基于融合科研案例的《动物生物化学》混合式教学改革与实践

李 妍，刘康平，张建楼，李俊杰，刘玉芝

（1.河北农业大学动物医学院，河北保定 071000；2.河北农业大学动物科技学院，河北保定 071000）

教学和科研是高等教育的核心任务，用科技驱动教育创新是培育当代高素质创新型人才的重要手段。依据《国务院办公厅关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》（国办发〔2015〕 36 号）精神，应通过“双创”教育改革，增强学生的创新精神、创新意识和创新创业能力。经过高校大力推进创新创业教育改革，学生对“双创”产生了浓厚的兴趣。然而，在畜牧兽医学科的“双创”教育实践中发现，由于本科生尚未建构完整的专业知识体系，对行业前沿进展知之甚少，导致立项与实践脱轨、实操性不足、科技含量低等痛点问题[1]。可见，由于缺乏有效的课程载体为依托，“双创”教育面临理论与实践的断层，教育模式亟需改变。因此，以科研创新为导向，在教学中融入科研案例，通过科研反哺教学，有助于学生掌握本学科的前沿进展、行业需求和相关科研方法，了解理论知识向应用转化的科研实例，启发学生实践性和创新性思维[2]。通过教学和科研、理论和实践有机融合，对本科生进行科研创新思维训练，为培育“双创”人才打下坚实基础。

1 《动物生物化学》 课程的特点、教学内容和现状

《动物生物化学》 是动物医学、动物科学、动物药学等专业重要的必修课程，具有知识点多、内容抽象、理论性强和知识体系复杂的特点。其内容主要包括蛋白质、核酸、糖类、脂类和维生素的结构与功能；糖类、脂类、氨基酸及核苷酸的合成、分解和代谢转变过程及生物氧化；DNA、RNA 和蛋白质的生物合成及基因表达的调控[3]。作为重要的专业基础课程，《动物生物化学》 是学生后续学习动物营养学、动物病理学、兽医药理学、动物遗传学等课程的理论基础，是畜牧学和兽医学学科学生考研的必考科目之一，也是国家执业兽医资格考试的必考内容[4]。

依据河北农业大学动物医学、动物科学、动物药学和中兽医等专业人才培养方案，《动物生物化学》 的授课对象是大学二年级学生，开课时间在第一学期。学生处于刚刚完成公共基础课的学习，开始接触专业课程的转折时期。动物生物化学知识体系复杂，教师力求在48 学时内讲授每一个知识细节，因此通常采用以“灌注式”的传统教学方法，忽略了理论联系实践的重要性，学生普遍反映对复杂问题的理解不够透彻。同时，由于学生缺乏对本学科前沿进展和行业需求的了解，缺乏运用所学知识解决实际问题的能力，出现了理论知识向实践应用过渡的知识断层，因此以创新创业教育为导向的《动物生物化学》 课程教学改革势在必行。

2 融合科研案例的教学设计

2.1 基于RBL 的课前教学活动设计

基于以科研为基础的学习模式（Research-Based Learning，RBL），笔者所在课程组设计了课前阅读综述的教学活动。文献综述通常是对某一领域研究进展的详细梳理和总结，其中既包括基础知识概述，也列举了针对某一知识点的具体科研案例。由于大学二年级学生尚未进行专业课系统学习，自主阅读英文文献具有一定难度，因此一般由任课教师选取在中文核心期刊发表的近5 年的文献综述。教师在线上课程平台发布文献综述，提出阅读问题，要求学生以问题为导向分组进行预习、讨论和总结，课上再进行翻转课堂汇报。学生可通过阅读文献综述，提前了解核心知识点的应用，熟悉该领域的行业发展动态，启发创新思维，激发学习兴趣。教师在科技大背景下展开知识点的理论讲授，帮助学生深入理解。

以脂代谢一章为例的课前教学活动方案：脂代谢包括甘油三酯的氧化和合成，类脂的来源、去路和代谢转变，内容抽象、枯燥，知识点分散、复杂。因此，为了提前帮助学生理解脂类代谢在畜牧兽医领域的重要研究意义，教师提前选取文献并通过课程平台发布，全班分为2 组，第1 组同学阅读《脂肪营养在动物生产中的应用研究进展》[5]，完成以下预习任务：①依据脂肪酸分子的碳链长度、不饱和度、双键位置及来源总结归纳脂肪酸的分类及生理作用；②依据生产实践，分别举例说明脂肪营养如何影响生猪、家禽和牛的生长性能及肉、乳质量。第2 组同学阅读《牛肉品质及其影响因素研究进展》[6]，完成以下预习任务：①从脂肪含量、脂肪酸含量和脂肪酸组成等方面阐述牛肉的营养价值；②从营养水平、饲养方式和应激等方面这些因素如何通过脂肪代谢调控影响牛肉品质；③举例说明如何通过调控脂肪代谢改善牛肉品质。各组同学通过认真阅读文献，进行组内讨论并准备10 分钟以内的PPT 汇报。课上利用翻转课堂（即课堂变成了教师学生之间和学生与学生之间互动的场所，包括答疑解惑、合作探究、完成作业等），各组同学按照预习任务进行PPT 汇报，经讨论、质疑、解答等环节，充分了解脂类代谢在畜牧兽医领域的应用，并带着问题进行下一步理论课的学习。虽然每位同学课下仅阅读了1 篇文献，但通过组间的相互聆听和学习，对2 篇文献均有了解，部分同学甚至自行查阅其他相关文献丰富汇报内容，激发了学生的学习兴趣，达到了事半功倍的效果。

2.2 融合科研案例的课堂教学活动设计

教师通过在课堂上精讲1 篇科研论文，帮助首次接触科研的大学二年级学生形成完整的科研思路，训练逻辑思维。教学活动安排在课程重点内容讲授完成后，基于以问题为导向的教学模式（Problem-Based Learning，PBL）[7]，提出待验证的科学问题，引导学生做出合理假设，广泛阅读文献，分组讨论试验实施方案，对研究背景、科学假说、试验方案和预期结果予以阐述，每人形成一份类似于科研项目申请书。课上，教师精讲一篇针对上述科学问题的高水平英文文献，介绍学科发展前沿，分析科学假说的提出，学习研究思路和研究方法，并对试验结果进行讨论。通过研读学术论文的形式，帮助学生比较英文文献和自己试验设计方案的不同之处，掌握科研方法和思路，了解学科前沿进展，形成创新源动力。

以三羧酸循环为例，教师联系智慧农业介绍“猪脸识别系统”对猪群个体的识别和运动能力的记录，强调饲养目标从“200 斤猪”向“200公里猪”的转变，通过这些前沿进展激发学生的学习兴趣，引出通过提高猪群运动能力改善猪肉品质的重要作用。已有研究发现，长时间的运动可引起动物体内琥珀酸水平显著提高。进而引导学生思考，作为三羧酸循环的重要中间代谢产物，在饲粮中添加琥珀酸会如何影响猪的生产性能？引导学生做出合理的科学假设即“日粮添加琥珀酸可提高猪的生产性能”，并广泛查阅相关文献，并写出一份验证该假设的试验设计报告。1 周后，在课堂上，教师精讲代表性文献《Succinate induces skeletal muscle fiber remodeling via SUCNR1 signaling》[8]。首先，结合文章的研究背景，介绍如何从关键词“琥珀酸”延伸找到关键词“肌纤维”，总结创新点是如何交叉产生的，基于创新点如何进行合理的科学假设。其次，介绍该文献的试验设计，包括模式动物小鼠的选择，如何进行分组，组内设置生物学重复和组间设置对照。再次，分析该文献的研究方法和研究结果，对比科学假设，讲解最终得到的生物学模型。通过文献精读，学生再次审视自己的试验设计报告，进行修改和完善后提交，并计入平时成绩。通过在课堂教学中融合科研案例，可以帮助学生凝练科研思路，开拓多学科交叉碰撞的创新思维，解开课本的束缚，有助于深化对重点知识内涵的理解和认知。

2.3 基于PBL 的实验课教学设计

为了形成完整的融合科研案例的《动物生物化学》 教学体系，对实验课也进行了基于PBL 的教学设计，将学生在理论课课堂上学到的科研思维运用到实验课上，巩固科研思维，形成完整闭环。实验课开课前1 周，将预习思考题发布到线上课程平台，以问题为导向，循序渐进地引导学生逐步思考实验原理，提出待验证的科学问题，并做合理的实验设计。以“唾液淀粉酶活性的测定实验”为例，课前思考题第1 题为“一定条件下，酶促反应速率可以反映酶活性，都有哪些因素影响酶促反应速率？”，引导学生思考改变哪些实验条件可以影响唾液淀粉酶活性；第2 题为“什么叫做最适温度？画出酶促反应速率随温度变化的曲线？”，引导学生思考在极端温度和适宜温度下酶活性是如何变化的；第三题为“设计一个实验，证实唾液淀粉酶活性随温度的变化并符合画出的上述曲线”，引导学生理解单一变量的实验设计，以及设置对照组的原则。实验课上，由同学分组讲解思考题，其他组同学互动提问，培养学生的批判性思维。教师鼓励创新，并通过讨论的形式进行点评，最终形成最优实验方案。通过科研实践，深化学生科研思维的形成。

另外，通过实验课，鼓励学生完成基于应用探索的创新型实验报告。实验课结束后，要求学生查找并阅读1 篇使用了该实验方法的本学科范畴的学术文献。在实验报告中，写明自己的实验步骤，分析与文献报道实验步骤的异同，以及各自优缺点；总结该实验方法在该文献中的应用，延伸和发散思维，讨论该方法还可以在实践中应用于其他哪些方面。以“RNA 的提取”实验为例，学生在完成实验后，教师引导学生利用关键词，如“RNA 的提取”、“原核表达”、“基因表达”、“免疫”等进行文献检索，查找使用了RNA 提取的本专业领域相关文献，比较进行RNA 提取的样品与本实验课使用的细胞有何不同，进而比较提取步骤的异同，分析每一步骤发挥的作用。同时，将“RNA 提取”实验融入科研应用和生产实践进行探讨，总结提取动物细胞RNA 的目的是什么，其后续的试验步骤如何操作，可以用来验证什么科学问题，如病原检测、基因表达分析等。通过文献查找、阅读和总结，完成1 份基于应用探索的创新型实验报告，深入了解RNA 提取的目的、意义和应用价值，为今后在科研创新训练中熟练运用打下坚实基础。《动物生物化学》 实验中的许多实验内容，例如SDS 聚丙烯酰胺凝胶电泳、血糖的测定等常规实验都可通过融合科研案例的教学方式，帮助学生举一反三。做到不局限于课本，不局限于实验室，不局限于单一实验，真正的理解实验在生产实践中如何应用以及怎么应用。

3 融合科研案例式教学的效果

3.1 融合科研案例式教学对学生的积极影响

在《动物生物化学》 课程中融合科研案例，是从以知识为主题的课程体系向以学生为中心的教学模式的转变，可提高学生的学习兴趣和课堂参与度。首先，通过融合科研案例，将枯燥的理论知识转化成了生动的生产实践案例，深化了对课程知识点的理解。其次，课前泛读综述、课上精读研究型论文和实验课后的论文剖析，可帮助学生初步掌握科研选题的思路和研究方案的设计，一方面为学生开展创新创业实践打开思路，另一方面，帮助学生了解自己的兴趣所在，为今后的学习和工作提供方向。最后，融合科研案例的教学培养了大学二年级学生检索文献的技巧和阅读科研论文的能力，帮助学生初步了解科研论文的结构，通过撰写实验设计报告练习学术论文的写作方法，弥补了科技写作教育中的不足。学生通常在大学四年级毕业实习时才开始查阅文献，毕业论文的写作更是举步维艰，提前培养学生查阅文献的习惯和科技写作的能力，有助于提高学生的科研素养。

3.2 融合科研案例式教学对教师的驱动作用

教学可为教师的科研提供理论基础，科研则是开拓教学思路的源动力。首先，融入科研案例式教学，要求教师广泛阅读本专业的最新文献和前沿进展，不断更新科研和理论知识，才能紧密联系行业发展动态，巧妙的将高水平科研案例及最新的行业前沿进展融入到课程教学中，驱动教师不断提高自身科研能力。其次，教师需要不断研究教学方案，将科研实践与课本中的理论知识相结合，筛选适合融合科研案例的知识点，优化以问题为导向的启发式教学，不断提高教学质量。最后，学生的反馈也是教师不断进步的驱动力之一。大学二年级学生的思维尚未被复杂的知识体系所禁锢，学生的课堂汇报、有关科研问题的探讨以及思考问题的角度，都可以成为点亮教师科研灵感的火花，帮助教师开拓思路，共同进步。

4 小结

在融合科研案例的教学改革过程中，还需要探索最佳教学模式。科研在教学中活动的频率既要达到锻炼学生的效果，也不能过于频繁，增加学生负担，引起逆反心理。适度加大科研教学活动参与度在课程考核中所占的比例，明确其所占分值，可以提高学生参与的积极性和完成作业的质量。

科研是创新的驱动力，融合科研案例的《动物生物化学》 教学模式可以帮助学生夯实理论基础，形成科研思维，培养创新创业能力；帮助教师提高科研水平，优化教学方案，开拓科研思路。科研反哺教学将成为教学改革中的新趋势，我们应坚定改革步伐，通过恰当的教学方式，激励学生将被动学习转化为主动学习。利用线上教学平台，把《动物生物化学》 打造成一门趣味性强、应用性高和广受学生喜爱的专业基础课程。