摘要
科学发现的发展速度往往快于其在本科教学中的应用，这使得诸如糖科学这样的新兴领域几乎未被纳入课堂课程。在乔治亚大学，该机构对学科教育研究领域的师资投入为学科科学家与教育研究人员之间的合作奠定了基础，他们共同开发符合学生学习方式的基于证据的教学材料。由美国国家科学基金会资助的BioFoundry：糖科学研究、教育与培训项目（BioF:GREAT）就是这种做法的一个典范。通过课程资料和面向公众的资源，BioF:GREAT的教育部分旨在拓宽人们接受糖科学教育的机会。本文简要介绍了像BioF:GREAT这样的项目如何通过与教育研究人员的合作，将新兴科学领域以既符合科学前沿又具有教学效果的方式融入生物化学教育中。
1 简报
科学教育越来越倾向于采用基于证据的教学方法，但其实施往往零散不全，尤其是在糖科学这样的新兴领域更为滞后。造成这一状况的原因之一是科学知识的发展速度远远快于科学课程的更新速度 [1, 2]。教师可能还缺乏在新兴领域运用基于证据的教学策略所需的专长和材料。因此，学生往往要等到这些领域成为研究和实践的核心领域（如医学、工业界）之后很久才能接触到它们。在乔治亚大学，通过有策略地招聘从事学科教育研究的师资，为本科科学教育创造了合作的生态系统。通过将教育研究人员分配到各个系部，乔治亚大学为学科科学家和教育研究人员提供了共同开发能够跟上科学进展的基于证据的教学材料的机遇。
由美国国家科学基金会资助的、在乔治亚大学开展的BioFoundry：糖科学研究、教育与培训项目（BioF:GREAT）便是将这种合作方式付诸实践的典范。BioF:GREAT旨在通过四项相互关联的工作来实现糖科学的普及：推动整个生命体系中的糖科学研究与创新；开发人工智能和机器学习工具和技术以加速糖科学领域的发现；为其他领域的科学家提供糖科学培训机会；以及提升学生和公众对该领域的了解能力（见图1）。这四项工作相互整合、彼此影响，其中研究与创新由三位教师共同指导，而人工智能/机器学习、培训和教育部分则分别由一位教师负责。总体而言，这些努力旨在扩大参与糖科学的人群范围，并丰富人们与该领域互动的方式。教育是BioF:GREAT的重要组成部分，因为如果学生没有机会了解这一领域及其重要性，仅靠研究是无法推动糖科学发展的。通过在研究和技术培训之外提供教育机会，BioF:GREAT旨在让下一代生命科学家更加了解并关注糖科学。
在BioF:GREAT项目中，教育工作将教育研究与实际教学相结合。关于教学和学习的研究为教学材料的设计提供了依据，这些材料随后会被应用、评估，并传播给学生、教师以及更广泛的公众。通过这种合作，生物教育研究团队正在开发一套教学材料，供教师用来向学生介绍糖科学。这些材料旨在支持从基础生物学到高级研究生教育多个层次的学习。入门模块帮助学生掌握糖科学的基础知识和技能，而案例研究则通过血液兴奋剂使用、女性健康、癌症免疫疗法以及宿主与病原体相互作用等现实世界主题，让高年级学生了解糖基化的意义和重要性。在所有这些材料中，基于证据的教学方法都被融入到课程设计之中。入门模块通过教学建模，引导学生从被动学习逐步过渡到独立思考 [3]。在这个过程中，学生首先观察教师演示概念的应用，然后在指导下进行练习，最终独立完成相关学习任务。这些模块还采用了检索练习 [4]和核心概念的间隔重复复习 [5]，以此帮助学生建立扎实的糖科学知识基础。案例研究则通过分步引导，帮助学生在提升分析及解读糖科学数据能力的同时，逐步掌握糖科学知识 [6]。例如，学生可以先从解读症状或临床观察结果开始，接着分析蛋白质结构，最后通过各种生化数据来理解糖基化如何影响生物功能 [7]。BioF:GREAT开发的全部课程材料都包含了能够促进协作、反思和修改的主动学习策略 [8]。这些策略包括“主张-证据-推理”式提问 [9]、以过程为导向的引导式探究式小组学习 [10]，以及“思考-配对-分享”之类的形成性评估方法 [11]。在课堂之外，“甜点视频”和“科学家聚焦”等面向公众的资源也用通俗的语言解释糖科学概念，并讲述各类从事糖科学研究的人们的故事，从而向大众介绍这一领域 [12]。所有这些材料共同为人们了解糖科学提供了多种途径。
BioF:GREAT展示了如何将新兴学科以及时且具有教学效果的方式融入课堂教学。这种方法的潜力源自若干结构和教学方面的因素。首先，从事学科教育研究的师资具备关于学生学习特点、如何设计符合学生学习规律的课程与教学方法，以及如何评估新教学材料效果的专业知识。当他们被聘为拥有研究实验室的终身教职教师时，既能确保工作的连续性，又能为基于证据的教学提供合法性，使其成为部门文化中不可或缺的一部分 [13]。其次，这种架构促进了真正的协作式共同设计，学科科学家和教育研究人员可以一起开发课程材料，而非各自为战或孤立工作 [14]。学科科学家为新兴科学领域提供专业知识，而教育研究人员则负责课程设计。借助教学与学习方面的研究成果，教育研究人员可以确定学习目标，主导课程和评估体系的开发，并与学科科学家合作确保内容的科学准确性。他们通过不断迭代测试和优化教材，使其更适用于学习者。通过BioF:GREAT这类项目开发的课程材料具备可调整性和可传播性，其影响力不仅限于单个机构，还能推动更多机构采用基于证据的教学方法。之所以能实现如此广泛的覆盖，是因为教育研究人员比学科科学家更易与那些愿意采用新教学材料的教师群体建立联系。
在这种背景下，招聘从事学科教育研究的师资不应被视为一种额外的投资，而应是推动科学教育发展的关键基础设施。要开展像BioF:GREAT这样的项目，就需要机构致力于招聘和支持这类科研人员，同时与学科科学家建立富有意义的合作关系。随着科学领域的不断发展，教学方法也必须随之改进。将已有的知识与有效的教学方法相结合，对于培养下一代STEM领域的专业人才以及具备STEM素养的公民至关重要。
资金支持
本研究得到了美国国家科学基金会的支持，项目编号为2400220，项目名称为BioFoundry：糖科学研究、教育与培训项目（BioF:GREAT）。
利益冲突声明
作者声明不存在任何利益冲突。
数据可用性声明
由于在本研究中没有生成或分析任何数据集，因此无需分享数据。
