“雙一流”與“新工科”背景下工科院系“生物化學實驗”教學改革

金素星，孟 娜

（南京師范大學 食品與制藥工程學院，南京 210023）

目前，“雙一流”建設(shè)真正處于關(guān)鍵時期，下一輪的建設(shè)將更加強調(diào)新工科的發(fā)展，以滿足國家戰(zhàn)略需求，聚焦科技前沿和關(guān)鍵領(lǐng)域，優(yōu)化學科專業(yè)和人才培養(yǎng)布局?！半p一流”大學具有深厚的辦學底蘊和良好的學科交叉融合等特點，是培養(yǎng)新工科人才的主要力量[1]。新工科建設(shè)與高校教育事業(yè)發(fā)展的“十四五”規(guī)劃和“雙一流”建設(shè)任務(wù)一脈相承，它們共同提出了更高水平的本科人才培養(yǎng)要求。課程教學作為人才培養(yǎng)模式的核心組成部分，在人才培養(yǎng)方面起到關(guān)鍵作用，課程教學能力則是大學教師甚至整個大學的核心競爭力所在[2-3]。

21世紀是生命科學和生物技術(shù)的時代，生物化學作為生命科學和生物技術(shù)領(lǐng)域重要的基礎(chǔ)學科，是制藥工程專業(yè)設(shè)立的學科基礎(chǔ)課程?！吧锘瘜W實驗”課程是與理論課程“生物化學”相配套的實驗課程，通過實驗理論、基本技能等方面系統(tǒng)培養(yǎng)學生的綜合能力，該課程教學質(zhì)量的高低直接影響理論教學水平及學生科研素養(yǎng)和創(chuàng)新潛力的培養(yǎng)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，如何在保證基礎(chǔ)教學的同時，緊跟學科進展，突出工科特色，使學生及時了解生物化學領(lǐng)域的最新理論和應(yīng)用技術(shù)，全面培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)，是當前“生物化學實驗”課程教學改革亟待解決的首要問題。

1 工科院系“生物化學實驗”教育現(xiàn)狀

1.1 專業(yè)特色不突出

目前，制藥工程專業(yè)的“生物化學實驗”課程基本上延續(xù)了傳統(tǒng)的“生物化學實驗”課程模式，與生命科學學院開展的“生物化學實驗”課程大同小異。此外，前已提及，其他工科專業(yè)如食品科學與工程、合成生物學等均開設(shè)此門課程，這便導致該課程不能有效凸顯制藥工程專業(yè)生物化學學科本身的特有現(xiàn)象和理論，學生也難以真正認識到該門課程在他們所學專業(yè)領(lǐng)域中的實際應(yīng)用價值，從而嚴重影響學生對“生物化學實驗”的積極性。因此，制藥工程專業(yè)的“生物化學實驗”教學內(nèi)容與方法應(yīng)較其他專業(yè)具有較好的區(qū)分度，不能簡單地等同于傳統(tǒng)“生物化學實驗”課程的內(nèi)容，例如，在內(nèi)容上只選擇一些驗證性的基礎(chǔ)實驗。

1.2 教學內(nèi)容較為陳舊

科學技術(shù)的不斷創(chuàng)新推動著社會的不斷向前發(fā)展，在當今這個數(shù)字化、智能化、信息化的時代，各行各業(yè)都在采用先進的理論和技術(shù)以提高自身的市場競爭力。然而，多年來“生物化學實驗”的教學內(nèi)容陳舊、單一，沒有緊跟社會發(fā)展步伐，缺少生物化學研究的前沿進展、熱點問題及最新的技術(shù)手段，不僅影響院系整體教學質(zhì)量，還會影響學生的創(chuàng)新能力。因此，需要結(jié)合專業(yè)設(shè)置特色，在現(xiàn)有教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對傳統(tǒng)的實驗教學內(nèi)容進行創(chuàng)新，融入最新的技術(shù)手段、科技前沿，使該門課程更加符合專業(yè)發(fā)展的特點。

1.3 教學手段落后

目前，“生物化學實驗”的教學手段和技術(shù)過于墨守成規(guī)，變化甚少。教師仍采用“填鴨式”教學方式，即教師事先準備好教學內(nèi)容，授課時向?qū)W生按部就班地介紹實驗?zāi)康摹⒃?、步驟、結(jié)果和注意事項等內(nèi)容，學生隨后按照教師的要求獨立或分小組進行實驗，并在課后完成實驗報告。整個教學過程中，學生缺乏自主思考、獨立設(shè)計實驗方案的能力，不利于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。此外，雖然多媒體教學已應(yīng)用于實驗教學中，但并沒有改變這種“填鴨式”的灌輸模式。當前，信息社會的飛速發(fā)展推動了新型教學模式的構(gòu)建，如何將信息化時代所形成的微課、慕課、雨課堂等教學新技術(shù)、新方法應(yīng)用于生物化學實驗教學中，推動教學改革，成為當前教師亟待鉆研的問題。

1.4 學生缺少綜合性訓練

當前，隨著科學技術(shù)迅速發(fā)展，各個行業(yè)都在面臨知識的更新和補充。因此，在這種大環(huán)境下，亟須培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力以適應(yīng)時代發(fā)展的需求。實驗課是培養(yǎng)學生動手能力、科研素養(yǎng)及創(chuàng)新能力的重要課程；然而，現(xiàn)有的實驗學科之間相互獨立，相互滲透性差，整個實驗教學缺乏連貫嚴密的體系，缺少綜合設(shè)計性實驗，由此導致學生缺乏系統(tǒng)性的綜合性訓練。與此同時，現(xiàn)有“生物化學實驗”課程在教學內(nèi)容上偏重基礎(chǔ)知識和基本實驗方法的訓練，教學內(nèi)容層次較淺，缺少對學生解決實際問題、理論聯(lián)系實踐能力的培養(yǎng)。

1.5 考評方式不全面

目前實驗考核主要從實驗報告、實驗結(jié)果及出勤率三個方面來評定。這種評定形式通常會受主觀條件和客觀因素的影響，教師對學生能否獨立、正確地完成實驗操作無法進行更全面翔實地了解。同時，由于實驗內(nèi)容的單一性，實驗報告大同小異，沒有體現(xiàn)出實驗考核的實際作用和意義，難以體現(xiàn)實驗教學在培養(yǎng)學生實際動手能力及綜合實踐能力中的作用。

2 理工科“生物化學實驗”教改的策略

2.1 優(yōu)化教學內(nèi)容

2.1.1 更新教學內(nèi)容

實驗教學內(nèi)容的改革是決定教學效果的重要因素之一?？茖W性、合理性的實驗教學內(nèi)容直接關(guān)系到實驗教學的成果、效果和培養(yǎng)人才的質(zhì)量。對于工科院系來說，實驗教學內(nèi)容更應(yīng)符合專業(yè)發(fā)展的特色，適合新工科人才培養(yǎng)的教學要求。以我院制藥工程專業(yè)為例，該專業(yè)是奠定在化學、藥學、生物技術(shù)和工程學基礎(chǔ)上的交叉學科，與傳統(tǒng)的藥學、化學類專業(yè)既有密切聯(lián)系，又有本質(zhì)區(qū)別。因此，制藥工程專業(yè)“生物化學實驗”課程可以適當增加更具專業(yè)性的實驗內(nèi)容，以實現(xiàn)建設(shè)“一流學科”為目標，凸顯學科特色，助力課程體系內(nèi)涵的發(fā)展。在具體的實驗內(nèi)容上，要緊跟科技發(fā)展的步伐，根據(jù)學科發(fā)展動向、實驗設(shè)備更新和社會需求，不斷完善更新實驗內(nèi)容，同時保證實驗內(nèi)容的整體性。

2.1.2 調(diào)整教學模塊

隨著科技的不斷進步，生物實驗技術(shù)也在不斷更新，而傳統(tǒng)的“生物化學實驗”課程通常涵蓋一些基礎(chǔ)性、驗證性的簡單實驗，已不能滿足新工科理念對人才培養(yǎng)的需求。因此，工科院系的“生物化學實驗”課程應(yīng)整合傳統(tǒng)的實驗教學內(nèi)容，降低驗證性實驗的比例，適度增加綜合性實驗、設(shè)計性實驗及探索性實驗，并以驗證性實驗為基礎(chǔ)、綜合性實驗為階梯、設(shè)計性和探索性實驗為提高，構(gòu)建適合工科專業(yè)發(fā)展的完整教學模塊，充分激發(fā)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力[8]。綜合性實驗、設(shè)計性實驗及探索性實驗的開展，有助于培養(yǎng)學生自主學習的能力并建立嚴謹?shù)目蒲兴季S體系。新教學模塊的整合不僅能夠幫助學生更好地理解生物化學的理論知識，還能夠讓他們在實際操作中積累豐富的經(jīng)驗，培養(yǎng)其獨立思考問題和解決問題的能力，更好地滿足現(xiàn)代科技領(lǐng)域?qū)θ瞬诺男枨蟆?/p>

2.1.3 改進教學理念

新工科理念的提出打破了傳統(tǒng)的工科教育的學科限制，旨在培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維、創(chuàng)業(yè)潛質(zhì)和跨學科綜合素養(yǎng)的高素質(zhì)工程人才。生物化學學科的教學中，僅為學生傳授理論內(nèi)容無法培養(yǎng)出具有創(chuàng)新思維的綜合型人才，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)（“雙創(chuàng)”）理念融入實驗課程教學中，不僅有助于明確教學目標，提高實驗教學的效果，還能實現(xiàn)“雙創(chuàng)”人才培養(yǎng)的目的，促進生物化學學科的發(fā)展?！半p創(chuàng)”理念的融入也體現(xiàn)出學院對教育部有關(guān)“高等學校本科教學質(zhì)量與教學改革工程”等相關(guān)文件的積極響應(yīng)。

2.2 創(chuàng)新教學模式

2.2.1 開展自主教學模式

現(xiàn)階段“生物化學實驗”課程的授課模式主要以教師講授為主，這便導致學生獲取知識被動，扼殺了學生的創(chuàng)新性思維，不利于培養(yǎng)學生的實驗動手能力。為了體現(xiàn)學生的主體地位，在教學模式上可以轉(zhuǎn)變師生的主客體關(guān)系，全面開展以學生為中心、以學生自主活動為基礎(chǔ)的新型教學模式。授課教師在教學中引導學生主動學習，如課程開始前讓學生參與到實驗方案的設(shè)計、實驗試劑配制的準備環(huán)節(jié)中，課程中學生可自行分組、自主安排實驗進程和實驗時間；課程結(jié)束撰寫實驗報告、分析實驗結(jié)果，并在小組間自主進行討論與交流，總結(jié)實驗成敗原因；課程結(jié)束后設(shè)置一個開放性思考題，引導學生課后對所學知識的鞏固和思考。自主教學模式的開展能夠?qū)⒔虒W活動由“教”向“學”轉(zhuǎn)變，激發(fā)學生的自主學習意愿，使其能夠充分發(fā)揮自身的主觀能動性，這不僅有助于培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力，還能夠促進學生創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力和科學素養(yǎng)的全面提升。

2.2.2 融合跨學科教學模式

目前學校的課程主要是分學科設(shè)置?？鐚W科教學旨在通過將不同學科領(lǐng)域的知識和技能結(jié)合，實現(xiàn)共同解決某一問題的目的?？鐚W科學習可以改正過于細化和分離的分科學習，連通學生的知識與生活、學習與社會，這種教學方法能夠促進學生的學習興趣和動機，有助于學生思維能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。生物化學是基礎(chǔ)研究領(lǐng)域內(nèi)的跨學科教育，主要利用化學、物理學和生物學原理研究生命體系的化學組成及化學變化規(guī)律，其實驗技術(shù)可以滲透到不同的學科領(lǐng)域，因此，“生物化學實驗”在跨學科教學中具有重要的應(yīng)用價值。例如，基礎(chǔ)生物化學實驗（第3版）中的實驗內(nèi)容“糖類的還原作用”，該部分實驗不僅從生物學角度了解糖類物質(zhì)的重要功能，還能幫助學生從化學角度加深對此性質(zhì)的深入理解，即糖類物質(zhì)中的醛、酮結(jié)構(gòu)能發(fā)生氧化還原反應(yīng)。因此，跨學科教學既有助于提高學生學習效果，還能幫助學生掌握解決實際問題的能力，使其在未來的職業(yè)生涯中具備更強的競爭力。

2.2.3 信息技術(shù)與實驗教學深入融合

“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來不僅改變了獲取知識的方式，還塑造了學生新的學習方式和學習觀念。在這一背景下，“互聯(lián)網(wǎng)+”教育教學模式充分依托多媒體等現(xiàn)代教育技術(shù)手段，以嶄新的形式呈現(xiàn)教學資源，旨在最大程度地促進學生的理解、記憶和興趣的提升。教師可將實驗內(nèi)容制作成多媒體課件，引入網(wǎng)絡(luò)資源，以創(chuàng)新的方式傳授實驗方法和內(nèi)容，并采用線上線下結(jié)合的方式，逐步提升學生的實驗技能。此外，隨著學生的成長，教師應(yīng)將培養(yǎng)重心從基礎(chǔ)實驗技能逐步轉(zhuǎn)向科研思維的培養(yǎng)。然而，受限于實驗條件更新速度，教師可以充分利用微課、慕課及虛擬仿真技術(shù)來豐富和完善“生物化學實驗”教學內(nèi)容。學生可通過信息化平臺，利用課余時間自行模擬實驗過程，最大限度地幫助學生對所學知識進行內(nèi)化。

2.2.4 深化校企合作

制藥工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標是以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標，以服務(wù)社會為根本目的。新工科背景下，校企合作模式成為培養(yǎng)多層次創(chuàng)新型人才的有效途徑?！吧锘瘜W實驗”教學中融入校企合作可為學生提供更豐富的實踐經(jīng)驗，增強學生的職業(yè)素養(yǎng)和實際應(yīng)用能力。例如學院可以與生物化學相關(guān)的企業(yè)或?qū)嶒炇医⒑献麝P(guān)系，共同開發(fā)實驗項目，企業(yè)提供待解決的生物化學問題，并與學院教師一同制定實驗方案和實驗內(nèi)容，并讓學生參與其中，不僅可以增強學生解決問題的能力，還能使他們更好地理解知識的實際應(yīng)用?？傊谌胄Ｆ蠛献骺梢允股锘瘜W實驗更具實際意義，并能為學生提供更廣泛的職業(yè)發(fā)展機會。

2.3 改進考評體系

課程評價是衡量教學實施效果的重要工具，貫穿于實驗教學的全過程。當前，大多數(shù)高校的生物化學實驗課程評估主要以實驗報告和出勤率為主，我院在此基礎(chǔ)上加入了筆試考核，但目前的考評制度仍然存在許多弊端。如學生的實驗報告普遍存在高度相似性，難以準確反映他們對實驗結(jié)果的分析能力和實驗操作技能；傳統(tǒng)的筆試考核內(nèi)容常與理論考試重疊，難以真實評估學生在實踐操作中的表現(xiàn)；最重要的是，教師無法從單一的實驗報告和筆試成績中準確判斷學生對所學實驗內(nèi)容的掌握情況。因此，在“生物化學實驗”的考核模式上可以采用多元化的評定模式。首先，教師需完善實驗報告撰寫的基本要求，增加實驗結(jié)果分析和討論的比重，并嚴禁抄襲和篡改實驗數(shù)據(jù)等不當行為；其次，增加實驗操作的考核，并細化實驗操作考核類型，可分為驗證性實驗考核和探究性實驗考核，驗證性實驗主要考核學生的基礎(chǔ)實驗技能，而探究性實驗則側(cè)重考核學生思考的完整性和解決問題的能力；最后，可將學生的課堂表現(xiàn)納入“生物化學實驗”考核評估體系，包括實驗操作的獨立性、參與課堂討論的積極性等。通過這種多元化的考核方式可以更全面、客觀地反映出學生在“生物化學實驗”課中的表現(xiàn)，激發(fā)學生的積極性，增進他們對理論和實踐的深刻理解，培養(yǎng)學生的科學探究精神和實事求是的學術(shù)品德。

3 結(jié)束語

在全球化背景下，高素質(zhì)、卓越的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)成為提升我國綜合實力和國際競爭力的關(guān)鍵因素。因此，在“雙一流”背景下的“新工科”建設(shè)中，更加強調(diào)人才的自主培養(yǎng)，注重科學精神、創(chuàng)新能力、批判性思維的培養(yǎng)。在“新工科”理念的指導下，對制藥工程專業(yè)生物化學實驗教學提出了新的要求和挑戰(zhàn)。本著“培養(yǎng)創(chuàng)新型人才”的教學理念，結(jié)合“新工科”對學生創(chuàng)新能力和實踐能力的要求，需要合理而科學地改革制藥工程類生物化學實驗教學內(nèi)容，引入新的教學模式，改進教學考評體系，加強校企合作，全面提高教學質(zhì)量，以培養(yǎng)出卓越的創(chuàng)新型人才，這一舉措將有助于推動“新工科”從理念走向?qū)嶋H行動，助力高等教育騰飛前進。