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摘要:生物化學(xué)是生物學(xué)相關(guān)專業(yè)的重要基礎(chǔ)課。河南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物化學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)了生物化學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺,基礎(chǔ)生物化學(xué)MOOC、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)共享平臺及生物化學(xué)微信公眾號等多種線上教學(xué)平臺,包括基礎(chǔ)理論、實(shí)驗(yàn)技術(shù)和前沿進(jìn)展。相關(guān)內(nèi)容輔助學(xué)生夯實(shí)理論基礎(chǔ)、提升實(shí)驗(yàn)技能、培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。生物化學(xué)系列在線課程建設(shè)對探索線上線下混合式教學(xué)模式,拓寬高素質(zhì)專業(yè)人才培養(yǎng)途徑和方法具有重要意義。

關(guān)鍵詞:生物化學(xué);互聯(lián)網(wǎng)+;網(wǎng)絡(luò)教學(xué);在線課程

1　“互聯(lián)網(wǎng)+”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(jì)劃》,該計(jì)劃的基本目標(biāo)是2022年基本實(shí)現(xiàn)“三全、兩高、一大、三變、三新”,其中“三新”即努力構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+”條件下的人才培養(yǎng)新模式、發(fā)展基于互聯(lián)網(wǎng)的教育服務(wù)新模式、探索信息時(shí)代教育治理新模式[1]。相關(guān)文件的出臺,為新時(shí)期高等教育教學(xué)的改革指明了方向。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展、移動智能終端的普及和便捷化,利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)化升級教學(xué)方法、滿足高等教育發(fā)展的探索在高等院校廣泛開展,如中國大學(xué)MOOC、超星學(xué)習(xí)通、優(yōu)客、智慧樹、雨課堂等在線課程平臺如雨后春筍般涌現(xiàn)。在線課程平臺建設(shè)初步實(shí)現(xiàn)了教學(xué)資源快速共享,師生高效互動,不僅彌補(bǔ)了傳統(tǒng)課堂的缺陷,同時(shí)優(yōu)質(zhì)高等教育資源得到充分共享。線上線下混合式教學(xué)的探索,對高等院校培養(yǎng)高素質(zhì)人才,乃至提升全民文化素養(yǎng)都具有重要意義。因此,從教育教學(xué)和社會需求的角度而言,基于“互聯(lián)網(wǎng)+”模式下的課程改革勢在必行[2]。

2　生物化學(xué)課程地位與傳統(tǒng)教學(xué)面臨的挑戰(zhàn)

誕生于20世紀(jì)之初的生物化學(xué)是生物學(xué)領(lǐng)域基礎(chǔ)且前沿的學(xué)科,其發(fā)展過程貫穿百年的生物學(xué)發(fā)展歷史,生物化學(xué)學(xué)科先后培養(yǎng)了近70位諾貝爾獎獲得者,為推動生物學(xué)各學(xué)科的發(fā)展做出了卓越貢獻(xiàn)。時(shí)至今日,生物化學(xué)已經(jīng)成為關(guān)聯(lián)分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)及基因工程、酶工程等領(lǐng)域的支柱學(xué)科,在全世界范圍內(nèi)成為高等院校生物學(xué)專業(yè)教學(xué)中的主干專業(yè)基礎(chǔ)課[3]。然而,生物化學(xué)研究成果日新月異與傳統(tǒng)課堂教學(xué)之間的矛盾已日益凸顯。依靠有限學(xué)時(shí)的課堂教學(xué),難以兼顧經(jīng)典理論知識傳授和前沿知識的拓展;相對滯后的實(shí)驗(yàn)教學(xué),脫離一線科研實(shí)踐,無法使學(xué)生動手能力得到本質(zhì)提升;受時(shí)間和空間的限制,傳統(tǒng)課堂無法滿足高效互動的需求,缺乏對學(xué)生足夠的引導(dǎo)和啟發(fā)。

3　生物化學(xué)線上課程的建設(shè)與探索

結(jié)合農(nóng)業(yè)院校生物化學(xué)特色,河南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物化學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)立足傳統(tǒng)課堂,開拓創(chuàng)新,建設(shè)包括“基礎(chǔ)理論”“實(shí)驗(yàn)技術(shù)”及“綜合拓展”三位一體的在線開放課堂(見圖1),利用校內(nèi)外多級在線教學(xué)平臺,充分發(fā)揮時(shí)空自由、資源共享、系統(tǒng)開放等優(yōu)點(diǎn),全方位、立體式服務(wù)于河南農(nóng)業(yè)大學(xué)及全國農(nóng)林院校本科教學(xué)。

 3.1　精品課程建設(shè),輔助突破課程重點(diǎn)難點(diǎn)為突出河南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物化學(xué)教學(xué)特色,輔助本校學(xué)生掌握課程重點(diǎn)難點(diǎn),生物化學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)開啟“河南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物化學(xué)精品課程”建設(shè)。仔細(xì)梳理現(xiàn)行教學(xué)大綱內(nèi)容,確定生物化學(xué)課程重點(diǎn)和難點(diǎn),并以文本的形式共享于學(xué)院主頁上,方便學(xué)生下載學(xué)習(xí),幫助學(xué)生鞏固和加深對理論知識的理解和掌握。本課程建設(shè)涉及內(nèi)容14章,共1025頁演示文稿(PPT,power-point),包含課程重、難點(diǎn)的歸納總結(jié)及部分課堂知識的內(nèi)容補(bǔ)充,便利學(xué)生高效率復(fù)結(jié)。

3.2　中國大學(xué)MOOC基礎(chǔ)生物化學(xué)課程建設(shè),推動線上線下課程融合

2015年,教育部提出建設(shè)大規(guī)模開放在線課程(massiveopenonlinecourse,MOOC)。中國大學(xué)MOOC是線上課程建設(shè)主要平臺,整合了大量優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源,受到高校師生廣泛關(guān)注[4]。課程團(tuán)隊(duì)以中國大學(xué)MOOC為平臺,圍繞生物化學(xué)核心理論知識及基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)技術(shù),建設(shè)適用于農(nóng)林院校本科教學(xué)使用的基礎(chǔ)生物化學(xué)在線課程。課程包括在線授課、隨堂測驗(yàn)、期中期末測試及互動討論等板塊,承擔(dān)了線下課堂之外內(nèi)容補(bǔ)充、測試檢驗(yàn)及互動交流的任務(wù),緩解線下課堂壓力,保證線下課堂有足夠的空間和時(shí)間專注于課程內(nèi)容傳授與專業(yè)興趣的引導(dǎo)。近年來,先后有14位生化教學(xué)骨干教師參與中國大學(xué)MOOC基礎(chǔ)生物化學(xué)建設(shè),共制作包括10章基礎(chǔ)理論,55個授課視頻,16個常規(guī)生化實(shí)驗(yàn)視頻,累計(jì)669min;為方便學(xué)習(xí)者整體把握章節(jié)內(nèi)容,每一章課程內(nèi)容配以思維導(dǎo)圖;課程組對應(yīng)主講內(nèi)容,制作課程PPT近1300張,配套文本約19萬字;同時(shí)設(shè)置隨堂練習(xí)題10套,單元習(xí)題8套、期中和期末試卷及考研模擬真題20套,共計(jì)1600余題。在線課程2017年上線之初,便受到了同行和學(xué)習(xí)者的好評,并在第一年順利通過了“SPOC課程與學(xué)期”階段,進(jìn)入正式建設(shè)階段。選課人數(shù)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(tǒng)課堂,利用每章課程結(jié)束前15分鐘對上課學(xué)生進(jìn)行隨堂測試,及時(shí)掌握授課效果。同時(shí),積極利用平臺討論區(qū),及時(shí)解答學(xué)生疑問,教師討論話題900余條,學(xué)生參與回復(fù)5900余條,隨著課程建設(shè)不斷推進(jìn),課程中討論的主題數(shù)量及評論數(shù)量逐年增加,見圖2(b)。通過對熱點(diǎn)問題的互動交流,增強(qiáng)學(xué)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(shí)驗(yàn)建設(shè),助力學(xué)生感受高階實(shí)驗(yàn)

高校實(shí)驗(yàn)課程是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。長期以來,由于受到實(shí)驗(yàn)成本、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)室空間等客觀條件限制,本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研工作要求嚴(yán)重脫節(jié)。針對教學(xué)中“做不到”“做不好”“做不了”“做不上”的實(shí)驗(yàn),生化教學(xué)團(tuán)隊(duì)借助近年興起的Unity3D仿真模擬手段[5-7],依托當(dāng)下生物化學(xué)領(lǐng)域最為熱門的CRIPSR/Cas9基因編輯技術(shù)[8-9],設(shè)計(jì)并建成了生物化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)“基于CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)的玉米定向種植改良虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”(課程網(wǎng)址為www.ilab-x.com/details/v5?id=5192&isView=true)。通過實(shí)地取景,教師現(xiàn)場演示,計(jì)算機(jī)3D模擬配合pbr(physicallybasearenating)材質(zhì)和高光法線貼圖,完美再現(xiàn)了CRISPR/Cas9基因編輯靶點(diǎn)設(shè)計(jì)、重組載體構(gòu)建,大腸桿菌轉(zhuǎn)化、玉米幼胚侵染及組織培養(yǎng)再生等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。此實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)先后制作網(wǎng)頁版軟件5個,本地版軟件12個,編寫腳本近12萬字。最終實(shí)現(xiàn)通過35步人機(jī)交互操作,以高于40幀/秒的流暢畫質(zhì)(見圖3),最大程度模擬實(shí)驗(yàn)室真實(shí)操作體驗(yàn)。課程開設(shè)以來,來自全國各個高校累計(jì)10919人觀摩了實(shí)驗(yàn),1222人直接參與實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)通過率達(dá)到99.7%,其中670人參與課程評分,得分4.9分(滿分5分)。該實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè),極大改善了本科實(shí)驗(yàn)相對滯后和簡單的弊端,幫助學(xué)生親身體驗(yàn)生物化學(xué)前沿技術(shù),提升對生物化學(xué)學(xué)科及生物學(xué)科學(xué)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(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺建設(shè),提升學(xué)生綜合科研素養(yǎng)

合格的生物學(xué)領(lǐng)域?qū)I(yè)人員需要具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)技能,優(yōu)秀的科學(xué)技術(shù)人才則需要開闊的學(xué)術(shù)視野和濃厚的科研興趣。為滿足學(xué)生在課堂之外對生物化學(xué)知識的渴求,教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)了基于課堂內(nèi)容之上的進(jìn)階教學(xué)服務(wù)平臺———河南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物化學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(見圖4)。此網(wǎng)絡(luò)課程包括“進(jìn)步教程”“實(shí)驗(yàn)技術(shù)”“三點(diǎn)一測”和“專業(yè)拓展”模塊,基于基礎(chǔ)理論和基本實(shí)驗(yàn),普及一線科研常規(guī)研究技術(shù)理論與操作流程,實(shí)現(xiàn)本科教學(xué)與研究生實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合?！皩I(yè)拓展”部分為學(xué)習(xí)者提供了包括專業(yè)軟件、專業(yè)機(jī)構(gòu)、專業(yè)網(wǎng)站及專業(yè)期刊等大量專業(yè)擴(kuò)展信息,囊括了絕大部分專業(yè)領(lǐng)域權(quán)威信息的獲取渠道。對于學(xué)生走出書本,以更加開闊的視野去認(rèn)識所學(xué)專業(yè)具有重要意義。隨著近年來移動網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展,移動互聯(lián)終端使用頻率逐步提高,因此,基于移動終端的在線學(xué)習(xí)平臺大量涌現(xiàn)。微信公眾號依托社交平臺“微信”客戶端,開展人人互動、人機(jī)互動乃至機(jī)器之間互動,成為當(dāng)下社會知識傳播的重要途徑之一[10-11]。生化教學(xué)團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)確把握這一發(fā)展趨勢,迅速建立生物化學(xué)移動客戶端學(xué)習(xí)平臺———“生化之窗”微信公眾號(gh_2ab4f82f2485)。公眾號包括“實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)”“網(wǎng)絡(luò)公開課”和“專業(yè)前沿”模塊,分別從實(shí)驗(yàn)、理論和拓展三方面為學(xué)習(xí)者及時(shí)推送有價(jià)值的學(xué)習(xí)信息,充分發(fā)揮移動互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢,真正實(shí)現(xiàn)“一機(jī)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(xué)信息化建設(shè)做出指示,連續(xù)印發(fā)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020年)》和《教育信息化“十三五”規(guī)劃》等相關(guān)文件[12-13]。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”成為社會發(fā)展趨勢,“雙萬計(jì)劃”成為教學(xué)改革的風(fēng)向標(biāo),建設(shè)“線上線下混合式金課”已經(jīng)逐漸成為新時(shí)期課程建設(shè)和改革的重要舉措。河南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物化學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)為助力全國高等院校深化教育改革,立足自身教學(xué)特色,探索線上線下混合式教學(xué)模式,打造依托中國大學(xué)MOOC、實(shí)驗(yàn)空間、微信公眾號等多級開放式公共平臺及學(xué)院門戶網(wǎng)站,以“夯實(shí)理論基礎(chǔ),提升實(shí)驗(yàn)技能、拓寬科研視野”為建設(shè)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(bǔ)充,在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,拓寬學(xué)生的視野,促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性,實(shí)現(xiàn)教與學(xué)互動,提高學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量方面發(fā)揮重要的作用。本教學(xué)團(tuán)隊(duì)在基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的生物化學(xué)課程建設(shè)中積累了大量的經(jīng)驗(yàn),同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了諸多問題。如課程建設(shè)支撐平臺相對較少,課程平臺功能完善、內(nèi)容更新、互動版塊回復(fù)、公眾號定期維護(hù)等工作需要課程團(tuán)隊(duì)投入大量的時(shí)間和精力,而現(xiàn)行高等教育教師考核機(jī)制某種程度制約了線上課程高質(zhì)量發(fā)展,導(dǎo)致大量線上課程曇花一現(xiàn),造成了教育資源的浪費(fèi),偏離了建設(shè)優(yōu)質(zhì)教育資源的初衷。線上課程在知識傳播中的價(jià)值,已經(jīng)被發(fā)達(dá)國家無數(shù)成功案例證實(shí)[14-15],隨著我國互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展,線上課程建設(shè)也勢在必行。搭建與課程建設(shè)相關(guān)的優(yōu)質(zhì)平臺,完善教育教學(xué)管理體系才能促進(jìn)“生物化學(xué)”在內(nèi)所有在線課程高質(zhì)量且可持續(xù)發(fā)展,實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源開放共享。

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作者：王瀟然  單位：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)