精心设计，加强教学内容重构，充分调动学生的主观能动性，丰富课堂教学形式。学生方面，逻辑思维能力的训练可以帮助学生理解和记忆抽象难懂的生化知识，促使学生将理论与实践有机结合，培养学生融会贯通的能力，让学生切实感受到学有所得、学有所用，更有利于创新能力和科研兴趣的培养。生物化学知识与科学研究联系较为紧密，通过鼓励学生进行创新实践与科研训练，激发科研兴趣，缩短大学生与科学研究之间的距离，重塑其对科研活动的认知。可见，得益于生物化学课程的内容特点，该项改革对于师生双方的进步及能力提升均具有一定的促进作用，是一个重要的研究方向。

4 结 语

逻辑思维是提高创新能力的重要工具，本研究充分发挥课堂教学的主渠道。将逻辑思维与创新能力培养渗透到食品生物化学专业课的教学中，通过一系列教学内容的重组与设计，在理论课堂上提升学生的逻辑思维素养，再将其渗透至实验与实践教学中，提升学生的创新能力，而这种能力的培养也会进一步反哺教学。因此，该研究不仅可以有效提高专业课程的教学质量，对于本专业新工科建设也将具有一定的贡献意义。其培养路径不仅可以服务于食品学院全体师生，对于其他正在或准备进行新工科建设的专业课程改革也可提供一定的参考，具有一定的示范作用。逻辑思维与创新能力的训练和提升，必将有助于培养出符合当今社会需求的各类创新型人才，为国家建设贡献力量。

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[2] 林健. 面向未来的中国新工科建设[J]. 清华大学教育研究, 2017, 38(2): 26-35.

[3] 刘喆. 新工科教育改革探索: 以“信号与系统”课程为例[J].工业和信息化教育, 2021(1): 28-31.

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[5] 马荣, 何超, 李加强, 等. 新工科背景下应用型本科汽车构造课程一体化教学改革探索[J]. 教育教学论坛, 2020(51): 222-223.

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[7] 陈道德, 黄文红. 强化逻辑思维训练培养学生创新能力: 逻辑学课程教学改革随想[J]. 荆楚学术论丛, 2014(1): 12-15.

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Teaching Reform of the Course ofBased on Logical Thinking and Innovation Ability Training under the Background of New Engineering

LI Jingen, WANG Wenjun, ZHENG Guodong, ZHANG Qingfeng, CHEN Lingli

（School of Food Science and Engineering, Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, China）

The main task of higher engineering education is to improve students’ engineering practice and innovation ability under the background of New Engineering. The essence of higher education is to cultivate innovative talents, for which logical thinking is an important prerequisite as well as the basis for inspiring students to carry out innovative activities.is an important professional basic course in the field of life science, and also a leading subject with complex knowledge and rich logic. Combining with the teaching practice of the course ofin Jiangxi Agricultural University, this paper discussed some methods and experiences to improve students’ logical thinking and innovation ability in the teaching reform. Training students’ logical thinking and innovation ability in the theory and experimental practice ofwill not only help students learn this course well, but also help to cultivate high-quality and innovative engineering talents.

new engineering; logical thinking; innovation ability; biochemistry; teaching reform

10.3969/j.issn.2095-3704.2023.04.83

G642.0

A

2095-3704（2023）04-0568-04

2023-10-24

2023-11-19

2021年度江西省高等学校教学改革研究省级课题（JXJG-21-3-36）和2022年江西农业大学校级课程思政示范课程培育项目——“食品生物化学”（2022-30）

李景恩（1984—），女，讲师，博士，主要从事食品科学研究，enen928@163.com。

李景恩, 王文君, 郑国栋, 等. 新工科背景下基于逻辑思维和创新能力培养的“食品生物化学”教学改革探究[J]. 生物灾害科学, 2023, 46(4): 568-571.