科教融合背景下的“生物化学”教学改革与实践

丁 烽，张兴丽，孟 武，李丕武

（齐鲁工业大学〔山东省科学院〕 a.生物工程学院；b.食品科学与工程学院，山东 济南 250353）

引言

面对不断变化的经济环境，新一轮科技创新和产业革命蓄势待发，科技创新需要与教育和产业相结合，探索教科产协同创新发展的新模式。为此，我国相继出台了一系列举措，“教科产融合”的理念逐渐在我国高等教育界达成共识。为了适应甚至领跑生物工程领域发展，要实现人才培养模式、教学内容设计、学生管理模式的全面转变。当前我国高校在社会资源的挖掘、教学理念重要性的凸显、科研训练比重的提高、多样化教学方法的尝试、教授授课制度的实施等科教融合途径方面取得了有效的、值得肯定的成果［1］。

一、提高“生物化学”课程教学质量

近些年来，随着生物化学科学研究的突飞猛进，“生物化学”课程在广度和深度上都发生了巨大变化，面对如此浩瀚的内容更新，对应教材囊括的内容也越来越多。要学好生物化学，必须付出时间成本。然而，在注重学生能力培养，不断压缩课堂教学学时的背景下，如何在有限的学时内完成高质量的教学成了我们必须思考的问题。为解决此问题，一方面，要注重与生物化学进展相适应的教学安排、课堂讲授及适合的教科书的使用。生物化学教研室教师基于多年的教学积累，编写了教材，以基础生物化学内容为主，兼顾生物化学原理在生物工程、食品工程、生物技术等领域的应用。教材紧扣生物化学的基本内容，力求反映生物化学研究的新成果、新进展、新的研究方法和手段，以达到巩固基础、拓宽视野、加强对学生的科学素养和能力培养的目的。为此，在教材的延伸阅读内容中引入了部分最新研究动态、有趣的科学故事及与生物化学理论相关的生活常识等，学生通过自学有关内容，可激发学习兴趣，培养科研思维［2］。另一方面，结合学院的政策条件、师资力量、硬件设施，积极拓展打造“生物化学”的第二课堂，将学术报告、社会实践、科技竞赛等纳入第二课堂育人体系。结合学校的科教融合办学特色，以培养大学生创新意识、创新精神和实践能力为突破口，充分利用生物工程学院的生物基材料与绿色造纸国家重点实验室（部分）、轻工生物基产品绿色技术省部共建协同创新中心（部分）、中国轻工业微生物工程重点实验室、山东省食品发酵工程行业技术中心、山东省轻工生物基清洁生产与炼制协同创新中心、中德啤酒技术中心等科研平台，以及生物所的山东省生物传感器重点实验室、山东省生物检测技术工程实验室、山东省生物制造技术研发平台、山东省生物传感器技术研究推广中心、山东省海洋功能食品加工示范工程技术研究中心、山东省海珍品精深加工技术重点实验室、山东省科学院药物筛选技术重点实验室、中澳特色生物资源产业技术创新联合实验室等科研平台，搭建“教学—科研—转化—实践”四位一体的人才培养模式。

二、明确“生物化学”课程人才培养方法

“生物化学”是食品、生物等相关专业中重要的核心课程，在“生物化学”教学中以成果导向理论为指导对学生未来的发展有着非常重要的意义。齐鲁工业大学生物工程学部由原齐鲁工业大学生物工程学院和山东省科学院生物所融合构建而成。在齐鲁工业大学科教融合背景下，我们秉持“培养创新型应用人才”的理念，针对生物化学“以教为主”“重理论轻应用”的教学现状，对“线上+线下”一体化混合式教学模式展开了研究，在教学过程中注重学生综合素质的培养，以学生独立思考、自主学习能力、创新思维能力的培养为本，从教学理念、资源建设、教学方法等方面进行了教学改革，实现“以教为主”向“以学为主”、“以课堂为主”向“课内外结合”的转变，夯实了创新型应用人才培养基础。创新型应用人才培养方法见图1。

图1 创新型应用人才培养方法

1.“课程体系—研究型教学—科创活动”相互支撑。以“激发兴趣、注重能力、多元培养、个性发展”为指导，构建基于OBE理念的“生物化学”课程混合式教学体系，增加研讨性环节，强化“生物化学”实验课程与设计实验。以酿酒工程专业的“生物化学”课程教学为例，教师在参透教材的基础上，结合白酒的酿造过程，将整个课程知识点重新组合为7个模块：糖类及其分解代谢、蛋白质及其分解代谢、脂类及其分解代谢、维生素、酶以及白酒生产原料处理、制曲、糖化阶段中的物质变化，使学生了解白酒生产发酵、蒸馏过程中的物质变化［3］。在“生物化学”课程实验中，以啤酒酿造中影响麦芽浸出率的糖化力与蛋白质含量为例，先让学生查阅资料并基于生物化学实验教材中的基本实验设计方案对不同品种的啤酒大麦进行研究，教师再汇总并提出意见，讨论后形成最终方案［4］。鼓励学生自己探索并交流方法和经验，让学生基于专业特点进行研究型学习，对学习产生浓厚的兴趣。

我们利用智慧树网站及App建设了网络教学平台，根据课程教学大纲、教学目标、教学内容和专业特点制作了覆盖整个课程知识体系的一系列微视频。2017年在“智慧树”网平台上线，并在本校内的酿酒工程、食品质量与安全专业等专业试行。2018年，齐鲁工业大学“生物化学”在线开放课程被推荐为山东省课程联盟首批上线课程。丰富的教学资源和完善的“智慧树”网络教学平台为实施翻转课堂提供了必要条件，满足了学生的个性化学习需求。2021年“生物化学”在线开放课程被评为山东省第二批线上一流本科课程。教研室教师根据课程教学目标、各部分知识点整理习题，重点内容和难点内容适当突出，然后上传至网络教学平台建立题库，自动随机组卷，使学生的章节测试题目各有差别，防止相互抄袭。教学平台同时设置了交流论坛，并设置了一定比例的平时成绩，学生可以针对自己的学习难点及兴趣点在论坛发帖交流，对于优质的交流帖，给予加分奖励，以激发学生的学习积极性。

推行有利于培养学生科学素质和创新思维的多元化作业方式。除了用于巩固平时所学基础知识的线上平台章节测试外，还鼓励学生结合专业特点和自己的兴趣，寻找涉及生物化学原理的生产生活、科研案例，查阅资料并整理成小论文，适当提高该部分成绩在平时成绩中所占的比例。

2.“课程思政—导学研讨”相互协同。重视课程思政的育人作用，引导和鼓励学生进行科研项目训练，从而为实现科技报国的理想而奋斗。任课教师的师德修养直接影响学生世界观、人生观和价值观的养成，是影响人才培养质量的重要因素，因此，周围教师的言传身教，对学生的行为有直接的影响。我们深入挖掘所在生物工程学部教师的先进事迹，整理成可用于课程思政教学的案例。

3.开展以兴趣和问题为导向的研讨式教学。“双师型”教师，既是学识渊博、传道授业的教师，又是适应市场需求和企业需要的现代工程师。教师积极参与校企深度合作，以促进教师实践能力、工程能力的提高及成果转化，逐步达到CDIO工程认证标准对教师的能力要求，增强教师“双师型”意识。齐鲁工业大学的毕业生拥有非常著名的“老总现象”，拥有丰富的优秀校友资源，学院采用定期邀请食品生物行业的企业家做专题报告、教师与企业的优秀工程技术人员进行交流等多种形式，提高本院专业教师的工程实践能力和“双师”教学水平。学院教师在与景芝酒业集团合作芝麻香白酒特征风味物质课题的过程中，衍生出微生物合成法生产四甲基吡嗪项目，加强了校企合作。四甲基吡嗪是白酒中的主要功能性成分之一，在不同香型白酒中普遍存在，是美拉德反应的产物，在酿酒工程专业“生物化学”课程讲解美拉德反应时引入此案例，极大地增强了学生学以致用做科研的决心和信心。在教学过程中，把前沿知识、创新方法融入课程教学，使教师科研与教学相结合，鼓励学生以“项目式”参与大学生创新创业训练计划项目的申报，指导学生自己组建团队、撰写申报书、实验设计、撰写论文及项目结题。近几年，“生物化学”课程教学团队的各位教师指导多名学生组建团队参与大学生创新创业训练项目，培养了学生的创新思维，促进了学生自主学习能力的培养［5］。

4.“知识重构—激发兴趣—科创竞赛”良性循环。充分发挥科教融合和学科专业优势，积极引导参赛学生充分利用科教融合资源，结合自身专业开展创新创业活动。教学团队在教学改革中利用学科特色科研成果服务教学，教师结合所在学部教师的科研实例进行知识重构，变成易于学生接受的知识点，极大地提高了学生的学习兴趣，从而主动报名参与教师的科研实践。科创竞赛成绩的取得也增强了学生学习生物化学的兴趣，形成了良性循环。生物化学是联系基础理化知识和生物学专业知识的重要纽带，掌握扎实的生物化学知识，有利于为学生开展科研实践活动提供理论支撑。为更好地使学生掌握这门知识，同时使这门课程有效支撑学生的创新能力和科研素质的培养，我们在教学改革中利用学科特色科研成果服务于教学。在生物化学教学中结合专业的科研热点及所在生物工程学部的优秀教师科研案例，引入具有学科特色的科研实例，在按章节结构学习的基础上，指导学生围绕科研事件进行生物化学知识网络的重构，进而引导学生建立科研思维，使学生了解其所学知识在科研实践中的应用，促进学以致用［6］。科研案例的选取来源于本学部的教师，极大地激发了学生的好奇心，提高了学生的参与兴趣。如在讲脂肪酸代谢这一部分时，联系学部汪俊卿教师的“痴油菌——‘地沟油’制备高分子材料领导者”项目进行建构，该项目曾获第四届中国“互联网+”大学生创新创业大赛总决赛主赛道金奖。该项目是将“地沟油”和痴油菌发酵混合，产生长链二元酸。痴油菌在野生分离状态下名叫“热带假丝酵母”，它在发酵时经过一些化学反应能产生长链二元酸。通过身边科研实例的重新建构，让学生实实在在感受学好生物化学有助于将来做好与专业有关的工作。

三、“生物化学”课程教学改革成效

我们将在实践中形成的方法应用于教学指导，取得了如下成果。

1.科创竞赛成绩不断进步。2019年以来，团队教师指导学生共获得15项“挑战杯”、“互联网+”国家级、省级竞赛奖项，合计国家级特等奖1项、金牌1项、一等奖1项、铜牌及三等奖4项；省级特等奖1项、金牌2项、一等奖2项。其中黄晓文所指导的项目《滴血识“毒”——国际领先的呼吸道病原体综合筛检试纸》，经过校赛、省赛、国赛网评等环节激烈角逐，入围全国总决赛现场赛，最终获得高教主赛道师生共创组金奖。该项目致力于研究呼吸道病原体综合快速筛检，成功实现了十种呼吸道病原体的快速、同时、多联检测。在有效助力抗疫的同时，助力未来传染性疾病的诊断与防控，不仅具有重要的科研意义，还具有重要的社会意义和经济效益。

2.促进教师转变教学观念，提升教学水平，课程“构建基于OBE理念的‘生物化学’混合式教学体系，夯实创新型应用人才培养基础”，获得山东省一流课程、智慧树网“特色高校精品课程”、齐鲁工业大学教学成果特等奖，教学团队成员申报并获批了近10余项与本研究成果相关的各级各类教研及教材项目，得到同行的高度认可。

总之，通过科教融合背景下的课程教学改革，实现了引导学生主动学习，培养其知识应用能力及创新思维能力的目的。在今后的教学实践中，我们将继续总结经验并完善，不断优化适应创新型应用人才培养的“生物化学”课程教学方式。