王瀟然， 孟凡榮， 李會(huì)強(qiáng)， 金維環(huán)， 李 濤，崔曉娜， 石永春， 王小純

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，河南 鄭州 450002)

1 “互聯(lián)網(wǎng)+”模式成為課程改革趨勢(shì)

2018年教育部發(fā)布《教育信息化2.0行動(dòng)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(tái)，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(dòng)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(jí)教學(xué)方法、滿(mǎn)足高等教育發(fā)展的探索在高等院校廣泛開(kāi)展，如中國(guó)大學(xué)MOOC、超星學(xué)習(xí)通、優(yōu)客、智慧樹(shù)、雨課堂等在線課程平臺(tái)如雨后春筍般涌現(xiàn)。在線課程平臺(tái)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(dòng)，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(duì)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(huì)需求的角度而言，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”模式下的課程改革勢(shì)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(guò)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(jiǎng)獲得者，為推動(dòng)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(zhuān)業(yè)教學(xué)中的主干專(zhuān)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(shí)傳授和前沿知識(shí)的拓展；相對(duì)滯后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，脫離一線科研實(shí)踐，無(wú)法使學(xué)生動(dòng)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(wú)法滿(mǎn)足高效互動(dòng)的需求，缺乏對(duì)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(kāi)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(kāi)放課堂(見(jiàn)圖1)，利用校內(nèi)外多級(jí)在線教學(xué)平臺(tái)，充分發(fā)揮時(shí)空自由、資源共享、系統(tǒng)開(kāi)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(guó)農(nóng)林院校本科教學(xué)。

圖1 生物化學(xué)線上課程建設(shè)思路Fig.1 The skeme on construction of biochemistry open course

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(kāi)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(yè)上，方便學(xué)生下載學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生鞏固和加深對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握。本課程建設(shè)涉及內(nèi)容14章，共1 025頁(yè)演示文稿(PPT，powerpoint)，包含課程重、難點(diǎn)的歸納總結(jié)及部分課堂知識(shí)的內(nèi)容補(bǔ)充，便利學(xué)生高效率復(fù)習(xí)總結(jié)。

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

2015年，教育部提出建設(shè)大規(guī)模開(kāi)放在線課程(massive open online course, MOOC)。中國(guó)大學(xué)MOOC是線上課程建設(shè)主要平臺(tái)，整合了大量?jī)?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(guó)大學(xué)MOOC為平臺(tái)，圍繞生物化學(xué)核心理論知識(shí)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(cè)驗(yàn)、期中期末測(cè)試及互動(dòng)討論等板塊，承擔(dān)了線下課堂之外內(nèi)容補(bǔ)充、測(cè)試檢驗(yàn)及互動(dòng)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(zhuān)注于課程內(nèi)容傳授與專(zhuān)業(yè)興趣的引導(dǎo)。

近年來(lái)，先后有14位生化教學(xué)骨干教師參與中國(guó)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(gè)授課視頻，16個(gè)常規(guī)生化實(shí)驗(yàn)視頻，累計(jì)669 min；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(duì)應(yīng)主講內(nèi)容，制作課程PPT近1 300張，配套文本約19萬(wàn)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)1 600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(píng)，并在第一年順利通過(guò)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(jiàn)圖2(a)。課程組嘗試將線上隨堂測(cè)試引入傳統(tǒng)課堂，利用每章課程結(jié)束前15分鐘對(duì)上課學(xué)生進(jìn)行隨堂測(cè)試，及時(shí)掌握授課效果。同時(shí)，積極利用平臺(tái)討論區(qū)，及時(shí)解答學(xué)生疑問(wèn)，教師發(fā)布討論話題900余條，學(xué)生參與回復(fù)5 900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(píng)論數(shù)量逐年增加，見(jiàn)圖2(b)。通過(guò)對(duì)熱點(diǎn)問(wèn)題的互動(dòng)交流，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)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(kāi)放課程”(https://www.icourse163.org/course/HENAU-1003017008)

圖2 基礎(chǔ)生物化學(xué)在線開(kāi)放課程選課人數(shù)統(tǒng)計(jì)Fig.2 The data statistic of open course basic biochemistry

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(zhǎng)期以來(lái)，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(duì)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Unity 3D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(mén)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http://www.ilab-x.com/details/v5?id=5192&isView=true)。通過(guò)實(shí)地取景，教師現(xiàn)場(chǎng)演示，計(jì)算機(jī)3D模擬配合pbr(physically basea renating)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(yè)版軟件5個(gè)，本地版軟件12個(gè)，編寫(xiě)腳本近12萬(wàn)字。最終實(shí)現(xiàn)通過(guò)35步人機(jī)交互操作，以高于40幀/秒的流暢畫(huà)質(zhì)(見(jiàn)圖3)，最大程度模擬實(shí)驗(yàn)室真實(shí)操作體驗(yàn)。課程開(kāi)設(shè)以來(lái)，來(lái)自全國(guó)各個(gè)高校累計(jì)10 919人觀摩了實(shí)驗(yàn)，1 222人直接參與實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)通過(guò)率達(dá)到99.7%，其中670人參與課程評(píng)分，得分4.9分(滿(mǎn)分5分)。該實(shí)驗(yàn)課程的開(kāi)設(shè)，極大改善了本科實(shí)驗(yàn)相對(duì)滯后和簡(jiǎn)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(duì)生物化學(xué)學(xué)科及生物學(xué)科學(xué)研究的興趣，被評(píng)為河南省首批精品虛擬仿真課程。

圖3 在線仿真模擬實(shí)驗(yàn)截圖Fig.3 The screenshot of virtual reality experiment

3.4 綜合網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)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(kāi)闊的學(xué)術(shù)視野和濃厚的科研興趣。為滿(mǎn)足學(xué)生在課堂之外對(duì)生物化學(xué)知識(shí)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(tái)——河南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物化學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)(見(jiàn)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(cè)”和“專(zhuān)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?zhuān)業(yè)拓展”部分為學(xué)習(xí)者提供了包括專(zhuān)業(yè)軟件、專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)、專(zhuān)業(yè)網(wǎng)站及專(zhuān)業(yè)期刊等大量專(zhuān)業(yè)擴(kuò)展信息，囊括了絕大部分專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域權(quán)威信息的獲取渠道。對(duì)于學(xué)生走出書(shū)本，以更加開(kāi)闊的視野去認(rèn)識(shí)所學(xué)專(zhuān)業(yè)具有重要意義(課程網(wǎng)址為http://172.31.2.223:8080)。

圖4 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物化學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)主頁(yè)Fig.4 The homepage of biochemistry online course of Henan Agricultural University

隨著近年來(lái)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展，移動(dòng)互聯(lián)終端使用頻率逐步提高，因此，基于移動(dòng)終端的在線學(xué)習(xí)平臺(tái)大量涌現(xiàn)。微信公眾號(hào)依托社交平臺(tái)“微信”客戶(hù)端，開(kāi)展人人互動(dòng)、人機(jī)互動(dòng)乃至機(jī)器之間互動(dòng)，成為當(dāng)下社會(huì)知識(shí)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(shì)，迅速建立生物化學(xué)移動(dòng)客戶(hù)端學(xué)習(xí)平臺(tái)——“生化之窗”微信公眾號(hào)(gh_2ab4f82f2485)。公眾號(hào)包括“實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)”“網(wǎng)絡(luò)公開(kāi)課”和“專(zhuān)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(dòng)互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢(shì)，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(lái)，教育部多次對(duì)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(huì)發(fā)展趨勢(shì)，“雙萬(wàn)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(guó)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(guó)大學(xué)MOOC、實(shí)驗(yàn)空間、微信公眾號(hào)等多級(jí)開(kāi)放式公共平臺(tái)及學(xué)院門(mén)戶(hù)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(dòng)性，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)互動(dòng)，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(wèn)題。如課程建設(shè)支撐平臺(tái)相對(duì)較少，課程平臺(tái)功能完善、內(nèi)容更新、互動(dòng)版塊回復(fù)、公眾號(hào)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(shí)傳播中的價(jià)值，已經(jīng)被發(fā)達(dá)國(guó)家無(wú)數(shù)成功案例證實(shí)[14-15]，隨著我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，線上課程建設(shè)也勢(shì)在必行。搭建與課程建設(shè)相關(guān)的優(yōu)質(zhì)平臺(tái)，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(kāi)放共享。