區(qū)曉陽 李莉梅 歐陽樂軍

摘要：酶工程是一門新興的、發(fā)展迅速的生物學(xué)科課程，學(xué)習(xí)內(nèi)容主要是酶的生產(chǎn)和應(yīng)用，是生物與食品類專業(yè)本科生在大學(xué)求學(xué)期間要學(xué)習(xí)的專業(yè)課程，是生物工程主干課以及下游課程。新時代對傳統(tǒng)的高等教育提出了新的要求，教師在“酶定向進(jìn)化”課程教學(xué)中運用以“目標(biāo)”為核心、以“問題”為導(dǎo)向的目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)模式，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神，穩(wěn)步提高課堂教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：目標(biāo)問題導(dǎo)向；酶工程；定向進(jìn)化；教學(xué)設(shè)計；教學(xué)模式

中圖分類號：G642文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1008-3561（2024）09-0021-04

基金項目：廣東石油化工學(xué)院校級課題“‘目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)模式下《酶工程》課程的教學(xué)研究與實踐”（編號：JY202344）；廣東石油化工學(xué)院人才引進(jìn)項目“改造大腸桿菌生物法合成?；撬帷保ň幪枺?020rc046）；廣東石油化工學(xué)院校級改革研究項目“基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的生物工程專業(yè)一體化實踐教學(xué)體系重構(gòu)研究”（編號：2021 JY10）

酶工程課程涉及酶的生產(chǎn)、改性和應(yīng)用，旨在加深學(xué)生對酶工程課程理論知識的理解，使學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論知識和基本技能，提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生知識的轉(zhuǎn)化和拓展，幫助學(xué)生掌握前沿生物技術(shù)，培養(yǎng)富有創(chuàng)新精神且實踐動手能力強的高素質(zhì)復(fù)合型人才。當(dāng)前，高校酶工程課程教學(xué)遇到一些問題，影響了課程教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量的提高，因此迫切需要轉(zhuǎn)變教學(xué)模式，營造良好的課堂教學(xué)氛圍，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)生獨立思考和勇于創(chuàng)新的能力，以適應(yīng)新形勢下教育的需求。本文分析當(dāng)前高校酶工程課程教學(xué)遇到的問題，并從幾個方面探討目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)模式在高校酶定向進(jìn)化教學(xué)中的應(yīng)用思路。

一、當(dāng)前高?！懊腹こ獭闭n程教學(xué)遇到的問題

課程是人才培養(yǎng)的核心要素，是教育最微觀的問題[1]。教學(xué)模式和教學(xué)理念會直接影響課程教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，并影響學(xué)生對知識的掌握程度。當(dāng)前，傳統(tǒng)的酶工程課程教學(xué)存在以下問題。

1.學(xué)生基礎(chǔ)知識薄弱

不同省份高考模式不一樣，以廣東省為例，近年來采用的是3+1+2新高考模式[2]。這使得已報考生物學(xué)專業(yè)的學(xué)生在高中階段沒有系統(tǒng)深入地學(xué)習(xí)生物學(xué)課程，只是完成所要求的部分學(xué)習(xí)內(nèi)容并通過學(xué)業(yè)水平考試。所以，這部分學(xué)生的生物基礎(chǔ)知識比較薄弱，學(xué)習(xí)困難較大，并因畏難情緒而失去學(xué)習(xí)的興趣。

2.知識點抽象，課堂授課枯燥乏味

生物相關(guān)知識大部分都涉及生物大分子或者單體如氨基酸、核苷酸，知識內(nèi)容都是比較抽象難懂的。而一些教師采用的教學(xué)方式比較單一，常將大量的精力放在純理論知識的講解上，很少考慮學(xué)生對知識點的掌握情況，導(dǎo)致知識傳授趣味性低，課堂氣氛枯燥沉悶。

3.課程內(nèi)容廣泛，學(xué)生接受程度差

酶工程是一門涉及酶生產(chǎn)和應(yīng)用的專業(yè)課程，學(xué)科內(nèi)容具有交叉性和綜合性，涉及生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)等知識點，內(nèi)容非常廣泛。這對缺乏相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)知識的學(xué)生而言，學(xué)習(xí)起來具有很大的難度，接受程度較差。

4.考核方式單一，難以體現(xiàn)真實水平

考核是保障教學(xué)和人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)避免千篇一律的考核方式[3]。但部分高校的酶工程課程考核采用課程期末考試與平時成績相結(jié)合的方式，考核方式比較單一，缺乏對學(xué)生創(chuàng)新思想、工程能力、自主學(xué)習(xí)積極性、學(xué)習(xí)成果的考量。

二、目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)模式概述

鑒于高校酶工程課程教學(xué)遇到的問題，尋求新型教學(xué)模式以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機與學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率，就顯得十分必要和重要。實踐證明，目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)模式是一種非常適合酶工程課程的教學(xué)模式。廣東石油化工學(xué)院是廣東省高水平理工科大學(xué)建設(shè)單位之一，為華南地區(qū)唯一一所石油化工特色本科高校、教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”試點高校。目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)模式是廣東石油化工學(xué)院首次提出的一種全新教學(xué)模式，是對教育教學(xué)改革的又一概念性創(chuàng)新式的探索和實踐。該教學(xué)模式的核心要義是基于專業(yè)目標(biāo)、課程目標(biāo)及課堂目標(biāo)三大目標(biāo)來設(shè)計基本問題、重點問題、難點問題、應(yīng)用問題和拓展問題五大問題[4]。目標(biāo)具有導(dǎo)向功能，明確了教學(xué)活動的方向性，指明教學(xué)活動的實施要達(dá)到什么樣的結(jié)果。問題是關(guān)鍵，設(shè)計的五大問題是互相關(guān)聯(lián)、遞進(jìn)式的，從追求因果性轉(zhuǎn)向追求相關(guān)性，從簡單思維到復(fù)雜思維，涵蓋學(xué)生學(xué)習(xí)的全過程[5]。把目標(biāo)要求轉(zhuǎn)化為問題體系，綜合專業(yè)知識、創(chuàng)新邏輯思維、專業(yè)技能教學(xué)方法，可以有效地指導(dǎo)和支配教學(xué)過程的設(shè)計和教學(xué)實踐活動，充分調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的邏輯思維能力，在問題的探索和解決過程中實現(xiàn)最終的人才培養(yǎng)目標(biāo)。

目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)倡導(dǎo)以問題為導(dǎo)向組織教學(xué)，是以探究為主的教學(xué)模式。具體來說，是指教學(xué)過程基于問題導(dǎo)向，以學(xué)生自主學(xué)習(xí)、思考和合作討論為前提，以學(xué)生原有知識、文化水平或思維方式為參照對象，通過問題設(shè)計、自主學(xué)習(xí)、課堂講授、答疑解惑、研討交流來主導(dǎo)教與學(xué)，為學(xué)生提供自由表達(dá)、質(zhì)疑、探究、討論問題的機會，讓學(xué)生通過個人、小組等多種途徑解難釋疑，在解決目標(biāo)問題的同時掌握課程知識要點，充分體現(xiàn)“以教師為引導(dǎo)，以學(xué)生為中心”的教育理念[6]。該模式力求破解當(dāng)前課堂教學(xué)普遍存在的教學(xué)目標(biāo)不清晰、問題意識不凸顯、教學(xué)設(shè)計少、教與學(xué)脫節(jié)等問題和困境。目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)模式強調(diào)以學(xué)生為主體，要求學(xué)生圍繞問題自主預(yù)習(xí)、查閱資料、互相討論，教師在組織教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生帶著問題去掌握知識點，應(yīng)用和拓展知識，這樣能提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、探索創(chuàng)新能力、分析解決問題能力、思維能力和實踐能力。目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)模式彌補了傳統(tǒng)講授式教學(xué)模式的不足，將教師的角色轉(zhuǎn)變?yōu)閭鞯?、授業(yè)、解惑者，將學(xué)生由被動的知識接收者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)的探究者，注重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)邏輯思維和創(chuàng)新思維，真正落實了教育部提出的“四個回歸”教育理念[7]，能夠進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生核心能力，并致力于培養(yǎng)思想健全，基礎(chǔ)扎實，分析問題能力強、解決問題能力強、實踐能力強，具有創(chuàng)新精神的應(yīng)用技術(shù)型人才。

三、目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)模式在高?！懊腹こ獭苯虒W(xué)中的應(yīng)用思路

課前教學(xué)準(zhǔn)備是課堂教學(xué)的前提，也是保證教學(xué)實施和教學(xué)質(zhì)量至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。本課程目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)模式是以酶工程專業(yè)人才為培養(yǎng)目標(biāo)，要求教師提前備好課，熟悉理解課程內(nèi)容，吃透所選用的教材，分析教材的特點，了解學(xué)生現(xiàn)有的知識水平與對課程內(nèi)容的掌握情況，總結(jié)歸納哪些知識點學(xué)生易懂，哪些知識點學(xué)生難懂，并根據(jù)目標(biāo)問題引導(dǎo)學(xué)生解惑及掌握難懂的知識，將重點問題和難點問題在課堂上講透、講活。對于抽象的知識點，教師可通過線上資源平臺的圖像和視頻，加深學(xué)生對知識的理解和記憶。教師要利用課堂提問、線上做題、在線討論等方法了解學(xué)生掌握知識的情況，讓學(xué)生將疑惑之處在課堂上提出來，發(fā)揮好“授業(yè)”和“解惑”的作用，提高學(xué)生對知識點的掌握能力，進(jìn)而提高課堂教學(xué)效率。

基于目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)模式，圍繞三大教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計五類循序漸進(jìn)的目標(biāo)問題，使教師的知識傳授由淺入深，符合學(xué)生的學(xué)習(xí)邏輯思維，順應(yīng)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，能夠培養(yǎng)學(xué)生帶著問題去學(xué)習(xí)的習(xí)慣，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。這種教學(xué)模式不但能激發(fā)學(xué)生的自主思考、自主學(xué)習(xí)興趣，而且能提高學(xué)生的課堂參與度和學(xué)習(xí)效率，達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。下面，以“酶定向進(jìn)化”為例，基于目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)模式設(shè)計目標(biāo)問題。

1.基本問題

學(xué)生對課程知識的掌握應(yīng)由淺入深、循序漸進(jìn)，教師在課前可在“雨課堂”推送基礎(chǔ)問題，該類問題是學(xué)生一看就會、一聽就懂的基礎(chǔ)知識，無須教師過多贅述。課前，教師可將教學(xué)的基本問題與學(xué)生已有的知識背景或生活經(jīng)驗相結(jié)合，通過“雨課堂”向?qū)W生推送基本問題和相關(guān)內(nèi)容的視頻，讓學(xué)生根據(jù)基本問題結(jié)合視頻介紹對書本的知識內(nèi)容進(jìn)行自主預(yù)習(xí)，獲取知識學(xué)習(xí)的主動權(quán)，提升發(fā)現(xiàn)問題的能力。這樣，能使學(xué)生在課前就對課程內(nèi)容有初步的了解，掌握基礎(chǔ)的概念和技術(shù)，在此基礎(chǔ)上更深入地學(xué)習(xí)。視頻視覺的沖擊，能消除學(xué)生單一閱讀文字教材所產(chǎn)生的枯燥情緒，避免失去學(xué)習(xí)熱情。除此之外，在基本問題的拋磚引玉下，學(xué)生自主預(yù)習(xí)，帶著問題去看書本，主動查閱相關(guān)文獻(xiàn)，了解科研動態(tài)，能在加深鞏固基礎(chǔ)知識點的同時發(fā)掘出對科研方向的興趣。以酶工程的“酶定向進(jìn)化”章節(jié)為例，教師可提前設(shè)計好以下基本問題。1）何謂酶定向進(jìn)化？有何特點？2）突變基因定向選擇的基本過程是什么？通過“雨課堂”線上推送給學(xué)生，讓學(xué)生利用課余時間通過看書或上網(wǎng)預(yù)習(xí)完成線上基礎(chǔ)問題的測試，掌握基本概念和技術(shù)。

2.重點問題

基本問題通過“雨課堂”課前推送，能起到拋磚引玉的作用，讓學(xué)生課前進(jìn)行自主預(yù)習(xí)，初步了解課程的基礎(chǔ)問題，對課程內(nèi)容有一定的認(rèn)識和見解，并從中引出課程的重點問題。準(zhǔn)確把握教學(xué)重點問題，是有效提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到學(xué)生對其他問題的理解，對整章節(jié)內(nèi)容知識構(gòu)架的理解和貫通有著至關(guān)重要的作用。教師在課堂上要詳細(xì)講解該類問題，并在此基礎(chǔ)上通過“雨課堂”相關(guān)試題的推送，檢測學(xué)生對重點問題的掌握和理解程度，對試題進(jìn)行歸納總結(jié)，再對試題設(shè)計的重點問題進(jìn)行解析，以加深學(xué)生對重點問題知識點的了解和鞏固。課中?？赏ㄟ^“雨課堂”推送以下重點問題。1）易錯PCR技術(shù)進(jìn)行體外基因突變的主要過程是什么？2）突變基因的高通量篩選技術(shù)主要有哪些？各有何特點？

3.難點問題

隨著課堂教學(xué)的深入推進(jìn)，學(xué)生在掌握了基本問題和重點問題的基礎(chǔ)上提出課程的難點問題，這類問題比較復(fù)雜且不易被學(xué)生理解和掌握。要讓學(xué)生突破難點問題，教師就需要提高問題設(shè)計的技巧性，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合基本問題和難點問題進(jìn)行自主思考、自主分析，并結(jié)合老師對重點問題的詳細(xì)講授，有效掌握難點知識。除此之外，學(xué)生可以分組對難點問題進(jìn)行充分的討論，互相交流10分鐘，集思廣益，積極表達(dá)對難點問題的想法。然后，教師發(fā)布根據(jù)重點問題設(shè)計的在線作業(yè)，對學(xué)生答題結(jié)果進(jìn)行歸納總結(jié)，并將學(xué)生仍未掌握的難點問題詳細(xì)講授清楚，使學(xué)生接受難點問題所涵蓋的知識點，對難點問題有深刻的理解。這樣，可以培養(yǎng)學(xué)生獨立思考能力、團(tuán)隊協(xié)作能力、語言組織能力、表達(dá)能力、分析問題和解決問題的能力。課中?？赏ㄟ^“雨課堂”推送以下難點問題。1）DNA重排技術(shù)的主要過程是什么？2）基因家族重排技術(shù)與DNA重排技術(shù)的異同如何？

4.實踐問題

將課堂教授的理論知識與應(yīng)用實踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識解決實際問題的能力，這是培養(yǎng)專業(yè)型綜合人才所需要實現(xiàn)的教學(xué)目標(biāo)。酶工程是一門理論性、應(yīng)用性很強的專業(yè)課程，要求學(xué)生掌握理論知識之后，要有很強的知識應(yīng)用能力，并應(yīng)用于實踐生產(chǎn)或者科學(xué)研究。為了使學(xué)生更直觀地了解酶工程知識的實踐應(yīng)用，教師可通過“雨課堂”推送工程實例視頻，以視覺信息進(jìn)行直觀教學(xué)，這符合當(dāng)代大學(xué)生的心理特點，能讓學(xué)生更容易理解和接受，并了解具體知識點的應(yīng)用范圍和具體實踐操作方法。然后，在教師的問題引導(dǎo)下，學(xué)生可互相討論，結(jié)合自己對知識點的了解，大膽分享知識點的應(yīng)用領(lǐng)域和實踐方法，明白“做什么，為什么做，怎么做，做成什么樣”的核心邏輯問題。這樣，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力、語言組織能力、團(tuán)隊協(xié)作能力，而且可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，強化學(xué)生對知識的運用能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識。課中，可通過“雨課堂”推送以下實踐問題。1）舉例說明酶定向進(jìn)化技術(shù)的應(yīng)用，如改進(jìn)酶的催化特性（催化效率、穩(wěn)定性、底物特異性）。2）酶的定向進(jìn)化開創(chuàng)者弗朗西斯·阿諾德是如何開展“酶定向進(jìn)化”研究的？

5.拓展問題

拓展問題是推進(jìn)學(xué)生開展探究性問題研究的有效載體，為拓展學(xué)生的知識應(yīng)用，教師可在課后通過“雨課堂”推送拓展問題，要求學(xué)生結(jié)合自己的知識面、生活經(jīng)驗、閱讀理解思考“酶定向進(jìn)化”可以延伸應(yīng)用到哪些最新技術(shù)領(lǐng)域。這樣，可以讓學(xué)生了解酶工程的“酶定向進(jìn)化”的前沿技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域，鍛煉學(xué)生的思辨能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)思維，激發(fā)學(xué)生對該課程的興趣，促進(jìn)學(xué)生積極投身于國家有關(guān)生命科學(xué)的前沿技術(shù)研究。課后，可通過“雨課堂”推送以下拓展問題。1）人工智能重新設(shè)計合成酶。2）酶的定向進(jìn)化策略與基于計算機模擬的理性設(shè)計之間的差異。

目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)模式的五類問題環(huán)環(huán)相扣，在教學(xué)實踐中凸顯了教學(xué)目標(biāo)，涵蓋了課程的整條知識鏈，貫穿了整個教學(xué)過程。以問題為導(dǎo)向組織開展線上線下教學(xué)，可以大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動性，活躍課堂學(xué)習(xí)氛圍，提升教學(xué)質(zhì)量，有效實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，為培養(yǎng)新型綜合專業(yè)應(yīng)用型人才提供可靠的實踐指導(dǎo)。

四、結(jié)語

綜上所述，基于目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)模式的高?！懊腹こ獭闭n程教學(xué)改革的探索與實踐，能夠改變傳統(tǒng)課程教學(xué)方式，解決現(xiàn)存問題，針對學(xué)生的經(jīng)驗基礎(chǔ)和認(rèn)知特點優(yōu)化教學(xué)設(shè)計與實施，做到以教學(xué)目標(biāo)為核心、設(shè)計目標(biāo)問題為導(dǎo)向，進(jìn)而以問題引導(dǎo)學(xué)生主動思考與學(xué)習(xí)。作為高校教師，要注重探索基于目標(biāo)問題的教學(xué)，將問題貫穿于課前、課中、課后教學(xué)過程，使學(xué)生在主動獲取知識過程中建立合理的知識結(jié)構(gòu)，并通過視覺直觀教學(xué)更加深入地掌握知識點，了解其應(yīng)用實踐的案例，拓展思維。該教學(xué)模式在課堂教學(xué)質(zhì)量和課程建設(shè)方面成績突出，可以培養(yǎng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)習(xí)慣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和主動性，提高學(xué)生創(chuàng)新能力、分析問題能力、團(tuán)隊合作能力、實踐應(yīng)用能力，提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量，為社會培養(yǎng)更多高素質(zhì)的生物應(yīng)用綜合型人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]余愛華，邱榮華，趙曜.基于“雨課堂”打造“金課”的理論與實踐———以建設(shè)項目環(huán)境影響評價課程為例[J].廣東化工，2020，47（20）：201-202.

[2]朱伯舉.廣東3+1+2新高考模式與數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)視域下數(shù)學(xué)課堂的“同課異構(gòu)”[J].數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)與研究，2021（21）：88-89.

[3]李彥濤，刁瑩，于凡.高校考核方式問題研究及過程式考核模式的探索[J].教育教學(xué)論壇，2020（26）：27-28.

[4]王忠勇，許瑩婧，周如金.目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)模式的實踐與創(chuàng)新[J].黑河學(xué)院學(xué)報，2022，13（01）：75-77.

[5]單書峰，吳月松，黃偉莉.目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)理念在化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)中的實踐———多相催化反應(yīng)動力學(xué)為例[J].山東化工， 2021，50（15）：195-196+200.

[6]余成華，喬艷輝，王雅婷.淺談目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)在化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)中的應(yīng)用[J].山東化工，2021，50（14）：221-222.

[7]張建林，張洪濤.基于“四個回歸”理念的高校基層教學(xué)組織建設(shè)的關(guān)鍵因素研究[J].教育科學(xué)，2023（03）：27-30.

Research on the Application of Target Problem Oriented Teaching Model in Enzyme Engineering Teaching in Universities

———Taking "Enzyme Directed Evolution" as an Example

Qu Xiaoyang， Li Limei， Ouyang Lejun

（School of Biology and Food Engineering， Guangdong University of Petrochemical Technology， Guangdong Province， Maoming 525000， China）

Abstract： Enzyme engineering is an emerging and rapidly developing course in the field of biology， which mainly focuses on the production and application of enzymes. It is a professional course that undergraduate students majoring in biology and food need to learn during their university studies. It is the main course and downstream course of biotechnology. The new era has put forward new requirements for traditional higher education. Teachers use a goal oriented and problem oriented teaching model in the "enzyme directed evolution" course teaching， which is centered on "goals" and guided by "problems". This can stimulate students interest in learning， improve their self-learning ability， cultivate their innovative spirit， and steadily improve classroom teaching efficiency and quality.

Key words： targetproblem orientation；enzymeengineering；directed evolution； teachingdesign；teachingmodel