盧彥　張冬梅

摘? 要：生物化學(xué)的研究對(duì)象的復(fù)雜性和研究手段的多樣性，決定其教學(xué)的面廣、概念多、難度大。因此，新的教學(xué)改革與創(chuàng)新勢(shì)在必行。翻轉(zhuǎn)課堂是指重新調(diào)整課堂內(nèi)外的時(shí)間，將學(xué)習(xí)的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生。該文的教學(xué)團(tuán)隊(duì)引導(dǎo)學(xué)生在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中普及生物信息學(xué)工具，并以“生化集結(jié)號(hào)”為教學(xué)活動(dòng)主題，在教學(xué)實(shí)踐中對(duì)于該模式進(jìn)行一系列教學(xué)改革探索。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂；生物化學(xué)；信息技術(shù)工具；生化集結(jié)號(hào)；教學(xué)實(shí)踐

中圖分類(lèi)號(hào)：G640? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2024）18-0089-04

Abstract： The complexity of the research objects and the diversity of research methods in biochemistry determine the breadth of its teaching， many concepts and great difficulty. Therefore， new reform and innovation in teaching are imperative. A flipped classroom is a realignment of time inside and outside the classroom， shifting how to learn from the teacher to the students. With the slogan "Biochemical Assembly"， the author's teaching team guided students to popularize bioinformatics tools in the flipped classroom and carried out a series of teaching reform explorations for this model.

Keywords： flipped classroom; biochemistry; information technology tools; biochemical assembly number; teaching practice

就自然科學(xué)而論，沒(méi)有一門(mén)科學(xué)比生命科學(xué)更為復(fù)雜，更為神秘，更為與人類(lèi)自身息息相關(guān)。長(zhǎng)期以來(lái)，人們?yōu)樘剿魃M(jìn)行了不懈的努力，而生物化學(xué)就是研究生命現(xiàn)象及其本質(zhì)的一門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科。生物化學(xué)是介于生物與化學(xué)之間的一門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科，其主要是利用化學(xué)的理論和方法，研究生物的化學(xué)組成，以及生命活動(dòng)過(guò)程中的一切化學(xué)變化[1]。生物化學(xué)的研究對(duì)象的復(fù)雜性和研究手段的多樣性，決定了其教學(xué)的面廣，概念多，難度大。原有的單一課堂講授書(shū)本知識(shí)，已不能滿(mǎn)足實(shí)際的學(xué)生日益增長(zhǎng)的知識(shí)渴求和實(shí)際工作需求。因此，新的教學(xué)改革與創(chuàng)新勢(shì)在必行。

信息技術(shù)（Information science）是研究信息的獲取、傳輸和處理的技術(shù)，利用現(xiàn)代電子通信技術(shù)從事信息采集、存儲(chǔ)、加工、利用以及相關(guān)產(chǎn)品制造、技術(shù)開(kāi)發(fā)、信息服務(wù)的學(xué)科。生物信息技術(shù)（Bioinformatics technology）的特點(diǎn)就是利用信息技術(shù)，研究生物學(xué)的理論，變革生物學(xué)的技術(shù)。信息技術(shù)為生物技術(shù)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的計(jì)算工具，還有助于加強(qiáng)生物技術(shù)領(lǐng)域的各種數(shù)據(jù)庫(kù)管理、信息傳遞、檢索和資源共享等[2]。

翻轉(zhuǎn)課堂是指重新調(diào)整課堂內(nèi)外的時(shí)間，將學(xué)習(xí)的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生。在這種教學(xué)模式下，學(xué)生在課前完成一定量的自主學(xué)習(xí)，教師在課堂里更多地講授知識(shí)的難點(diǎn)，參與課堂的討論，積極與學(xué)生互動(dòng)，以及進(jìn)行習(xí)題答疑等面對(duì)面交流。翻轉(zhuǎn)課堂也有一定的局限性，例如如何調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)的積極性，如何加強(qiáng)教師在翻轉(zhuǎn)課堂上的引導(dǎo)作用。因此，選取合適的翻轉(zhuǎn)主題和內(nèi)容是生物化學(xué)課翻轉(zhuǎn)優(yōu)劣成敗的關(guān)鍵[3]?？紤]到生物信息學(xué)與生物化學(xué)學(xué)習(xí)中的密切關(guān)系，筆者的教學(xué)團(tuán)隊(duì)在翻轉(zhuǎn)課堂中選取了生物信息學(xué)工具作為翻轉(zhuǎn)課堂主題，以“生化集結(jié)號(hào)”為教學(xué)活動(dòng)標(biāo)語(yǔ)，在課內(nèi)外教學(xué)實(shí)踐中對(duì)于該模式進(jìn)行了如下探索。

一? 生物化學(xué)課程中的生物信息技術(shù)知識(shí)

從靜態(tài)分子結(jié)構(gòu)到動(dòng)態(tài)生理代謝，生物信息技術(shù)貫穿整個(gè)生物化學(xué)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“生化”）學(xué)習(xí)過(guò)程，熟練地掌握一些基本的生物信息技術(shù)工具已經(jīng)成為生化課的前序知識(shí)準(zhǔn)備[4]。為此，我們?cè)趯W(xué)期開(kāi)始之前發(fā)布課程大綱，布置相應(yīng)的預(yù)習(xí)作業(yè)，要求學(xué)生掌握基本中英文文獻(xiàn)檢索數(shù)據(jù)庫(kù)，如webofScience，能夠熟練地通過(guò)如關(guān)鍵詞、作者、摘要等主題進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，同時(shí)要求學(xué)生準(zhǔn)備生化專(zhuān)業(yè)名詞詞典。

由于生物信息技術(shù)是一門(mén)全新的邊緣學(xué)科，該課程一般作為高階課程，在高年級(jí)本專(zhuān)業(yè)學(xué)生中進(jìn)行指定選修，而大部分的學(xué)生在入門(mén)階段無(wú)法得到系統(tǒng)的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。據(jù)此，我們將生化課程中涉及的生物信息技術(shù)知識(shí)，按照其需求程度分為基礎(chǔ)生物信息技術(shù)工具和高階生物信息技術(shù)工具，基礎(chǔ)工具主要涉及信息的確認(rèn)和檢索，高階工具主要以信息的分析、歸納和再加工為主（詳見(jiàn)表1）。在實(shí)際教學(xué)中，以學(xué)科知識(shí)群為分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，融合穿插生物信息技術(shù)知識(shí)點(diǎn)。鑒于生化學(xué)時(shí)少，內(nèi)容多的特點(diǎn)，在課堂教學(xué)時(shí)段里，我們穿插介紹基礎(chǔ)生物學(xué)信息相關(guān)技術(shù)工具，鼓勵(lì)學(xué)生課前課后利用相關(guān)工具，理解、熟悉并拓展學(xué)科知識(shí)。例如，在酶學(xué)導(dǎo)論這一章節(jié)中，引入酶的經(jīng)典數(shù)據(jù)庫(kù)，幫助學(xué)生理解酶的分類(lèi)方法，同時(shí)學(xué)會(huì)查詢(xún)酶的各類(lèi)參數(shù)。而高階工具一般會(huì)作為混合式課程或翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容，供學(xué)生自學(xué)、互學(xué)。

二? 翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)例

由于高階生物信息技術(shù)知識(shí)具有分散度大、跨度廣、更新快的特點(diǎn)，普通課堂面授不能將其一一展開(kāi)。而翻轉(zhuǎn)課堂主要由學(xué)生主導(dǎo)，學(xué)生群體的信息接受面廣，流傳速度快，資源相對(duì)豐富，有利于高階技術(shù)的收集、學(xué)習(xí)和推廣。因此，我們以“生化集結(jié)號(hào)”為活動(dòng)主題，開(kāi)展了生物信息技術(shù)“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)探索。“生化集結(jié)號(hào)”要求學(xué)生：①與大家分享一個(gè)實(shí)用的生化學(xué)習(xí)或研究/軟件/在線網(wǎng)址/APP，并制作簡(jiǎn)單的PPT教會(huì)大家使用。②以微視頻或錄播PPT的形式展現(xiàn)，時(shí)長(zhǎng)不超過(guò)4分鐘，解說(shuō)詞一般不超過(guò)1 000字。在學(xué)期的前幾周，我們可以將上學(xué)期學(xué)生制作的集結(jié)號(hào)作為示范分享給學(xué)生學(xué)習(xí)，同時(shí)避免出現(xiàn)重復(fù)的集結(jié)號(hào)主題。第6周開(kāi)始收集集結(jié)號(hào)選題，并開(kāi)展一系列課外輔導(dǎo)，確保學(xué)生選題無(wú)偏差。第15—16周，主要收集集結(jié)號(hào)作品，并在網(wǎng)盤(pán)中進(jìn)行共享，投票小程序進(jìn)行學(xué)生互評(píng)，投票，選出優(yōu)秀作品。在課間，對(duì)部分有代表性的作品進(jìn)行集中播放，教師學(xué)生參與點(diǎn)評(píng)。最后，將本學(xué)期的集結(jié)號(hào)在公共網(wǎng)盤(pán)上進(jìn)行分類(lèi)整理，并繼續(xù)提供給下屆學(xué)生學(xué)習(xí)，形成良好的正循環(huán)效應(yīng)，時(shí)間軸如圖1所示。

圖2展示為2021年度集結(jié)號(hào)翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)例，圖2（b）為節(jié)選翻轉(zhuǎn)課堂優(yōu)秀作品，其中囊括了藥靶數(shù)據(jù)庫(kù)、化學(xué)物作圖軟件、蛋白質(zhì)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)等高階生物信息技術(shù)工具。同時(shí)，我們還在班級(jí)內(nèi)部展開(kāi)投票互評(píng)，選出同學(xué)們認(rèn)為優(yōu)秀的作品（圖2（a）），做到了以學(xué)生為中心的翻轉(zhuǎn)課堂。此外，老師利用課間時(shí)間選取播放的部分翻轉(zhuǎn)課堂視頻，不僅節(jié)約了課內(nèi)時(shí)間，也可以充分利用師生互動(dòng)，進(jìn)一步推廣了翻轉(zhuǎn)課堂的成效。

三? 翻轉(zhuǎn)課堂的成果

經(jīng)過(guò)2021—2022年的摸索，集結(jié)號(hào)翻轉(zhuǎn)課堂效果已初見(jiàn)成效。我們將集結(jié)號(hào)作品按照其性質(zhì)分為5大類(lèi)，分別為軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)、文獻(xiàn)檢索和其他（表2、表3）。其中，數(shù)據(jù)庫(kù)工具占比較大，其次是軟件，說(shuō)明這兩種資源豐富，同時(shí)也證明學(xué)生更有興趣去發(fā)掘。在兩屆學(xué)生的作品集中，幾個(gè)與文獻(xiàn)相關(guān)的檢索工具都是比較特殊或者比較冷門(mén)的工具，說(shuō)明大部分的學(xué)生已經(jīng)熟練掌握常規(guī)文獻(xiàn)檢索工具。但是，也有熱門(mén)工具，如jove視頻文獻(xiàn)雜志，由于本科階段使用率較低或網(wǎng)絡(luò)資源不可用而被忽視。針對(duì)此，有學(xué)生制作了集結(jié)號(hào)作品，指導(dǎo)大家如何免費(fèi)獲得其中的資源，因此，獲得了學(xué)生的好評(píng)。還有學(xué)生另辟蹊徑，找到了“Foldit”蛋白質(zhì)折疊網(wǎng)頁(yè)游戲，看似有些“離經(jīng)叛道”，但從打分情況看，也收獲了不少學(xué)生的好評(píng)?！癰iology stack exchange”是一個(gè)類(lèi)似“知乎”的生物學(xué)問(wèn)答網(wǎng)站，在第一屆學(xué)生已經(jīng)制作了集結(jié)號(hào)的基礎(chǔ)上，第二屆學(xué)生仍然要求制作新的解說(shuō)，說(shuō)明該網(wǎng)站的功能在“不斷擴(kuò)大與革新”，這也符合我們舉辦集結(jié)號(hào)活動(dòng)的初衷，即收集資源并不斷更新。

四? 翻轉(zhuǎn)課堂的經(jīng)驗(yàn)與反思

早在2019年筆者開(kāi)始醞釀在生化教學(xué)中開(kāi)展“生化集結(jié)號(hào)”這一自主學(xué)習(xí)活動(dòng)，旨在調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，同時(shí)收集生化的最新技術(shù)方法、熱門(mén)理論、研究成果等。由于最開(kāi)始并沒(méi)有很好地聚焦，導(dǎo)致學(xué)生收集資料比較盲目，或者范圍狹小或者缺乏亮點(diǎn)。同時(shí)因?yàn)橹皇且詥渭兊淖鳂I(yè)的形式發(fā)布和收集，導(dǎo)致即便有好的資料也很難在學(xué)生中進(jìn)行推廣，活動(dòng)效果一般。2021年，我們改進(jìn)了集結(jié)號(hào)，將范圍縮小至“生物信息技術(shù)研究工具”，不僅聚焦了前沿的研究方法，學(xué)以致用，學(xué)生對(duì)其感興趣程度高，還通過(guò)與翻轉(zhuǎn)課堂結(jié)合，采用互動(dòng)互評(píng)的方式，學(xué)生對(duì)其響應(yīng)度高。此外，我們還在學(xué)期末為學(xué)有余力的同學(xué)布置了難度較高的探索型作業(yè)，例如選取一條代謝途徑，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)檢索其中代謝酶的翻譯后修飾，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)排列和作圖。該作業(yè)沒(méi)有對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)可以進(jìn)行直觀的檢索，而需要將各種數(shù)據(jù)庫(kù)綜合利用，并需要文獻(xiàn)輔助，這項(xiàng)作業(yè)的完成對(duì)于初步學(xué)習(xí)了信息工具的同學(xué)們是一項(xiàng)挑戰(zhàn)也能形成一種反思：即單一的檢索工具并不能解決所有問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)兩年的課后問(wèn)卷調(diào)查，學(xué)生反映平均完成一次集結(jié)號(hào)所需花費(fèi)的時(shí)間為4小時(shí)，包括查資料，制作腳本PPT等。完成翻轉(zhuǎn)課堂前，學(xué)生對(duì)集結(jié)號(hào)中提及的工具的熟悉程度只有22%，但期末測(cè)驗(yàn)中，90%的學(xué)生都能回憶起三個(gè)新工具，并能簡(jiǎn)單說(shuō)明其功能。100%的學(xué)生表示從“集結(jié)號(hào)”中學(xué)到至少1個(gè)今后會(huì)經(jīng)常使用的工具。

計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展為生化集結(jié)號(hào)翻轉(zhuǎn)課堂提供了豐富的資源，但如何分辨其中的優(yōu)劣，需要教師們加以引導(dǎo)和把關(guān)。筆者團(tuán)隊(duì)目前正在同步著手收集生化乃至生物學(xué)研究的常用和熱門(mén)工具，主要采用問(wèn)卷調(diào)查的形式在本校研究生中進(jìn)行收集，用作每期集結(jié)號(hào)的待選命題。同時(shí)也鼓勵(lì)課程的研究生助教，結(jié)合自身科研經(jīng)驗(yàn)，制作一期集結(jié)號(hào)作品，用作范例和模板供學(xué)生參考。

五? 結(jié)束語(yǔ)

步入信息時(shí)代，我們每個(gè)人都身處一個(gè)電子工具溢出的環(huán)境中，層出不窮的軟件、工具、APP方便了我們的學(xué)習(xí)和研究，但同時(shí)也會(huì)使我們焦慮“是否還有更好的方法，更簡(jiǎn)單的工具？”。眾人拾柴火焰高，期望生化集結(jié)號(hào)能在這方寸課堂喚起學(xué)生們對(duì)知識(shí)的渴望，同時(shí)也能啟發(fā)教師，豐富教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)課堂，師生互動(dòng)，教學(xué)相長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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[4] 盧彥，楊榮武.數(shù)據(jù)庫(kù)融入生物化學(xué)課程的教學(xué)探索[J].生命的化學(xué)，2021，41（7）：1384-1389.

基金項(xiàng)目：江蘇省教育廳教學(xué)項(xiàng)目“江蘇高?！嗨{(lán)工程優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)”（蘇教師函〔2011〕11號(hào)）

第一作者簡(jiǎn)介：盧彥（1978-），女，漢族，江蘇啟東人，博士，副教授，碩士研究生導(dǎo)師。研究方向?yàn)樯锘瘜W(xué)教學(xué)與研究。