生物化學(xué)課程“數(shù)智”教學(xué)改革探索與實(shí)踐

摘"要：培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才是新時代人才強(qiáng)國建設(shè)的戰(zhàn)略重點(diǎn)。傳統(tǒng)的教育模式受限于技術(shù)手段，無法大規(guī)模地根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求、學(xué)習(xí)目標(biāo)及知識結(jié)構(gòu)進(jìn)行因材施教。生物化學(xué)是生命科學(xué)領(lǐng)域中的前沿學(xué)科，也是醫(yī)藥學(xué)專業(yè)重要的基礎(chǔ)課程。該研究基于“生物化學(xué)”湖南省精品在線開放課程建設(shè)項(xiàng)目，面向醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生，進(jìn)行生物化學(xué)課程“數(shù)智”教學(xué)改革探索與實(shí)踐。通過人工智能（AI+）技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源整合數(shù)字化、智慧教學(xué)可視化、學(xué)習(xí)模式個性化、數(shù)據(jù)處理智能化，更好地調(diào)動學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力；學(xué)習(xí)者可根據(jù)目標(biāo)，靈活科學(xué)地選擇學(xué)習(xí)資源和手段，實(shí)現(xiàn)生物化學(xué)課程學(xué)習(xí)的高效、趣味、廣度和深度，提高教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：生物化學(xué)；“數(shù)智”教學(xué)；知識圖譜；教學(xué)改革；實(shí)踐

中圖分類號：G642"""文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A"""""文章編號：2096-000X（2024）36-0143-04

Abstract：Cultivatingtop-notchinnovativetalentsisastrategicfocusofbuildingastrongtalentcountryinthenewera.Duetothelimitationsoftechnologicalmeans，thetraditionaleducationmodelcannoteffectivelyteachlearnersaccordingtotheirlearningneeds，goals，andknowledgestructure.Biochemistryisacutting-edgedisciplineinthefieldoflifesciencesandanimportantfoundationalcourseinthefieldofmedicine.Thisstudyisbasedontheconstructionprojectofhigh-qualityonlineopencoursesinBiochemistryinHunanProvince，targetingmedicalstudentstoexploreandpracticethereformof\"digitalintelligence\"curriculumteachingmode.Throughtheapplicationofartificialintelligence（AI+）technology，digitalintegrationofteachingresources，visualizationofintelligentteaching，personalizationoflearningmodels，andintelligentdataprocessingarerealized，whichbettermobilizeslearners'learningmotivation.Learnerscanflexiblyandscientificallychooselearningresourcesandmethodsbasedontheirgoals，achievinghighefficiency，interesting，breadth，anddepthinthestudyofBiochemistrycourse，andimprovingteachingeffectiveness.

Keywords：Biochemistry;digitalintelligenceteaching;knowledgemap;teachingreform;practice

2023年1月，全國教育工作會議上，教育部部長懷進(jìn)鵬明確提出“大力實(shí)施國家教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動，推動塑造教育發(fā)展新賽道新動能新形態(tài)”。人工智能為高等教育賦能成為重要趨勢，基于AI信息技術(shù)，進(jìn)行高質(zhì)量醫(yī)學(xué)專業(yè)課程教學(xué)改革勢在必行[1-2]。

資優(yōu)教育的核心理念在于為學(xué)習(xí)者提供匹配其需求的個性化教育。優(yōu)秀的教師應(yīng)該善于識別不同背景學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)差異性，敏銳地根據(jù)學(xué)習(xí)者身心發(fā)展關(guān)鍵期特征及認(rèn)知情感特征，調(diào)動學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力，根據(jù)教育目標(biāo)，調(diào)整教學(xué)策略，合理安排學(xué)習(xí)的深度和廣度，從而因材施教地促進(jìn)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)。教育信息化及人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，給這種大規(guī)模的因材施教提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐[3-4]。生物化學(xué)是高等醫(yī)學(xué)教育主要的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)課程，也是醫(yī)學(xué)生執(zhí)業(yè)醫(yī)師資格考試的科目之一。隨著生物化學(xué)知識不斷更新以及它在疾病診療和科學(xué)研究方面的廣泛應(yīng)用，探索高效的生物化學(xué)教學(xué)模式對醫(yī)學(xué)生職業(yè)技能的提升至關(guān)重要。在多元立體化教學(xué)模式蓬勃發(fā)展的同時，如何從諸多教學(xué)資源中，選擇合適、高效的生物化學(xué)教學(xué)模式，“以學(xué)生為本”，從學(xué)習(xí)者角度，調(diào)動學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力，提高學(xué)生的獲得感變得極為迫切。

以人工智能為代表的一系列數(shù)字化手段的出現(xiàn)，為教育數(shù)字化2.0進(jìn)階升級帶來了內(nèi)涵建設(shè)的全面變革[5-6]。因此，為探明教育數(shù)字化背景下，醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與AI信息技術(shù)融合的有效路徑，該研究利用在線學(xué)習(xí)平臺、知識圖譜、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和虛擬仿真技術(shù)等方式賦能課程教學(xué)各環(huán)節(jié)，對課程教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、學(xué)期監(jiān)測、成績評定及課程評價等進(jìn)行智能升級，設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)路徑、建設(shè)教學(xué)工具、整合教學(xué)資源、搭建教學(xué)場景，助力提升教學(xué)質(zhì)量，以期為信息技術(shù)與醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課程教學(xué)的深度融合實(shí)踐提供可能路徑。

一"生物化學(xué)課程“數(shù)智”教學(xué)平臺構(gòu)建及應(yīng)用

（一）"生物化學(xué)教學(xué)痛點(diǎn)與需求分析

通過對生物化學(xué)課程的教情梳理分析發(fā)現(xiàn)，醫(yī)學(xué)生物化學(xué)教學(xué)普遍存在學(xué)業(yè)任務(wù)繁重、知識枯燥繁雜、課程銜接脫節(jié)和實(shí)踐機(jī)會不足等痛點(diǎn)。學(xué)生對課程的核心訴求是：有用、有趣、高效、復(fù)盤、廣度和深度。

知識的有用性主要指知識對于個人和社會的重要價值和作用。這里所說的有用即要求所學(xué)生物化學(xué)課程知識對以后的職業(yè)有用，在以后的職業(yè)生涯中能應(yīng)用得上，能夠解決實(shí)際問題，使學(xué)習(xí)者具有思維能力、創(chuàng)新能力和適應(yīng)未來變化的能力；有趣即要求在學(xué)習(xí)生物化學(xué)課程中，能引發(fā)學(xué)生興趣或愉悅感，能引起學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)的沖動，有吸引力；高效性指在有限的時間內(nèi)掌握更多的知識，即要求在相同或更短的時間里掌握比采用其他學(xué)習(xí)方法更多的知識；這里的復(fù)盤是指一種復(fù)習(xí)方法，通過該方法，學(xué)習(xí)者回顧所學(xué)的知識，檢查自己對知識的理解程度，對它們進(jìn)行梳理和分類，并找到自己理解不足或者沒有理解的部分進(jìn)行重點(diǎn)學(xué)習(xí)和提高。通過復(fù)盤，學(xué)習(xí)者可以更好地理解所學(xué)知識之間的聯(lián)系和內(nèi)在邏輯性，以及在實(shí)際應(yīng)用中的價值和意義；廣度則要求生物化學(xué)課程內(nèi)容覆蓋范圍廣和多樣性，以幫助學(xué)生全面、系統(tǒng)地掌握知識和技能；而深度則指對生物化學(xué)課程知識的深入理解和應(yīng)用程度，使學(xué)習(xí)者能夠批判性地學(xué)習(xí)新思想，建構(gòu)新知識，并在眾多思想間進(jìn)行分析和判斷、遷移和運(yùn)用新知識解決問題。

（二）"教學(xué)理念與目標(biāo)重塑

課程組通過問卷調(diào)查并深入剖析已有的線上線下融合智慧教學(xué)的痛點(diǎn)，對教學(xué)理念與目標(biāo)進(jìn)行了重塑（圖1）。根據(jù)《中國本科醫(yī)學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)——臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)》及《國務(wù)院辦公廳關(guān)于加快醫(yī)學(xué)教育創(chuàng)新發(fā)展的指導(dǎo)意見》的要求，細(xì)研培養(yǎng)計(jì)劃、畢業(yè)要求及臨床需求，以臨床勝任力為產(chǎn)出導(dǎo)向，輻射科研創(chuàng)新能力，確立核心勝任力指標(biāo)，并對標(biāo)為相應(yīng)的知識、能力、思維目標(biāo)，通過知識目標(biāo)帶動能力目標(biāo)的落實(shí)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)思維目標(biāo)的內(nèi)化。

（三）"“數(shù)智”教學(xué)平臺構(gòu)建及應(yīng)用

課程組以知識圖譜為綱，借助AI+數(shù)字化手段的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)教學(xué)從“師生交互”向“師/生/機(jī)”深度交互轉(zhuǎn)變，構(gòu)建了教師端知識圖譜和學(xué)生端知識圖譜兩個平臺（圖2）。教師端平臺頁面精美，在課堂應(yīng)用時的可視性更強(qiáng)。學(xué)生端平臺可以進(jìn)行學(xué)習(xí)效果的統(tǒng)計(jì)分析，起到良好的正向反饋?zhàn)饔谩ＶR圖譜包含課程內(nèi)容和拓展云資源兩大體系，其中課程內(nèi)容包括五大板塊（靜態(tài)生物化學(xué)、動態(tài)生物化學(xué)、中心法則、組織生化和分子生物學(xué)）15個章節(jié)372個知識點(diǎn)，“數(shù)智”資源組成如圖3所示。拓展云資源包括題庫、云課堂、虛擬實(shí)驗(yàn)、虛擬醫(yī)院、生化紀(jì)念館和圖書館六大資源體系。

圖1"現(xiàn)有教學(xué)模式痛點(diǎn)及相應(yīng)解決策略

圖2"“數(shù)智”教學(xué)平臺框架

圖3"“數(shù)智”資源組成

其中，虛擬醫(yī)院和虛擬實(shí)驗(yàn)動畫有助于將日后的臨床、科研場景與生化基礎(chǔ)知識有機(jī)聯(lián)系起來，拓寬學(xué)生的視野，解決了課程銜接脫節(jié)的痛點(diǎn)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)突破時空限制，讓學(xué)生可以隨時隨地不斷磨練自己的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ鉀Q了實(shí)踐機(jī)會不足的痛點(diǎn)。各章知識點(diǎn)速覽微課及云課堂短小精悍，有助于幫助學(xué)生迅速查漏補(bǔ)缺，緩解學(xué)業(yè)任務(wù)繁重的痛點(diǎn)。除此之外，課堂知識點(diǎn)試題庫及課后四維試題庫能讓學(xué)生更好地鞏固所學(xué)的知識，實(shí)現(xiàn)個性化學(xué)習(xí)。生化紀(jì)念館及圖書館能拓寬學(xué)生視野，同時將思政隱性教育融入其中，避免生硬說教，起到潛移默化，潤物無聲的作用。

通過教師端生化知識圖譜可視化交互平臺實(shí)踐，不光可以讓學(xué)生更好地理解知識點(diǎn)的內(nèi)在聯(lián)系與深層邏輯，實(shí)現(xiàn)知識的融會貫通；而且可以簡潔迅速地讓學(xué)生切入其需要的資源中。用戶界面友好，解決了課程枯燥繁雜的痛點(diǎn)。對標(biāo)了學(xué)生有用、有趣、高效、復(fù)盤、廣度和深度的核心訴求。

而學(xué)生端知識圖譜主要供學(xué)生課后使用，包含教師端所有資源內(nèi)容。學(xué)生還可通過“AI學(xué)伴”提高互動交流的效率。教師可通過系統(tǒng)對移動端學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)行學(xué)習(xí)者畫像。如通過學(xué)習(xí)資源標(biāo)注，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)相關(guān)知識點(diǎn)。記錄學(xué)生在知識圖譜上的學(xué)習(xí)節(jié)點(diǎn)和路徑，評估學(xué)生個性化學(xué)習(xí)重點(diǎn)，利用題庫對學(xué)生進(jìn)行自動化測評。了解學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握程度，最終把學(xué)習(xí)者畫像可視化呈現(xiàn)在學(xué)科知識圖譜上。并用不同顏色或灰度對學(xué)習(xí)者知識掌握情況進(jìn)行標(biāo)注，激勵效果優(yōu)秀者，并對效果不佳者進(jìn)行預(yù)警干預(yù)。

二"優(yōu)勢

本課程組構(gòu)建的生物化學(xué)課程“數(shù)智”教學(xué)資源具備多模態(tài)屬性，不僅包含文本形式的學(xué)習(xí)資源，還包括視頻、音頻、圖片等多種形式的學(xué)習(xí)資源，可以滿足不同學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求，為其提供更具針對性的學(xué)習(xí)資源[5]。具有以下優(yōu)勢。

（一）"學(xué)習(xí)內(nèi)容有保障，知識點(diǎn)間關(guān)聯(lián)直觀可視化

在引入“數(shù)智”教學(xué)資源之前，學(xué)生主要依靠自己整理知識，只能梳理部分知識點(diǎn)，難以進(jìn)行具體知識點(diǎn)與案例的思維外擴(kuò)。然而，“數(shù)智”知識圖譜的出現(xiàn)改變了這一狀況，通過可視化展示不同概念和知識點(diǎn)之間的關(guān)系，學(xué)生可以查閱知識要點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)知識點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)，消除知識盲區(qū)，幫助學(xué)生總結(jié)沉淀[7]。

（二）"教與學(xué)過程更具個體化和針對性

在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，授課老師往往只能根據(jù)所有學(xué)生的整體情況來安排教學(xué)內(nèi)容。每個學(xué)生的具體情況不一樣，就很容易出現(xiàn)一部分同學(xué)跟不上和一部分同學(xué)“吃不飽”的情況。而借助課程“數(shù)智”教學(xué)平臺資源學(xué)習(xí)者畫像，及帶標(biāo)注的學(xué)習(xí)資源，個性化、分層化的學(xué)習(xí)模式變得切實(shí)可行。依據(jù)學(xué)習(xí)者畫像，基于知識圖譜，為學(xué)習(xí)者推薦合適的學(xué)習(xí)資源和自主學(xué)習(xí)路徑[8-9]，拓寬和加深學(xué)生的知識儲備，實(shí)現(xiàn)“兩性一度”標(biāo)準(zhǔn)。

（三）"增加了趣味性、廣度和深度

“數(shù)智”教學(xué)平臺還加入了互動元素，如“AI學(xué)伴”、討論區(qū)等，鼓勵學(xué)生參與互動，提高了學(xué)習(xí)的趣味性和效果。通過學(xué)生的互動行為，可以更好地了解他們的學(xué)習(xí)需求，為其提供更個性化的學(xué)習(xí)路徑。

“數(shù)智”教學(xué)平臺的云課堂和題庫彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)不可復(fù)現(xiàn)的短板，方便學(xué)生突破時空限制的查漏補(bǔ)缺，而且還可以通過這種教學(xué)模式甄選出一批學(xué)習(xí)動力強(qiáng)大、成績優(yōu)異、實(shí)踐能力強(qiáng)的學(xué)生參加各種大學(xué)生競賽或者加入相關(guān)科研實(shí)驗(yàn)室。

三"應(yīng)用效果

本次研究中，以2022級臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)本科生作為實(shí)驗(yàn)對象，通過對比分析參與研究的本科生學(xué)習(xí)生物化學(xué)后的成績，與未使用“數(shù)智”教學(xué)平臺者（對照組）比較，使用者（實(shí)驗(yàn)組）成績及格率顯著提高（表1），真正實(shí)現(xiàn)因材施教。

四"結(jié)束語

總之，鑒于課程“數(shù)智”教學(xué)平臺在激發(fā)學(xué)習(xí)者自主應(yīng)用、創(chuàng)新能力的優(yōu)勢作用，及其在個性化學(xué)習(xí)以及動態(tài)教育評價方面的便捷性，能助力生物化學(xué)課程知識化和知識結(jié)構(gòu)化，強(qiáng)化了課程教學(xué)設(shè)計(jì)的內(nèi)在邏輯性，煥發(fā)課程新活力；能夠充分展示學(xué)習(xí)內(nèi)容及內(nèi)容間關(guān)系，促進(jìn)學(xué)生對于知識的理解，幫助學(xué)生記憶學(xué)習(xí)內(nèi)容，降低焦慮感，增強(qiáng)學(xué)習(xí)動機(jī)，提升學(xué)習(xí)的效率；可為學(xué)生個性化學(xué)習(xí)方便路徑，促進(jìn)學(xué)生個性化學(xué)習(xí)；學(xué)習(xí)目標(biāo)顯性化，減負(fù)增效；基于知識圖譜的知識點(diǎn)學(xué)習(xí)，增加共鳴，提高共振；幫助教學(xué)團(tuán)隊(duì)，更加細(xì)致深入的分析和思考，提升教學(xué)設(shè)計(jì)的內(nèi)在邏輯，增強(qiáng)老師教學(xué)的針對性和有效性，促進(jìn)因材施教，最終可為專業(yè)建設(shè)和具備崗位勝任力的卓越醫(yī)生、創(chuàng)新人才培養(yǎng)助力。數(shù)字化轉(zhuǎn)型下，在未來的教學(xué)中，應(yīng)充分挖掘“數(shù)智”教育手段在當(dāng)前教育理念與教育學(xué)習(xí)方式變革中的潛在作用，以課程項(xiàng)目建設(shè)和教學(xué)實(shí)踐為切入點(diǎn)，深化拓展其與終身學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力人才培養(yǎng)演進(jìn)相結(jié)合的研究空間[10-11]。

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基金項(xiàng)目：湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革重點(diǎn)研究項(xiàng)目“數(shù)字化轉(zhuǎn)型下《生物化學(xué)》知識圖譜可視化交互學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)研究與實(shí)踐”（HNJG-2023-0523）；湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項(xiàng)目“OBE理念下臨床前期中西醫(yī)整合課程混合式教學(xué)模式構(gòu)建與實(shí)踐”（HN

JG-2022-0718）；湖南省學(xué)位與研究生教學(xué)改革研究重點(diǎn)項(xiàng)目“醫(yī)學(xué)研究生教育質(zhì)量評價改革與探索”（2023JGZD046）；2023年湖南省普通高等學(xué)校精品在線開放課程《生物化學(xué)》（湘教通［2023］204號）

第一作者簡介：何迎春（1973-），女，漢族，湖南寧鄉(xiāng)人，博士，教授，博士研究生導(dǎo)師。研究方向?yàn)樯锘瘜W(xué)與分子生物學(xué)教學(xué)與科研。

DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.36.034