生物工程专业普通生物学课程教学改革探索

2024-12-31周吟

安徽农学通报 2024年14期

摘要对生物工程专业普通生物学课程的教学内容、实验教学效果和考核评价方式等教学现状进行分析。按照以学生为中心的教学理念，对理论课和实验课教学进行改革探索，并优化对理论知识和实验课的考核方式，旨在培养学生的工程能力和创新意识，为生物工程专业后续课程的学习打下基础。

关键词普通生物学；工程教育认证；生物工程；生命科学

中图分类号 G642.0；S18" " 文献标识码 A" "文章编号 1007-7731（2024）14-0108-05

DOI号 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2024.14.023

Teaching reform in General Biology course for Bioengineering major

ZHOU Yin

（College of Life Science and Health Engineering， Hubei University of Technology， Wuhan 430068，China）

Abstract The teaching content， teaching experiment effect， and assessment and evaluation methods of the General Biology course of Bioengineering major were analyzed. Following the student-centered teaching philosophy， the reform of theoretical and experimental courses was explored， and the assessment methods for theoretical knowledge and experimental courses were optimized. Intended to cultivate students’ engineering ability and innovative consciousness， and lay a foundation for the subsequent courses study of Bioengineering major.

Keywords General Biology; engineering education certification; Bioengineering; life sciences

普通生物学是生物工程专业的重要基础课程之一，是一门研究生物体的生命现象和生命活动规律的学科，为学生后续学习生物工程专业其他课程奠定基础。该课程的教学内容主要包括细胞、分子、植物、动物和生态等，不同高校对课程教学内容的安排存在差异，部分高校注重讲解细胞和分子板块，部分高校则全面讲述细胞、分子、进化、植物和动物等板块。门中华等[1]对通识教育中普通生物学实验课程的开设现状进行分析，该研究认为，不同高校和专业对普通生物学课程所安排的教学内容不同，学时也有一定差异，主要原因在于不同高校开设普通生物学课程的专业有所相同。李莹等[2]研究认为，普通生物学是环境科学与工程专业的基础课程之一，为后续专业课程框架的搭建奠定基础。实践中，该课程知识点多、专业面广，可能较难引起学生的学习热情。本文对生物工程专业普通生物学课程的教学现状进行分析，并按照以学生为中心的教学理念，对理论课和实验课的方法、考核方式等进行改革与探索，旨在培养学生的工程能力和创新意识，为后续生物工程专业课程的学习打下基础。

1 普通生物学课程教学现状分析

1.1 理论教学内容方面

该课程教学采用的教材有多个版本，以《普通生物学》[3]教材为例，该教材共6篇32章。根据生物工程专业培养方案，普通生物学课程于大二第一学期开课，此时学生学习专业课知识的时间不长，后续还要学习生物化学、微生物学、细胞生物学、分子生物学和基因工程等专业必修课，而该教材中部分章节内容为上述专业课知识的缩略版本。为避免教学内容重复，可以适当减少与上述专业课相关的章节学时。

生物工程技术可以应用于动植物来源的次级代谢产物的生产，而动植物来源产品的研究与开发，需要具备一定的植物学、动物学知识基础。部分高校生物工程专业可能尚未设置动物学和植物学的相关课程，因此，将普通生物学课程的教学内容设置为教材中第二篇“动物的形态、结构与功能”和第三篇“植物的形态、结构与功能”。王倩等[4]研究认为，对于较为基础的知识（如动物器官和系统等），学生已有一定了解，再次学习该知识可能会使其学习兴趣和积极性受到一定影响，教学效果有待进一步提升。对于一些较难的知识点（如动作电位的形成机制等），由于课时数的限制，对知识点的讲解有待进一步深入，导致学生对难易知识的掌握程度有待进一步提升。

1.2 实验教学效果方面

通过普通生物学课程教学，学生对生命科学的全貌会有一定的了解，并掌握普遍规律性的知识。后续开设的细胞生物学实验等专业课程，也会涉及线粒体等细胞器观察实验，因此，在普通生物学课程的实验安排上，不宜再设置细胞器的观察等实验。该课程安排2次验证性实验，分别是显微镜的构造与使用、植物茎与叶的结构观察。这两个实验的开展，有利于学生掌握显微镜的使用技术、植物徒手切片技术和生物绘图基本技术等，这些均是生物工程专业学生所必须掌握的技术。值得注意的是，学生做实验时，更多的是对照指导书进行操作，对其综合应用知识的能力的培养效果尚有进一步提升的空间。对实验过程的评价主要依据实验报告评分来开展，而实验报告评分的标准有待进一步细化和量化。实践中通常是教师根据实验报告的整体情况给出分数，评价的客观性有待进一步增强。

1.3 考核评价方式方面

普通生物学课程的考核通常是由平时成绩、实验成绩和期末考试成绩组成。其中，平时成绩由出勤率和平时作业成绩组成。平时作业选自教材上的课后习题，学生的平时成绩差异较小。此外，期末考试的试题更加注重考察学生对基础知识的客观记忆，而对知识应用的考核评价模式有待进一步补充，课程评价方式有待进一步优化。

2 普通生物学课程教学改革措施分析

在生物工程专业通过工程教育认证的背景下，普通生物学的课程教学需要支撑本专业的毕业要求。结合近几年普通生物学课程教学实践，提出以下课程教学改革措施。

2.1 理论教学方面

2.1.1 重构教学内容" 普通生物学课程教学内容包括动物的形态、结构与功能，植物的形态、结构与功能。其中，部分课程知识点学生已经学过，因此，在教学过程中，针对教材知识点，要有针对性地安排适宜的教学时长。“体液调节——动物的内分泌调节”这一章节的内容包括内分泌腺的基本概况、无脊椎动物的激素、脊椎动物的激素和激素的作用机制。其中，内分泌腺的基本概况和脊椎动物的激素属于学生已经学过且较为熟悉的知识，对此，教师可以提前布置教学任务，由学生通过线上教学平台及资源完成自主学习，再通过超星学习通平台对其自学效果进行考核。激素的作用机制属于教学难点，需要学生掌握激素与细胞膜表面受体的相互作用等内容。为吸引学生的学习兴趣，使其更好地掌握该知识点，可以从细胞膜的脂质双分子层结构出发，引导学生思考“水溶性激素和脂溶性激素对于受体的位置会有何差异”等问题，进而对激素的作用机制这一知识点展开详细介绍。此外，考虑到动物各个器官系统之间存在普遍而广泛的联系，教师在教学过程中可以加强激素的作用机制与“动物的形态、结构与功能”章节之间的联系，更好地将知识系统化，提高学生综合运用知识的能力。

2.1.2 创新教学手段" 针对普通生物学各个章节知识点的难易程度，选择不同的教学方法，便于学生在理解的基础上更好地掌握相关知识。以“体液调节——动物的内分泌调节”章节为例，根据知识点的难易程度进行区分，分别在课前、课中和课后的不同阶段，有针对性地选择不同的教学方法。

（1）课前布置自学任务。在教学过程中，有侧重地分配不同知识点的教学时长。根据章节易混淆知识点、学生已在前期学习中有所接触的基础知识点，布置相应的预习任务，例如，动物外分泌腺和内分泌腺有哪些区别、分布情况如何。同时，教师发布视频学习资料，让学生在MOOC等平台提前观看课程教学内容。

（2）课中进行案例导入。王倩等[4]通过案例导入方式，为学生后续的学习与研究打下基础。在教学过程中，教师介绍相关章节的科研进展，例如，生活方式的代表——代谢综合征；引入人体温觉和触觉感受器的受体蛋白质案例，讲解感觉形成的具体机制等知识。曲良焕等[5]在教学前，结合日常生活实例，设计趣味性的课程引入环节。普通生物学课程教学中，引入“耳石症”等相关新闻，让学生结合案例，对“感觉器官与感觉”知识进行讨论，教师对学生讨论情况进行补充。普通生物学课程的部分知识需要利用图片、短视频和Flash动画等资源辅助教学，帮助学生理解并掌握重难点，提高教学效果。例如，教师通过互联网搜集动画或短视频，更加生动且富有趣味性地讲解激素的作用机制（图1）等难点，从细胞膜的脂质双分子层结构出发，引导学生思考水溶性激素和脂溶性激素对受体的影响有何差异，进而对激素的作用机制这一知识点进行详细介绍，帮助学生掌握激素与细胞膜表面受体的相互作用等知识。

（3）课后进行知识检测。根据普通生物学课程知识的难易程度，选择不同方法对学生掌握所学知识的程度进行测试。为巩固课堂教学效果，对于较为简单的知识点，可以采用随堂提问的方式，或通过超星学习通平台设置选择题、填空题等，对学生进行考核。对于较难的知识点，可以布置综合性作业，让学生在完成作业的过程中更好地理解和掌握相关知识。为了让学生对章节知识进行系统性复习及巩固，在课程章节教学结束后，布置思维导图任务，让学生在思维导图的绘制过程中，对各知识点之间的联系形成更明晰的认识。学生绘制的动物内分泌系统思维导图如图2所示。

2.2 实验教学方面

高校普通生物学课程开设的实验课堂通常包括显微镜及显微观察、生物大分子的制备与分离、PCR及DNA指纹图谱分析、微生物的观察与检测等知识模块[1]。实践中，部分模块与后续其他专业课程的实验可能会重复。为此，本课程实验课设置了植物凋亡细胞的形态学观察、植物组织的徒手切片及显微观察这两个实验。在植物凋亡细胞的形态学观察这一实验中，通过设计有梯度的实验，确定影响植物细胞发生凋亡的较佳条件，并让学生预习相关知识。王鹏洋等[6]让学生设置0.4、0.8 mol/L等不同盐浓度的溶液，并设置2、4、6、8和10 h等不同的诱导时间，使用显微镜观察在不同实验条件下，洋葱表皮细胞的表型变化情况，确定最低盐浓度和最短诱导时间。毕佳佳等[7]对高校普通生物学实验教学进行实践，结果表明，学生独立设置实验条件，并观察对应的实验结果，得出相应的实验结论，有利于提高其实验操作能力和创新能力。

3 考核方式优化

张春媚等[8]对普通生物学课程教学改革进行分析，通过优化理论知识考核评价体系，采用多样性的评价方式，有利于考察学生对理论知识的掌握情况，检验其是否具备解决复杂工程问题的能力。

3.1 理论知识考核

普通生物学课程考核由平时成绩（30%）、实验成绩（20%）和期末考试成绩（50%）组成。其中，平时成绩包括课堂互动表现、超星学习通平台测试和课后平时作业。超星学习通平台测试和平时作业对知识点的考察侧重点略有不同，前者主要为选择题、填空题，主要针对易错知识点，在课堂上5 min内完成对学生的考核；后者主要为综合性习题，学生利用课堂所学习的基础知识回答综合性问题。这种考核方式与一些学者的做法相似，例如，李继伟等[9]对于不同神经元之间信息传递方式的知识点，课堂上利用超星学习通平台设置相关问题“反射弧的基本组成部分包括哪些”，让学生口头讲出答案，即皮肤感受器、传入神经、神经中枢、传出神经和效应器；课后作业设置问题“为什么突触受体越多，记忆力越好”，让学生思考突触受体对于信息在神经元之间的传导过程中起到的重要作用。期末考试约70%的试题侧重考察基础理论知识，30%的试题考察学生应用理论知识解决实际问题的能力，提高学生综合运用知识的能力。

3.2 实验能力考核

细化实验成绩的评分标准，实验报告的评分由3个部分组成：实验准备（30分）、实验操作（30分）和实验报告（40分）。在实验准备部分，学生要完成实验预习，了解实验要点，包括实验原理、实验方法、仪器使用和实验步骤。在实验操作部分，学生要如实记录实验操作步骤和现象等，教师根据学生的操作规范性、实验完成情况，综合评定其实验表现成绩。在实验报告部分，学生要将实验所得的原始数据进行分析，并撰写实验结论，分享实验收获或心得体会等。董晓宇[10]对生物工程专业普通生物学课程教学改革进行研究，结果显示，采用这种考核方式，学生自身能力得到提升，教学效果较为理想。

4 结语

作为生物工程专业的专业通识教育课，普通生物学是一门理论结合实践的专业基础课程。根据工程教育认证对课程的要求，对该课程教学进行改革与实践，学生通过理论课的学习，能利用所学专业基础理论知识，充分利用文献研究，调研和分析复杂生物工程问题解决方案的可行性；通过实验课的学习，能根据实验目的，制定实验方案，采用科学的实验方法，安全开展生物工程问题实验研究，并正确采集实验数据。本文优化教学章节编排，在课前、课中和课后分别采用不同的教学手段，通过理论知识和实验教学方式的改革，评价方式的优化等措施，帮助学生更好地掌握普通生物学知识，提高教学效果。

综上，本文对生物工程专业普通生物学课程的教学内容、实验教学效果和考核评价方式等教学现状进行分析，按照以学生为中心的教学理念，对理论课和实验课教学进行改革探索，并优化对理论知识和实验课的考核方式，旨在培养学生的工程能力和创新意识，为生物工程专业后续课程的学习打下基础。

参考文献

[1] 门中华，辛广伟，贺新强. 通识教育中“普通生物学实验”的开设现状及分析[J]. 高校生物学教学研究，2020，10（2）：51-56.

[2] 李莹，周亮，陈霞明. 应用型本科高校普通生物学课程教学改革探索[J]. 生物工程学报，2022，38（4）：1662-1670.

[3] 朱宝长，侯义龙，郭晓农. 普通生物学[M]. 武汉：华中科技大学出版社，2021.

[4] 王倩，郭俊杰，孟宪昉，等. 课程导入方式探究：以《有机化学》课程为例[J]. 教育现代化，2020，7（49）：156-159.

[5] 曲良焕，周志鹏，郑用琏，等. 以学科前沿驱动的《分子生物学》混合式教学实践[J]. 中国生物化学与分子生物学报，2021，37（11）：1555-1560.

[6] 王鹏洋，付泽元，孙立坤，等. NaCl盐胁迫对洋葱鳞片叶内表皮细胞凋亡的影响[J]. 吉林农业，2019（3）：52-53.

[7] 毕佳佳，程彬峰，井长勤，等. 基于翻转课堂的高校普通生物学实验教学实践[J]. 科技风，2023（2）：78-80.

[8] 张春媚，秦盛. 浅谈“普通生物学” 教学改革[J]. 科学咨询（教育科研），2022（10）：134-136.

[9] 李继伟，邓祥宜. 生物工程专业普通生物学教学的几点思考[J]. 中国教育技术装备，2022（14）：105-106，113.

[10] 董晓宇. 基于OBE教育理念的生物工程专业普通生物学课程教学改革[J]. 沈阳师范大学学报（自然科学版），2022，40（4）：338-342.