基于融合科研案例的《動物生物化學(xué)》混合式教學(xué)改革與實(shí)踐

李 妍，劉康平，張建樓，李俊杰，劉玉芝

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)動物醫(yī)學(xué)院，河北保定 071000；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，河北保定 071000）

教學(xué)和科研是高等教育的核心任務(wù)，用科技驅(qū)動教育創(chuàng)新是培育當(dāng)代高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的重要手段。依據(jù)《國務(wù)院辦公廳關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實(shí)施意見》（國辦發(fā)〔2015〕 36 號）精神，應(yīng)通過“雙創(chuàng)”教育改革，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。經(jīng)過高校大力推進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革，學(xué)生對“雙創(chuàng)”產(chǎn)生了濃厚的興趣。然而，在畜牧獸醫(yī)學(xué)科的“雙創(chuàng)”教育實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，由于本科生尚未建構(gòu)完整的專業(yè)知識體系，對行業(yè)前沿進(jìn)展知之甚少，導(dǎo)致立項(xiàng)與實(shí)踐脫軌、實(shí)操性不足、科技含量低等痛點(diǎn)問題[1]?？梢?，由于缺乏有效的課程載體為依托，“雙創(chuàng)”教育面臨理論與實(shí)踐的斷層，教育模式亟需改變。因此，以科研創(chuàng)新為導(dǎo)向，在教學(xué)中融入科研案例，通過科研反哺教學(xué)，有助于學(xué)生掌握本學(xué)科的前沿進(jìn)展、行業(yè)需求和相關(guān)科研方法，了解理論知識向應(yīng)用轉(zhuǎn)化的科研實(shí)例，啟發(fā)學(xué)生實(shí)踐性和創(chuàng)新性思維[2]。通過教學(xué)和科研、理論和實(shí)踐有機(jī)融合，對本科生進(jìn)行科研創(chuàng)新思維訓(xùn)練，為培育“雙創(chuàng)”人才打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 《動物生物化學(xué)》 課程的特點(diǎn)、教學(xué)內(nèi)容和現(xiàn)狀

《動物生物化學(xué)》 是動物醫(yī)學(xué)、動物科學(xué)、動物藥學(xué)等專業(yè)重要的必修課程，具有知識點(diǎn)多、內(nèi)容抽象、理論性強(qiáng)和知識體系復(fù)雜的特點(diǎn)。其內(nèi)容主要包括蛋白質(zhì)、核酸、糖類、脂類和維生素的結(jié)構(gòu)與功能；糖類、脂類、氨基酸及核苷酸的合成、分解和代謝轉(zhuǎn)變過程及生物氧化；DNA、RNA 和蛋白質(zhì)的生物合成及基因表達(dá)的調(diào)控[3]。作為重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，《動物生物化學(xué)》 是學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)動物營養(yǎng)學(xué)、動物病理學(xué)、獸醫(yī)藥理學(xué)、動物遺傳學(xué)等課程的理論基礎(chǔ)，是畜牧學(xué)和獸醫(yī)學(xué)學(xué)科學(xué)生考研的必考科目之一，也是國家執(zhí)業(yè)獸醫(yī)資格考試的必考內(nèi)容[4]。

依據(jù)河北農(nóng)業(yè)大學(xué)動物醫(yī)學(xué)、動物科學(xué)、動物藥學(xué)和中獸醫(yī)等專業(yè)人才培養(yǎng)方案，《動物生物化學(xué)》 的授課對象是大學(xué)二年級學(xué)生，開課時間在第一學(xué)期。學(xué)生處于剛剛完成公共基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)，開始接觸專業(yè)課程的轉(zhuǎn)折時期。動物生物化學(xué)知識體系復(fù)雜，教師力求在48 學(xué)時內(nèi)講授每一個知識細(xì)節(jié)，因此通常采用以“灌注式”的傳統(tǒng)教學(xué)方法，忽略了理論聯(lián)系實(shí)踐的重要性，學(xué)生普遍反映對復(fù)雜問題的理解不夠透徹。同時，由于學(xué)生缺乏對本學(xué)科前沿進(jìn)展和行業(yè)需求的了解，缺乏運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力，出現(xiàn)了理論知識向?qū)嵺`應(yīng)用過渡的知識斷層，因此以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育為導(dǎo)向的《動物生物化學(xué)》 課程教學(xué)改革勢在必行。

2 融合科研案例的教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 基于RBL 的課前教學(xué)活動設(shè)計(jì)

基于以科研為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)模式（Research-Based Learning，RBL），筆者所在課程組設(shè)計(jì)了課前閱讀綜述的教學(xué)活動。文獻(xiàn)綜述通常是對某一領(lǐng)域研究進(jìn)展的詳細(xì)梳理和總結(jié)，其中既包括基礎(chǔ)知識概述，也列舉了針對某一知識點(diǎn)的具體科研案例。由于大學(xué)二年級學(xué)生尚未進(jìn)行專業(yè)課系統(tǒng)學(xué)習(xí)，自主閱讀英文文獻(xiàn)具有一定難度，因此一般由任課教師選取在中文核心期刊發(fā)表的近5 年的文獻(xiàn)綜述。教師在線上課程平臺發(fā)布文獻(xiàn)綜述，提出閱讀問題，要求學(xué)生以問題為導(dǎo)向分組進(jìn)行預(yù)習(xí)、討論和總結(jié)，課上再進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂匯報(bào)。學(xué)生可通過閱讀文獻(xiàn)綜述，提前了解核心知識點(diǎn)的應(yīng)用，熟悉該領(lǐng)域的行業(yè)發(fā)展動態(tài)，啟發(fā)創(chuàng)新思維，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。教師在科技大背景下展開知識點(diǎn)的理論講授，幫助學(xué)生深入理解。

以脂代謝一章為例的課前教學(xué)活動方案：脂代謝包括甘油三酯的氧化和合成，類脂的來源、去路和代謝轉(zhuǎn)變，內(nèi)容抽象、枯燥，知識點(diǎn)分散、復(fù)雜。因此，為了提前幫助學(xué)生理解脂類代謝在畜牧獸醫(yī)領(lǐng)域的重要研究意義，教師提前選取文獻(xiàn)并通過課程平臺發(fā)布，全班分為2 組，第1 組同學(xué)閱讀《脂肪營養(yǎng)在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進(jìn)展》[5]，完成以下預(yù)習(xí)任務(wù)：①依據(jù)脂肪酸分子的碳鏈長度、不飽和度、雙鍵位置及來源總結(jié)歸納脂肪酸的分類及生理作用；②依據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，分別舉例說明脂肪營養(yǎng)如何影響生豬、家禽和牛的生長性能及肉、乳質(zhì)量。第2 組同學(xué)閱讀《牛肉品質(zhì)及其影響因素研究進(jìn)展》[6]，完成以下預(yù)習(xí)任務(wù)：①從脂肪含量、脂肪酸含量和脂肪酸組成等方面闡述牛肉的營養(yǎng)價值；②從營養(yǎng)水平、飼養(yǎng)方式和應(yīng)激等方面這些因素如何通過脂肪代謝調(diào)控影響牛肉品質(zhì)；③舉例說明如何通過調(diào)控脂肪代謝改善牛肉品質(zhì)。各組同學(xué)通過認(rèn)真閱讀文獻(xiàn)，進(jìn)行組內(nèi)討論并準(zhǔn)備10 分鐘以內(nèi)的PPT 匯報(bào)。課上利用翻轉(zhuǎn)課堂（即課堂變成了教師學(xué)生之間和學(xué)生與學(xué)生之間互動的場所，包括答疑解惑、合作探究、完成作業(yè)等），各組同學(xué)按照預(yù)習(xí)任務(wù)進(jìn)行PPT 匯報(bào)，經(jīng)討論、質(zhì)疑、解答等環(huán)節(jié)，充分了解脂類代謝在畜牧獸醫(yī)領(lǐng)域的應(yīng)用，并帶著問題進(jìn)行下一步理論課的學(xué)習(xí)。雖然每位同學(xué)課下僅閱讀了1 篇文獻(xiàn)，但通過組間的相互聆聽和學(xué)習(xí)，對2 篇文獻(xiàn)均有了解，部分同學(xué)甚至自行查閱其他相關(guān)文獻(xiàn)豐富匯報(bào)內(nèi)容，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到了事半功倍的效果。

2.2 融合科研案例的課堂教學(xué)活動設(shè)計(jì)

教師通過在課堂上精講1 篇科研論文，幫助首次接觸科研的大學(xué)二年級學(xué)生形成完整的科研思路，訓(xùn)練邏輯思維。教學(xué)活動安排在課程重點(diǎn)內(nèi)容講授完成后，基于以問題為導(dǎo)向的教學(xué)模式（Problem-Based Learning，PBL）[7]，提出待驗(yàn)證的科學(xué)問題，引導(dǎo)學(xué)生做出合理假設(shè)，廣泛閱讀文獻(xiàn)，分組討論試驗(yàn)實(shí)施方案，對研究背景、科學(xué)假說、試驗(yàn)方案和預(yù)期結(jié)果予以闡述，每人形成一份類似于科研項(xiàng)目申請書。課上，教師精講一篇針對上述科學(xué)問題的高水平英文文獻(xiàn)，介紹學(xué)科發(fā)展前沿，分析科學(xué)假說的提出，學(xué)習(xí)研究思路和研究方法，并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論。通過研讀學(xué)術(shù)論文的形式，幫助學(xué)生比較英文文獻(xiàn)和自己試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的不同之處，掌握科研方法和思路，了解學(xué)科前沿進(jìn)展，形成創(chuàng)新源動力。

以三羧酸循環(huán)為例，教師聯(lián)系智慧農(nóng)業(yè)介紹“豬臉識別系統(tǒng)”對豬群個體的識別和運(yùn)動能力的記錄，強(qiáng)調(diào)飼養(yǎng)目標(biāo)從“200 斤豬”向“200公里豬”的轉(zhuǎn)變，通過這些前沿進(jìn)展激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引出通過提高豬群運(yùn)動能力改善豬肉品質(zhì)的重要作用。已有研究發(fā)現(xiàn)，長時間的運(yùn)動可引起動物體內(nèi)琥珀酸水平顯著提高。進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生思考，作為三羧酸循環(huán)的重要中間代謝產(chǎn)物，在飼糧中添加琥珀酸會如何影響豬的生產(chǎn)性能？引導(dǎo)學(xué)生做出合理的科學(xué)假設(shè)即“日糧添加琥珀酸可提高豬的生產(chǎn)性能”，并廣泛查閱相關(guān)文獻(xiàn)，并寫出一份驗(yàn)證該假設(shè)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告。1 周后，在課堂上，教師精講代表性文獻(xiàn)《Succinate induces skeletal muscle fiber remodeling via SUCNR1 signaling》[8]。首先，結(jié)合文章的研究背景，介紹如何從關(guān)鍵詞“琥珀酸”延伸找到關(guān)鍵詞“肌纖維”，總結(jié)創(chuàng)新點(diǎn)是如何交叉產(chǎn)生的，基于創(chuàng)新點(diǎn)如何進(jìn)行合理的科學(xué)假設(shè)。其次，介紹該文獻(xiàn)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，包括模式動物小鼠的選擇，如何進(jìn)行分組，組內(nèi)設(shè)置生物學(xué)重復(fù)和組間設(shè)置對照。再次，分析該文獻(xiàn)的研究方法和研究結(jié)果，對比科學(xué)假設(shè)，講解最終得到的生物學(xué)模型。通過文獻(xiàn)精讀，學(xué)生再次審視自己的試驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告，進(jìn)行修改和完善后提交，并計(jì)入平時成績。通過在課堂教學(xué)中融合科研案例，可以幫助學(xué)生凝練科研思路，開拓多學(xué)科交叉碰撞的創(chuàng)新思維，解開課本的束縛，有助于深化對重點(diǎn)知識內(nèi)涵的理解和認(rèn)知。

2.3 基于PBL 的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)設(shè)計(jì)

為了形成完整的融合科研案例的《動物生物化學(xué)》 教學(xué)體系，對實(shí)驗(yàn)課也進(jìn)行了基于PBL 的教學(xué)設(shè)計(jì)，將學(xué)生在理論課課堂上學(xué)到的科研思維運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)課上，鞏固科研思維，形成完整閉環(huán)。實(shí)驗(yàn)課開課前1 周，將預(yù)習(xí)思考題發(fā)布到線上課程平臺，以問題為導(dǎo)向，循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生逐步思考實(shí)驗(yàn)原理，提出待驗(yàn)證的科學(xué)問題，并做合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。以“唾液淀粉酶活性的測定實(shí)驗(yàn)”為例，課前思考題第1 題為“一定條件下，酶促反應(yīng)速率可以反映酶活性，都有哪些因素影響酶促反應(yīng)速率？”，引導(dǎo)學(xué)生思考改變哪些實(shí)驗(yàn)條件可以影響唾液淀粉酶活性；第2 題為“什么叫做最適溫度？畫出酶促反應(yīng)速率隨溫度變化的曲線？”，引導(dǎo)學(xué)生思考在極端溫度和適宜溫度下酶活性是如何變化的；第三題為“設(shè)計(jì)一個實(shí)驗(yàn)，證實(shí)唾液淀粉酶活性隨溫度的變化并符合畫出的上述曲線”，引導(dǎo)學(xué)生理解單一變量的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以及設(shè)置對照組的原則。實(shí)驗(yàn)課上，由同學(xué)分組講解思考題，其他組同學(xué)互動提問，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維。教師鼓勵創(chuàng)新，并通過討論的形式進(jìn)行點(diǎn)評，最終形成最優(yōu)實(shí)驗(yàn)方案。通過科研實(shí)踐，深化學(xué)生科研思維的形成。

另外，通過實(shí)驗(yàn)課，鼓勵學(xué)生完成基于應(yīng)用探索的創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)課結(jié)束后，要求學(xué)生查找并閱讀1 篇使用了該實(shí)驗(yàn)方法的本學(xué)科范疇的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)。在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，寫明自己的實(shí)驗(yàn)步驟，分析與文獻(xiàn)報(bào)道實(shí)驗(yàn)步驟的異同，以及各自優(yōu)缺點(diǎn)；總結(jié)該實(shí)驗(yàn)方法在該文獻(xiàn)中的應(yīng)用，延伸和發(fā)散思維，討論該方法還可以在實(shí)踐中應(yīng)用于其他哪些方面。以“RNA 的提取”實(shí)驗(yàn)為例，學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)后，教師引導(dǎo)學(xué)生利用關(guān)鍵詞，如“RNA 的提取”、“原核表達(dá)”、“基因表達(dá)”、“免疫”等進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，查找使用了RNA 提取的本專業(yè)領(lǐng)域相關(guān)文獻(xiàn)，比較進(jìn)行RNA 提取的樣品與本實(shí)驗(yàn)課使用的細(xì)胞有何不同，進(jìn)而比較提取步驟的異同，分析每一步驟發(fā)揮的作用。同時，將“RNA 提取”實(shí)驗(yàn)融入科研應(yīng)用和生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行探討，總結(jié)提取動物細(xì)胞RNA 的目的是什么，其后續(xù)的試驗(yàn)步驟如何操作，可以用來驗(yàn)證什么科學(xué)問題，如病原檢測、基因表達(dá)分析等。通過文獻(xiàn)查找、閱讀和總結(jié)，完成1 份基于應(yīng)用探索的創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)報(bào)告，深入了解RNA 提取的目的、意義和應(yīng)用價值，為今后在科研創(chuàng)新訓(xùn)練中熟練運(yùn)用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。《動物生物化學(xué)》 實(shí)驗(yàn)中的許多實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，例如SDS 聚丙烯酰胺凝膠電泳、血糖的測定等常規(guī)實(shí)驗(yàn)都可通過融合科研案例的教學(xué)方式，幫助學(xué)生舉一反三。做到不局限于課本，不局限于實(shí)驗(yàn)室，不局限于單一實(shí)驗(yàn)，真正的理解實(shí)驗(yàn)在生產(chǎn)實(shí)踐中如何應(yīng)用以及怎么應(yīng)用。

3 融合科研案例式教學(xué)的效果

3.1 融合科研案例式教學(xué)對學(xué)生的積極影響

在《動物生物化學(xué)》 課程中融合科研案例，是從以知識為主題的課程體系向以學(xué)生為中心的教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變，可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和課堂參與度。首先，通過融合科研案例，將枯燥的理論知識轉(zhuǎn)化成了生動的生產(chǎn)實(shí)踐案例，深化了對課程知識點(diǎn)的理解。其次，課前泛讀綜述、課上精讀研究型論文和實(shí)驗(yàn)課后的論文剖析，可幫助學(xué)生初步掌握科研選題的思路和研究方案的設(shè)計(jì)，一方面為學(xué)生開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐打開思路，另一方面，幫助學(xué)生了解自己的興趣所在，為今后的學(xué)習(xí)和工作提供方向。最后，融合科研案例的教學(xué)培養(yǎng)了大學(xué)二年級學(xué)生檢索文獻(xiàn)的技巧和閱讀科研論文的能力，幫助學(xué)生初步了解科研論文的結(jié)構(gòu)，通過撰寫實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告練習(xí)學(xué)術(shù)論文的寫作方法，彌補(bǔ)了科技寫作教育中的不足。學(xué)生通常在大學(xué)四年級畢業(yè)實(shí)習(xí)時才開始查閱文獻(xiàn)，畢業(yè)論文的寫作更是舉步維艱，提前培養(yǎng)學(xué)生查閱文獻(xiàn)的習(xí)慣和科技寫作的能力，有助于提高學(xué)生的科研素養(yǎng)。

3.2 融合科研案例式教學(xué)對教師的驅(qū)動作用

教學(xué)可為教師的科研提供理論基礎(chǔ)，科研則是開拓教學(xué)思路的源動力。首先，融入科研案例式教學(xué)，要求教師廣泛閱讀本專業(yè)的最新文獻(xiàn)和前沿進(jìn)展，不斷更新科研和理論知識，才能緊密聯(lián)系行業(yè)發(fā)展動態(tài)，巧妙的將高水平科研案例及最新的行業(yè)前沿進(jìn)展融入到課程教學(xué)中，驅(qū)動教師不斷提高自身科研能力。其次，教師需要不斷研究教學(xué)方案，將科研實(shí)踐與課本中的理論知識相結(jié)合，篩選適合融合科研案例的知識點(diǎn)，優(yōu)化以問題為導(dǎo)向的啟發(fā)式教學(xué)，不斷提高教學(xué)質(zhì)量。最后，學(xué)生的反饋也是教師不斷進(jìn)步的驅(qū)動力之一。大學(xué)二年級學(xué)生的思維尚未被復(fù)雜的知識體系所禁錮，學(xué)生的課堂匯報(bào)、有關(guān)科研問題的探討以及思考問題的角度，都可以成為點(diǎn)亮教師科研靈感的火花，幫助教師開拓思路，共同進(jìn)步。

4 小結(jié)

在融合科研案例的教學(xué)改革過程中，還需要探索最佳教學(xué)模式?？蒲性诮虒W(xué)中活動的頻率既要達(dá)到鍛煉學(xué)生的效果，也不能過于頻繁，增加學(xué)生負(fù)擔(dān)，引起逆反心理。適度加大科研教學(xué)活動參與度在課程考核中所占的比例，明確其所占分值，可以提高學(xué)生參與的積極性和完成作業(yè)的質(zhì)量。

科研是創(chuàng)新的驅(qū)動力，融合科研案例的《動物生物化學(xué)》 教學(xué)模式可以幫助學(xué)生夯實(shí)理論基礎(chǔ)，形成科研思維，培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力；幫助教師提高科研水平，優(yōu)化教學(xué)方案，開拓科研思路?？蒲蟹床附虒W(xué)將成為教學(xué)改革中的新趨勢，我們應(yīng)堅(jiān)定改革步伐，通過恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方式，激勵學(xué)生將被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為主動學(xué)習(xí)。利用線上教學(xué)平臺，把《動物生物化學(xué)》 打造成一門趣味性強(qiáng)、應(yīng)用性高和廣受學(xué)生喜愛的專業(yè)基礎(chǔ)課程。