“蛋白質(zhì)與酶工程”混合式教學(xué)的多模態(tài)教學(xué)改革思考

張辰艷，王前進，張妍妮

（1.西北工業(yè)大學(xué)生命學(xué)院 陜西 西安 710072；2.陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 咸陽 712000）

21 世紀是生命科學(xué)飛速發(fā)展的時代，也是生命科學(xué)科研成果真正應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)化的時代，生命科學(xué)是當今在全球范圍內(nèi)最受關(guān)注的基礎(chǔ)自然科學(xué)。生命科學(xué)專業(yè)要求培養(yǎng)具有生物學(xué)基礎(chǔ)理論、基本知識和基本技能，具有數(shù)理化基礎(chǔ)、人文社科素質(zhì)、國際化視野和科學(xué)思維能力，能綜合應(yīng)用所學(xué)理論知識和技能從事生物學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)的創(chuàng)新型人才?；诖?，課程組對西北工業(yè)大學(xué)“蛋白質(zhì)與酶工程”進行了一系列的教學(xué)改革[1-2]。

1 課程簡介

“蛋白質(zhì)與酶工程”自2016 年開始在西北工業(yè)大學(xué)面向本科生開設(shè)，之后又在生物技術(shù)與工程、生物醫(yī)學(xué)工程研究生中開設(shè)，課程內(nèi)容包括蛋白質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)、蛋白質(zhì)的表達和純化、蛋白質(zhì)活性和結(jié)構(gòu)測定、蛋白質(zhì)修飾、蛋白質(zhì)分子改造、蛋白質(zhì)實驗技術(shù)、蛋白質(zhì)與酶工程的應(yīng)用等。通過對本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以掌握蛋白質(zhì)與酶工程的基本原理，了解蛋白質(zhì)與酶工程的實驗流程，熟悉開展蛋白質(zhì)與酶工程研究的重要方法，建立起對蛋白質(zhì)與酶工程技術(shù)體系及其實際應(yīng)用的系統(tǒng)認識。前期教學(xué)實踐中存在一系列的問題：①“蛋白質(zhì)與酶工程”教學(xué)資源欠缺，在中國MOOC 網(wǎng)卻沒有對應(yīng)的學(xué)習(xí)資源，教學(xué)資源的短缺嚴重制約了該專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)；②教學(xué)設(shè)計理念滯后，以學(xué)生為主體的理念貫徹不夠到位；③理論與實踐脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)沒有動力。

2 混合式教學(xué)改革措施

結(jié)合西北工業(yè)大學(xué)“三位一體”教學(xué)理念和生物技術(shù)領(lǐng)軍人才的培養(yǎng)目標，“蛋白質(zhì)與酶工程”著力培養(yǎng)具有家國情懷、創(chuàng)新意識、人文科學(xué)素養(yǎng)、全球視野與持久競爭力、追求卓越、引領(lǐng)生命科學(xué)未來的人才，擬實施的改革措施如下。

2.1 混合式教學(xué)設(shè)計

2021 年在學(xué)校在線課程項目的支持下，本團隊完成了“蛋白質(zhì)與酶工程”線上課程的建設(shè)，并在中國MOOC 網(wǎng)上線運行，截至目前已經(jīng)運行了3 輪，學(xué)生反應(yīng)良好。自2021 年秋季學(xué)期以中國MOOC 網(wǎng)建設(shè)的資源為牽引，進行“線上”+“線下”的學(xué)習(xí)模式，通過課前導(dǎo)學(xué)、線上自主學(xué)習(xí)、課堂重點難點講解、線下深度討論、過程性考核等方式，將傳統(tǒng)的以“教師講授為主”的模式向以“學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主”的模式轉(zhuǎn)變，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和興趣，鍛煉學(xué)生獨立思考的能力。①線上慕課節(jié)約課堂時間。據(jù)本課程的難點重點及其與先修課程的重合，增加線上教學(xué)的比例，線上MOOC資源為學(xué)生預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)和自學(xué)提供了保障，增加學(xué)習(xí)的主動性，同時也可以節(jié)約課堂教學(xué)的時間；②線上慕課會解決學(xué)生背景差異對教學(xué)過程的影響?！暗鞍踪|(zhì)與酶工程”面向全校選課，包括來自材料學(xué)院、計算機學(xué)院和航空學(xué)院的學(xué)生，選課學(xué)生專業(yè)跨度大、背景差異大，增加了課堂教學(xué)的難度，因此通過慕課學(xué)習(xí)會降低學(xué)生個人專業(yè)背景對教學(xué)的影響。同時，在課堂上對學(xué)生的掌握程度進行檢測，發(fā)現(xiàn)問題后，對其中的重點問題進行講解，課下學(xué)生可結(jié)合自己對相關(guān)知識掌握的程度，回顧慕課，進一步加深對相關(guān)知識點的理解和掌握；③線上慕課與線下討論相結(jié)合促進學(xué)生高階性和創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。慕課在基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)方面有很大的優(yōu)勢，但是并不適合高階性和創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)，因此，教師在布置慕課學(xué)習(xí)內(nèi)容的時候，提出相應(yīng)的問題，讓學(xué)生帶著問題去學(xué)習(xí)，如在維持蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的方法中，教師要求學(xué)生通過線上學(xué)習(xí)了解如何維持蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性，讓學(xué)生主動思考，帶著問題來上課，在線下教學(xué)過程中可以花更多的時間去激發(fā)學(xué)生的高階性思考；④線上慕課為學(xué)生課后復(fù)習(xí)提供了很好的支撐。在線下教學(xué)中，學(xué)生有不懂的地方，可以再次回到慕課進行學(xué)習(xí)，同時慕課中配套有相應(yīng)的測試題，讓學(xué)生自行檢測學(xué)習(xí)效果，查漏補缺。通過以上舉措，實現(xiàn)線上和線下教學(xué)的互補，線上教學(xué)以基礎(chǔ)知識技能學(xué)習(xí)為主，線下教學(xué)以互動和高階性培養(yǎng)為主，兩者結(jié)合，既能保證基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，同時也實現(xiàn)對學(xué)生科學(xué)思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2.2 依托于案例教學(xué)，鼓勵多學(xué)科交叉，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性的思維

①通過啟發(fā)式教學(xué)、探究式教學(xué)、問題教學(xué)和案例教學(xué)等方法[3]，以科學(xué)問題為切入點，教師提出案例，讓學(xué)生利用課堂所學(xué)知識設(shè)計實驗，教師進一步提出改進意見，引導(dǎo)學(xué)生再次進行深度思考。此外，教師也會選擇社會熱點問題，組織學(xué)生進行專題討論，如以重組流感疫苗的制備為題，讓學(xué)生利用所學(xué)基礎(chǔ)知識，設(shè)計相應(yīng)的實驗方案進行重組流感疫苗的生產(chǎn)，以“關(guān)鍵蛋白生物信息學(xué)預(yù)測—蛋白質(zhì)表達—蛋白質(zhì)純化—蛋白質(zhì)穩(wěn)定性維持”為思路，學(xué)生通過查閱文獻，寫出相應(yīng)的實驗方案。同時，鼓勵學(xué)科交叉，激發(fā)多學(xué)科聯(lián)動，如蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系的學(xué)習(xí)中，教師會提到鐮刀型貧血癥的發(fā)生和危害，不僅從生物學(xué)角度講授血紅蛋白中極性氨基酸突變成非極性氨基酸導(dǎo)致蛋白質(zhì)空間構(gòu)象發(fā)生改變，導(dǎo)致其與氧結(jié)合功能喪失進而溶血的原理，同時也鼓勵學(xué)生從流體力學(xué)的角度去思考鐮刀型的紅細胞更容易出現(xiàn)溶血的原因；②專題討論中鼓勵不同專業(yè)背景的學(xué)生組隊，計算機專業(yè)的學(xué)生主要進行蛋白質(zhì)基本信息、親疏水性和結(jié)構(gòu)預(yù)測等，生物學(xué)專業(yè)的同學(xué)主要進行蛋白質(zhì)體外表達和純化方案的設(shè)計，材料學(xué)專業(yè)的學(xué)生主要考慮可提高蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的生物材料的設(shè)計，協(xié)作設(shè)計實驗方案，使得每個人真正學(xué)以致用，也讓學(xué)生體會到學(xué)科交叉的魅力；③鼓勵學(xué)生基于教學(xué)內(nèi)容進行發(fā)散式思考。在教學(xué)過程中，教師要多提開放性的問題，讓學(xué)生充分發(fā)揮想象力，打破思維定式。如蛋白質(zhì)與酶工程應(yīng)用教學(xué)中，利用蛋白質(zhì)工程在人工血液中的應(yīng)用，蛛絲蛋白在民用及軍用防護中的應(yīng)用，貽貝蛋白在組織黏合與修復(fù)中的作用等，不僅能開闊學(xué)生的視野，也能極大地提升學(xué)生的發(fā)散思維和創(chuàng)新能力。

2.3 加強前沿知識的跟蹤

①注重前沿文獻的學(xué)習(xí)。生命科學(xué)發(fā)展迅速，應(yīng)該鼓勵學(xué)生緊跟前沿，教師布置課程內(nèi)容相關(guān)的文獻導(dǎo)讀，要求學(xué)生完成書面的文獻閱讀筆記，對一些學(xué)有余力的學(xué)生，嘗試針對該論文設(shè)計提出進一步提升的意見；②組織學(xué)生參加高水平的學(xué)術(shù)報告。目前有很多知名專家的線上學(xué)術(shù)報告，組織學(xué)生參加此類的學(xué)術(shù)報告，開拓科研思維；③針對一些重要的專題，如課程涉及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究部分，預(yù)期邀請國內(nèi)外科學(xué)家做學(xué)術(shù)報告，提升學(xué)生的專業(yè)認同感，強化專業(yè)歸屬感。

2.4 建立多元化的學(xué)習(xí)模式

①建立蛋白質(zhì)工程微信公眾號，及時更新該領(lǐng)域的前沿?zé)狳c，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；②針對課程內(nèi)容，組織專題辯論。如“蛋白質(zhì)與酶工程”第一部分會提到重組載體的構(gòu)建，教師會讓學(xué)生上網(wǎng)查找資料，同時觀看科幻電影，如《逃出克隆島》等，談?wù)勅绾慰创ㄟ^基因重組技術(shù)實現(xiàn)轉(zhuǎn)基因食品對人類健康及社會發(fā)展的影響，并根據(jù)該內(nèi)容設(shè)計相應(yīng)的專題辯論，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深對所學(xué)內(nèi)容的理解。

2.5 鼓勵學(xué)生進行專題實驗，以科技競賽為依托挖掘和培養(yǎng)高階性人才

生命科學(xué)是一門來源于實踐的學(xué)科，課堂知識學(xué)習(xí)與專題興趣實驗的結(jié)合，能進一步加強學(xué)生對相關(guān)知識的理解和掌握。在教學(xué)過程中，教師會設(shè)計一些專題實驗，如：蛋白質(zhì)載體構(gòu)建、純化、結(jié)晶和結(jié)構(gòu)解析、微流控芯片的設(shè)計等；同時也鼓勵學(xué)生結(jié)合自己的研究興趣，自主設(shè)計蛋白質(zhì)與酶工程相關(guān)的專題實驗解決生活和生產(chǎn)中的問題，如：嘗試表達某病毒S 蛋白受體結(jié)合區(qū)基因，并將其重組到中國倉鼠卵巢細胞內(nèi)，實現(xiàn)其在體外表達，教師為學(xué)生提供相關(guān)的實驗指導(dǎo)和材料，幫助學(xué)生更好地理解課程內(nèi)容。基于課程專題的內(nèi)容，本科生通過對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫進行檢索和總結(jié)，以第一作者發(fā)表SCI 論文。高階人才培養(yǎng)是本科生培養(yǎng)過程中的重要任務(wù)，大學(xué)科技競賽是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和動手能力的有效手段，是對基礎(chǔ)教學(xué)的補充和深化，是發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)拔尖人才的重要途徑。在課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上，依托于各種學(xué)生競賽，著力挖掘和培養(yǎng)具有潛力的學(xué)生，鼓勵學(xué)生早進課題、早進實驗室，為拔尖人才的培養(yǎng)搭橋鋪路?；谡n程內(nèi)容，學(xué)生提出從動物組織中分離具有抗疲勞功能的蛋白，該項目獲在學(xué)?！叭奖贝髮W(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中獲獎。

2.6 走出課堂，走進工廠

“蛋白質(zhì)與酶工程”是一門實踐性課程，要了解該領(lǐng)域的前沿和發(fā)展方向，必須要走進工廠。因此，課程中帶學(xué)生走進蛋白質(zhì)與酶工程相關(guān)的企業(yè)，學(xué)生在公司學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)在疾病診斷中的應(yīng)用，蛋白質(zhì)生長因子在組織再生和重建中的應(yīng)用。同時，還會邀請知名企業(yè)專家來校做報告。通過此類社會實踐真正讓學(xué)生學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)與酶工程的行業(yè)前沿信息，多方面、多層次讓學(xué)生充分認識和體會所學(xué)知識在生產(chǎn)和實踐中的應(yīng)用，增強學(xué)生的專業(yè)認同感，并能親身感受我國生物高新企業(yè)的快速發(fā)展。

2.7 改革課程成績評定方式

成績評定更加注重過程和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，以提高學(xué)生綜合能力為目標，加強過程化和多元化考核，包括平時成績和考試成績。平時成績包括出勤、作業(yè)、專題討論和專題實驗。作業(yè)包括慕課單元測試、雨課堂測試和書面作業(yè)，專題實驗的成績包括專題實驗方案的撰寫和實驗結(jié)果的分析。

3 課程特色

在前期的教學(xué)實踐中，通過一系列的舉措，形成了鮮明的課程特色，受到學(xué)生的廣泛好評，并獲批西北工業(yè)大學(xué)本科生線上線下一流課程。

①形成“前沿文獻追蹤—線下教學(xué)—翻轉(zhuǎn)課堂—再思考—再學(xué)習(xí)—學(xué)生競科技賽”的閉環(huán)式學(xué)習(xí)思路，引導(dǎo)和激發(fā)學(xué)習(xí)主動性，增強學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣和能力；

②建立“線上+線下+創(chuàng)新實驗+社會實踐”全方位的混合式教學(xué)模式，同時結(jié)合案例教學(xué)、改革成績評定方式和學(xué)生競賽等措施，重在基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，創(chuàng)新實驗突出知識的應(yīng)用，社會實踐注重知識的升華，提升生物技術(shù)人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

4 結(jié)語

教育部提出不僅要注重基礎(chǔ)人才的培養(yǎng)，更要著力培養(yǎng)與國家發(fā)展需求緊密結(jié)合的創(chuàng)新型人才[4-5]?！暗鞍踪|(zhì)與酶工程”進行了“線上+線下+創(chuàng)新實驗+社會實踐”混合式教學(xué)的多模態(tài)教學(xué)改革，實現(xiàn)了“多觸點”和“多熔點”的教學(xué)模式，取得了顯著的成效，其中的經(jīng)驗或許可以為相關(guān)課程教學(xué)提供一些借鑒和幫助。