以课程思政建设为牵引设计“生物化学”教学内容<br/>——以“酶催化特性”为典型案例

以课程思政建设为牵引设计“生物化学”教学内容
——以“酶催化特性”为典型案例

2023-04-15申晓林

教育教学论坛 2023年8期

杨晶，申晓林

（北京化工大学生命科学与技术学院，北京 100029）

引言

近年来，课程思政建设已上升为高等教育发展的国家战略。2019年3月，习近平总书记在学校思想政治理论课教师座谈会上提出了八个“统一”［1］，其中坚持政治性和学理性相统一、坚持价值性和知识性相统一对于专业课的课程思政改革推进具有重要引领作用［2］。习近平总书记在会上还强调，坚持显性教育和隐性教育相统一。要挖掘其他课程和教学方式中蕴含的思想政治教育资源，实现全员全程全方位育人［1］。这些重要论述为课程思政建设指明了方向。围绕“培养什么人、怎样培养人、为谁培养人”这一根本问题，在原有知识目标、能力目标之外侧重价值目标的调整，注重在价值传播中凝聚知识和能力意蕴，在知识传授和能力培养中彰显价值引领［3］。

新时代对课程育人质量提出了新要求和新任务。课程教学目标不再仅停留于知识层面的传道、解惑，而是要契合价值塑造、能力培养、知识传授“三位一体”的教学理念。通过教学活动培养学生的专业性，注重加强学生科学思辨、学以致用、勇于创新和终身学习的能力；引领学生完善人格、提升修养，建立科学价值观，培养爱国、自信及担当的品质。

新时代下的课程教学更加强调教学内容的设计，通过设计课堂内容达到知识、能力和素质融会贯通、层层渗透，通过设计教学环节，逐步引导学生建立能力和价值目标。通过设计多元化教学方式调动学生学习积极性、主动性，提升自我学习能力，建立终身学习意识；通过设计多样的过程监控、评价方式，引导学生多角度完善自我。这些教学要素都需要发挥教师的积极性、主动性和创造性。

知识体系是教学内容设计的基础，课程案例是连接知识、能力和素质浑然天成的纽带。整体的课程内容既要体现专业性又要突出前沿性，符合国情、社情，具有时代性、科学性和针对性。好的教学内容注重能力和素质双向培养，而不是为了强调思想政治教育内涵而生搬硬靠；亦不是过多事例的堆砌和罗列，脱离专业内容，远离能力培养的空洞说教；更不是以思政元素渗透为唯一教学目的，脱离课堂教学的真正意义。因此，设计好教学内容是培养学生德才兼备的关键环节。

教学内容设计应遵循价值塑造、能力培养、知识传授“三位一体”教育理念，坚持融会贯通的原则，深度挖掘知识体系的内在本质和特点。抓住向学生传递的知识体系内在要点，找准思政元素，是教学内容设计的关键。只有让思政元素与知识体系自然融合才会对教学维度和深度起到增色效果。让思政元素在教学内容中像具体事例一样自然出现和存在，既能达到培养学生学以致用、创新意识等能力，又能春风化雨般引领学生养成爱国、自信、担当的品质。知识要点在思政元素中充分体现，剖析思政元素也是进一步夯实知识体系，提升专业能力、升华思政内涵。

一、“生物化学”课程和案例的基本情况

“生物化学”是我校生物领域相关专业的基础必修课，是研究生命物质的化学组成、结构及生命活动过程中各种化学变化的基础生命科学。课程建设以知识体系为基础，加强学生对理论、原理、系统的理解。重点培养学生科学思辨、学以致用、勇于创新的意识和能力。以培养德才兼备、敢于担当的国家栋梁为己任，将生物化学知识体系与国家政策、时事动态及科学前沿进展有效融合，深度引导学生践行社会主义核心价值观，培养其专业素养和法治观念，坚定“四个自信”。“生物化学”课程内容包含大量的生命现象、自然规律和代谢途径，还涉及在探索自然科学过程中不断涌现出的闪光人物和事件，蕴含丰富的思政元素。但要自然融合知识、能力、素质培养，春风化雨般不断渗透和激发学生学有所用、学有所思、学有所成、心有国家，则需要授课教师认真思考，合理设计教学内容才能实现。按照上述设计理念和思路，以“酶催化专一性及其表现形式”为例展示教学内容总体设计情况。

二、教学设计和实践情况

（一）课程内容总体教学设计

此部分教学内容分三个层次。第一层次：深挖知识要点。酶催化专一性主要表现在酶对催化底物的化学结构有特定要求。酶在限定底物结构的同时，也限定了其自身的催化范围，这是选择思政元素的切入口。另外，酶催化专一性与其活性中心结构密切相关。改变活性中心结构是调整酶催化专一性的有效途径，这是创新的角度。第二层次：根据知识要点，找准思政元素。以酯酶为例，其只催化由脂肪酸和脂肪醇形成的酯基键，但对芳香酸形成酯基键或者其他化学键不具备催化活性。这种键专一的催化特性限定了酯酶对底物的催化范围。因此，酯酶对广泛使用的聚酯塑料如聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），不具有催化酯基键分解的能力。基于此思考设计思政元素有以下几点。

1.发展与环境问题。2021年世界纤维级聚酯产能11 111.4万吨，瓶级聚酯产能3 270.4万吨，使用量巨大，但自然界存在的酯酶无法对其催化降解，PET自然降解需上百年，大量使用会严重破坏生态平衡。另外，聚乙烯、聚丙烯、聚苯烯等塑料也同样由于酶催化的专一性而无法在自然界中分解。这些材料满足了人类发展需求但极大破坏了生态平衡，这是酯酶催化特性的两面性与思政元素的自然融合。“发展与环境”这一思政元素的提出开启了此教学内容围绕知识、能力、素质融合培养的深度学习。

2.国家实行“限塑令”是节流的有效措施。带领学生了解“限塑令”的具体内容；引导学生从酶催化特性知识角度解读“限塑令”颁布的重要意义，深刻理解“限塑令”是实现可持续发展的重要举措之一。

3.科技创新是开源的有效手段。从发展生物降解性材料，介绍目前推广使用的两种可降解塑料产品：聚己二酸丁二醇酯-共-聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）和聚乳酸（PLA）。引导学生根据其化学结构思考材料的降解性能，培养学以致用的能力。另外，帮助学生分析目前生物降解性塑料发展状况和亟待解决的问题，培养学生承担国家发展重任的责任感和使命感。另外，从酶结构改造创新角度，向学生展示通过改造酶结构发展能分解PET的酶的最新突破性研究成果，引导学生建立多维度思考的能力。通过科技创新实例让学生清楚意识到科学技术创新对社会发展的巨大作用；帮助学生树立科技创新的意识，也让学生提升专业能力，拥有敢于创新的底气和勇气。

将知识体系、能力培养和时政国情、国家需求有机融合，具有时代性、科学性和针对性。通过“剥葱皮”式教学方法，层层引导学生深度思考，培养学生从科学角度理解国家政策，心系国家发展，关心国家所需，向学生渗透使命感和责任感；帮助学生建立科技创新意识和自我提升的方向。通过此课程内容的设计可以达到学以致用的效果。

（二）教学过程与实践

1.根据知识要点，找准思政元素切入口。以每天接触的食物为例，食物中含有糖类、脂肪、蛋白质等不同结构成分，在体内分别在糖苷酶、脂肪酶、蛋白酶催化作用下分解，由此引出酶具有催化专一特性，而且明确“酶在限定底物结构的同时，也限定了其自身的催化范围”这一辩证思想。

2.知识与实例的有效融合，自然引出思政元素。以催化由脂肪酸和脂肪醇形成的酯基键的酯酶为例，将脂肪族三酯酰甘油酯与日常应用的聚酯塑料PET的化学结构进行对比，引导学生思考自然界中的酯酶对PET是否具有催化分解的作用，开展思维拓展性教学，提升学生学以致用的能力。视野拓展部分可展示目前全球PET的产能，PET在生产、生活中发挥的作用；同时提出由于自然界中的酯酶键专一催化特性无法分解PET，大量使用会严重破坏生态平衡。在此基础上，进一步从聚酯PET延展到其他常用的聚乙烯、聚丙烯、聚苯烯等塑料。引导学生从化学结构角度思考由碳碳单键构成的聚烯烃材料，在自然界中是否具有被自然界中的酶催化降解的可能。这些聚烯烃材料已成为生活密不可分的一部分，但使用越多对环境的破坏越严重。自然而然地提出思政元素——从酶的催化专一性看发展与环境问题。

3.价值塑造、能力培养、知识传授“三位一体”。围绕“发展与环境”问题，引导学生思考“开源节流”的解决思路。节流措施以国家颁布的“限塑令”为例。带领学生了解限塑令的具体内容及国家塑料制品推广使用的要求。引导学生从酶催化专一特性知识角度解读限塑令颁布的重要意义，深刻理解限制塑料使用是让民众懂得绿色生活，是实现可持续发展的一种重要举措这一深层次的含义；从而培养学生科学理性分析国家政策的能力，心系国家发展。

用“开源”的方式讲授相关科技创新。“限塑令”在某种程度上是权宜之策，要从根本上解决问题还需要科技创新。从发展生物降解性塑料角度创新讲解目前推广使用的两种可降解塑料产品：PBAT和PLA。引导学生从化学结构角度分析这些材料在自然酶催化下的生物降解性能；分析目前生物降解性塑料发展状况和存在的问题，帮助学生建立承担国家发展重任的使命感和责任感。酶结构改造创新讲授以2020年在Nature发表的一篇“能吃PET的酶”的最新研究成果为例，向学生展示研究者在此领域的突破性进展，进一步深化结构与功能之间的关系知识要点，引导学生建立多角度解决问题的能力。通过这些创新途径的学习让学生清楚意识到科学技术创新对社会发展的巨大作用，帮助学生树立科技创新意识，加强自身专业功底，敢于创新。

课后分组讨论交流题可设置为，收集资料并利用所学知识理解垃圾分类中厨余垃圾运用生物酶有效处理的可行性及与“双碳”目标的关联性。通过查阅资料，学生将已学过的糖化学、蛋白质化学、脂类物质和酶催化特性等基础知识与厨余垃圾后处理相联系，进行深入自主学习。从而紧跟时事动态，了解“双碳”目标，关注国家发展，树立自我学习努力的方向。

三、教学反思

教学内容抓住知识体系中“酶在限定底物结构的同时，也限定了其自身的催化范围”这一辩证思想。以具有键专一催化特性的酯酶为例，通过底物结构对比分析方式，将催化专一性（知识体系）和“发展与环境的关系”（思政元素）有效融合。剖析思政元素（“限塑令”、材料创新、酶结构创新）进一步夯实知识体系，提升专业能力、升华思政内涵，契合价值塑造、能力培养、知识传授“三位一体”的教学理念。

（一）存在的困难和问题

实施过程中对课时的把控。从一个知识点出发，通过课程内容设计，极大丰富了学习内容，必然会占用比以前单一讲解知识点表层含义更多时间，影响课程整体进度。

（二）改进的思路

要想落实价值塑造、能力培养、知识传授“三位一体”的教学理念，必须精心设计教学内容，可以采取如下改进思路：（1）对以往课堂上讲解的内容重新思考、整合。注重对知识体系的理解、运用，但不等于对知识内容讲解面面俱到。以育才重器、树人育德为教学目标，必须对课程整体教学内容进行调整、删减，课堂上以重点、难点、要点为主。以此为主线，学生有能力学好相关内容。（2）考虑采取多元化的教学方式，如线上线下混合式教学。可以将一些提升巩固、加强的课程内容发布在线上平台，引导学生利用线上资源自行学习，培养自主学习的能力。（3）在线发布导学提纲，课前引导学生做好预习，提前查阅资料，以提高课堂学习效率。（4）注重学习过程监控，采取多元化的考评方式。考评内容可包含：课前准备资料、随堂测试、课后线上学习、小组讨论、课后作业等。