新工科背景下基于邏輯思維和創新能力培養的“食品生物化學”教學改革探究

李景恩，王文君，鄭國棟，張清峰，陳凌利

新工科背景下基于邏輯思維和創新能力培養的“食品生物化學”教學改革探究

李景恩，王文君，鄭國棟，張清峰，陳凌利

（江西農業大學 食品科學與工程學院，江西 南昌 330045）

新工科背景下提高學生的工程實踐與創新能力是高等工程教育的主要任務。高等教育的本質是培養創新型人才，而邏輯思維是創新能力的重要前提，也是激發學生靈感和開展創新活動的基礎。生物化學是生命科學領域一門重要的專業基礎課程，也是一門知識繁雜而又富含邏輯的領頭學科。結合江西農業大學“食品生物化學”教學實踐，探討了教學改革中提高學生邏輯思維和創新能力的一些方法和體會。在食品生物化學的理論與實驗實踐中培養學生邏輯思維和創新能力，不僅有助于學生學好生物化學，更有助于培養高質量的創新性新工科人才。

新工科；邏輯思維；創新能力；生物化學；教學改革

新工科是中國工程教育改革的重要方向，旨在培養具有更強實踐創新能力與國際競爭力的高素質復合型人才，以滿足新時代、新產業、新發展環境下社會對工程人才需求，助力高等教育強國建設[1-2]。近年來，許多學者以新工科為契機，陸續對高等教育教學改革開展了大量的實踐研究，并取得一定的成效[3-5]。創新是一個國家、一個民族發展的重要力量，是推動人類社會進步的重要力量，而培養創新人才是當前高等教育的本質和任務[6]。創新人才必須具備良好的邏輯思維能力，而大學階段正是培養學生邏輯思維能力的關鍵時期[7]。因此，加強大學階段課程教學對學生邏輯思維與創新能力的培養，將是一個重要的研究方向和任務。

“食品生物化學”是食品專業一門重要的專業基礎課程，內容涉及有機化學、無機化學、生物技術等領域，在食品學科的本科教學中占有十分重要的地位。其知識體系復雜龐大、章節之間系統性和邏輯性突出[8]，符合邏輯思維的基本特征。邏輯思維的訓練可以為學好這門課提供一定的基礎和保證，在創新能力的培養過程中起著不可替代的作用。新工科背景下的教育模式更加注重創新化、系統化和開放化，對專業人才培養目標提出新的更高要求，教師應及時關注社會時代發展，積極進行教學改革探索，努力培養學生的學習興趣，重點提升學生的工程思維與專業素養，為食品行業的健康蓬勃發展培養堅實的后備軍。江西農業大學食品科學與工程學院分別于2018年、2020年先后兩次獲批新工科研究與實踐項目，主要針對“食品+工科人才培養模式”及“地方農業院校食品專業產教融合、校企協同育人機制模式”進行了探索與實踐。因此，本文以“食品生物化學”課程為例，圍繞新工科建設對學生創新能力的要求，在專業課日常教學過程中通過創新教學內容、教學方法等有意識地訓練學生的邏輯思維與創新能力，著重增強學生的工程實踐與創新能力，為培養出更為優秀的應用型、復合型、創新型食品工程人才貢獻力量。

1 “食品生物化學”課程的基本特點

食品生物化學是一門理論與實踐相結合的綜合性基礎課程，教學內容包括食品中主要生物大分子（糖類、脂類、蛋白質、核酸）的結構與功能，及其在生物體內新陳代謝規律、遺傳信息傳遞等方面的基礎理論。高校的工科類專業安排“生物化學”課程的課時量通常較為有限，因此學生普遍反映該課程的知識體系龐大、復雜抽象，內容交叉聯系、系統性、邏輯性強，學習記憶困難等。結合新工科建設內涵，以加強學生邏輯思維與創新能力為目標，任課教師需要在創新教學方法，改革教學模式，優化教學內容，加強實驗教學等方面進行不斷的探索和嘗試，并由此探索出一條科學的教學路徑。

2 “食品生物化學”教學改革措施

2.1 激發學生的邏輯思維與創新能力意識

教師通過在教學過程中向學生有意識地介紹諸如國家公務員考試、工商管理碩士（MBA）、公共管理碩士（MPA）、碩士生入學資格考試（GCT）等考試對考生邏輯思維能力的考查要求，或在課堂上引入邏輯思維能力測試題目供學生自測，讓他們充分意識到邏輯思維能力對于創新能力培養的重要性。還可通過辯論賽、邏輯游戲、角色扮演等豐富的教學活動鍛煉學生的邏輯思辨能力，使其認識到邏輯思維能力對于個人能力的重要性，并啟發學生在今后的生活、學習和工作中能夠自覺運用邏輯思維分析和解決實際問題。

2.2 精心設計具有啟發性和探索性的教學內容

培養學生的邏輯思維與創新能力要求任課教師對教學內容進行梳理與重構，并在教學過程中引導學生對所學知識進行分析、比較、概括、判斷、推理等，不斷訓練學生思維。具體的，教師根據前期歸納總結出的具有啟發性和探索性的教學知識點，通過精心準備的教學設計在課堂上以某一個知識點為媒介向學生拋出思考點，引導學生進行提問、思考、討論等思維訓練活動，鼓勵學生自己尋求解決問題的方法，從而達到培養和訓練邏輯思維能力的教學目的。

2.3 有針對性的邏輯思維能力訓練

在生物化學教學過程中培養學生的思維能力，要求教師對教學內容十分熟悉，并能夠通過靈活設計引導學生對課程內容進行綜合分析、比較對照、抽象概括、判斷推理等。教師根據教學設計安排對學生發起提問，并通過富有邏輯理性的分析引導學生解答問題，同時鼓勵學生提出更深層次的問題，促使其邏輯思維能力的養成。例如，在學習蛋白質的高級結構時，通過讓學生觀看結晶牛胰島素的電鏡照片，讓學生思考“為什么蛋白質可以發生結晶？什么樣的結構特點具有結晶能力？”在學習糖酵解時，讓學生思考“為什么人進行劇烈運動后會感覺腿部肌肉酸痛？為什么過幾天這種酸痛感又會減弱和消失？有氧運動和無氧運動的區別是什么？”在講授糖脂代謝的聯系時，啟發學生思考“為什么長期高糖飲食會引起肥胖？人若只吃糖類物質是否可以？只吃脂類物質是否可以？”。這種環環相扣的“懸念感”有利于引導學生進行邏輯式思考，師生互動的同時，也使傳統課堂更加生動和“接地氣”。

其次，引導學生運用邏輯思維對教學內容中涉及的實驗現象和結果進行推理分析，例如脂肪酸-氧化的發現過程、DNA雙螺旋結構的提出、肺炎雙球菌轉化實驗等。在生物化學的發展史中，許多重要結論的提出都是科學家們通過對實驗現象進行邏輯分析和推理預測的結果，例如孟德爾通過豌豆雜交實驗揭示了遺傳的基本定律，Avery通過肺炎球菌轉化實驗證明DNA是生命的遺傳物質。生物化學知識本身充滿了探索性和挑戰性，對未知領域的探索正是人們對客觀事物的認識過程，周密的實驗設計是科學家獲得靈感和新知識的基本途徑。任課教師應仔細梳理教學內容中的經典實驗，盡可能開展情境還原和體驗式教學，引導學生從實驗中總結章節知識點，同時也實現了在理論課堂訓練學生的實驗設計和分析思考能力的目的。

此外，生物化學是一門邏輯性很強的綜合學科，知識點密集且聯系緊密，這就要求教師注重培養學生的“聯系”和“歸納”能力。例如糖酵解是葡萄糖無氧分解和有氧氧化的共同途徑，而糖酵解生成丙酮酸之后到底是進行無氧分解還是有氧氧化則取決于細胞和組織所處的氧氣環境。此外，脂肪酸的-氧化和從頭合成，糖酵解和糖異生、糖原的分解與合成等都是經典代謝理論中一些既對立又統一的知識點。如果學生不去發現、思考和歸納知識點之間的內在邏輯關系，就很難做到系統性學習?？梢?，教師應在教學設計中為學生創造“聯系”和“歸納”的機會，引導學生思考并總結出知識點之間的相互聯系，有效促進學習和記憶。

2.4 加強“生物化學”實驗課中邏輯思維與創新能力訓練

“生物化學”實驗課是對理論知識的延續和補充，也是學生將理論轉化為實踐的有效途徑之一。江西農業大學“生物化學”課程設置了16個實驗學時，包括紙層析法分離氨基酸、酵母核糖核酸的提取與鑒定、過氧化氫酶活性的測定、牛奶中蛋白質的提前與鑒定。這四個實驗分別對應著氨基酸、核酸、酶、蛋白質的相關理論知識。根據大綱要求，有關核酸與蛋白質的分離純化方法雖然已經在理論課上進行了簡單介紹，但距離學生能夠親自動手實現二者的分離仍然相距甚遠。要將書本知識變為技能本領，實驗課堂的實際操作步驟必不可少。按照江西農業大學食品科學與工程專業工程教育認證的要求，“食品生物化學”實驗課成績由預習報告、實際操作及實驗報告三部分分別按照20%、30%、50%權重組成。學生在開始實驗之前，應首先完成預習報告內容，一般包括實驗原理、相關理論知識及實驗注意事項等；在操作考核環節，教師嚴格按照實驗操作評分標準進行打分評價；實驗報告則重點考察學生對實驗現象的描述、實驗結果的記錄與分析等?？梢哉f，在“生物化學”實驗課的教學過程中，學生經歷了從理性到感性再到理性的認知過程，而在這個循環的認知過程中，學生邏輯思維能力也會獲得一定的訓練和強化。

目前江西農業大學食品科學與工程學院開設的“食品生物化學”實驗均為驗證性實驗。實驗開始前，教師現場講解當次的實驗原理和操作規范，一方面針對性地提出問題讓學生回答，另一方面有意識引導學生用學過的知識或經驗預測實驗結果。例如，在“過氧化氫酶活性的測定”實驗中，在目的與要求部分，向學生提問如下：（1）從“過氧化氫酶”可以得到酶的哪些信息？幫助學生復習酶的命名，進而引出該酶的作用底物與反應類型；（2）開展該實驗應該選取萵筍葉的哪個部位較好？這里暗示學生酶活最好的酶應該存在于新葉中；（3）為什么在使用NaS4O6滴定時，要先滴定至淡黃色再加淀粉溶液作指示劑？（4）滴定實驗中，滴加鉬酸銨的目的是什么？（5）按照課本中對酶活的定義，本實驗中酶活單位應該是什么？提醒同學在結果處理時，應注意正確的單位。要想讓學生的思維得到訓練，需要多拋出問題，引發其思考，但注意不必展開討論，也不要求提前下定論，讓學生帶著問題做實驗，2人一組通過自己動手實踐驗證自己的推測，并進行最終的數據處理與結果分析。問題式教學幫助訓練學生的邏輯推理能力，也讓學生更加投入和關注實驗內容。

實驗結束后撰寫一份嚴謹的實驗報告同樣能夠提高學生的邏輯思維能力。觀察本課程歷年來的實驗報告，學生的實驗報告多存在報告內容不完整、不能如實準確記錄數據和過程、語言不規范、口語嚴重化、主次不分等。近些年隨著學院新工科與“工程教育專業認證”兩項改革工作的不斷踐行，對學院各課程的開設和考核等提出了更高的要求。實驗報告是實驗課程的重要考核指標之一，用科學、規范、簡練的語言完整地總結實驗原理，可以鍛煉學生的歸納總結能力和書面表達能力；學會用專業語言準確描述、記錄實驗現象和結果，可以提高學生的觀察分析能力。特別當結果與預期不一致時，鼓勵學生如實記錄實驗結果，并獨立思考，找尋原因，杜絕相互抄襲。這既訓練了學生分析和解決問題的能力，又培養了誠信的科研素質，但受限于教學的儀器設備不夠先進、配套數量不充足、實驗學時較短、場地限制等因素，對于培養學生的科學思維、實踐能力、創新能力、綜合分析問題等具有一定的局限性。

2.5 將邏輯思維能力延伸至大學生創新實踐和科研訓練

“生物化學”是生物領域的主體課程，也是生命科學最重要的基礎學科和領頭學科之一，且許多學科的飛速發展都與生物化學的眾多研究成果緊密聯系，同時該領域的諾貝爾獎也不勝枚舉?；诖髮W生創新訓練計劃項目的視角，結合食品生物化學的教學工作，教學團隊成員將創新訓練經驗融入日常的教學實踐環節中進行改革，取得一定的效果。為了鼓勵大學生進行創新實踐與科研訓練，在理論教學中任課教師根據教學內容，在課堂上介紹我國著名科學家，例如屠呦呦、施一公等在各自領域取得的斐然成績，或是引入教學團隊所從事的相關科學研究及該領域的研究熱點，借此激發學生的科研興趣，此外還可向其發出邀請，讓學生走進實驗室參與科學研究，鼓勵其利用好學校的“本科生導師制”，多與導師溝通，爭取參與到導師的科研項目中。同時鼓勵學生撰寫大學生創新創業訓練項目申請書，對科研能力突出的本科生，還可鼓勵和指導其撰寫科技論文。通過這些科研素養訓練，促進了“創新意識”和“科研興趣”的培養，拉進了本科生與科學研究的距離，有利于將邏輯思維轉化為實踐創新能力。

3 提高教學質量的作用與意義

在新工科背景下，在食品生物化學教學過程中尋找培養學生邏輯思維和創新能力的教學方法，對促進教學工作，提高教學質量具有一定的作用與意義。在教師能力方面，將邏輯思維與創新能力培養貫穿于課程教學中，促使教師勤于思考、精心設計，加強教學內容重構，充分調動學生的主觀能動性，豐富課堂教學形式。學生方面，邏輯思維能力的訓練可以幫助學生理解和記憶抽象難懂的生化知識，促使學生將理論與實踐有機結合，培養學生融會貫通的能力，讓學生切實感受到學有所得、學有所用，更有利于創新能力和科研興趣的培養。生物化學知識與科學研究聯系較為緊密，通過鼓勵學生進行創新實踐與科研訓練，激發科研興趣，縮短大學生與科學研究之間的距離，重塑其對科研活動的認知?？梢?，得益于生物化學課程的內容特點，該項改革對于師生雙方的進步及能力提升均具有一定的促進作用，是一個重要的研究方向。

4 結 語

邏輯思維是提高創新能力的重要工具，本研究充分發揮課堂教學的主渠道。將邏輯思維與創新能力培養滲透到食品生物化學專業課的教學中，通過一系列教學內容的重組與設計，在理論課堂上提升學生的邏輯思維素養，再將其滲透至實驗與實踐教學中，提升學生的創新能力，而這種能力的培養也會進一步反哺教學。因此，該研究不僅可以有效提高專業課程的教學質量，對于本專業新工科建設也將具有一定的貢獻意義。其培養路徑不僅可以服務于食品學院全體師生，對于其他正在或準備進行新工科建設的專業課程改革也可提供一定的參考，具有一定的示范作用。邏輯思維與創新能力的訓練和提升，必將有助于培養出符合當今社會需求的各類創新型人才，為國家建設貢獻力量。

[1] 李志彬, 王瑞榮, 王春早. 新工科建設背景下地方本科院校工程專業創新人才培養[J]. 實驗室研究與探索, 2019, 38(5): 169-172.

[2] 林健. 面向未來的中國新工科建設[J]. 清華大學教育研究, 2017, 38(2): 26-35.

[3] 劉喆. 新工科教育改革探索: 以“信號與系統”課程為例[J].工業和信息化教育, 2021(1): 28-31.

[4] 李家俊. 以新工科教育引領高等教育“質量革命”[J]. 高等工程教育研究, 2020(2): 6-11.

[5] 馬榮, 何超, 李加強, 等. 新工科背景下應用型本科汽車構造課程一體化教學改革探索[J]. 教育教學論壇, 2020(51): 222-223.

[6] 國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010—2020)[M]. 北京: 中國法制出版社, 2010.

[7] 陳道德, 黃文紅. 強化邏輯思維訓練培養學生創新能力: 邏輯學課程教學改革隨想[J]. 荊楚學術論叢, 2014(1): 12-15.

[8] 孟珺, 王岸娜, 段曉杰. 食品相關專業《生物化學》課程教學改革的思考與探索[J]. 教育教學論壇, 2020(8): 208-209.

Teaching Reform of the Course ofBased on Logical Thinking and Innovation Ability Training under the Background of New Engineering

LI Jingen, WANG Wenjun, ZHENG Guodong, ZHANG Qingfeng, CHEN Lingli

（School of Food Science and Engineering, Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, China）

The main task of higher engineering education is to improve students’ engineering practice and innovation ability under the background of New Engineering. The essence of higher education is to cultivate innovative talents, for which logical thinking is an important prerequisite as well as the basis for inspiring students to carry out innovative activities.is an important professional basic course in the field of life science, and also a leading subject with complex knowledge and rich logic. Combining with the teaching practice of the course ofin Jiangxi Agricultural University, this paper discussed some methods and experiences to improve students’ logical thinking and innovation ability in the teaching reform. Training students’ logical thinking and innovation ability in the theory and experimental practice ofwill not only help students learn this course well, but also help to cultivate high-quality and innovative engineering talents.

new engineering; logical thinking; innovation ability; biochemistry; teaching reform

10.3969/j.issn.2095-3704.2023.04.83

G642.0

A

2095-3704（2023）04-0568-04

2023-10-24

2023-11-19

2021年度江西省高等學校教學改革研究省級課題（JXJG-21-3-36）和2022年江西農業大學校級課程思政示范課程培育項目——“食品生物化學”（2022-30）

李景恩（1984—），女，講師，博士，主要從事食品科學研究，enen928@163.com。

李景恩, 王文君, 鄭國棟, 等. 新工科背景下基于邏輯思維和創新能力培養的“食品生物化學”教學改革探究[J]. 生物災害科學, 2023, 46(4): 568-571.