指導(dǎo)探究式實驗生物化學(xué)教學(xué)體系的構(gòu)建與實踐

董 文，毛玉峰，于樂軍

（中國海洋大學(xué)海洋生命學(xué)院國家海洋生命科學(xué)實驗教學(xué)示范中心，山東青島 266003）

0 引言

生物化學(xué)是研究生命現(xiàn)象化學(xué)本質(zhì)的科學(xué)，研究生物體的化學(xué)組成、分子結(jié)構(gòu)與功能、物質(zhì)代謝與調(diào)節(jié)及其在生命活動中的作用，是生命科學(xué)的共同語言?，F(xiàn)代的生物化學(xué)理論和技術(shù)也有著廣泛的實用價值，是生命科學(xué)領(lǐng)域的前沿學(xué)科，對生物相關(guān)專業(yè)學(xué)生的知識體系及其職業(yè)發(fā)展具有舉足輕重的作用［1］。但目前的教學(xué)體系尤其是實踐教學(xué)中存在一些普遍性的問題亟須解決，這些問題與培養(yǎng)綜合創(chuàng)新性人才的目標(biāo)不符，難以適應(yīng)學(xué)生的職業(yè)發(fā)展和滿足社會對優(yōu)秀創(chuàng)新人才的要求。

1 生物化學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 理論教學(xué)未能切實支撐科研實踐

生物化學(xué)教學(xué)目前普遍存在注重理論而輕視實踐的現(xiàn)象。在理論教學(xué)過程中，學(xué)生學(xué)習(xí)生物化學(xué)核心的理論知識并了解到前沿動態(tài)，建構(gòu)了基本的生物化學(xué)理論知識體系，但是生物化學(xué)作為實驗性學(xué)科，學(xué)習(xí)理論知識的目標(biāo)是指導(dǎo)并應(yīng)用于科研實踐，尤其對于綜合性重點大學(xué)的學(xué)生更是如此。雖然在理論教學(xué)中強調(diào)創(chuàng)新精神和批判思維，同時也能學(xué)習(xí)到一些實驗技術(shù)原理，但具體實踐及問題的解決則是另一回事。例如，聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)（Polymerase Chain

Reaction，PCR）是當(dāng)前生物學(xué)基本的實驗技術(shù)，雖然學(xué)生抱怨至少6 門專業(yè)課中學(xué)習(xí)過PCR相關(guān)內(nèi)容，但實際上除了原理外，學(xué)生幾乎一無所知，在從業(yè)之初，依然需要從引物設(shè)計到PCR 體系選擇等各個方面重新手把手去教。在目前的教學(xué)體系中，理論教學(xué)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式以及教學(xué)時數(shù)不足等決定了它沒有也難以切實支撐實踐教學(xué)；教師的學(xué)術(shù)積累和優(yōu)秀科研成果沒能積極轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，通過反復(fù)實踐和長期積累的科研經(jīng)驗在學(xué)生培養(yǎng)過程中沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用。

1.2 實踐教學(xué)缺乏真實的問題情境

實踐教學(xué)是鞏固理論知識和加深對理論知識理解的有效途徑和重要手段。學(xué)生在生物學(xué)科相關(guān)科目學(xué)習(xí)中的普遍感受是學(xué)習(xí)內(nèi)容枯燥，學(xué)習(xí)的主要方法就是背誦相關(guān)知識點，這就導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的根本原因在于實踐教學(xué)缺乏真實的問題情境，學(xué)生不能深入理解這些知識在自己的職業(yè)生涯中可以用來解決什么樣的實際問題，不能準(zhǔn)確把握相關(guān)理論知識的內(nèi)涵，未能有效支撐理論教學(xué)而實現(xiàn)有意義的深度學(xué)習(xí)［2］?！凹埳蠈W(xué)來終覺淺，絕知此事要躬行”，生物化學(xué)是在“摸不著看不到”的分子水平探討生命現(xiàn)象本質(zhì)的學(xué)科，實驗對理論教學(xué)的支持作用顯得尤為重要。受到教學(xué)方式、教學(xué)時間等限制，致使實踐教學(xué)不能創(chuàng)建真實的問題情境，只能以相應(yīng)基本實驗操作與技能培訓(xùn)作為基本目標(biāo)設(shè)置實驗教學(xué)內(nèi)容，這些程式化、碎片化的教學(xué)內(nèi)容難以實現(xiàn)對核心生物化學(xué)知識體系進行系統(tǒng)的實踐，沒有起到對理論教學(xué)該有的支持作用。

1.3 與現(xiàn)代科研體系脫節(jié)

實踐教學(xué)是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識高素質(zhì)科研人才的重要手段，是理論聯(lián)系實際、培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)方法和提高科研能力的重要平臺［3］。但是目前生物化學(xué)教學(xué)尤其是實驗教學(xué)與現(xiàn)代科研體系脫節(jié)，未能有效支撐學(xué)生的科研職業(yè)發(fā)展需要［4］。首先，實驗教學(xué)內(nèi)容老舊，仍以驗證性實驗為主，嚴(yán)重滯后于現(xiàn)代科研體系。比如對核酸的研究僅停留在簡單化學(xué)提取和定性反應(yīng)上，提取的核糖核酸（Ribonucleic Acid，RNA）沒有進行生物活性研究的價值；定糖法及定磷法對核酸定量很少會被應(yīng)用于科研實踐；又如血糖測定（Folin-Wu法）已經(jīng)無臨床及實踐價值。其次，教學(xué)方式單一，沒有探索性和挑戰(zhàn)性，學(xué)生興趣不高，沒有從教學(xué)中獲得從事科學(xué)研究應(yīng)具有的科研思維和科學(xué)素養(yǎng)［5］。教學(xué)過程“批量化，流水線”，目前主流的生物化學(xué)實驗課程一般是學(xué)生在特定的時間、特定地點，以教師設(shè)定好的實驗程序，利用教師配制好的實驗試劑、準(zhǔn)備好的實驗儀器，遵循教師提供的操作規(guī)程，按部就班完成規(guī)定的實驗過程。在這些實驗中，學(xué)生雖然可以學(xué)習(xí)基本的實驗操作技能和規(guī)程，但是很顯然，這樣的生物化學(xué)實驗教學(xué)體系無法為學(xué)生提供足夠的機會來提高實驗設(shè)計能力和批判性思維，學(xué)生沒有接受到系統(tǒng)的、個性化的科研思維訓(xùn)練，也沒有學(xué)習(xí)到從事科學(xué)研究應(yīng)有的基本實踐技能，與科研工作體系脫節(jié)。近年來很多高校已經(jīng)注意到并開始著手解決相關(guān)問題，例如開展了綜合創(chuàng)新實驗，但是仍沒有擺脫傳統(tǒng)生物化學(xué)實驗的教學(xué)模式，受到組織形式、場地、經(jīng)費、師資人手、學(xué)生的知識儲備、教學(xué)時間制約、管理松散粗獷等限制，實際上很難達(dá)到預(yù)期效果而徒有虛名。

生物化學(xué)實驗教學(xué)中存在的問題，與培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)以及社會需求不符［6］，難以支撐學(xué)生的職業(yè)發(fā)展需要［4］，迫切需要改變現(xiàn)行生物化學(xué)實驗教學(xué)的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)模式，探索新的更貼近現(xiàn)代生命科學(xué)研究需求的生物化學(xué)實驗教學(xué)體系，實現(xiàn)理論教學(xué)、實驗教學(xué)與科研實踐深度融合。

2 基于在線項目的指導(dǎo)探究式實驗生物化學(xué)教學(xué)體系架構(gòu)

2.1 基本策略

甄選涵蓋生物化學(xué)核心知識的綜合性研究項目，通過解決特定科學(xué)問題來創(chuàng)建真實問題情境，借力網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺和移動信息技術(shù)，在教師的指導(dǎo)下，采取團隊協(xié)作的探究模式，學(xué)生通過自我學(xué)習(xí)和自我實踐，促進深度學(xué)習(xí)和有意義學(xué)習(xí)，系統(tǒng)深入掌握生物化學(xué)知識和現(xiàn)代生化與分子生物學(xué)核心實驗技能，提高綜合科學(xué)素養(yǎng)。

2.2 面向真實問題情境的研究項目

項目甄選的基本原則是項目的內(nèi)容涵蓋生物化學(xué)核心知識，項目的實施過程接近學(xué)生將來要從事的生物化學(xué)與分子生物學(xué)相關(guān)的科學(xué)研究工作。項目選擇強調(diào)挑戰(zhàn)性，充分激發(fā)學(xué)生的探索欲望。但也要尊重認(rèn)知規(guī)律，重視生物化學(xué)理論教學(xué)的內(nèi)容體系和學(xué)生已有經(jīng)驗，不好高騖遠(yuǎn)。如果難度過大，超出學(xué)生已有知識體系的支撐，學(xué)生將無所適從，無從下手［7］。充分考慮到學(xué)生的能力，興趣，知識背景等各種差異對探究活動的影響，將項目設(shè)定為3 個層次，滿足不同探究群體：①指定項目：選擇目標(biāo)蛋白質(zhì)，譬如科研、醫(yī)藥或企業(yè)中廣泛應(yīng)用的淀粉酶、脫氧核糖核酸（Deoxyribonucleic Acid，DNA）限制性內(nèi)切酶、DNA 聚合酶以及胰蛋白酶等酶類，或者干擾素、甜蛋白、胰島素等具有開發(fā)價值的活性蛋白質(zhì)，在生物信息學(xué)分析的基礎(chǔ)上，通過基因克隆、載體設(shè)計與構(gòu)建、受體細(xì)胞轉(zhuǎn)化、發(fā)酵與蛋白質(zhì)誘導(dǎo)表達(dá)、細(xì)胞破碎、蛋白質(zhì)分離純化、蛋白質(zhì)表征等環(huán)節(jié)，最終完成蛋白質(zhì)的生物活性分析；②限定題目：以具有重要理論或者應(yīng)用價值的蛋白質(zhì)為目標(biāo)，研究程序原則上應(yīng)包括基因克隆與載體構(gòu)建、蛋白質(zhì)分離純化與定量定性分析、蛋白質(zhì)表征、蛋白質(zhì)表達(dá)與功能分析、蛋白質(zhì)活性以及生物信息學(xué)分析等基本環(huán)節(jié)；③自主選題：鼓勵自主選擇創(chuàng)新突出、目標(biāo)明確、難度適中、條件成熟的課題，鼓勵與本科生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃（SRDP）、國際遺傳工程機器大賽（iGEM）研究項目以及科研課題結(jié)合，尤其支持學(xué)生將符合主題的本科導(dǎo)師或其他教師科研課題的部分作為探究項目。

2.3 以學(xué)生為中心的自主合作探究

在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生通過自主合作探究方式完成研究項目，實現(xiàn)線上自主學(xué)習(xí)和線下自我實踐的完美結(jié)合。通過教學(xué)實踐，建立了以學(xué)生為中心的自主合作探究教學(xué)規(guī)范，充分發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體地位，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，利用項目構(gòu)建的真實情境，讓學(xué)生通過探究過程來生成科學(xué)知識和技能，實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)和有意義學(xué)習(xí)，深入掌握生物化學(xué)和分子生物學(xué)知識，有效實現(xiàn)科學(xué)素養(yǎng)提升［8-9］。學(xué)生首先通過研讀和與教師交流等過程，充分理解教學(xué)規(guī)范和要求；3～6 人自由組合組建學(xué)習(xí)小組；根據(jù)興趣，選取指定題目、限定題目或自主選題確立探究項目；充分利用實驗指導(dǎo)以及教學(xué)平臺教學(xué)資源，在教師的指導(dǎo)下，互相協(xié)作，廣泛查閱文獻資料、分析討論，選題并提交初步的立項書，闡明立項依據(jù)及意義、項目實施需要的基本實驗條件等；主講教師及助教審核立項書；立項書審核通過后，劃分實驗?zāi)K，確定具體實驗方法和步驟，推進過程中隨時與任課教師溝通交流，以模塊化的方式提交詳細(xì)的研究方案報告；優(yōu)秀項目通過SRDP、iGEM以及開放實驗的方式予以線下自主實踐，以不同實驗?zāi)K為單位提交研究進展報告；通過教師對學(xué)生各個環(huán)節(jié)進行評價、組內(nèi)同學(xué)互評以及自我評價等方式，對學(xué)生探究活動予以適時反饋。

2.4 網(wǎng)絡(luò)與移動通信提供技術(shù)支持

網(wǎng)絡(luò)與移動通信技術(shù)發(fā)展及其與教育的深度融合，對教育模式的創(chuàng)新帶來革命性影響。便捷的網(wǎng)絡(luò)與移動通信技術(shù)為探究學(xué)習(xí)的有效開展提供了強大的技術(shù)和環(huán)境條件［10］。交互性、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的探究學(xué)習(xí)環(huán)境，突破了傳統(tǒng)課堂中探究活動開展的時間和空間的限制，提供豐富的認(rèn)知工具，使課堂環(huán)境下難以實施的探究活動得以實施，為探究情境的創(chuàng)設(shè)、資源的存儲與獲取、數(shù)據(jù)處理和加工、交流分享以及評價和反饋等探究學(xué)習(xí)的各個環(huán)節(jié)實現(xiàn)全過程的支持。

依托我校引進的Blakboard 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)軟件開發(fā)了開放式探究學(xué)習(xí)平臺。教師在平臺上發(fā)布課程要求及規(guī)范，上傳模塊化的實驗程序指導(dǎo)、每一模塊典型原始例證文獻以及檢索方法指導(dǎo)等教學(xué)資源，作為開放平臺，學(xué)生隨時可以查閱和學(xué)習(xí)，指導(dǎo)學(xué)生探究過程；搭建課程論壇、Wiki（多人協(xié)作寫作系統(tǒng)）等交流板塊，方便師生交流互動。例如在項目的立項及線上和線下實踐過程中，遇到的任何問題都可以在課程論壇專題區(qū)發(fā)帖提問，教師和學(xué)生可以即時回帖討論，也可以通過相應(yīng)板塊分享進展、心得等。又如，立項書、模塊化的研究方案等草案在Wiki發(fā)布，組內(nèi)每個成員都可以修改完善，同時方便指導(dǎo)教師者直接修改或給出修改建議；充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺及移動客戶端提供的技術(shù)支撐，不但非常方便地實現(xiàn)了實驗指導(dǎo)和拓展資料獲取、師生交流互動、資源共享，也通過創(chuàng)建相應(yīng)模塊，方便地實現(xiàn)了立項報告、研究方案與研究進展報告等線上提交、評價與反思等功能。由于網(wǎng)絡(luò)平臺為探究學(xué)習(xí)的各個環(huán)節(jié)實現(xiàn)全過程的支持，使學(xué)生和學(xué)習(xí)結(jié)果之間有了更直接的聯(lián)系，為探究活動的評價與反思提供了強大的“硬件平臺”［11］。

2.5 注重教師的指導(dǎo)作用

探究活動強調(diào)學(xué)生的自主性，但這種自主性與注重教師的啟發(fā)和指導(dǎo)是不矛盾的，適時的指導(dǎo)恰恰是學(xué)生良好自主性的基礎(chǔ)。學(xué)生從傳統(tǒng)學(xué)習(xí)習(xí)慣的被動接受轉(zhuǎn)變到自主探究的過程中，同時又受到知識水平的限制，項目立項與實施過程非常需要教師適時地提供必要的支持、評價和反饋。首先，教師利用自己的科研經(jīng)驗并參考其他來源資料，整理編寫模塊化的主流生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗技術(shù)指導(dǎo)，提供關(guān)鍵研究技術(shù)實驗程序及注意事項，搜集典型的實驗研究文獻例證，提供文獻的查找方法指引，將教師的科研經(jīng)驗和學(xué)術(shù)積累積極轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，為探究項目立項與實施過程提供技術(shù)支持；其次，通過網(wǎng)絡(luò)課程論壇，Wiki以及移動通信軟件等對學(xué)生項目立項與實施過程中遇到的問題進行即時交流指導(dǎo)。研究方案采取模塊化的方式，不但便于線下實踐，也使教師能夠及時發(fā)現(xiàn)不同環(huán)節(jié)或模塊的問題并適時反饋。

在基于項目的探究學(xué)習(xí)過程中，教師的角色定位需要適時轉(zhuǎn)變，充分發(fā)揮高校教師在科研思維和科研實戰(zhàn)經(jīng)驗上的優(yōu)勢與價值，在學(xué)生良好的自主性為前提下，由知識的傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)過程的組織者、監(jiān)控者、鼓勵者、啟發(fā)者和引導(dǎo)者。這實際上對教師就有了更高的要求［12］，對學(xué)生相關(guān)項目要能夠有足夠深入的了解和把握，充分認(rèn)識學(xué)習(xí)情境，尤其對于自主選題的項目，如果是教師自己科研中涉及不夠深入的領(lǐng)域，就要求教師及時查閱相關(guān)資料，保證對學(xué)生的有效指導(dǎo)，做到游刃有余的引導(dǎo)學(xué)生在相應(yīng)情境中開展探究學(xué)習(xí)活動。

采用項目式探究教學(xué)，需要教師隨時跟進學(xué)生的探究過程，極大地增加了教師的工作量。為了解決這個問題，將研究生教學(xué)實踐培養(yǎng)環(huán)節(jié)和本教學(xué)體系結(jié)合，設(shè)置研究生助教崗位，可以起到很好的補充作用。

2.6 采用多元化評價體系

包括生物化學(xué)在內(nèi)的生物學(xué)科相關(guān)科目，傳統(tǒng)教學(xué)的目標(biāo)通常是理解與掌握科學(xué)知識，評價的主要內(nèi)容大多是回憶陳述性與程序性知識，一般采用形成性或終結(jié)性評價方法，往往是“一考定終身”，不能適當(dāng)?shù)卦u價高級思維技能與發(fā)現(xiàn)問題以及解決問題的能力，很顯然這些方法難以對基于項目的探究學(xué)習(xí)進行準(zhǔn)確有效的評價。采用探究學(xué)習(xí)的方式，往往花費更多的時間，通常情況下學(xué)習(xí)目標(biāo)也與傳統(tǒng)的考試目標(biāo)不一致，從而影響學(xué)生在這些對考生非常重要的考試中的表現(xiàn)［10，13］，不改變評價方法，不能最大限度實現(xiàn)其反饋效果，難以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，出現(xiàn)應(yīng)付差事的現(xiàn)象。這就要求探究學(xué)習(xí)的評價方式和標(biāo)準(zhǔn)做出適時調(diào)整，不但重視探究結(jié)果，更應(yīng)該重視學(xué)生的探究能力、知識建構(gòu)、科學(xué)態(tài)度等探究過程表現(xiàn)，兼顧學(xué)科內(nèi)容目標(biāo)和探究素養(yǎng)目標(biāo)［10］。在基于項目的探究性實驗生物化學(xué)教學(xué)評價中堅持評價主體和評價方式的多元化，持續(xù)對整個探究學(xué)習(xí)過程跟蹤、評價和實時反饋。采取課程討論、報告、現(xiàn)場匯報等多種形式，對整個學(xué)習(xí)過程開展嵌入式評價，教師通過課程論壇、Wiki、開題與立項報告、模塊化的實驗研究方案、實驗數(shù)據(jù)記錄報告、實驗論文的評閱等形式對學(xué)習(xí)的各個環(huán)節(jié)給予實時評價反饋，同時學(xué)生通過自評和互評等方式對探究學(xué)習(xí)開展情況進行自我評價和自主性反思。所有環(huán)節(jié)成績都以一定加權(quán)比例計入課程成績，充分發(fā)揮成績的“指揮棒”作用，最大程度提高基于項目的探究學(xué)習(xí)效果。

3 教學(xué)效果

3.1 充分激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性

在傳統(tǒng)的生物化學(xué)教學(xué)過程中，學(xué)生面對以文字符號等表征的去情境化知識，諸如抽象的理論、概念、摸不著看不到的物質(zhì)名稱等，不能深入理解這些知識在自己的職業(yè)生涯中可以用來解決什么實際問題，不能準(zhǔn)確把握相關(guān)科學(xué)知識的內(nèi)涵，學(xué)生忙于被動機械背誦相關(guān)知識點，應(yīng)付各種考試，枯燥乏味，難以引發(fā)學(xué)生強烈的探索和求知欲望，逐漸對這些科目失去興趣，給學(xué)生進行深度學(xué)習(xí)帶來了障礙。因此，缺乏真實的問題情境是學(xué)生對包括生物化學(xué)在內(nèi)的生物學(xué)相關(guān)科目興趣索然的根本癥結(jié)所在。在這些項目的立項與實施過程中，學(xué)生以科學(xué)家的視角和思維方式，解決將來的職業(yè)中將要遇到的具有理論或者應(yīng)用價值的實際問題，能直觀有效地闡明科學(xué)知識在實際科學(xué)研究與職業(yè)生涯中的意義與價值，能夠充分調(diào)動學(xué)生的好奇心、興趣和創(chuàng)造力，引發(fā)學(xué)生的探究熱情，積極主動地全身心投入探究學(xué)習(xí)活動中［14］。

3.2 促進教師的科研經(jīng)驗和科研積累轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源

高等學(xué)校的根本任務(wù)是培養(yǎng)人才［15］，如何將科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源是教學(xué)改革所面臨的現(xiàn)實而重要的課題［16］。傳統(tǒng)教學(xué)過程中任課教師需要應(yīng)對課綱、課本，課堂和課時限制了教師的科研資源有效轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源?；陧椖康奶骄渴綄嶒炆锘瘜W(xué)教學(xué)體系的建立和實施有效地促進了教師的科研經(jīng)驗和科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源。

在教學(xué)體系建設(shè)過程中，教師根據(jù)自己的科研經(jīng)驗并整合各種資源，整理編寫模塊化的核心生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗技術(shù)指導(dǎo)，強調(diào)關(guān)鍵環(huán)節(jié)、注意事項等，上傳到教學(xué)平臺，隨時供學(xué)生查閱學(xué)習(xí)，指導(dǎo)學(xué)生探究過程。例如在載體選擇與引物設(shè)計模塊，上傳載體及其用途、載體的基本結(jié)構(gòu)原件、載體的類型、常見載體的物理圖譜分析、載體的選擇依據(jù)、引物設(shè)計的基本原則和注意事項、堿基保護、常見引物設(shè)計軟件及其使用方法簡介等文件，供學(xué)生在載體選擇和引物設(shè)計時參考，這是受教學(xué)時間等限制的傳統(tǒng)生物化學(xué)理論及實驗教學(xué)難以提供給學(xué)生的。本平臺甚至成了學(xué)生寶貴的開放資源庫，在其他培養(yǎng)環(huán)節(jié)和課程中會作為資源回頭訪問。學(xué)生在項目的立項與實施過程中遇到問題，除了可以通過互聯(lián)網(wǎng)等方式尋求解決外，也可以通過課程論壇，Wiki以及移動通信軟件等與教師進行討論，獲取老師即時的技術(shù)等方面支持，教師也可以從專業(yè)的角度發(fā)現(xiàn)學(xué)生探究過程中的問題并及時予以指導(dǎo)反饋。

在項目選擇上鼓勵將本科導(dǎo)師或其他教師符合主題要求的科研課題的部分作為探究項目，間接將其他老師的科研資源轉(zhuǎn)化為生物化學(xué)教學(xué)資源。這類項目本身就是教師科研課題的一部分，創(chuàng)新性突出，同時為線下實踐提供便利條件。通過探究學(xué)習(xí)過程，學(xué)生對項目也有更深入的理解，深化研究方案，有效實現(xiàn)了科研資源與教學(xué)過程的相互促進，達(dá)到了相得益彰的效果。

3.3 實現(xiàn)了深度學(xué)習(xí)和有意義學(xué)習(xí)

整個教學(xué)過程是以學(xué)生為中心的，利用情境、協(xié)作、對話等學(xué)習(xí)環(huán)境要素，充分發(fā)揮學(xué)生的積極性和主動性，最終完成對知識的意義建構(gòu)，通過“同化”與“順應(yīng)”的方式，促進自身認(rèn)知結(jié)構(gòu)發(fā)展，實現(xiàn)探究式的有意義學(xué)習(xí)［11，17］。項目的設(shè)置是基于工作的，模擬學(xué)生將來要從事的科學(xué)研究等真實活動的學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生就能夠不斷對知識的適用條件思考和修正，對科學(xué)知識的發(fā)現(xiàn)過程、應(yīng)用條件及限制因素等有更加直觀和深刻的認(rèn)識，從整體上把握問題解決方案所賴以存在的情境要素，提高學(xué)習(xí)的有效性，幫助學(xué)生在科學(xué)實踐中實現(xiàn)知識向真實情境順利遷移和靈活應(yīng)用［18］。

選擇的探究項目涵蓋生物化學(xué)核心知識體系（見表1），有別于對書本知識的硬性背誦，以這些項目創(chuàng)設(shè)問題情境的探究學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生準(zhǔn)確理解核心生物化學(xué)知識的內(nèi)涵，進行深度學(xué)習(xí)，有助于完成從理論到實踐的蛻變［19］。舉例來說，學(xué)生在選擇相應(yīng)的真核表達(dá)載體時，首先要了解載體的基本結(jié)構(gòu)。篩選標(biāo)記是載體上的重要原件，例如很常見的Ura3，學(xué)生通過查閱資料，了解到Ura3 是編碼酵母乳清苷5-磷酸脫羧酶的基因，通過進一步學(xué)習(xí)理論課上學(xué)習(xí)過的核酸代謝過程，知道這個酶催化嘧啶核苷酸合成過程中乳清苷酸轉(zhuǎn)化為尿嘧啶核苷酸，該基因敲除菌株不能合成嘧啶核苷酸，只有成功轉(zhuǎn)入含有Ura3 基因的載體后才能在相應(yīng)的篩選培養(yǎng)基上增殖而實現(xiàn)陽性篩選。5-氟乳清酸是作為一種陰性篩選藥物，在酵母細(xì)胞能表達(dá)Ura3 時（未被成功敲除或轉(zhuǎn)入外源Ura3 基因），Ura3基因編碼的酶可以使5-氟乳清酸轉(zhuǎn)變成對細(xì)胞有毒性的抗代謝藥物5-氟尿嘧啶，作為尿嘧啶的類似物，抑制胸苷酸合酶而抑制胸腺嘧啶核苷酸的生物合成，使酵母細(xì)胞在含5-氟乳清酸的培養(yǎng)基上不能生長。通過這樣的探究學(xué)習(xí)過程，學(xué)生能進一步系統(tǒng)深入地掌握核酸代謝途徑，深刻理解學(xué)習(xí)核酸代謝過程及抗代謝藥物作用機制對于自己將來科學(xué)研究的價值和意義。

表1 探究項目建議模塊對生物化學(xué)教學(xué)及科研實踐的支持

3.4 提高了學(xué)生的科研思維和科學(xué)素養(yǎng)

通過制訂探究學(xué)習(xí)的規(guī)則和相應(yīng)的評價體系，引導(dǎo)學(xué)生組建探究學(xué)習(xí)共同體，使協(xié)作作為探究活動情境的重要組成部分。通過實質(zhì)性的合作交流，互相質(zhì)疑、共同反思，探究問題和探究目標(biāo)得以明確，行動路徑更加清晰，通過不斷調(diào)整和修正使個人經(jīng)驗合理化，內(nèi)化有關(guān)知識，助力科學(xué)知識的社會建構(gòu)。共同體成員通過協(xié)作的方式完成基于項目的探究活動這一共同的學(xué)習(xí)任務(wù)，分享各種學(xué)習(xí)資源，形成了相互影響、相互促進的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生的合作精神［20］。在項目的實施過程中，學(xué)生通過項目的立項、研究方案設(shè)計以及線下實驗研究等環(huán)節(jié)，體驗了科學(xué)家真實的科研活動，培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題的能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新精神。學(xué)生通過深度參與分析、綜合和評價等高階思維任務(wù)，提高了學(xué)生的批判性思維［21］。

3.5 線下實踐成果卓著

基于在線項目的指導(dǎo)探究式實驗生物化學(xué)教學(xué)體系能夠充分發(fā)揮學(xué)生的潛能，實現(xiàn)個性化培養(yǎng)。對于學(xué)有余力學(xué)生的優(yōu)秀項目，創(chuàng)造條件，諸如通過SRDP立項，開放實驗室等方式，力爭完成線下實驗，很多項目取得優(yōu)秀成果。例如“RNA 半衰期延長工具”獲得SRDP支持，核心內(nèi)容是通過在RNA 兩端引入發(fā)卡結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)RNA的半衰期，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種方式調(diào)節(jié)了目標(biāo)基因的表達(dá)效率，該項目作為我校iGEM 團隊的兩項目之一參加國際遺傳機器設(shè)計大賽獲亞洲賽區(qū)最佳數(shù)學(xué)建模獎和亞洲賽區(qū)金獎?！癛NA 半衰期延長工具”研究結(jié)果是另一個項目“順反子協(xié)奏曲”的基礎(chǔ)?！绊樂醋訁f(xié)奏曲”的核心內(nèi)容是在多順反子中引入莖環(huán)結(jié)構(gòu)，使多個目的基因在大腸桿菌中能夠按照設(shè)定比例定量表達(dá)，這一項目在波士頓奪得國際遺傳工程機器大賽全球金獎。

4 結(jié)語

基于在線項目的指導(dǎo)探究式實驗生物化學(xué)教學(xué)體系借助網(wǎng)絡(luò)與移動通信的技術(shù)使能，以涵蓋生物化學(xué)核心知識體系的研究項目創(chuàng)建與學(xué)生將來科學(xué)研究類似的真實問題情境，充分發(fā)揮教師的指導(dǎo)作用，將教師的科研經(jīng)驗和學(xué)術(shù)積累積極轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，采用多元化和嵌入式評價體系，采用基于團隊的探究模式，通過自我學(xué)習(xí)和自我實踐的探究過程，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動機，促進了知識的有效建構(gòu)，促進了深度學(xué)習(xí)和有意義學(xué)習(xí)，實現(xiàn)理論教學(xué)、實驗教學(xué)與現(xiàn)代科研體系的深度融合，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力，提高了學(xué)生的科研素養(yǎng)。雖然部分優(yōu)秀項目通過SRDP、iGEM以及開放實驗等進入實體實驗室開展研究工作，取得不錯的效果，但受限于一些硬件條件，目前未能覆蓋全部立項項目。在此教學(xué)體系的工作模式下，進一步豐富分層次、模塊化、綜合化、創(chuàng)新性突出的項目儲備，推廣研究生教學(xué)實踐相結(jié)合的輔助指導(dǎo)體系，完善國家海洋生命科學(xué)實驗教學(xué)示范中心開放實驗室建設(shè)，引進銜接順暢的物聯(lián)網(wǎng)管理和安防系統(tǒng)，達(dá)到物聯(lián)網(wǎng)化、模塊化、全天候，使線上立項項目全部直接對接線下實驗環(huán)節(jié)，徹底替代傳統(tǒng)生物化學(xué)實驗，建立面向科研前沿的創(chuàng)新型科研人才培養(yǎng)體系。