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摘要:生物化學是生物學相關專業的重要基礎課。河南農業大學生物化學教學團隊建設了生物化學網絡教學平臺,基礎生物化學MOOC、虛擬仿真實驗教學共享平臺及生物化學微信公眾號等多種線上教學平臺,包括基礎理論、實驗技術和前沿進展。相關內容輔助學生夯實理論基礎、提升實驗技能、培養學習興趣。生物化學系列在線課程建設對探索線上線下混合式教學模式,拓寬高素質專業人才培養途徑和方法具有重要意義。

關鍵詞:生物化學;互聯網+;網絡教學;在線課程

1　“互聯網+”模式成為課程改革趨勢

2018年教育部《教育信息化2.0行動計劃》,該計劃的基本目標是2022年基本實現“三全、兩高、一大、三變、三新”,其中“三新”即努力構建“互聯網+”條件下的人才培養新模式、發展基于互聯網的教育服務新模式、探索信息時代教育治理新模式[1]。相關文件的出臺,為新時期高等教育教學的改革指明了方向。隨著互聯網技術的發展、移動智能終端的普及和便捷化,利用互聯網技術優化升級教學方法、滿足高等教育發展的探索在高等院校廣泛開展,如中國大學MOOC、超星學習通、優客、智慧樹、雨課堂等在線課程平臺如雨后春筍般涌現。在線課程平臺建設初步實現了教學資源快速共享,師生高效互動,不僅彌補了傳統課堂的缺陷,同時優質高等教育資源得到充分共享。線上線下混合式教學的探索,對高等院校培養高素質人才,乃至提升全民文化素養都具有重要意義。因此,從教育教學和社會需求的角度而言,基于“互聯網+”模式下的課程改革勢在必行[2]。

2　生物化學課程地位與傳統教學面臨的挑戰

誕生于20世紀之初的生物化學是生物學領域基礎且前沿的學科,其發展過程貫穿百年的生物學發展歷史,生物化學學科先后培養了近70位諾貝爾獎獲得者,為推動生物學各學科的發展做出了卓越貢獻。時至今日,生物化學已經成為關聯分子生物學、細胞生物學、遺傳學及基因工程、酶工程等領域的支柱學科,在全世界范圍內成為高等院校生物學專業教學中的主干專業基礎課[3]。然而,生物化學研究成果日新月異與傳統課堂教學之間的矛盾已日益凸顯。依靠有限學時的課堂教學,難以兼顧經典理論知識傳授和前沿知識的拓展;相對滯后的實驗教學,脫離一線科研實踐,無法使學生動手能力得到本質提升;受時間和空間的限制,傳統課堂無法滿足高效互動的需求,缺乏對學生足夠的引導和啟發。

3　生物化學線上課程的建設與探索

結合農業院校生物化學特色,河南農業大學生物化學教學團隊立足傳統課堂,開拓創新,建設包括“基礎理論”“實驗技術”及“綜合拓展”三位一體的在線開放課堂(見圖1),利用校內外多級在線教學平臺,充分發揮時空自由、資源共享、系統開放等優點,全方位、立體式服務于河南農業大學及全國農林院校本科教學。

 3.1　精品課程建設,輔助突破課程重點難點為突出河南農業大學生物化學教學特色,輔助本校學生掌握課程重點難點,生物化學教學團隊開啟“河南農業大學生物化學精品課程”建設。仔細梳理現行教學大綱內容,確定生物化學課程重點和難點,并以文本的形式共享于學院主頁上,方便學生下載學習,幫助學生鞏固和加深對理論知識的理解和掌握。本課程建設涉及內容14章,共1025頁演示文稿(PPT,power-point),包含課程重、難點的歸納總結及部分課堂知識的內容補充,便利學生高效率復結。

3.2　中國大學MOOC基礎生物化學課程建設,推動線上線下課程融合

2015年,教育部提出建設大規模開放在線課程(massiveopenonlinecourse,MOOC)。中國大學MOOC是線上課程建設主要平臺,整合了大量優質教學資源,受到高校師生廣泛關注[4]。課程團隊以中國大學MOOC為平臺,圍繞生物化學核心理論知識及基礎性實驗技術,建設適用于農林院校本科教學使用的基礎生物化學在線課程。課程包括在線授課、隨堂測驗、期中期末測試及互動討論等板塊,承擔了線下課堂之外內容補充、測試檢驗及互動交流的任務,緩解線下課堂壓力,保證線下課堂有足夠的空間和時間專注于課程內容傳授與專業興趣的引導。近年來,先后有14位生化教學骨干教師參與中國大學MOOC基礎生物化學建設,共制作包括10章基礎理論,55個授課視頻,16個常規生化實驗視頻,累計669min;為方便學習者整體把握章節內容,每一章課程內容配以思維導圖;課程組對應主講內容,制作課程PPT近1300張,配套文本約19萬字;同時設置隨堂練習題10套,單元習題8套、期中和期末試卷及考研模擬真題20套,共計1600余題。在線課程2017年上線之初,便受到了同行和學習者的好評,并在第一年順利通過了“SPOC課程與學期”階段,進入正式建設階段。選課人數也隨著課程的完善而不斷增加,見圖2(a)。課程組嘗試將線上隨堂測試引入傳統課堂,利用每章課程結束前15分鐘對上課學生進行隨堂測試,及時掌握授課效果。同時,積極利用平臺討論區,及時解答學生疑問,教師討論話題900余條,學生參與回復5900余條,隨著課程建設不斷推進,課程中討論的主題數量及評論數量逐年增加,見圖2(b)。通過對熱點問題的互動交流,增強學生對課程的了解和興趣。2019年,本在線課程作為首批入選“河南省精品在線開放課程”。

3.3　仿真模擬實驗建設,助力學生感受高階實驗

高校實驗課程是培養學生實踐能力的關鍵環節。長期以來,由于受到實驗成本、實驗設備及實驗室空間等客觀條件限制,本科實驗教學與科研工作要求嚴重脫節。針對教學中“做不到”“做不好”“做不了”“做不上”的實驗,生化教學團隊借助近年興起的Unity3D仿真模擬手段[5-7],依托當下生物化學領域最為熱門的CRIPSR/Cas9基因編輯技術[8-9],設計并建成了生物化學虛擬仿真實驗“基于CRISPR/Cas9基因編輯技術的玉米定向種植改良虛擬仿真實驗”(課程網址為www.ilab-x.com/details/v5?id=5192&isView=true)。通過實地取景,教師現場演示,計算機3D模擬配合pbr(physicallybasearenating)材質和高光法線貼圖,完美再現了CRISPR/Cas9基因編輯靶點設計、重組載體構建,大腸桿菌轉化、玉米幼胚侵染及組織培養再生等關鍵技術環節。此實驗課程建設先后制作網頁版軟件5個,本地版軟件12個,編寫腳本近12萬字。最終實現通過35步人機交互操作,以高于40幀/秒的流暢畫質(見圖3),最大程度模擬實驗室真實操作體驗。課程開設以來,來自全國各個高校累計10919人觀摩了實驗,1222人直接參與實驗,實驗通過率達到99.7%,其中670人參與課程評分,得分4.9分(滿分5分)。該實驗課程的開設,極大改善了本科實驗相對滯后和簡單的弊端,幫助學生親身體驗生物化學前沿技術,提升對生物化學學科及生物學科學研究的興趣,被評為河南省首批精品虛擬仿真課程。

3.4　綜合網絡教學平臺建設,提升學生綜合科研素養

合格的生物學領域專業人員需要具備扎實的理論基礎和實驗技能,優秀的科學技術人才則需要開闊的學術視野和濃厚的科研興趣。為滿足學生在課堂之外對生物化學知識的渴求,教學團隊建設了基于課堂內容之上的進階教學服務平臺———河南農業大學生物化學網絡教學平臺(見圖4)。此網絡課程包括“進步教程”“實驗技術”“三點一測”和“專業拓展”模塊,基于基礎理論和基本實驗,普及一線科研常規研究技術理論與操作流程,實現本科教學與研究生實踐的有機結合?！皩I拓展”部分為學習者提供了包括專業軟件、專業機構、專業網站及專業期刊等大量專業擴展信息,囊括了絕大部分專業領域權威信息的獲取渠道。對于學生走出書本,以更加開闊的視野去認識所學專業具有重要意義。隨著近年來移動網絡飛速發展,移動互聯終端使用頻率逐步提高,因此,基于移動終端的在線學習平臺大量涌現。微信公眾號依托社交平臺“微信”客戶端,開展人人互動、人機互動乃至機器之間互動,成為當下社會知識傳播的重要途徑之一[10-11]。生化教學團隊準確把握這一發展趨勢,迅速建立生物化學移動客戶端學習平臺———“生化之窗”微信公眾號(gh_2ab4f82f2485)。公眾號包括“實驗指導”“網絡公開課”和“專業前沿”模塊,分別從實驗、理論和拓展三方面為學習者及時推送有價值的學習信息,充分發揮移動互聯網優勢,真正實現“一機在手,名師隨行”。

4　線上課程改革的展望

近年來,教育部多次對教育教學信息化建設做出指示,連續印發《教育信息化十年發展規劃(2011—2020年)》和《教育信息化“十三五”規劃》等相關文件[12-13]。隨著“互聯網+”成為社會發展趨勢,“雙萬計劃”成為教學改革的風向標,建設“線上線下混合式金課”已經逐漸成為新時期課程建設和改革的重要舉措。河南農業大學生物化學教學團隊為助力全國高等院校深化教育改革,立足自身教學特色,探索線上線下混合式教學模式,打造依托中國大學MOOC、實驗空間、微信公眾號等多級開放式公共平臺及學院門戶網站,以“夯實理論基礎,提升實驗技能、拓寬科研視野”為建設思路,初步完成了三位一體的線上課程組合,為線下課程提供了有力補充,在激發學生的學習興趣,拓寬學生的視野,促進學生學習的主觀能動性,實現教與學互動,提高學生的培養質量方面發揮重要的作用。本教學團隊在基于“互聯網+”的生物化學課程建設中積累了大量的經驗,同時也發現了諸多問題。如課程建設支撐平臺相對較少,課程平臺功能完善、內容更新、互動版塊回復、公眾號定期維護等工作需要課程團隊投入大量的時間和精力,而現行高等教育教師考核機制某種程度制約了線上課程高質量發展,導致大量線上課程曇花一現,造成了教育資源的浪費,偏離了建設優質教育資源的初衷。線上課程在知識傳播中的價值,已經被發達國家無數成功案例證實[14-15],隨著我國互聯網技術的飛速發展,線上課程建設也勢在必行。搭建與課程建設相關的優質平臺,完善教育教學管理體系才能促進“生物化學”在內所有在線課程高質量且可持續發展,實現優質教學資源開放共享。

參考文獻

[1]　段偉偉.“教育信息化2.0行動計劃”背景下高校教師網絡學習空間應用研究[J].河南教育(高教版),2019(7):72-75

[2]　孫莉,李明.“互聯網+”背景下的高校教育改革的思考[J].中國管理信息化,2017,11(20):116-118

[3]　黃卓然,吳曉敏,宋運賢,等.高校生物化學課程的教學實踐與方法創新[J].淮北師范大學學報,2020,41(2):86-91

[4]　冀蘆沙,張揚.基于MOOC/SPOC的地方高校生物化學在線開放課程建設[J].生命的化學,2017,37(5):867-871

[5]　田婧,羅通,羅華鋒,等.新建本科院校虛擬仿真實驗室的建設及教學[J].實驗科學與技術,2015,13(6):219-222

[6]　宋予震,郭素琴,史洪濤,等.動物醫學虛擬仿真實驗教學平臺的建設與應用[J].高教學刊,2020(21):79-81

[7]　張澤志,王峰,韓春亮.虛擬仿真實驗在化學化工教學中的應用與探索[J].河南教育學院學報,2019,28(4):68-71

作者：王瀟然  單位：河南農業大學