“雙創(chuàng)”教改背景下生物信息學(xué)課程考核方式改革與實(shí)踐

范丙友 賈小平 郭麗麗 侯小改

[摘 要]生物信息學(xué)是一門新興的交叉學(xué)科，以往期末采用的閉卷筆試考核方式存在諸多弊端。在“雙創(chuàng)”教改背景下，基于混合式課程教學(xué)模式，課程組綜合利用現(xiàn)代教育技術(shù)，重點(diǎn)講授應(yīng)用性較強(qiáng)的生物信息學(xué)實(shí)踐分析方法，將生物信息學(xué)課程的考核方式改為課程大作業(yè)，學(xué)生一人一題獨(dú)立完成課程大作業(yè)，顯著提升了學(xué)生生物信息學(xué)分析技能及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。文章還規(guī)劃了未來(lái)3年生物信息學(xué)課程考核方式的新目標(biāo)。

[關(guān)鍵詞]生物信息學(xué)；創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)；課程考核；改革與實(shí)踐

[中圖分類號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2018）11-0101-03

20世紀(jì)80年代末，伴隨著人類基因組計(jì)劃的啟動(dòng)和實(shí)施，生物信息學(xué)這門交叉學(xué)科應(yīng)運(yùn)而生[1]?；凇昂窕A(chǔ)、寬口徑、重實(shí)踐、求創(chuàng)新”的人才培養(yǎng)指導(dǎo)思想，我校自2006年起在生物科學(xué)、生物技術(shù)等專業(yè)中開(kāi)設(shè)了生物信息學(xué)課程，目的是培養(yǎng)本科生生物信息學(xué)上機(jī)實(shí)踐操作的技能，提升其創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，以使其適應(yīng)未來(lái)工作和學(xué)習(xí)的需要。生物信息學(xué)課程開(kāi)設(shè)初期，課程考核采用了期末閉卷筆試的方式，題型主要為名詞解釋、填空、選擇、簡(jiǎn)答、問(wèn)答及計(jì)算題等。課程組經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，閉卷筆試這種考核方式的弊端越來(lái)越突出，其考核結(jié)果無(wú)法真實(shí)地反映出學(xué)生掌握生物信息學(xué)上機(jī)實(shí)踐操作技能的優(yōu)劣程度，亟待進(jìn)行課程考核方式的改革與實(shí)踐。

2015年5月4日，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了國(guó)辦發(fā)[2015]36號(hào)文件，即《關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實(shí)施意見(jiàn)》，提出高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的9項(xiàng)任務(wù)和措施，其中一項(xiàng)任務(wù)為改革教學(xué)方法和考核方式。在“大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新”教育改革的浪潮下，革新生物信息學(xué)課程考核方式，培養(yǎng)本科生的實(shí)踐操作能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，勢(shì)在必行。課程組為此對(duì)生物信息學(xué)課程考核方式進(jìn)行了改革，經(jīng)過(guò)連續(xù)3年的改革與實(shí)踐，獲得了較好的教學(xué)效果。

一、生物信息學(xué)課程閉卷考核方式的弊端

生物信息學(xué)課程考核由期末考試和平時(shí)考查兩部分組成。期末考試采用閉卷筆試方式，比重為總成績(jī)的70%；平時(shí)考查成績(jī)占總成績(jī)的30%，其中出勤情況、作業(yè)情況和上機(jī)操作各占10%。教學(xué)實(shí)踐證明閉卷筆試考核存在多種弊端[2]。

第一，根據(jù)布魯姆的分類法[3]，認(rèn)知教學(xué)目標(biāo)有六項(xiàng)即知識(shí)、理解、應(yīng)用、分析、綜合、評(píng)價(jià)（圖1）。閉卷考試題型為名詞解釋、填空、選擇、簡(jiǎn)答、問(wèn)答及計(jì)算題，考核內(nèi)容以概念、原理、推理等知識(shí)和理解為主，考核沒(méi)有上升到應(yīng)用、分析和綜合及評(píng)價(jià)層次。

第二，閉卷考核延續(xù)了舊有的應(yīng)試教育模式，導(dǎo)致學(xué)生只重視分?jǐn)?shù)而不重視能力，出現(xiàn)“高分低能”現(xiàn)象，影響了學(xué)生綜合能力和素質(zhì)的提高，這與“雙創(chuàng)”的人才培養(yǎng)目標(biāo)是極度不符的。

第三，閉卷考試僅僅強(qiáng)調(diào)了課程考核的評(píng)價(jià)功能，而忽視了教與學(xué)過(guò)程中兩方面的相互促進(jìn)功能，無(wú)法及時(shí)地反饋教學(xué)過(guò)程進(jìn)而提升教學(xué)的效果。

第四，由于采用了終結(jié)性考核方式，容易造成學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)松懈，到期末搞突擊，考試結(jié)束后學(xué)生很容易遺忘靠死記硬背的知識(shí)，不利于學(xué)生實(shí)踐操作能力及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)。

二、生物信息學(xué)課程大作業(yè)考核方式的改革舉措

課程考核方式改革應(yīng)能促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，反過(guò)來(lái)還可以促進(jìn)教學(xué)方法的改革，從而充分調(diào)動(dòng)教師和學(xué)生兩方面的主動(dòng)性和積極性。課程組對(duì)生物信息學(xué)課程考核方式的改革主要圍繞如何培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力及創(chuàng)新能力來(lái)進(jìn)行。

生物信息學(xué)是理論實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，二者結(jié)合十分緊密[4]。在生物信息學(xué)課程講授過(guò)程中，主講教師重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的生物信息學(xué)分析技能，提升學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。為了全面考查學(xué)生的生物信息學(xué)分析技能，課程組將生物信息學(xué)課程的考核方式由期末閉卷筆試改為課程作業(yè)方式。

在每學(xué)期開(kāi)課之初，主講教師將大作業(yè)布置給學(xué)生，要求學(xué)生綜合應(yīng)用所掌握的生物信息學(xué)分析技能對(duì)所分析的序列進(jìn)行綜合的生物信息學(xué)分析。為了防止學(xué)生之間相互抄襲，要求每名學(xué)生分析互不相同的一條核酸及其編碼的蛋白質(zhì)序列，若發(fā)現(xiàn)2名學(xué)生分析的序列相同，二者的大作業(yè)成績(jī)均被判為0分。

生物信息學(xué)實(shí)踐教學(xué)相對(duì)于理論教學(xué)更具直觀性、驗(yàn)證性、綜合性、啟發(fā)性和創(chuàng)新性[4]。為了分階段逐步培養(yǎng)本科生的生物信息學(xué)實(shí)踐操作能力，課程組將大作業(yè)分析內(nèi)容分割成5個(gè)獨(dú)立的上機(jī)實(shí)踐操作小作業(yè)，在每個(gè)章節(jié)學(xué)習(xí)完成后，將小作業(yè)布置給學(xué)生，學(xué)生獨(dú)立完成后提交至課程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，教師批改后實(shí)時(shí)反饋給學(xué)生。

三、生物信息學(xué)教學(xué)內(nèi)容的革新

課程組選用了英文原版教材Bioinformatics For Dummies，結(jié)合主講教師承擔(dān)的科研課題及提升本科生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)目標(biāo)，每年更新并優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。生物信息學(xué)課程涉及的分析方法、分析技術(shù)與分子生物學(xué)的理論、實(shí)踐緊密相關(guān)，再加上在線的生物信息學(xué)分析界面均為英文，因而學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中普遍存在畏難情緒。問(wèn)卷調(diào)查顯示，32.1%和64.2%的學(xué)生認(rèn)為該課程“特別難”或“有點(diǎn)難”；77.4%的學(xué)生的學(xué)習(xí)困難在于“生物信息學(xué)分析界面為英文，不太理解分析結(jié)果的英文含義”，而37.7%的學(xué)生的學(xué)習(xí)困難在于“生物學(xué)基礎(chǔ)較差，不太理解分析結(jié)果的生物學(xué)含義”。課程組通過(guò)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，著重提升學(xué)生的分子生物學(xué)理論基礎(chǔ)及專業(yè)英語(yǔ)閱讀技能，幫助學(xué)生逐步建立起學(xué)習(xí)的興趣和自信心[5]。為了培養(yǎng)學(xué)生的生物信息學(xué)上機(jī)實(shí)踐操作能力和綜合分析技能，在教學(xué)過(guò)程中課程組重點(diǎn)演示了應(yīng)用性較強(qiáng)的生物信息學(xué)實(shí)踐分析技能，如核酸和蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫(kù)、蛋白質(zhì)3D結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)、PubMed文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的格式及查詢方法，核酸及蛋白序列BLAST分析，核酸和蛋白質(zhì)雙序列比對(duì)、分子系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)的構(gòu)建，mRNA序列的ORF預(yù)測(cè)、DNA序列外顯子—內(nèi)含子預(yù)測(cè)、啟動(dòng)子順式元件在線預(yù)測(cè)、核酸序列BanKIt在線提交方法，蛋白物理化學(xué)特性及3D結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)等。另外還重點(diǎn)講授了PCR引物設(shè)計(jì)軟件Primer Premier 5.0、核酸序列離線提交軟件Sequin、分子系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)構(gòu)建軟件MEGA 5.0的使用方法等，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用生物信息學(xué)分析軟件的技能。

四、生物信息學(xué)開(kāi)展混合式課程教學(xué)

為了應(yīng)對(duì)生物信息學(xué)課程大作業(yè)考核方式的變革，課程組摒棄了傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)方法，采用啟發(fā)式、討論式等教學(xué)方法，開(kāi)展了混合式課程的教學(xué)改革與實(shí)踐[6]，全面提升教學(xué)效果。基于我校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中心提供的硬件和軟件技術(shù)支持，在專業(yè)技術(shù)人員的指導(dǎo)下，課程組搭建了生物信息學(xué)課程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，為混合式課程教學(xué)改革奠定了較好的基礎(chǔ)。目前已上傳課件PPT、生物信息分析軟件、課程講授過(guò)程中分析應(yīng)用的序列材料、課程視頻、專業(yè)英語(yǔ)詞匯、作業(yè)參考模板、英文文獻(xiàn)等共約152份教學(xué)材料。經(jīng)過(guò)3年的建設(shè)和應(yīng)用，生物信息學(xué)課程網(wǎng)站（http：//wljxzx.haust.edu.cn/meol/jpk/course/layout/newpage/index.jsp？courseId=14584）點(diǎn)擊量接近2萬(wàn)次，排行我校所有課程第1名（圖2）。學(xué)生通過(guò)課前的在線學(xué)習(xí)、課堂聽(tīng)講、課后登錄課程網(wǎng)站對(duì)照視頻完成課程作業(yè)并在線提交，教師在線批改作業(yè)后學(xué)生可及時(shí)獲取作業(yè)的完成情況，學(xué)生對(duì)照教師的反饋信息對(duì)作業(yè)進(jìn)行完善。通過(guò)訓(xùn)練，逐步提升了學(xué)生生物信息學(xué)上機(jī)實(shí)踐操作和綜合分析的技能。

五、現(xiàn)代教育技術(shù)在教學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用

課程開(kāi)設(shè)初期，由于教室內(nèi)電腦無(wú)法接入外部互聯(lián)網(wǎng)，主講教師在講解核酸和蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫(kù)查詢、BLAST分析、核酸序列Bankit在線提交、蛋白質(zhì)物理化學(xué)性質(zhì)預(yù)測(cè)、蛋白質(zhì)3D結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)等在線生物信息學(xué)分析時(shí)，只能采用靜態(tài)演示的方式，學(xué)生無(wú)法直觀地觀看生物信息學(xué)分析的流程。近年來(lái)，學(xué)校對(duì)多媒體教室的教學(xué)設(shè)備進(jìn)行了更新和完善，教室內(nèi)的電腦可以直接接入外部互聯(lián)網(wǎng)，在教學(xué)過(guò)程中通過(guò)教師的操作和實(shí)時(shí)分析，應(yīng)用多媒體設(shè)備可將序列查詢、BLAST分析、蛋白質(zhì)三維空間結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)等生物信息學(xué)分析過(guò)程動(dòng)態(tài)地展示，有利于學(xué)生課后獨(dú)立地上機(jī)操作。

目前，很多課堂都面臨著“低頭族”的難題，問(wèn)卷調(diào)查顯示，當(dāng)對(duì)老師講授的內(nèi)容不感興趣時(shí)，35.9%的學(xué)生會(huì)選擇“在課堂上看手機(jī)”消磨時(shí)間。提高課堂效率是提升教學(xué)效果的關(guān)鍵。智慧教學(xué)工具雨課堂軟件安裝簡(jiǎn)便，利用PPT和微信APP即可讓師生產(chǎn)生更多互動(dòng)，教與學(xué)更加便捷。教師應(yīng)用雨課堂軟件可將PPT課件提前推送到學(xué)生手機(jī)；課堂上學(xué)生通過(guò)彈幕進(jìn)行師生互動(dòng)并可實(shí)時(shí)答題。雨課堂覆蓋了課前、課上、課后的每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，較之填鴨式單向的教學(xué)方式，更有利于有效提高教與學(xué)之間的互動(dòng)性。

在教學(xué)過(guò)程中，主講教師指導(dǎo)學(xué)生組建了課程學(xué)習(xí)小組，通過(guò)微信群學(xué)習(xí)小組成員之間可以進(jìn)行交流并分享課程的疑問(wèn)和理解，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，打破了教師講學(xué)生聽(tīng)的舊有教學(xué)模式。

六、生物信息學(xué)課程考核方式改革的教學(xué)效果

2016-2017學(xué)年第2學(xué)期生物科學(xué)專業(yè)大作業(yè)成績(jī)分布柱狀圖見(jiàn)圖3，其中優(yōu)秀率達(dá)21.0%，良好率達(dá)16.1%，中等率達(dá)19.3%，及格率為32.3%，而不及格率為11.3%。這表明56.4%的學(xué)生較好地掌握了生物信息學(xué)上機(jī)實(shí)踐操作能力和綜合分析的技能，而11.3%的學(xué)生尚未掌握課程相關(guān)技能，總評(píng)后有2名學(xué)生的成績(jī)未達(dá)60分，需要重修該課程。盡管生物信息學(xué)課程采用了大作業(yè)的考核方式，但其考核標(biāo)準(zhǔn)并未下降，學(xué)生平時(shí)不認(rèn)真完成小作業(yè)或者臨時(shí)拼湊提交課程大作業(yè)并不能“混”到課程學(xué)分。

問(wèn)卷調(diào)查顯示，98.1%的學(xué)生認(rèn)為“生物信息學(xué)課程培養(yǎng)的是生物信息學(xué)分析技能，大作業(yè)考核方式更加合理”，表明學(xué)生非常認(rèn)可生物信息學(xué)課程大作業(yè)考核的方式。采用大作業(yè)這種考核方式，一方面，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中不必花大量時(shí)間去死記硬背概念性和理解性的知識(shí)，而把重點(diǎn)放在了生物信息學(xué)實(shí)踐操作技能的提高上，有效地提高了學(xué)生的動(dòng)手分析能力和創(chuàng)新能力；另一方面，也促使教師在教學(xué)過(guò)程中，注重從創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的角度進(jìn)行課堂教學(xué)的設(shè)計(jì)，不斷提升生物信息學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量和水平。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，通過(guò)學(xué)習(xí)生物信息學(xué)課程，3年來(lái)生物科學(xué)、生物技術(shù)專業(yè)有近50名學(xué)生 的畢業(yè)論文與生物信息學(xué)相關(guān)，有20余名學(xué)生考上了中科院、“985”“211”高校生物信息學(xué)領(lǐng)域的研究生，10余名學(xué)生到生物信息學(xué)領(lǐng)域的公司就職。3年來(lái)，課程組通過(guò)生物信息學(xué)課程考核方式的改革與實(shí)踐，教學(xué)效果得到進(jìn)一步提高，顯著提升了學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的能力。

七、生物信息學(xué)課程考核方式改革深化規(guī)劃

生物信息學(xué)課程考核方式改革雖然取得了階段性的研究成果，但還存在諸多問(wèn)題。未來(lái)3年課程組將對(duì)生物信息學(xué)課程考核方式進(jìn)一步改革，改革的具體目標(biāo)如下：

1.基于我校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中心提供的硬件網(wǎng)絡(luò)設(shè)施和軟件環(huán)境，搭建生物信息學(xué)在線開(kāi)放課程平臺(tái)[7]，制定學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的考核標(biāo)準(zhǔn)，大規(guī)模上線視頻教學(xué)資源，基于學(xué)生登錄在線開(kāi)放課程網(wǎng)站的次數(shù)、觀看視頻的時(shí)間及回答問(wèn)題的具體情況，確定學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程成績(jī)。

2.搭建生物信息學(xué)在線測(cè)試評(píng)價(jià)平臺(tái)。在每一章節(jié)學(xué)習(xí)完成后，在線測(cè)試學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握和理解情況。

3.優(yōu)化生物信息學(xué)小作業(yè)測(cè)試評(píng)價(jià)平臺(tái)。在每一章節(jié)學(xué)習(xí)完成后，布置上機(jī)實(shí)踐操作小作業(yè)，學(xué)生完成后在線提交作業(yè)、教師在線批改小作業(yè)，考核學(xué)生生物信息學(xué)分析技能的掌握情況。

4.與時(shí)俱進(jìn)，優(yōu)化生物信息學(xué)課程大作業(yè)的考核內(nèi)容。基于生物信息學(xué)學(xué)科的發(fā)展動(dòng)態(tài)，每年對(duì)生物信息學(xué)課程大作業(yè)進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化和更新。鼓勵(lì)對(duì)生物信息學(xué)有濃厚興趣的學(xué)生，基于完成的大作業(yè)撰寫學(xué)術(shù)論文，經(jīng)指導(dǎo)教師修改后投稿至相關(guān)期刊發(fā)表。

5.開(kāi)展生物信息學(xué)總評(píng)成績(jī)構(gòu)成及權(quán)重研究，構(gòu)建適合于我校生物科學(xué)和生物技術(shù)專業(yè)生物信息學(xué)課程的考核方式。

課程組下一步將基于建立的課程大作業(yè)考核方式，應(yīng)用搭建的在線開(kāi)放課程平臺(tái)，采用啟發(fā)式、討論式等教學(xué)方法，側(cè)重生物信息學(xué)實(shí)踐操作分析的講解，引導(dǎo)學(xué)生注重平時(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程，開(kāi)展生物信息學(xué)畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)和訓(xùn)練[8]，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生生物信息學(xué)上機(jī)實(shí)踐操作技能，從而提升學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的能力和素養(yǎng)。

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[責(zé)任編輯：龐丹丹]