基于知識(shí)樹構(gòu)建生物化學(xué)糖代謝SPOC資源的教學(xué)研究

　　摘要：基于知識(shí)樹方法，依托智慧職教云平臺(tái)，構(gòu)建生物化學(xué)糖代謝SPOC教學(xué)資源，形成“自助餐式”學(xué)習(xí)模式，有助于學(xué)生開展個(gè)性化學(xué)習(xí)，提升課程教學(xué)效果。

　　關(guān)鍵詞：知識(shí)樹;生物化學(xué);糖代謝;SPOC;教學(xué)資源

　　糖代謝不僅是生物化學(xué)課程中物質(zhì)代謝教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)之一。其代謝過程復(fù)雜抽象、晦澀難懂，各途徑條件不同、部位不同，同種底物可以產(chǎn)生不同的產(chǎn)物。學(xué)生經(jīng)常將各代謝過程相互混淆，極易挫傷學(xué)習(xí)積極性，也影響生物化學(xué)后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)[1-3]。SPOC(SmallPrivateOnlineCourse，小規(guī)模限制性在線課程)作為一種新型混合教學(xué)模式，能夠突破教學(xué)的時(shí)空限制，正在得到推廣和應(yīng)用，可起到輔教、輔學(xué)的作用[4-5]，但當(dāng)前有關(guān)糖代謝的SPOC資源構(gòu)建仍存在不足。本文提出基于知識(shí)樹方法，構(gòu)建生物化學(xué)糖代謝SPOC資源，以達(dá)到更好的教學(xué)效果。

　　生物化學(xué)評(píng)職知識(shí)： 生物質(zhì)轉(zhuǎn)化方面論文發(fā)表期刊

　　1現(xiàn)有SPOC資源構(gòu)建及呈現(xiàn)的不足

　　以當(dāng)前我國許多職業(yè)院校正在使用的智慧職教云課堂為例，分析現(xiàn)有生物化學(xué)糖代謝SPOC資源在構(gòu)建和呈現(xiàn)方面存在的不足之處。

　　(1)目錄構(gòu)建，缺乏新意。糖代謝的SPOC資源常采用目錄式結(jié)構(gòu)，一般分為三級(jí)目錄：一級(jí)目錄為生物化學(xué);二級(jí)目錄為糖代謝(章);三級(jí)目錄(節(jié))包括糖的分解代謝、糖原的合成與分解(儲(chǔ)存)、糖異生作用(合成)，進(jìn)而在該目錄下添加課件、視頻、案例等教學(xué)資源。這也是目前云課堂資源主要構(gòu)建和呈現(xiàn)形式。學(xué)生打開課程網(wǎng)站，呈現(xiàn)近似教材目錄的翻版，不能有效激發(fā)學(xué)生的探究熱情。

　　(2)知識(shí)孤立，缺乏聯(lián)系。在糖分解代謝目錄下，學(xué)生雖然可以看到與糖無氧氧化、有氧氧化和磷酸戊糖途徑各自對(duì)應(yīng)的資源，但每個(gè)代謝途徑有何特點(diǎn)?不同途徑之間存在什么樣的關(guān)系?每個(gè)途徑重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容是什么?重、難點(diǎn)又可以通過什么方法突破?通過現(xiàn)有資源構(gòu)建和呈現(xiàn)形式，學(xué)生無法建立各知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系或區(qū)分相似知識(shí)點(diǎn)，只能通過不斷點(diǎn)擊獲取一些碎片化的信息，不利于知識(shí)的串聯(lián)和理解。

　　(3)資源堆砌，缺乏層次。糖代謝包含分解、合成、儲(chǔ)存3個(gè)模塊，其中分解代謝模塊又包含3條途徑(無氧氧化、有氧氧化、磷酸戊糖途徑)，每條途徑又有各自對(duì)應(yīng)底物、產(chǎn)物和代謝過程。

　　現(xiàn)有SPOC資源呈線性排列，不能清楚展示它們之間的層次關(guān)系。尤其在課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，學(xué)生對(duì)每個(gè)代謝途徑尚不熟悉，無法將資源與各層次之間建立良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)學(xué)生而言資源庫可能就是純粹的“資源倉庫”。因此，雖然現(xiàn)有糖代謝SPOC資源已經(jīng)滲透課前、課中、課后的每一個(gè)環(huán)節(jié)，但在教學(xué)過程中教師還是發(fā)現(xiàn)花費(fèi)大量時(shí)間和精力構(gòu)建的資源利用率低下。如何優(yōu)化SPOC教學(xué)資源，形成易教易學(xué)的資源構(gòu)建方式，建立合理的資源呈現(xiàn)形式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效果，已成為生物化學(xué)課程教學(xué)亟待解決的問題。

　　2基于知識(shí)樹的糖代謝

　　SPOC資源構(gòu)建知識(shí)樹是一種根據(jù)人類對(duì)事物的層次化認(rèn)知規(guī)律，用樹狀結(jié)構(gòu)來體現(xiàn)整個(gè)知識(shí)結(jié)構(gòu)和知識(shí)點(diǎn)內(nèi)在聯(lián)系的圖形化表達(dá)方式，它通過樹干、樹枝、樹葉、果實(shí)等元素之間的內(nèi)在關(guān)系，將碎片化的知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)成知識(shí)體系[6-7]。筆者依托智慧職教云課堂平臺(tái)，采用知識(shí)樹方法構(gòu)建糖代謝SPOC教學(xué)資源[8]，學(xué)生基于知識(shí)樹自主學(xué)習(xí)，可以系統(tǒng)掌握知識(shí)點(diǎn)，從而有效提升教學(xué)效果。在資源構(gòu)建過程中，依照學(xué)生學(xué)習(xí)的認(rèn)知規(guī)律，并將教學(xué)過程中采用的各種方法、手段有機(jī)融入糖代謝知識(shí)樹中。

　　(1)優(yōu)選方法，凝練表述。教學(xué)方法決定教學(xué)效果與質(zhì)量，教師的教法制約著學(xué)生的學(xué)法。采用有效的方法歸納總結(jié)糖代謝的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，并凝練其表述，進(jìn)行資源構(gòu)建，有助于提高學(xué)習(xí)效果。與糖代謝SPOC資源構(gòu)建相關(guān)的教學(xué)方法主要有以下幾種。

　�、贁�(shù)字提煉法。糖無氧氧化代謝途徑(葡萄糖乳酸)中，代謝過程一直是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，該過程涉及3個(gè)不可逆反應(yīng)，2次底物水平磷酸化和1次脫氫。該過程中3個(gè)不可逆反應(yīng)涉及3種關(guān)鍵酶(限速酶)，而代謝速率主要取決于關(guān)鍵酶的活性，決定著整個(gè)糖無氧氧化的代謝速率。2次底物水平磷酸化是糖無氧氧化過程中兩步產(chǎn)能步驟，決定著1分子葡萄糖經(jīng)無氧氧化釋放能量的多少。

　　3-磷酸甘油醛經(jīng)歷1次脫氫轉(zhuǎn)化為1，3-二磷酸甘油酸，受氫體為NAD+。在糖分解代謝過程中，糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸。面臨有氧氧化和無氧氧化兩種代謝選擇，決定因素是NADH+H+的去路。缺氧時(shí)，NADH+H+留在胞質(zhì)，丙酮酸接受氫而還原生成乳酸;有氧時(shí)，NADH+H+與丙酮酸進(jìn)入線粒體內(nèi)，NADH+H+經(jīng)過呼吸鏈生成H2O并釋放能量，丙酮酸則先轉(zhuǎn)化為乙酰CoA，然后經(jīng)過三羧酸循環(huán)(TricarboxylicAcidCycle，TAC)徹底氧化分解生成CO2和H2O，1次脫氫過程生成的NADH+H+直接關(guān)系到糖的不同代謝方向。

　　因此，將這3個(gè)數(shù)字結(jié)合各自的特點(diǎn)，分別用“3種(關(guān)鍵酶)定速率、2步(底物水平磷酸化)定能量、1次(脫氫)定方向”來命名微視頻資源。糖無氧氧化過程是將葡萄糖轉(zhuǎn)化為乳酸，而糖異生過程可以將乳酸轉(zhuǎn)化為葡萄糖，互為“逆向”，但糖無氧氧化這一過程涉及3種關(guān)鍵酶，對(duì)應(yīng)另一糖異生過程涉及的4種關(guān)鍵酶，為方便記憶，將這2個(gè)過程的關(guān)鍵酶記憶為“1314關(guān)鍵酶”，以增強(qiáng)學(xué)習(xí)趣味性，提升學(xué)習(xí)效果。

　　②案例分析法。結(jié)合案例進(jìn)行資源構(gòu)建和教學(xué)設(shè)計(jì)，可以有效提高學(xué)生分析問題和解決問題能力。在構(gòu)建磷酸戊糖途徑SPOC教學(xué)資源時(shí)，可引入“蠶豆病”這個(gè)案例，并將其作為微視頻資源的關(guān)鍵詞，通過分析蠶豆病發(fā)生的酶學(xué)機(jī)制，闡明NADPH的生理功能，能夠有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。針對(duì)“劇烈運(yùn)動(dòng)后會(huì)出現(xiàn)肌肉酸痛”這一現(xiàn)象，以往許多教師在教學(xué)中 解釋運(yùn)動(dòng)后肌肉酸痛，直接歸結(jié)為乳酸堆積，近來研究認(rèn)為乳酸并不是導(dǎo)致慢性肌肉酸痛的原因，相反乳酸在運(yùn)動(dòng)過程中可能對(duì)人體起著非常積極的作用[9]。因此，以“肌酸痛新見解”創(chuàng)建微視頻資源，在更新兩者關(guān)系的同時(shí)也激發(fā)了學(xué)生的好奇心。

　�、蹌�(dòng)畫演示法。糖原合成與分解代謝過程抽象，其中糖原分解過程涉及的磷酸化酶和脫支酶，分別作用于α-1，4糖苷鍵(生成1-磷酸-葡萄糖)和α-1，6糖苷鍵(生成葡萄糖)，不同的化學(xué)鍵在不同酶的作用下生成不同的產(chǎn)物。通過動(dòng)畫演示，對(duì)代謝過程的詮釋更直觀、形象，加深學(xué)生的理解，節(jié)省語言描述，提高效率。

　　(2)順應(yīng)認(rèn)知，構(gòu)建資源。

　　在糖代謝過程中，考慮到糖分解代謝途徑較為復(fù)雜，涉及的重、難點(diǎn)較多，為達(dá)到更好的知識(shí)呈現(xiàn)效果，先將糖分解代謝構(gòu)建一個(gè)“節(jié)知識(shí)樹”，用樹根、樹干、樹枝、樹葉、蘋果等做標(biāo)記。其中樹根表示代謝過程底物，樹干、樹枝表示不同代謝途徑，樹葉表示產(chǎn)物，蘋果表示該知識(shí)點(diǎn)微視頻或動(dòng)畫資源鏈接。

　　樹根部標(biāo)有糖分解代謝的初始底物(葡萄糖或糖原，一般以葡萄糖為例)，在樹根的起始部位標(biāo)記為6-磷酸葡萄糖，這是糖的分解代謝3條途徑的共同步驟，也是磷酸戊糖途徑與其他兩條途徑的分叉點(diǎn)。有氧氧化過程是機(jī)體獲得能量的主要方式，因此，將該途徑作為樹的主干，將其他2個(gè)代謝途徑做成枝干，分別標(biāo)記為“無氧氧化”“磷酸戊糖途徑”。然后將樹根、樹干、樹葉、蘋果等元素進(jìn)行整合，即可展示糖分解代謝途徑的節(jié)知識(shí)樹。

　　最后，將糖的分解、合成和儲(chǔ)存3個(gè)模塊整合成章知識(shí)樹，為避免章知識(shí)樹顯示繁雜，可以資源鏈接的形式進(jìn)行構(gòu)建。章知識(shí)樹構(gòu)建不僅顯示整個(gè)章知識(shí)體系，還呈現(xiàn)出知識(shí)點(diǎn)之間的交錯(cuò)關(guān)系。例如，糖的無氧氧化與糖異生過程，前者以葡萄糖為底物經(jīng)過多步反應(yīng)轉(zhuǎn)化為乳酸(產(chǎn)物);后者也可以乳酸為底物再轉(zhuǎn)化為葡萄糖(產(chǎn)物)，兩者借助于乳酸循環(huán)互為“逆向”，實(shí)現(xiàn)底物與產(chǎn)物的循環(huán)互變(知識(shí)樹中顯示為環(huán)形)。

　　(3)依托載體，呈現(xiàn)資源。通過智慧職教云平臺(tái)為載體，將構(gòu)建好的章、節(jié)知識(shí)樹，以“富文本”形式進(jìn)行呈現(xiàn)，并創(chuàng)建相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)資源鏈接。無論是章知識(shí)樹還是節(jié)知識(shí)樹，不僅能夠形象直觀地顯示其相對(duì)完整的知識(shí)體系，還能清楚展示各節(jié)或各知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系與區(qū)分，并可以展示重、難點(diǎn)的學(xué)習(xí)方法，讓學(xué)生一目了然，可以根據(jù)自己對(duì)各部分掌握情況進(jìn)行選擇性學(xué)習(xí)。

　　3考核與評(píng)價(jià)

　　課前，學(xué)生通過章知識(shí)樹初步熟悉該章節(jié)涉及的代謝過程、各個(gè)過程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，以及重、難點(diǎn)突破方法，做到心中有數(shù);課中，學(xué)生通過課堂講解熟悉各代謝過程的重、難點(diǎn)內(nèi)容;課后，學(xué)生可以針對(duì)各知識(shí)點(diǎn)掌握情況，自己決定摘哪個(gè)“蘋果”，充分合理利用資源，形成“自助餐式”的學(xué)習(xí)模式。采用知識(shí)樹方法構(gòu)建的生物化學(xué)國家資源庫課程，被引用院校達(dá)54家;同時(shí)對(duì)引用院校就“資源構(gòu)建形式”進(jìn)行問卷調(diào)查，共發(fā)放1000份問卷，其中收回有效問卷813份，支持該種構(gòu)建模式的占90.6%;92.3%的用戶認(rèn)為該模式優(yōu)于傳統(tǒng)資源構(gòu)建模式;91.5%的用戶認(rèn)為該模式便于教學(xué)，受到廣大師生的認(rèn)可與好評(píng)。

　　選取我校2019級(jí)臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)6個(gè)班(入學(xué)成績均分相近，由同一教師授課)，每個(gè)班50人左右，隨機(jī)抽取3個(gè)班開展基于知識(shí)樹構(gòu)建SPOC資源(A組)，另3個(gè)班采用傳統(tǒng)資源構(gòu)建模式(B組)，經(jīng)過一學(xué)期線上線下混合式教學(xué)后，對(duì)6個(gè)班分兩組進(jìn)行考試，A組學(xué)習(xí)進(jìn)度比B組平均高出9.4%，平均成績(包括平時(shí)云課堂測試、云課堂作業(yè)、學(xué)習(xí)進(jìn)度、期末成績)高出4.15分。

　　4結(jié)語

　　基于知識(shí)樹方法構(gòu)建生物化學(xué)糖代謝SPOC資源，學(xué)生通過自主選擇學(xué)習(xí)資源，提高了學(xué)習(xí)效率，提升了課堂教學(xué)效果。對(duì)于其他參與該課程的社會(huì)學(xué)習(xí)者而言，也具有同樣的優(yōu)勢。該構(gòu)建和呈現(xiàn)模式融合了知識(shí)樹的可視化、系統(tǒng)化與云課堂的信息化、智能化于一體的優(yōu)勢，學(xué)生能夠在較短時(shí)間內(nèi)獲取更多知識(shí)信息。參照該SPOC資源構(gòu)建模式，也可以構(gòu)建生物化學(xué)課程中其他章節(jié)的知識(shí)樹，或者用于信息量龐大的其他醫(yī)學(xué)課程的資源構(gòu)建，借此將煩瑣的知識(shí)體系以更清晰、鮮活的形式展示出來。

　　但目前智慧職教云平臺(tái)在構(gòu)建SPOC資源時(shí)，只能在“富文本”編輯界面將創(chuàng)建的知識(shí)樹以圖片形式上傳，然后在其下方創(chuàng)建微視頻、動(dòng)畫等資源鏈接，而不能通過點(diǎn)擊知識(shí)樹上的鏈接直接播放。所以現(xiàn)有平臺(tái)資源呈現(xiàn)形式的支撐功能有待進(jìn)一步優(yōu)化，為方便教師構(gòu)建豐富的教學(xué)資源、提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果服務(wù)。

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　　作者：成秀梅，臧宜萍，楊留才，張虎

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