目标问题导向式教学模式在高校“酶工程”教学中的运用研究

区晓阳 李莉梅 欧阳乐军

摘要：酶工程是一门新兴的、发展迅速的生物学科课程，学习内容主要是酶的生产和应用，是生物与食品类专业本科生在大学求学期间要学习的专业课程，是生物工程主干课以及下游课程。新时代对传统的高等教育提出了新的要求，教师在“酶定向进化”课程教学中运用以“目标”为核心、以“问题”为导向的目标问题导向式教学模式，可以激发学生学习兴趣，提高学生自主学习能力，培养学生创新精神，稳步提高课堂教学效率和教学质量。

关键词：目标问题导向；酶工程；定向进化；教学设计；教学模式

中图分类号：G642文献标志码：A文章编号：1008-3561（2024）09-0021-04

基金项目：广东石油化工学院校级课题“‘目标问题导向式教学模式下《酶工程》课程的教学研究与实践”（编号：JY202344）；广东石油化工学院人才引进项目“改造大肠杆菌生物法合成牛磺酸”（编号：2020rc046）；广东石油化工学院校级改革研究项目“基于创新能力培养的生物工程专业一体化实践教学体系重构研究”（编号：2021 JY10）

酶工程课程涉及酶的生产、改性和应用，旨在加深学生对酶工程课程理论知识的理解，使学生掌握基础理论知识和基本技能，提高学生的实践能力和创新能力，促进学生知识的转化和拓展，帮助学生掌握前沿生物技术，培养富有创新精神且实践动手能力强的高素质复合型人才。当前，高校酶工程课程教学遇到一些问题，影响了课程教学效率和教学质量的提高，因此迫切需要转变教学模式，营造良好的课堂教学氛围，进一步激发学生自主学习的积极性，提高学生独立思考和勇于创新的能力，以适应新形势下教育的需求。本文分析当前高校酶工程课程教学遇到的问题，并从几个方面探讨目标问题导向式教学模式在高校酶定向进化教学中的应用思路。

一、当前高校“酶工程”课程教学遇到的问题

课程是人才培养的核心要素，是教育最微观的问题[1]。教学模式和教学理念会直接影响课程教学质量和教学效果，并影响学生对知识的掌握程度。当前，传统的酶工程课程教学存在以下问题。

1.学生基础知识薄弱

不同省份高考模式不一样，以广东省为例，近年来采用的是3+1+2新高考模式[2]。这使得已报考生物学专业的学生在高中阶段没有系统深入地学习生物学课程，只是完成所要求的部分学习内容并通过学业水平考试。所以，这部分学生的生物基础知识比较薄弱，学习困难较大，并因畏难情绪而失去学习的兴趣。

2.知识点抽象，课堂授课枯燥乏味

生物相关知识大部分都涉及生物大分子或者单体如氨基酸、核苷酸，知识内容都是比较抽象难懂的。而一些教师采用的教学方式比较单一，常将大量的精力放在纯理论知识的讲解上，很少考虑学生对知识点的掌握情况，导致知识传授趣味性低，课堂气氛枯燥沉闷。

3.课程内容广泛，学生接受程度差

酶工程是一门涉及酶生产和应用的专业课程，学科内容具有交叉性和综合性，涉及生物学、化学、物理学等知识点，内容非常广泛。这对缺乏相关专业基础知识的学生而言，学习起来具有很大的难度，接受程度较差。

4.考核方式单一，难以体现真实水平

考核是保障教学和人才培养质量的重要环节，应避免千篇一律的考核方式[3]。但部分高校的酶工程课程考核采用课程期末考试与平时成绩相结合的方式，考核方式比较单一，缺乏对学生创新思想、工程能力、自主学习积极性、学习成果的考量。

二、目标问题导向式教学模式概述

鉴于高校酶工程课程教学遇到的问题，寻求新型教学模式以激发学生的学习动机与学习兴趣，提高教学质量和教学效率，就显得十分必要和重要。实践证明，目标问题导向式教学模式是一种非常适合酶工程课程的教学模式。广东石油化工学院是广东省高水平理工科大学建设单位之一，为华南地区唯一一所石油化工特色本科高校、教育部“卓越工程师教育培养计划”试点高校。目标问题导向式教学模式是广东石油化工学院首次提出的一种全新教学模式，是对教育教学改革的又一概念性创新式的探索和实践。该教学模式的核心要义是基于专业目标、课程目标及课堂目标三大目标来设计基本问题、重点问题、难点问题、应用问题和拓展问题五大问题[4]。目标具有导向功能，明確了教学活动的方向性，指明教学活动的实施要达到什么样的结果。问题是关键，设计的五大问题是互相关联、递进式的，从追求因果性转向追求相关性，从简单思维到复杂思维，涵盖学生学习的全过程[5]。把目标要求转化为问题体系，综合专业知识、创新逻辑思维、专业技能教学方法，可以有效地指导和支配教学过程的设计和教学实践活动，充分调动学生自主学习能力，激发学生兴趣，培养学生科学的逻辑思维能力，在问题的探索和解决过程中实现最终的人才培养目标。

目标问题导向式教学倡导以问题为导向组织教学，是以探究为主的教学模式。具体来说，是指教学过程基于问题导向，以学生自主学习、思考和合作讨论为前提，以学生原有知识、文化水平或思维方式为参照对象，通过问题设计、自主学习、课堂讲授、答疑解惑、研讨交流来主导教与学，为学生提供自由表达、质疑、探究、讨论问题的机会，让学生通过个人、小组等多种途径解难释疑，在解决目标问题的同时掌握课程知识要点，充分体现“以教师为引导，以学生为中心”的教育理念[6]。该模式力求破解当前课堂教学普遍存在的教学目标不清晰、问题意识不凸显、教学设计少、教与学脱节等问题和困境。目标问题导向式教学模式强调以学生为主体，要求学生围绕问题自主预习、查阅资料、互相讨论，教师在组织教学过程中引导学生带着问题去掌握知识点，应用和拓展知识，这样能提高学生的自主学习能力、探索创新能力、分析解决问题能力、思维能力和实践能力。目标问题导向式教学模式弥补了传统讲授式教学模式的不足，将教师的角色转变为传道、授业、解惑者，将学生由被动的知识接收者转变为主动学习的探究者，注重培养学生的学习逻辑思维和创新思维，真正落实了教育部提出的“四个回归”教育理念[7]，能够进一步激发学生学习兴趣，培养学生核心能力，并致力于培养思想健全，基础扎实，分析问题能力强、解决问题能力强、实践能力强，具有创新精神的应用技术型人才。

三、目标问题导向式教学模式在高校“酶工程”教学中的应用思路

课前教学准备是课堂教学的前提，也是保证教学实施和教学质量至关重要的环节。本课程目标问题导向式教学模式是以酶工程专业人才为培养目标，要求教师提前备好课，熟悉理解课程内容，吃透所选用的教材，分析教材的特點，了解学生现有的知识水平与对课程内容的掌握情况，总结归纳哪些知识点学生易懂，哪些知识点学生难懂，并根据目标问题引导学生解惑及掌握难懂的知识，将重点问题和难点问题在课堂上讲透、讲活。对于抽象的知识点，教师可通过线上资源平台的图像和视频，加深学生对知识的理解和记忆。教师要利用课堂提问、线上做题、在线讨论等方法了解学生掌握知识的情况，让学生将疑惑之处在课堂上提出来，发挥好“授业”和“解惑”的作用，提高学生对知识点的掌握能力，进而提高课堂教学效率。

基于目标问题导向式教学模式，围绕三大教学目标，设计五类循序渐进的目标问题，使教师的知识传授由浅入深，符合学生的学习逻辑思维，顺应学生的认知发展规律，能够培养学生带着问题去学习的习惯，提高学生发现问题、解决问题的能力。这种教学模式不但能激发学生的自主思考、自主学习兴趣，而且能提高学生的课堂参与度和学习效率，达到预期的教学目标。下面，以“酶定向进化”为例，基于目标问题导向式教学模式设计目标问题。

1.基本问题

学生对课程知识的掌握应由浅入深、循序渐进，教师在课前可在“雨课堂”推送基础问题，该类问题是学生一看就会、一听就懂的基础知识，无须教师过多赘述。课前，教师可将教学的基本问题与学生已有的知识背景或生活经验相结合，通过“雨课堂”向学生推送基本问题和相关内容的视频，让学生根据基本问题结合视频介绍对书本的知识内容进行自主预习，获取知识学习的主动权，提升发现问题的能力。这样，能使学生在课前就对课程内容有初步的了解，掌握基础的概念和技术，在此基础上更深入地学习。视频视觉的冲击，能消除学生单一阅读文字教材所产生的枯燥情绪，避免失去学习热情。除此之外，在基本问题的抛砖引玉下，学生自主预习，带着问题去看书本，主动查阅相关文献，了解科研动态，能在加深巩固基础知识点的同时发掘出对科研方向的兴趣。以酶工程的“酶定向进化”章节为例，教师可提前设计好以下基本问题。1）何谓酶定向进化？有何特点？2）突变基因定向选择的基本过程是什么？通过“雨课堂”线上推送给学生，让学生利用课余时间通过看书或上网预习完成线上基础问题的测试，掌握基本概念和技术。

2.重点问题

基本问题通过“雨课堂”课前推送，能起到抛砖引玉的作用，让学生课前进行自主预习，初步了解课程的基础问题，对课程内容有一定的认识和见解，并从中引出课程的重点问题。准确把握教学重点问题，是有效提高教学质量和教学效果的关键环节，直接关系到学生对其他问题的理解，对整章节内容知识构架的理解和贯通有着至关重要的作用。教师在课堂上要详细讲解该类问题，并在此基础上通过“雨课堂”相关试题的推送，检测学生对重点问题的掌握和理解程度，对试题进行归纳总结，再对试题设计的重点问题进行解析，以加深学生对重点问题知识点的了解和巩固。课中。可通过“雨课堂”推送以下重点问题。1）易错PCR技术进行体外基因突变的主要过程是什么？2）突变基因的高通量筛选技术主要有哪些？各有何特点？

3.难点问题

随着课堂教学的深入推进，学生在掌握了基本问题和重点问题的基础上提出课程的难点问题，这类问题比较复杂且不易被学生理解和掌握。要让学生突破难点问题，教师就需要提高问题设计的技巧性，引导学生结合基本问题和难点问题进行自主思考、自主分析，并结合老师对重点问题的详细讲授，有效掌握难点知识。除此之外，学生可以分组对难点问题进行充分的讨论，互相交流10分钟，集思广益，积极表达对难点问题的想法。然后，教师发布根据重点问题设计的在线作业，对学生答题结果进行归纳总结，并将学生仍未掌握的难点问题详细讲授清楚，使学生接受难点问题所涵盖的知识点，对难点问题有深刻的理解。这样，可以培养学生独立思考能力、团队协作能力、语言组织能力、表达能力、分析问题和解决问题的能力。课中。可通过“雨课堂”推送以下难点问题。1）DNA重排技术的主要过程是什么？2）基因家族重排技术与DNA重排技术的异同如何？

4.实践问题

将课堂教授的理论知识与应用实践相结合，培养学生利用所学知识解决实际问题的能力，这是培养专业型综合人才所需要实现的教学目标。酶工程是一门理论性、应用性很强的专业课程，要求学生掌握理论知识之后，要有很强的知识应用能力，并应用于实践生产或者科学研究。为了使学生更直观地了解酶工程知识的实践应用，教师可通过“雨课堂”推送工程实例视频，以视觉信息进行直观教学，这符合当代大学生的心理特点，能让学生更容易理解和接受，并了解具体知识点的应用范围和具体实践操作方法。然后，在教师的问题引导下，学生可互相讨论，结合自己对知识点的了解，大胆分享知识点的应用领域和实践方法，明白“做什么，为什么做，怎么做，做成什么样”的核心逻辑问题。这样，不仅可以培养学生的逻辑思维能力、语言组织能力、团队协作能力，而且可以培养学生的创新思维，强化学生对知识的运用能力，激发学生的创新意识。课中，可通过“雨课堂”推送以下实践问题。1）举例说明酶定向进化技术的应用，如改进酶的催化特性（催化效率、稳定性、底物特异性）。2）酶的定向进化开创者弗朗西斯·阿诺德是如何开展“酶定向进化”研究的？

5.拓展问题

拓展问题是推进学生开展探究性问题研究的有效载体，为拓展学生的知识应用，教师可在课后通过“雨课堂”推送拓展问题，要求学生结合自己的知识面、生活经验、阅读理解思考“酶定向进化”可以延伸应用到哪些最新技术领域。这样，可以让学生了解酶工程的“酶定向进化”的前沿技术和应用领域，锻炼学生的思辨能力，培养学生的科学态度和科学思维，激发学生对该课程的兴趣，促进学生积极投身于国家有关生命科学的前沿技术研究。课后，可通过“雨课堂”推送以下拓展问题。1）人工智能重新设计合成酶。2）酶的定向进化策略与基于计算机模拟的理性设计之间的差异。

目標问题导向式教学模式的五类问题环环相扣，在教学实践中凸显了教学目标，涵盖了课程的整条知识链，贯穿了整个教学过程。以问题为导向组织开展线上线下教学，可以大大提高学生的学习兴趣和学习主动性，活跃课堂学习氛围，提升教学质量，有效实现教学目标，为培养新型综合专业应用型人才提供可靠的实践指导。

四、结语

综上所述，基于目标问题导向式教学模式的高校“酶工程”课程教学改革的探索与实践，能够改变传统课程教学方式，解决现存问题，针对学生的经验基础和认知特点优化教学设计与实施，做到以教学目标为核心、设计目标问题为导向，进而以问题引导学生主动思考与学习。作为高校教师，要注重探索基于目标问题的教学，将问题贯穿于课前、课中、课后教学过程，使学生在主动获取知识过程中建立合理的知识结构，并通过视觉直观教学更加深入地掌握知识点，了解其应用实践的案例，拓展思维。该教学模式在课堂教学质量和课程建设方面成绩突出，可以培养学生深度学习习惯，激发学生学习兴趣和主动性，提高学生创新能力、分析问题能力、团队合作能力、实践应用能力，提高教学效率和教学质量，为社会培养更多高素质的生物应用综合型人才。

参考文献：

[1]余爱华，邱荣华，赵曜.基于“雨课堂”打造“金课”的理论与实践———以建设项目环境影响评价课程为例[J].广东化工，2020，47（20）：201-202.

[2]朱伯举.广东3+1+2新高考模式与数学核心素养视域下数学课堂的“同课异构”[J].数学学习与研究，2021（21）：88-89.

[3]李彦涛，刁莹，于凡.高校考核方式问题研究及过程式考核模式的探索[J].教育教学论坛，2020（26）：27-28.

[4]王忠勇，许莹婧，周如金.目标问题导向式教学模式的实践与创新[J].黑河学院学报，2022，13（01）：75-77.

[5]单书峰，吴月松，黄伟莉.目标问题导向式教学理念在化学反应工程教学中的实践———多相催化反应动力学为例[J].山东化工， 2021，50（15）：195-196+200.

[6]余成华，乔艳辉，王雅婷.浅谈目标问题导向式教学在化工技术经济学中的应用[J].山东化工，2021，50（14）：221-222.

[7]张建林，张洪涛.基于“四个回归”理念的高校基层教学组织建设的关键因素研究[J].教育科学，2023（03）：27-30.

Research on the Application of Target Problem Oriented Teaching Model in Enzyme Engineering Teaching in Universities

———Taking "Enzyme Directed Evolution" as an Example

Qu Xiaoyang， Li Limei， Ouyang Lejun

（School of Biology and Food Engineering， Guangdong University of Petrochemical Technology， Guangdong Province， Maoming 525000， China）

Abstract： Enzyme engineering is an emerging and rapidly developing course in the field of biology， which mainly focuses on the production and application of enzymes. It is a professional course that undergraduate students majoring in biology and food need to learn during their university studies. It is the main course and downstream course of biotechnology. The new era has put forward new requirements for traditional higher education. Teachers use a goal oriented and problem oriented teaching model in the "enzyme directed evolution" course teaching， which is centered on "goals" and guided by "problems". This can stimulate students interest in learning， improve their self-learning ability， cultivate their innovative spirit， and steadily improve classroom teaching efficiency and quality.

Key words： targetproblem orientation；enzymeengineering；directed evolution； teachingdesign；teachingmodel