優(yōu)化生物信息學(xué)專業(yè)中高等數(shù)學(xué)教學(xué)成效的路徑研究

摘要： 高等數(shù)學(xué)是生物信息學(xué)專業(yè)最重要的一門數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課， 高等數(shù)學(xué)教學(xué)效果的好壞不僅影響到生物信息學(xué)人才的培養(yǎng)，還會(huì)影響我國(guó)的科技發(fā)展水平與現(xiàn)代化進(jìn)程。本文結(jié)合目前生物信息學(xué)專業(yè)中高等數(shù)學(xué)教學(xué)的實(shí)際，就優(yōu)化高等數(shù)學(xué)教學(xué)效果提出相應(yīng)建議。

關(guān)鍵詞： 生物信息學(xué)；高等數(shù)學(xué)；教學(xué)效果； 教學(xué)方法； 多媒體

生物信息學(xué)是綜合計(jì)算機(jī)科學(xué)、 信息技術(shù)和數(shù)學(xué)的理論和方法來(lái)研究生物學(xué)信息的交叉學(xué)科。數(shù)學(xué)作為生物信息學(xué)研究的基本工具， 已經(jīng)成為生物信息學(xué)專業(yè)的必修課程。高等數(shù)學(xué)是大學(xué)數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)課程， 通過高等數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)， 學(xué)生不僅可以掌握基本的數(shù)學(xué)概念， 公式及方法， 更可以提高自己的邏輯能力以及運(yùn)用數(shù)學(xué)解決生物信息學(xué)問題的能力。因而高等數(shù)學(xué)教學(xué)效果的好壞， 直接影響到一個(gè)學(xué)校， 一門學(xué)科人才的培養(yǎng)， 進(jìn)而會(huì)影響到我國(guó)的科技發(fā)展水平與現(xiàn)代化進(jìn)程。筆者結(jié)合此領(lǐng)域教師們多年的教學(xué)實(shí)踐， 結(jié)合生物信息學(xué)的專業(yè)特點(diǎn)從課前、 課上、 課后三個(gè)方面闡述提高高等數(shù)學(xué)教學(xué)效果的幾點(diǎn)建議。

1做好充分的課前準(zhǔn)備，有的放矢。

要想在有限的課堂時(shí)間內(nèi)達(dá)到最好的教學(xué)效果，教師首先需要在課前認(rèn)真?zhèn)湔n， 尤其要注意重點(diǎn)內(nèi)容的強(qiáng)調(diào)以及知識(shí)點(diǎn)的銜接， 使得一次課成為一部完整的電影， 而不是多個(gè)場(chǎng)景的組合。同時(shí)， 由于生物信息學(xué)是一門快速發(fā)展的交叉科學(xué)， 因此在授課的過程中教師應(yīng)當(dāng)將生物信息學(xué)的前沿發(fā)展動(dòng)態(tài)與課程內(nèi)容進(jìn)行合理的融合， 這就需要教師在課前閱讀大量的科研文獻(xiàn)， 做到教學(xué)科研一體化。此外， 還要精心制作課件， 好的課件不僅要字體大小適中， 背景美觀而不雜亂， 又要適當(dāng)?shù)募右恍┯腥さ膭?dòng)畫。對(duì)于高等數(shù)學(xué)這樣一門相對(duì)枯燥的學(xué)科， 小小的動(dòng)畫會(huì)讓學(xué)生的精神為之一振， 間接提高教學(xué)效果。同時(shí)要做到內(nèi)容簡(jiǎn)潔明了， 真正起到提綱挈領(lǐng)的作用。對(duì)于高等數(shù)學(xué)下冊(cè)來(lái)說(shuō)， 課件的制作尤為重要。比如， 第一型曲面積分概念的引入， 不僅需要有準(zhǔn)確的三維圖像， 而且引入概念的過程也要提綱式地逐條列出， 使學(xué)生清晰地了解一個(gè)抽象的數(shù)學(xué)概念是怎樣產(chǎn)生的。

2多方位開展課上教學(xué)實(shí)踐。

2.1 多媒體與板書結(jié)合

多媒體的出現(xiàn)為高等數(shù)學(xué)的教學(xué)帶來(lái)了極大方便。比如曲線與曲面積分的章節(jié)中， 很多問題都需要結(jié)合三維圖像來(lái)解答， 在黑板上畫立體圖形既浪費(fèi)時(shí)間， 又很難畫得準(zhǔn)確， 而利用多媒體則只需在課件中插入相應(yīng)的三維圖像就可以了。還有一些冗長(zhǎng)的概念或公式， 用多媒體展示一目了然， 省時(shí)省力。多媒體雖然為教學(xué)帶來(lái)了諸多方便， 但它并不能完全代替板書。比如， 具體的解題過程如果只寫在課件上， 那么學(xué)生就只是觀眾， 在觀看一道題怎么解答。而利用板書引導(dǎo)學(xué)生，在書寫每一步的時(shí)候讓學(xué)生思考下一步應(yīng)該怎么做， 那么學(xué)生就是參與者了。定理或公式的推導(dǎo)也是同樣的道理。所以上課時(shí)要做到多媒體與板書的有機(jī)結(jié)合， 多媒體展示提綱和圖像， 板書書寫具體的解題和推導(dǎo)過程。

2.2 重視基礎(chǔ)知識(shí)的教學(xué)

要狠抓以基本概念、 基本理論、 基本方法為主的“ 三基” 教學(xué)。高等數(shù)學(xué)雖然看起來(lái)很難， 但它實(shí)際上是由很多基本概念和理論方法交織而成的。只有牢固地掌握基礎(chǔ)知識(shí)， 才能理解數(shù)學(xué)的精髓， 才能熟練的運(yùn)用這些知識(shí)來(lái)解決復(fù)雜的生物信息學(xué)問題。對(duì)于基本概念， 要用盡可能通俗的， 形象的語(yǔ)言或直觀的圖像來(lái)解釋， 必要的時(shí)候也可以用實(shí)物演示。比如， 莫比烏斯帶的定義是單側(cè)曲面， 這個(gè)概念用語(yǔ)言很難形容， 但如果用一張紙條演示一下， 學(xué)生就完全理解了。對(duì)于基本定理， 一定要在黑板上寫下詳細(xì)的推導(dǎo)過程， 讓學(xué)生了解怎樣從一些已有的知識(shí)推導(dǎo)出一個(gè)新的結(jié)論， 這樣學(xué)生就不是在死記硬背定理的內(nèi)容， 而是真的學(xué)會(huì)了。對(duì)于基本方法， 則要讓學(xué)生反復(fù)練習(xí)， 熟能生巧， 多做練習(xí)還會(huì)提高學(xué)生的計(jì)算能力。

2.3 注重課堂練習(xí)

在課堂上要堅(jiān)持" 教師是主導(dǎo)， 學(xué)生是主體" 的教學(xué)原則，要做到精講多練、 勤練。每堂課都可能會(huì)講多個(gè)知識(shí)點(diǎn)， 多種類型題， 如果一味的填鴨式教學(xué)， 學(xué)生往往只是“ 懂了” ， 而不是“ 會(huì)了” 。所以在每一道類型題講完之后， 要立刻找一道相似的題目， 給學(xué)生一定的時(shí)間讓學(xué)生自己練習(xí)， 及時(shí)消化和掌握所學(xué)的知識(shí)， 并且要重視理論聯(lián)系實(shí)際， 將數(shù)學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到具體的生物信息學(xué)研究中去。比如， 介紹了矩陣的概念之后， 就可以向?qū)W生介紹基因芯片的制備、 基因表達(dá)譜的數(shù)據(jù)格式等內(nèi)容， 將基因芯片檢測(cè)的全基因組范圍的基因表達(dá)信息用矩陣表示出來(lái)了， 矩陣的每一行代表一個(gè)基因在所有芯片實(shí)驗(yàn)中的表達(dá)水平， 每一列代表在同一張芯片上所有基因的表達(dá)值， 這樣從一個(gè)矩陣就可以觀察到不同條件下每一個(gè)基因的表達(dá)變化了。除了每堂課都要讓學(xué)生有一定的練習(xí)之外， 在每一章或者每一個(gè)大問題結(jié)束之后還要開設(shè)習(xí)題課。在習(xí)題課上， 教師首先要總結(jié)這一部分所學(xué)的重要知識(shí)點(diǎn)以及它們之間的聯(lián)系， 使學(xué)生在思維中形成一個(gè)完整有機(jī)的知識(shí)體系， 整體的把握知識(shí)框架， 這比掌握零散的知識(shí)點(diǎn)更有效。其次， 對(duì)本部分每一種重點(diǎn)的類型題都找一兩道類似的題目講解， 使學(xué)生在記憶開始模糊的時(shí)候重新回憶起來(lái)， 從而牢固地掌握本部分內(nèi)容， 為開始新的篇章打好基礎(chǔ)。

2.4 建立和諧的師生關(guān)系

高等數(shù)學(xué)是一門相對(duì)較難的學(xué)科， 學(xué)生在學(xué)習(xí)起來(lái)比較吃力， 這樣就容易形成逆反心理， 因此建立和諧的師生關(guān)系是達(dá)到良好教學(xué)效果的必要條件。首先， 師生之間是平等的，聞道有先后， 術(shù)業(yè)有專攻而已。這就要求教師在上課的時(shí)候不要高高在上， 要多多與學(xué)生交流， 在每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)過后及時(shí)詢問學(xué)生是否理解， 如果沒理解就再講一遍。課下也同樣要走入到學(xué)生中去， 及時(shí)解答他們的問題， 還可以跟學(xué)生談一些與課程無(wú)關(guān)的東西， 拉近與學(xué)生的距離。只有切身體驗(yàn)到他們的感受和需求才能更好的完成教與學(xué)的任務(wù)。

3 通過課后的練習(xí)鞏固高等數(shù)學(xué)課上所學(xué)的知識(shí)

根據(jù)艾賓浩斯遺忘曲線， 如果只是上課記住了， 課下就不再?gòu)?fù)習(xí)，那么所掌握的內(nèi)容就會(huì)迅速遺忘。所以， 適量的課后作業(yè)是非常必要的， 幾道習(xí)題幾十分鐘就可以起到鞏固知識(shí)的作用。同時(shí)， 教師也可以根據(jù)自身的科研方向， 設(shè)計(jì)一些小的科研課題， 鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考， 如何利用學(xué)到的高等數(shù)學(xué)知識(shí)去解決實(shí)際的生物信息學(xué)問題。此外， 教師對(duì)課后作業(yè)的批改同樣重要， 通過對(duì)每一份作業(yè)的仔細(xì)批閱， 找出學(xué)生犯錯(cuò)的共性和個(gè)性問題， 在下堂課著重講解， 那么學(xué)生再遇到類似問題時(shí)就不會(huì)犯同樣的錯(cuò)誤了。同時(shí)還要對(duì)做的好的學(xué)生給予表?yè)P(yáng)和鼓勵(lì)。

高等數(shù)學(xué)作為生物信息學(xué)專業(yè)的必修基礎(chǔ)課， 其教學(xué)效果的好壞直接影響到生物信息學(xué)人才的培養(yǎng)以及學(xué)科的建設(shè)， 而要提高高等數(shù)學(xué)的教學(xué)效果， 就要做到課前認(rèn)真?zhèn)湔n，課上利用多媒體與板書結(jié)合的教學(xué)手段， 重視基礎(chǔ)內(nèi)容的教學(xué)與練習(xí)， 同時(shí)活躍課堂氣氛， 保持和諧的師生關(guān)系， 并在課后布置適量的課后作業(yè)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張紅梅.提高高等數(shù)學(xué)教學(xué)效果的幾點(diǎn)見解.赤子，2009，4：45

[2] 孫嘯，陸祖宏，謝建明.生物信息學(xué)基礎(chǔ).第1版.北京： 清華大學(xué)出版社，2005.286-287.

[3] Michael S.Waterman.Applications of Combinatorics to Molecular Biology [M].Elsevier Science，1995.

作者簡(jiǎn)介：朱南燕（1995.9—），女，漢族，重慶，現(xiàn)為四川大學(xué)輕紡與食品學(xué)院2013級(jí)食品科學(xué)與工程專業(yè)的本科，研究方向?yàn)椋河?jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)。