融合教學(xué)模式在生物信息處理課改中的應(yīng)用

潘志方+陳偉+林曄智+張楊+楊峰

[摘 要]生物信息處理是一門較新的具有很強(qiáng)理論性和實(shí)踐性的課程。將以團(tuán)隊(duì)為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)、以案例為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)和以問(wèn)題為中心的學(xué)習(xí)等多種教學(xué)形式引入生物信息處理的課堂，就是借鑒軟件工程項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)建設(shè)、案例教學(xué)、問(wèn)題學(xué)習(xí)的相關(guān)理論，將學(xué)生分成若干團(tuán)隊(duì)，給予相關(guān)的數(shù)據(jù)，配合激勵(lì)政策和考核機(jī)制，在項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)中讓學(xué)生深入學(xué)習(xí)和體驗(yàn)種種生物信息處理中的案例和題目，使學(xué)生既可以得到軟件項(xiàng)目管理的體驗(yàn)，又能得到數(shù)據(jù)處理的基本技能和基本技巧。融合教學(xué)模式深受學(xué)生歡迎，獲得了一致好評(píng)。學(xué)生可以不會(huì)被艱深晦澀的理論所迷惑，直接進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，直接見(jiàn)到理論效果，有利于快速掌握理論體系的核心構(gòu)成，但是要想深入了解算法的內(nèi)涵，還需加強(qiáng)理論方面的教學(xué)。

[關(guān)鍵詞]融合教學(xué)模式；生物信息學(xué)；課堂教改

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2017）11-0074-03

一、背景

大量的生物醫(yī)學(xué)傳感器和各類測(cè)量設(shè)備不斷地產(chǎn)生出海量的人體生理和病理信息。隨著數(shù)學(xué)化發(fā)展的進(jìn)程，從定性研究逐漸走向定量研究是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)之一，而新的研究趨向是運(yùn)用數(shù)學(xué)等理論方法來(lái)表示實(shí)際的醫(yī)學(xué)問(wèn)題，并在其本質(zhì)和數(shù)量之間尋求相互關(guān)系的規(guī)律。[1]生物信息處理課程應(yīng)運(yùn)而生。

生物信息處理課程是一門較新的具有很強(qiáng)理論性和實(shí)踐性的課程。強(qiáng)調(diào)理論體系和概念的理論介紹是傳統(tǒng)教學(xué)的主要方式，其往往忽視具體實(shí)現(xiàn)步驟、基本的編程訓(xùn)練。這樣很容易讓學(xué)生形成理論概念較為抽象的印象，使得他們對(duì)理論的理解僅限于表面，難以體會(huì)到理論的實(shí)際應(yīng)用效果。當(dāng)面對(duì)現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題時(shí)，學(xué)生無(wú)法下手解決，更談不上創(chuàng)新應(yīng)用。為避免學(xué)生理論與實(shí)際脫節(jié)，造成在實(shí)踐中無(wú)從下手的情況，計(jì)算機(jī)編程應(yīng)進(jìn)入該課程教授內(nèi)容，讓學(xué)生看到理論的實(shí)際應(yīng)用效果，不能只進(jìn)行理論介紹而忽略實(shí)現(xiàn)步驟。但另一方面，在課堂上花費(fèi)大量的時(shí)間講解復(fù)雜的程序框架下的具體實(shí)現(xiàn)代碼也是不太現(xiàn)實(shí)的。吳曉明等人[2]利用網(wǎng)絡(luò)組件技術(shù)，通過(guò)web瀏覽器運(yùn)行Linux平臺(tái)生物信息軟件，增強(qiáng)了生物信息學(xué)教學(xué)中算法的實(shí)踐環(huán)節(jié)。錢葉雄等人[3]在生物信息學(xué)教學(xué)中采用了“教、學(xué)、研”一體化的創(chuàng)新教學(xué)模式，在提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和能力方面取得了一定的教學(xué)效果。近年來(lái)，隨著教育改革的不斷深入，很多課程在傳統(tǒng)的講授式教學(xué)方法的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了以團(tuán)隊(duì)為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)（Team？鄄based Learning，TBL）、以案例為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)（Case？鄄based learning，CBL）和以問(wèn)題為中心的學(xué)習(xí)（Problem based learning，PBL）等多種教學(xué)模式， 這些都可以有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和學(xué)習(xí)效率。[4][5][6]

將TBL、CBL、PBL模式引入生物信息處理的課堂，就是借鑒軟件工程項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)建設(shè)、案例教學(xué)、問(wèn)題學(xué)習(xí)的相關(guān)理論，根據(jù)學(xué)生的性別、學(xué)習(xí)特長(zhǎng)和性格特點(diǎn)，將學(xué)生分成若干團(tuán)隊(duì)，依據(jù)各章相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，給予有關(guān)數(shù)據(jù)，配合激勵(lì)政策和考核機(jī)制，在項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)中讓學(xué)生深入學(xué)習(xí)和體驗(yàn)種種生物信息處理中的案例和題目，使得學(xué)生既可以得到軟件項(xiàng)目管理的體驗(yàn)，又能獲得相關(guān)數(shù)據(jù)處理的基本技巧和基本技能。一方面可以促使團(tuán)隊(duì)成員之間形成良好的教學(xué)和學(xué)習(xí)氛圍，他們必須群策群力，互相幫助，取長(zhǎng)補(bǔ)短，迎接學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)之間的競(jìng)爭(zhēng)與挑戰(zhàn)，通過(guò)各展其長(zhǎng)完成團(tuán)隊(duì)的學(xué)習(xí)任務(wù)，得到軟件項(xiàng)目管理的親身體會(huì)；另一方面通過(guò)數(shù)據(jù)、案例和問(wèn)題獲得數(shù)據(jù)處理的基本技能和基本技巧。

二、改革內(nèi)容

為了能更好地實(shí)現(xiàn)新的教學(xué)模式融合，我校在教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式與評(píng)價(jià)機(jī)制等幾個(gè)方面進(jìn)行了改革。

（一）教學(xué)理念的改革

將PBL、CBL、TBL引入生物信息處理的課堂是一次重大的革新，需要從教學(xué)理念上做好轉(zhuǎn)換準(zhǔn)備。一方面需要從95后大學(xué)生的特點(diǎn)出發(fā)，分析影響其學(xué)習(xí)生物信息處理課程的動(dòng)機(jī)、興趣與熱情等因素，告知新的上課模式的重要性與必要性；同時(shí)任課教師的角色要向?qū)?、信息咨詢者、團(tuán)隊(duì)協(xié)作者、課程開(kāi)發(fā)者、案例設(shè)計(jì)者、問(wèn)題提出者、學(xué)術(shù)顧問(wèn)轉(zhuǎn)化，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到數(shù)據(jù)處理知識(shí)對(duì)于專業(yè)、職業(yè)以及人生的重要作用，鼓勵(lì)他們積極參與項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)，使學(xué)生的能力通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作共同完成任務(wù)的方法獲得充分成長(zhǎng)。

（二）教學(xué)內(nèi)容的改革

在新的教學(xué)模式下，生物信息處理課程的教學(xué)內(nèi)容需要重新梳理與安排。一方面要從總體上設(shè)計(jì)好教師理論講授與學(xué)生團(tuán)隊(duì)自學(xué)內(nèi)容的章節(jié)比例分配，另一方面要針對(duì)每一章節(jié)適度安排案例、設(shè)計(jì)問(wèn)題、確定學(xué)生團(tuán)隊(duì)開(kāi)放式討論的內(nèi)容與主題。

（三）教學(xué)方法改革

除了理論講授之外，根據(jù)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的特點(diǎn)，要適度引入軟件項(xiàng)目管理模擬、軟件工程模擬等教學(xué)方法。此外，要將教學(xué)空間延伸，注重課堂內(nèi)外的結(jié)合，舉辦生物信息數(shù)據(jù)處理比賽，讓學(xué)生以項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的形式深入實(shí)際，群策群力，探索發(fā)生在醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)、生理功能的數(shù)字仿真、時(shí)間序列分析、生物信息學(xué)等領(lǐng)域中的信息處理問(wèn)題，體驗(yàn)數(shù)據(jù)處理知識(shí)的重要性。

（四）考核方式與評(píng)價(jià)機(jī)制的改革

在新的教學(xué)模式下，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的評(píng)分機(jī)制、激勵(lì)措施以及考核方式，防止“大鍋飯”、“搭便車”等現(xiàn)象的發(fā)生。這樣的話，可以考慮將個(gè)人和團(tuán)隊(duì)綜合考核相結(jié)合，將筆試與面試相結(jié)合，將形成性評(píng)價(jià)與范例展示評(píng)價(jià)相結(jié)合，讓考核與評(píng)價(jià)更加全方位與立體化，鼓勵(lì)學(xué)生不僅自己學(xué)好課程，還要與團(tuán)隊(duì)一起學(xué)好。

三、實(shí)施方案與實(shí)施方法

（一）實(shí)施方案

（二）實(shí)施方法

1.文獻(xiàn)綜述法：利用我校圖書(shū)館相關(guān)的外文數(shù)據(jù)庫(kù)和中文數(shù)據(jù)庫(kù)（如重慶維普、萬(wàn)方數(shù)據(jù)、中國(guó)期刊網(wǎng)）等全面收集“信息處理教學(xué)改革”與“TBL、CBL、PBL”等資料，概括出國(guó)內(nèi)的相關(guān)課程總體情況和改革方向。endprint

2.問(wèn)卷調(diào)查法：在文獻(xiàn)研究的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)生物信息處理課程團(tuán)隊(duì)上課的問(wèn)卷調(diào)查，從歷屆學(xué)生中抽樣，分發(fā)問(wèn)卷搜集數(shù)據(jù)。

3.訪談法：根據(jù)以往考試成績(jī)的高低，選取高分、低分以及部分典型學(xué)生進(jìn)行訪談，如了解考高分的學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)心得以及考低分的學(xué)生失利的原因等，以此總結(jié)現(xiàn)有教學(xué)方式的優(yōu)缺點(diǎn)。

4.對(duì)比研究法：設(shè)立對(duì)照組與實(shí)踐組，將傳統(tǒng)教學(xué)與團(tuán)隊(duì)、案例、問(wèn)題教學(xué)，團(tuán)隊(duì)、案例、問(wèn)題考核與單人考核進(jìn)行對(duì)比，了解各自的優(yōu)缺點(diǎn)以便更好地取長(zhǎng)補(bǔ)短，總結(jié)可借鑒做法。

在實(shí)施以上方法的基礎(chǔ)上，我們確定了將以團(tuán)隊(duì)為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)（Team？鄄based Learning， TBL）、以案例為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)（Case？鄄based learning， CBL）和以問(wèn)題為中心的學(xué)習(xí)（Problem？鄄based learning， PBL）等多種教學(xué)法模式引入生物信息處理課堂的融合教學(xué)模式。

四、實(shí)施總結(jié)

課題組從2014年開(kāi)始，在2014-2015年第二學(xué)期、2015-2016年第二學(xué)期和2016-2017年第一學(xué)期共三個(gè)學(xué)期，選取試點(diǎn)專業(yè)進(jìn)行了教學(xué)改革，對(duì)部分試點(diǎn)專業(yè)學(xué)生開(kāi)展了PBL、CBL、TBL融合教學(xué)模式教學(xué)。根據(jù)三個(gè)學(xué)期的課題實(shí)施情況分析，由于充分考慮了專業(yè)特點(diǎn)及就業(yè)趨勢(shì)，學(xué)生對(duì)課程的接受程度得到了提高，相應(yīng)的課程成績(jī)和通過(guò)率也得到了提高。在實(shí)施過(guò)程中也存在一些不夠完善的地方。如表1所示，我們對(duì)參與了該教學(xué)改革實(shí)踐課程的學(xué)生進(jìn)行了匿名的問(wèn)卷調(diào)查，收回有效問(wèn)卷58份，其中，認(rèn)為該教學(xué)方式優(yōu)于原教學(xué)方式的學(xué)生接近2/3。

五、討論與展望

我校在2012、2013、2014年級(jí)的信管專業(yè)學(xué)生中進(jìn)行PBL、CBL、TBL融合教學(xué)模式試點(diǎn)教學(xué)后效果良好，并推廣到計(jì)算機(jī)專業(yè)，受益者是全體信管專業(yè)、計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生；再進(jìn)一步推廣到其他軟件課程后，受益者更是覆蓋了所有開(kāi)有軟件類課程的工科甚至醫(yī)科學(xué)生。PBL、CBL、TBL融合教學(xué)模式將計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論知識(shí)、編程技能、軟件工程知識(shí)、項(xiàng)目管理能力及具體的生物醫(yī)學(xué)問(wèn)題串聯(lián)起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生在分析問(wèn)題時(shí)，思維由單向向多向轉(zhuǎn)變，學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和主動(dòng)性大大增加了，綜合分析能力也得到了提高。同時(shí)這種教學(xué)模式對(duì)指導(dǎo)教師也提出了新的挑戰(zhàn)，促進(jìn)教師不斷自我完善，達(dá)到教學(xué)相長(zhǎng)的效果。在教學(xué)模式上和教材方面，固然這門課程已經(jīng)在持續(xù)完善與發(fā)展中，但總體形式上還存在一些問(wèn)題。加強(qiáng)以團(tuán)隊(duì)為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)（Team？鄄based Learning，TBL）、以案例為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)（Case？鄄based learning，CBL）和以問(wèn)題為中心的學(xué)習(xí)（Problem？鄄based learning，PBL）等多種教學(xué)法， 確實(shí)是近年來(lái)能有效增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和學(xué)習(xí)效果的現(xiàn)代課程教學(xué)模式，學(xué)習(xí)者可以不被枯澀難懂的理論所迷惑，直接進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，觀察理論的結(jié)果，有利于快速掌握理論體系的核心構(gòu)成，但是對(duì)于深入了解算法的內(nèi)涵，還需加強(qiáng)理論方面的教學(xué)。國(guó)家建設(shè)需要培養(yǎng)高素質(zhì)綜合創(chuàng)新人才，而人才培養(yǎng)需要改革傳統(tǒng)教育長(zhǎng)期存在的重理論輕應(yīng)用的觀念，課堂教學(xué)模式中只介紹理論內(nèi)容而忽視實(shí)現(xiàn)方法的現(xiàn)狀需要改變。一方面，課堂教學(xué)中不能只介紹理論，使得學(xué)生學(xué)到的理論知識(shí)與實(shí)際情況相脫離，造成在實(shí)踐中束手無(wú)策的狀況；另一方面，課堂上也無(wú)法花費(fèi)大量的時(shí)間講授復(fù)雜的程序框架下的具體實(shí)現(xiàn)代碼。這樣，理論的分析推理、作用的闡述和基于理論的具體處理方法、編程代碼及實(shí)例應(yīng)用分析、對(duì)學(xué)生處理的思路影響和編程的技巧的形成，均需在課堂教學(xué)中涉及。未來(lái)我們將進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)踐的教學(xué)環(huán)節(jié)要求，實(shí)現(xiàn)TBL、CBL、PBL融合教學(xué)模式與理論教學(xué)模式相輔相成的架構(gòu)。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 尚志剛，張建華，陳棟，李國(guó)文，編著.生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)分析及其MATLAB實(shí)現(xiàn)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2009.

[2] 昊曉明，杜建強(qiáng)，劉麗麗，王旭，祁長(zhǎng)樂(lè)，張虎勤，王波.利用組件技術(shù)增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)課件交互功能的探索[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2009（2）：100-103.

[3] 錢葉雄，朱國(guó)萍，聶劉旺，闞顯照. 生物信息學(xué)課程“教、學(xué)、研”一體化創(chuàng)新教學(xué)模式探討[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013（6）：2812-2813.

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[責(zé)任編輯：劉鳳華]endprint