THE EXPERIENCE OF TEACHING BIOCHEMISTRY TO THE FOOD INDUSTRY BACHELOR'S DEGREE STUDENTS

ОПЫТ ПРЕПОДАВАНИЯ БИОХИМИИ БАКАЛАВРАМ ИНДУСТРИИ ПИТАНИЯ

Научная статья

Гордеева И.В.*

ORCID: 0000-0001-5684-1309,

Уральский государственный экономический университет, Екатеринбург, Россия

* Корреспондирующий автор (ivgord[at]mail.ru)

Аннотация

Преподавание биохимии в современных высших учебных заведениях представляет серьезную проблему как для педагогов, так и для обучающихся в силу сложности самой дисциплины и разнообразия изучаемого материала, излагаемого в учебной литературе, который далеко не всегда соответствует запросам конкретной специальности. Как свидетельствует опыт преподавания биохимии, излагаемый в отечественной и зарубежной литературе, наиболее оптимальными подходами в обучении являются практико-ориентированный и проблемно-ориентированный, которые нацелены на повышение внутренней мотивации студентов к изучению предмета посредством вовлечения последних в непосредственную практическую и научно-исследовательскую деятельность. Преподавание дисциплины «Основы биохимии» студентам, обучающимся по программе бакалавриата индустрии питания, показывает, что заинтересованность обучающихся в изучении предмета может быть достигнута в том случае, если в течение лекционного и практического курсов занятий излагаются не абстрактные темы, а вопросы, имеющие отношение к будущей профессиональной деятельности участников образовательного процесса. В таком случае достигается цель успешного сочетания внешней (хорошие оценки) и внутренней мотивации (интерес) к изучению предмета, вследствие чего можно говорить о достижении поставленной цели – повышении эффективности обучения.

Ключевые слова: пищевая биохимия, сложность дисциплины, практическая значимость предмета, проблемно-ориентированное обучение, интерес к изучению дисциплины, внутренняя мотивация к обучению, эффективность образовательного процесса.

THE EXPERIENCE OF TEACHING BIOCHEMISTRY TO THE FOOD INDUSTRY BACHELOR'S DEGREE STUDENTS

Research article

Gordeeva I.V.*

ORCID: 0000-0001-5684-1309,

Ural State University of Economics, Yekaterinburg, Russia

* Corresponding author (ivgord[at]mail.ru)

Abstract

Teaching biochemistry in modern higher education institutions is a serious problem for both teachers and students due to the complexity of the discipline and the diversity of the studied material presented in the educational literature, which does not always meet the requirements of a particular specialty. According to the experience of teaching biochemistry, presented in domestic and foreign literature, the most optimal approaches in teaching are practice-oriented and problem-oriented, which are aimed at increasing the internal motivation of students to study the subject by directly involving them in practice and research activities. Teaching the discipline "Fundamentals of Biochemistry" to the students of the food industry undergraduate programs demonstrates that their interest in studying the subject can be achieved if, during the lectures and practical courses, teachers present not the abstract topics, but the questions related to the future professional activities of participants in the educational process. In this case, the goal of a successful combination of external motivation (good grades) and internal motivation (interest) to study the subject can be considered achieved, as a result of which the study accomplishes the objective of the research – improving the effectiveness of training.

Keywords: food biochemistry, the complexity of the discipline, the practical significance of the subject, problem-oriented learning, interest in the study of the discipline, internal motivation to learn, the effectiveness of the educational process.

Введение

Среди естественнонаучных дисциплин, изучаемых студентами, получающими высшее образование в области технологий общественного питания и пищевых биотехнологий, биохимия занимает особое место, во-первых, вследствие сложности излагаемого материала и, во-вторых, в результате своего неопределенного статуса. В самом деле, находясь на стыке сразу нескольких Life Sciences (наук о жизни), биохимия занимает промежуточное положение между органической химией, молекулярной биологией, физиологией растений и животных, клеточной биологией и молекулярной генетикой [8], [9]. Огромное разнообразие изучаемых тем — от строения аминокислот и моносахаров до энергетических эффектов окислительного фосфорилирования, от функций белков до фаз процесса фотосинтеза, представляет не только проблему для преподавателя в плане надлежащего логического изложения столь неоднозначного материала, но и создает вполне объяснимые затруднения для обучающихся при освоении дисциплины, усугубляющиеся относительно краткосрочным лекционным курсом.

В настоящее время биохимия, наряду с молекулярной биологией, является одной из наиболее динамично развивающихся наук о жизни, тесно связанных с такими прогрессирующими фундаментальными и прикладными направлениями естествознания, как генная инженерия, токсикология, микробиология, вирусология, иммунология, биофизика, экология и фармакология, оказывающими колоссальное влияние на развитие современной цивилизацией и имеющими огромные перспективы в медицинской, пищевой и сельскохозяйственной сферах. В то же время именно столь разнообразное применение биохимических знаний делает актуальной проблему выбора из всего предлагаемого специализированной литературой материала именно тех разделов, которые имеют прямое или косвенное отношение к конкретной специальности обучаемой студенческой аудитории, так как в условиях чрезвычайно прагматичного подхода значительной части современной молодежи к образовательному процессу, любая изучаемая дисциплина рассматривается главным образом с точки зрения ее относительной полезности в будущей профессиональной деятельности [5]. По утверждению P.C. Huang, содержание большей части биохимической учебной англоязычной литературы может быть структурировано следующим образом: концепты; язык, термины, символы; строительные блоки, коды, мессенджеры; структура, системы, организация; процессы, циклы; превращения энергии, термодинамика; распознавание, взаимодействие, коммуникации; гомеостаз, контроль, регуляция [8]. В отечественных источниках информации общая структура курса биохимии выглядит аналогичным образом, хотя последовательность изложения конкретного материала может несколько отличаться. Подобное изобилие разделов «на все случаи жизни», с одной стороны, дает возможность вариативности для преподавателя в зависимости от специализации конкретного контингента, но с другой — вызывает закономерные затруднения у студентов, особенно получающих высшее образование по программе заочного или дистанционного обучения, подразумевающего самостоятельное изучение большей части представленного материала.

К сожалению, как показывает анализ основной массы печатных и электронных публикаций, посвященных проблемам и технологиям обучения биохимии, подавляющее число представленной литературных источников затрагивает только вопросы медицинской биохимии, имеющие достаточно узкую область применения [2], [8]. В то же время даже в данной сфере отмечаются уже упомянутые выше трудности в преподавании данной дисциплины: избыточная информация, не коррелирующая никоим образом с будущей профессиональной деятельностью и сложность изучения самого предмета с точки зрения значительной части студентов [1]. В частности, О.И. Кузьмина и Ш.Н. Галимов отмечают, что большинство обучающихся демонстрирует явно поверхностный подход к изучению биохимии, что может быть обусловлено механическим запоминанием учебного материала без понимания сущности изучаемых процессов [4]. M. Afshar и Z. Han выделяют следующие факторы, негативно влияющие на интерес к биохимической науке студентов медицинского вуза (с некоторыми поправками их можно экстраполировать и на пищевую биохимию):

1. дисциплина часто повторяет материал, излагаемый в лекционных курсах органической химии, микробиологии и пр.;
2. изучаемый материал абстрактен и представлен вне контекста конкретной специальности или области применения знаний;
3. предмет требует запоминания слишком большого объема информации без какой-либо взаимосвязи последней с будущей профессиональной деятельностью обучающихся [5].

Следовательно, насущной задачей преподавателя становится ориентация на личностно- и контекстно-ориентированное обучение, с использованием инновационных технологий, «презентационного стиля, ясности и четкости в изложении материала, использования интересных и даже провокационных примеров», без чего невозможно достигнуть повышения внутренней мотивации студентов к обучению [10]. P.C. Huang для повышения заинтересованности обучающихся в изучении биохимии предлагает использовать проблемно-ориентированный подход или лабораторно-центрированный подход, «позволяющий студенту почувствовать тему через непосредственное наблюдение процесса, изучаемого на лекции или даже получения практического опыта, предшествующего его теоретическому объяснению» [8]. A. Hofstein и V.N. Lunetta для повышения внутренней мотивации как ключевого элемента успешного обучения также предлагают сочетать практические лабораторные занятия с конкретной научно-исследовательской деятельностью обучающихся, что одновременно позволит сформировать позитивное отношение студентов к научной работе, повысив профессиональное любопытство, и одновременно стимулировать интерес к изучаемому предмету [9].

Насколько успешно можно применить данные рекомендации к пищевой биохимии? Очевидно, что необходимо учитывать специфику изучаемого предмета, а также меньшую связь преподаваемого материала с последними достижениями и открытиями современной науки, по сравнению с медицинской биохимией, однако даже в этом случае вполне допустимо предлагать обучающимся в качестве тем докладов и презентаций вопросы, непосредственно не коррелирующие с пищевыми технологиями, но неизменно вызывающие интерес аудитории — «Биохимия эмоций и поведения», «Использование биохимических методов в криминалистике» и пр. В то же время вопрос, посвященный применению технологий генной инженерии для получения сортов растений и пород сельскохозяйственных животных с заранее запрограммированными свойствами, может рассматриваться уже как специализированный и профессионально направленный в конкретной студенческой аудитории.

Поскольку проведение лекционных занятий по биохимии в Уральском государственном экономическом университете традиционно предшествует практическим работам либо осуществляется параллельно с ними, использование проблемно-ориентированного подхода, позволяющего сочетать преподаваемый теоретический материал с элементами научно-исследовательской деятельности, также возможно, но необходимо учитывать, на какие конкретно темы изучаемого курса следует обратить наиболее пристальное внимание с учетом профессиональных запросов студентов. В 2018-2019 и 2019-2020 учебном году среди студентов второго курса, обучающихся по направлениям «Пищевая биотехнология» и «Технология организации общественного питания» был проведен опрос с целью выяснения наиболее важных и сложных для изучения тем дисциплины «Основы биохимии» (всего в опросе участвовало 73 студента), результаты которого представлены на рис.1 и рис.2. Как следует из полученных данных, наиболее важными для себя с точки зрения практической значимости обучающиеся отметили темы «Строение и функции белков», «Ферментативные процессы», «Витамины и их свойства», а также «Биохимизм брожения». В то же время к наименее значимым разделам были отнесены «Строение и функции нуклеиновых кислот», «Анаболизм нуклеиновых кислот и белков», «Биохимизм процессов дыхания», «Липидный обмен в организме» и «Фотосинтез». Очевидно, что если проблемы хранения, передачи и реализации наследственной информации находятся вне пределов компетенции бакалавров индустрии питания, то тема липидного обмена была включена в список наименее важных в силу ее большой сложности, что подтверждается и данными рис.2.

 

Рис. 1 – Мнения бакалавров индустрии питания о практической значимости различных разделов курса «Основы биохимии»

Рис. 2 – Мнения бакалавров индустрии питания о сложности различных разделов курса «Основы биохимии»

Самыми сложными для изучения темами были признаны «Катаболизм углеводов», как бескислородный, так и аэробный, «Липидный обмен в организме», «Анаболизм нуклеиновых кислот и белков», «Строение и функции липидов», что согласуется с литературными данными [1]. Действительно, мультиферментативные циклические процессы, сопровождающиеся расщеплением или синтезом высокоэнергетических соединений и параллельными окислительно-восстановительными реакциями, в которых фигурирует большое количество органических веществ с труднопроизносимыми названиями (гликолиз, цикл Кребса и пр.), неизменно вызывают затруднения аудитории в восприятии и, соответственно, запоминании основной информации.

С.Ф. Андрусенко и др. предлагают использовать специально разработанные приемы мнемотехники для облегчения процесса запоминания сложной биохимической информации [1]. В то же время Кузьмина и Галимов в качестве альтернативного метода обучения выдвигают case-study, который позволяет научить студентов формулировать базовые биохимические концепции собственными словами, анализировать и выделять основную информацию, работать с большим количеством фактического материала и интегрировать различные принципы для решения проблемы [4]. С.П. Корочанская и Т.С. Хвостова, в свою очередь, делают акцент на том, что в условиях современного информационного общества и повсеместного развития компьютерных технологий обучающимся нет никакой необходимости запоминать весь объем биохимической информации, которую достаточно легко найти в Интернете; вместо этого предлагается обучение студентов умению критически воспринимать данную информацию и работать с большим количеством данных, которые действительно необходимы для решения конкретной теоретической или практической задачи [3].

Применительно к обучению биохимии бакалавров индустрии питания это означает, что в основе проблемно-ориентированного подхода должно лежать решение задач не общего плана, а непосредственно связанных с проблемами рационального питания, здорового образа жизни, технологий переработки продукции животного и растительного происхождения и пр. Например, уже начиная с первого лекционного занятия, обучающимся предлагается разработать оптимальный рацион для себя, исходя из норм суточного потребления белков, жиров и углеводов в оптимальном соотношении в соответствии со своими антропометрическими параметрами, гендерной принадлежностью и возрастом, что уже стимулирует практический интерес к химическому составу потребляемых продуктов питания [11]. При изучении темы «Строение и функции белков» рассматриваются не только общие вопросы, но и информация о преобладающих группах белков, например, в составе цельного молока или семян бобовых растений, причинах денатурации белков в процессе механической, термической и химической переработки белковой продукции и т.д. Аналогичным образом процессы гомоферментативного и гетероферментативного молочнокислого брожения рассматриваются в контексте производства конкретных видов продукции – кефира, кумыса, ряженки, простокваши, творога; пропионовокислое брожение изучается параллельно с описанием технологии сыроделия, спиртовое – хлебопечения и виноделия. Поскольку большинство студентов к окончанию второго курса уже определяются с дальнейшей производственной практикой и темами дипломных работ, то подобная информация традиционно воспринимается аудиторией с неизменным интересом. Темы, посвященные структуре и обмену липидов (достаточно сложный раздел для изучения), успешно сочетаются с описанием технологий производства различных видов растительного масла (например, метод экстракции основан на растворимости жиров в бензине и родственных органических соединениях), а способность липидов к проведению электрического тока определяется особенностями строения последних. Информация такого типа не только имеет практическую значимость для будущих специалистов, но и стимулирует заинтересованность в более углубленном изучении предмета. Структура и классификация ферментов нередко также представляет сложности для понимания, но поскольку ферментативные процессы лежат в основе не только функционирования живых систем, но и большинства способов переработки растительной и животноводческой продукции, то изучение данной темы прекрасно корреллирует практически с любыми разделами курса «Основы биохимии».

Практические занятия по данному предмету также нацелены на формирование у обучающихся профессиональных компетенций, владение которыми необходимо будущему специалисту в сфере индустрии питания. Любая лабораторная работа – это не только выполнение конкретного задания, например, по изучению хроматографического метода разделения аминокислот или активности α-амилазы, присутствующей в составе пшеничной муки, но и решение задач по подбору оптимальных условий для активной деятельности дрожжей Sacharomyces cerevisiae, поиску альтернативных агентов брожения, выявлению посторонних компонентов в молочном сырье или освоение технологии простейшего сыроделия. Биохимическая наука в отрыве от практической деятельности нередко, как отмечалось ранее, рассматривается как не только сложный, но и малоинтересный предмет, своего рода «неизбежное зло», единственной мотивацией для изучения которого служат баллы в экзаменационной ведомости (исключительно внешняя мотивация). В случае же сочетания лекционного и практического курса с элементами научно-исследовательской деятельности, различными формами интерактивного обучения (проблемные лекции, дискуссии, семинары в форме научных конференций и пр.) включается уже внешняя мотивация к изучению дисциплины, основанная на личной заинтересованности в получении необходимых знаний по данному предмету. В подобном случае уже можно говорить о повышении эффективности образовательного процесса применительно к биохимии, что проявляется не только в высоких оценках по завершении курса обучения (рис.3), но в уровне публикационной активности студентов по результатам научно-исследовательской работы и сохранении интереса к предмету, проявляющегося уже при изучении сопряженных дисциплин (микробиологии, технологий переработки растительного сырья, физиологии питания и пр.).

 

Рис. 3 – Итоговые оценки студентов после изучения дисциплины «Основы биохимии»

  Заключение

Таким образом, можно говорить об успешном сочетании стимулирования внешней и внутренней мотивации к изучению биохимии у студентов бакалавриата индустрии питания в Уральском государственном экономическом университете в процессе применения проблемно-ориентированного и практико-ориентированного обучения, опыт которого может быть применен и при преподавании других дисциплин общеобразовательного и профессионального цикла.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Андрусенко С.Ф. Из опыта преподавания биохимии в высшей школе / С.Ф. Андрусенко, Е.В. Денисова, А.М. Филиппова // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. 2018. № 2 (65). С.142-151.
2. Высокогорский В.Е. Некоторые особенности преподавания биохимии в современных условиях / В.Е. Высокогорский, А.В. Индутный, Г.А. Лопухов // Вятский медицинский вестник. 2007. №4. С.14-15.
3. Корочанская С.П. Вариативный курс по биохимии как способ повышения качества фундаментальной подготовки специалиста в медицинском вузе / С.П. Корочанская, Т.С. Хвостова // Международный журнал экспериментального образования. №4, 2013. С. 136-139.
4. Кузьмина О.И. Кейс-технологии как способ повышения эффективности преподавания биохимии в медицинском вузе / О.И Кузьмина, Ш.Н Галимов // Современные проблемы науки и образования. 2019.№6. [Электронный ресурс] URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=29463 (дата обращения: 17.09.2020).
5. Afshar M. Teaching and learning medical biochemistry: perspectives from a student and an educator / M. Afshar, Z. Han // Medical Science Education. 2014. №24. Р.339–341.
6. Black P. N. A revolution in biochemistry and molecular biology education informed by basic research to meet the demands of 21st century career paths / P. N. Black // 21st Century Biochemistry and Molecular Biology Education. [Electronic resource] URL: http://www.jbc.org. (accessed: 17.09.2020).
7. Hofstein, A., Lunetta, V. N. The laboratory in science education: Foundations for the twenty-first century / A. Hofstein, V. N. Lunetta, // Science Education.2003.№88(1).Р.28–54.
8. Huang P.C. The integrative nature of biochemistry: challenges of biochemical education in the USA / P.C. Huang // Biochemical Education. 2000. №28. Р.64-70.
9. Kornberg A. The two cultures; chemistry and biology / A. Kornberg // Biochemistry. 1987. №6. Р. 6888-6891.
10. Srinivasan M. Comparing problem-based learning with case-based learning: effects of a major curricular shift at two institutions / M. Srinivasan, M. Wilkes, F. Stevenson, T. Nguyen, S. Slavin // Academic Medicine. 2007. №82. Р.74–82.
11. Zimmerman T. Linking biochemistry concepts to food safety using yogurt as a model: teaching biochemistry using yogurt / T. Zimmerman, M. Ibrahim, R. Gyawali, S.A. Ibrahim // Journal of Food Science Education. 2018. Vol.00. [Electronic resource] URL: https://www.researchgate.net/publication/329111058. (accessed: 17.09.2020).

Список литературы на английском языке / References in English

1. Andrusenko S.F. Iz opyta prepodavaniya biohimii v vysshej shkole [From the experience of teaching biochemistry in higher education] / S.F. Andrusenko, E.V. Denisova, A.M. Filippova // Vestnik Severo-Kavkazskogo Federal'nogo universiteta [Bulletin of the North Caucasus Federal University] 2018. № 2 (65) р.142-151. [in Russian]
2. Vysokogorskij V.E. Nekotorye osobennosti prepodavaniya biohimii v sovremennyh usloviyah [Some features of teaching biochemistry in modern conditions] / V.E. Vysokogorskij, A.V. Indutnyj, G.A. Lopuhov // Vyatskij medicinskij vestnik [Vyatka Medical Bulletin] 2007. №4. p.14-15. [in Russian]
3. Korochanskaya S.P. Variativnyj kurs po biohimii kak sposob povysheniya kachestva fundamental'noj podgotovki specialista v medicinskom vuze [Variable course in biochemistry as a way to improve the quality of fundamental training of a specialist in a medical university] / S.P. Korochanskaya, T.S. Khvostova // Mezhdunarodnyj zhurnal eksperimental'nogo obrazovaniya [International Journal of Experimental Education] №4, 2013. p. 136-139. [in Russian]
4. Kuz'mina O.I. Kejs-tekhnologii kak sposob povysheniya effektivnosti prepodavaniya biohimii v medicinskom vuze [Case technologies as a way to improve the efficiency of teaching biochemistry at a medical university] / O.I Kuz'mina, Sh.N. Galimov // Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya [Modern problems of science and education] 2019. №6. [Electronic resource] URL:http://science-education.ru/ru/article/view?id=29463 (accessed: 17.09.2020). [in Russian]
5. Afshar M. Teaching and learning medical biochemistry: perspectives from a student and an educator / M. Afshar, Z. Han // Medical Science Education. 2014. №24. Р.339–341.
6. Black P. N. A revolution in biochemistry and molecular biology education informed by basic research to meet the demands of 21st century career paths / P. N. Black // 21st Century Biochemistry and Molecular Biology Education. [Electronic resource] URL: http://www.jbc.org. (accessed: 17.09.2020).
7. Hofstein, A., Lunetta, V. N. The laboratory in science education: Foundations for the twenty-first century / A. Hofstein, V. N. Lunetta, // Science Education.2003.№88(1).Р.28–54.
8. Huang P.C. The integrative nature of biochemistry: challenges of biochemical education in the USA / P.C. Huang // Biochemical Education. 2000. №28. Р.64-70.
9. Kornberg A. The two cultures; chemistry and biology / A. Kornberg // Biochemistry. 1987. №6. Р. 6888-6891.
10. Srinivasan M. Comparing problem-based learning with case-based learning: effects of a major curricular shift at two institutions / M. Srinivasan, M. Wilkes, F. Stevenson, T. Nguyen, S. Slavin // Academic Medicine. 2007. №82. Р.74–82.
11. Zimmerman T. Linking biochemistry concepts to food safety using yogurt as a model: teaching biochemistry using yogurt / T. Zimmerman, M. Ibrahim, R. Gyawali, S.A. Ibrahim // Journal of Food Science Education. 2018. Vol.00. [Electronic resource] URL: https://www.researchgate.net/publication/329111058. (accessed: 17.09.2020).