網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源在生物信息學(xué)課程建設(shè)中的應(yīng)用

王曉明+許盛寶+童維+史雪

【摘要】隨著大量數(shù)據(jù)的累積，目前生物學(xué)研究已進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，熟練掌握生物信息學(xué)的基本方法，有助于在海量資源中挖掘信息和規(guī)律，因此生物信息學(xué)教學(xué)越來(lái)越受到高校的重視?；趯W(xué)科特點(diǎn)和教學(xué)現(xiàn)狀，總結(jié)目前教學(xué)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，調(diào)查可用的教學(xué)資源，設(shè)計(jì)新型的教學(xué)模式和針對(duì)性的教學(xué)方法，有助于提高生物信息學(xué)的教學(xué)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】移動(dòng)教學(xué) 微課 翻轉(zhuǎn)課堂 混合式教學(xué) 生物信息學(xué)

【中圖分類號(hào)】G642.3 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）52-0104-02

生物信息學(xué)是20世紀(jì)80年代末隨著人類基因組計(jì)劃的啟動(dòng)而興起的一門新的交叉學(xué)科。它以生物學(xué)研究中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)為研究對(duì)象，綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、數(shù)學(xué)和生物學(xué)等相關(guān)學(xué)科中的知識(shí)與方法，對(duì)研究數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取、分析、加工與存儲(chǔ)，揭示這些數(shù)據(jù)中所蘊(yùn)含的生物學(xué)規(guī)律[1， 2]。近年來(lái)，隨著測(cè)序技術(shù)的革新，產(chǎn)生了海量的基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白組、代謝組、表觀組等組學(xué)數(shù)據(jù)，以及序列和結(jié)構(gòu)變異數(shù)據(jù)，生命科學(xué)研究者相應(yīng)配套開發(fā)了大量的數(shù)據(jù)分析軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)，有力推動(dòng)了生命科學(xué)的發(fā)展。因此，開展生物信息學(xué)課程對(duì)生命科學(xué)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生至關(guān)重要。

為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，拓寬學(xué)生的就業(yè)方向，我國(guó)一些高等院校相繼開設(shè)了生物信息學(xué)課程，有些高校還于近年設(shè)立了生物信息學(xué)專業(yè)，同時(shí)研究生的生物信息學(xué)訓(xùn)練也在日益加強(qiáng)[3]。但是由于該學(xué)科的發(fā)展日新月異，以及其交叉學(xué)科的特性，在教學(xué)過(guò)程中存在著教學(xué)大綱和學(xué)時(shí)不匹配、教材選擇較困難、理論和實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)和學(xué)生重視程度不夠等諸多問(wèn)題[2]，而這些問(wèn)題在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中不能夠很好地解決。近年來(lái)，得益于信息化的快速發(fā)展，各種類型的網(wǎng)絡(luò)課程擴(kuò)展了教學(xué)資源，增加了教師和學(xué)生間溝通的渠道，提高了有限課堂時(shí)間的教學(xué)效率，很好地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足[4]。筆者根據(jù)學(xué)習(xí)及教學(xué)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，基于生物信息學(xué)的課程特點(diǎn)，擬探討傳統(tǒng)教學(xué)方法與網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)資源有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式，為該課程的教學(xué)改革提供思路，并為提高教學(xué)效果提高方法和參考。

一、傳統(tǒng)教學(xué)模式及其存在的問(wèn)題

生物信息學(xué)是交叉學(xué)科，所涉及的基本概念廣，所要求具備的基本技能多，所包含的知識(shí)更新速度快，同時(shí)注重培養(yǎng)學(xué)生解決相應(yīng)實(shí)際問(wèn)題的能力，具有明顯的綜合性、前沿性和應(yīng)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。在有限課時(shí)內(nèi)讓大部分學(xué)生理解當(dāng)前生物信息學(xué)主要理論知識(shí)、熟悉各類數(shù)據(jù)庫(kù)和軟件的使用、掌握必要分析技能，這對(duì)于老師的講述和學(xué)生的學(xué)習(xí)都是不小挑戰(zhàn)。在生物信息學(xué)教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)以下四個(gè)方面的問(wèn)題：

1.課程要求和課時(shí)數(shù)不匹配

生物信息學(xué)是近年來(lái)，應(yīng)分析基因組等海量數(shù)據(jù)的迫切需求，而興起的一門新興交叉學(xué)科，要求學(xué)生不僅具備生物學(xué)的相關(guān)知識(shí)，而且還需具備計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等學(xué)科的相關(guān)知識(shí)。對(duì)于生命科學(xué)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生，其信息科學(xué)背景知識(shí)薄弱，而且不同專業(yè)所講述的生物學(xué)知識(shí)也不盡相同，這就要求更多的時(shí)間介紹相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)。另外，生物信息學(xué)研究?jī)?nèi)容更新速度快，教學(xué)內(nèi)容也需要更多的課時(shí)進(jìn)行擴(kuò)展和更新。但是多數(shù)專業(yè)的教學(xué)大綱中生物信息學(xué)課程的課時(shí)數(shù)非常有限，教學(xué)內(nèi)容多與課時(shí)數(shù)少的矛盾非常突出。

2.學(xué)生實(shí)際數(shù)據(jù)分析能力訓(xùn)練不夠

生物信息學(xué)是一門高度強(qiáng)調(diào)實(shí)際數(shù)據(jù)分析能力的學(xué)科，大多數(shù)學(xué)生此前沒(méi)有接觸過(guò)相關(guān)分析內(nèi)容，盡管興趣強(qiáng)烈，但是實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足學(xué)生的需求。另外，學(xué)生畢業(yè)后不管是選擇從事生物信息相關(guān)行業(yè)，還是選擇在生物信息學(xué)領(lǐng)域繼續(xù)深造，都需要具備足夠的數(shù)據(jù)分析能力。教學(xué)過(guò)程中很難在有限的課時(shí)內(nèi)提升實(shí)驗(yàn)分析強(qiáng)度，個(gè)性化地解決學(xué)生在實(shí)驗(yàn)分析中遇到的問(wèn)題，幫助學(xué)生將強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣轉(zhuǎn)化為堅(jiān)實(shí)的分析技能。

3.教材更新速度過(guò)慢

生物信息學(xué)研究?jī)?nèi)容更新速度快，新領(lǐng)域、新問(wèn)題、新數(shù)據(jù)、新方法和新結(jié)論層出不窮。但是目前大部分生物信息學(xué)教材的主要講述內(nèi)容仍是基本的數(shù)據(jù)庫(kù)搜索、核酸和蛋白質(zhì)序列分析和序列比對(duì)等內(nèi)容，而目前主要的研究?jī)?nèi)容涉及較少，例如基于序列和結(jié)構(gòu)變異的群體遺傳研究和全基因組關(guān)聯(lián)分析研究。

4.學(xué)生專業(yè)英語(yǔ)掌握不夠

生物信息學(xué)研究中絕大多數(shù)重要的數(shù)據(jù)庫(kù)、軟件說(shuō)明、軟件日志和報(bào)錯(cuò)信息、科研文獻(xiàn)報(bào)道和教材等等都是英文表述。但是在教學(xué)過(guò)程中，一些數(shù)據(jù)庫(kù)的說(shuō)明和返回結(jié)果學(xué)生都表示理解起來(lái)很困難，自己動(dòng)手查閱的主動(dòng)性不夠，導(dǎo)致教學(xué)效果大打折扣，也挫敗了很多學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

二、 現(xiàn)存的網(wǎng)絡(luò)資源

1.微課

微課源于美國(guó)北愛(ài)荷華大學(xué)的LeRoy A. McGrew教授，其主題和重點(diǎn)突出，內(nèi)容短小精悍、交互性好，表現(xiàn)形式多樣，短時(shí)間內(nèi)有明確的教學(xué)目標(biāo)，集中說(shuō)明一個(gè)問(wèn)題。微課允許學(xué)生利用碎片化的時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)，提供了泛在學(xué)習(xí)的可行性，有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，是傳統(tǒng)教學(xué)模式的有力補(bǔ)充[5]。目前各大高校都在提倡制作微課資源，并且公布與網(wǎng)絡(luò)之上，可在教學(xué)過(guò)程中加以引進(jìn)和應(yīng)用。

2.國(guó)家精品課程的網(wǎng)絡(luò)資源

國(guó)家精品課程是具有一流教師隊(duì)伍、一流教學(xué)內(nèi)容、一流教學(xué)方法、一流教材、一流教學(xué)管理等特點(diǎn)的示范性課程。國(guó)家精品課程資源網(wǎng)（http：//www.jingpinke.com/）目前包括4000多門國(guó)家級(jí)精品課程，其中包括多個(gè)高校的生物信息學(xué)課程。學(xué)生可以課下利用便利的因特網(wǎng)和4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，不僅可以擴(kuò)展知識(shí)面，還可以對(duì)課堂內(nèi)容進(jìn)行有效的復(fù)習(xí)和鞏固。

3.網(wǎng)絡(luò)公開課

網(wǎng)絡(luò)公開課是指高校在網(wǎng)上提供課堂實(shí)錄的錄像，將優(yōu)勢(shì)教育資源呈現(xiàn)在全世界求知者前。目前網(wǎng)絡(luò)公開課的資源非常豐富，不僅包括高校網(wǎng)站上的公開資源，例如北京大學(xué)高歌老師等主講的生物信息學(xué)導(dǎo)論，還包括一些大型網(wǎng)站上的公開課資源，例如網(wǎng)易公開課、新浪公開課、MOOC網(wǎng)和央視網(wǎng)的中國(guó)公開課等等。另外，網(wǎng)絡(luò)上也有一些國(guó)外高校的公開課程。endprint

4.移動(dòng)教學(xué)資源

筆記本、手機(jī)和iPad等移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)工具的普及，不僅大大方便了人們的日常生活，也為生物信息學(xué)的教學(xué)改革提供了新的途徑。陳亮等將移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)工具引入生物信息學(xué)課堂教學(xué)，事件證明移動(dòng)教學(xué)方法比傳統(tǒng)的教學(xué)模式更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)和實(shí)踐興趣，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，同時(shí)加強(qiáng)了師生間的互動(dòng)，并最終提升了教學(xué)效果[6]。

三、網(wǎng)絡(luò)資源在生物信息學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用模式探索

雖然目前關(guān)于生物信息學(xué)課程的網(wǎng)絡(luò)資源較多，但是在生物信息學(xué)相關(guān)教學(xué)工作中應(yīng)用的并不多，尤其是綜合翻轉(zhuǎn)課堂、微課和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等的新型教學(xué)方法的應(yīng)用?？紤]到生物信息學(xué)這門新型交叉學(xué)科教學(xué)中存在的問(wèn)題，充分利用公共網(wǎng)絡(luò)資源和新型教學(xué)手段，勢(shì)在必行。具體原因和方法如下：

1.建立基于“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式

翻轉(zhuǎn)課堂是通過(guò)提前介紹教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，并且公布相關(guān)網(wǎng)絡(luò)資源的獲取地址和方法，讓學(xué)生在課前完成學(xué)習(xí)過(guò)程。然后在課堂時(shí)間，教師通過(guò)問(wèn)題收集、解答、探討和針對(duì)性輔導(dǎo)等形式，完成學(xué)生“內(nèi)化知識(shí)”的過(guò)程。通過(guò)課堂教學(xué)過(guò)程的翻轉(zhuǎn)，將大量教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐分析翻轉(zhuǎn)到學(xué)生課前進(jìn)行，利用有限的課堂教學(xué)時(shí)間，組織學(xué)生開展問(wèn)題探討和項(xiàng)目分析，協(xié)助學(xué)生掌握和消化復(fù)雜的生物信息理論和分析技能更好地內(nèi)化于心，有效解決教學(xué)內(nèi)容多與課時(shí)數(shù)不足的矛盾。

2.教學(xué)資源的進(jìn)一步完善

翻轉(zhuǎn)課堂需要將教學(xué)課件、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)、網(wǎng)絡(luò)資源地址、前期錄制的教學(xué)錄像和輔導(dǎo)資料等在學(xué)校教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行發(fā)布和實(shí)施，以便于學(xué)生隨時(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)和查閱。

3.教學(xué)平臺(tái)的搭建

作為高度強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)分析能力的一門學(xué)科，強(qiáng)化學(xué)生分析能力是重要的教學(xué)目標(biāo)。課程組需要搭建簡(jiǎn)易的生物信息服務(wù)器，并提前放置教學(xué)內(nèi)容所涉及的生物信息學(xué)軟件和例子數(shù)據(jù)，然后在整個(gè)學(xué)期向?qū)W生開放，便于學(xué)生隨時(shí)隨地進(jìn)行數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化理論與實(shí)踐的結(jié)合。

4.課程評(píng)價(jià)方式的改進(jìn)

為了督促大家在課前進(jìn)行學(xué)習(xí)，需要將最終的期末考試分散在整個(gè)學(xué)期分別進(jìn)行，可以通過(guò)提問(wèn)和課堂測(cè)驗(yàn)的方法考核學(xué)生課前學(xué)習(xí)情況，并記入期末考試成績(jī)。另外在期末考試中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y(cè)試，重點(diǎn)考察學(xué)生的實(shí)際數(shù)據(jù)分析能力，降低對(duì)記憶性知識(shí)點(diǎn)的考核，督促學(xué)生平時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析能力鍛煉，以達(dá)到生物信息學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)。

綜上所述，充分考慮生物信息學(xué)的課程特點(diǎn)，探討傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在的問(wèn)題，通過(guò)教學(xué)模式和方法的改革，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，解決在教學(xué)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，為該課程教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供參考。

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[6]陳亮.移動(dòng)教學(xué)在生物信息學(xué)課程改革中的應(yīng)用[J].今傳媒，2016， 24（11）.endprint