基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的生命科學(xué)課堂教學(xué)的探索

吳曉敏, 張孝春, 宋運(yùn)賢, 黃卓然, 張興旺, 張 強(qiáng), 張海軍

(1. 淮北師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院， 淮北 235000; 2. 淮北師范大學(xué) 信息學(xué)院， 淮北 235000)

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，校園無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋建設(shè)日趨普遍；以及移動(dòng)智能手機(jī)校園內(nèi)外的普及，使得我們隨時(shí)隨地獲取互聯(lián)網(wǎng)的大數(shù)據(jù)信息日益便捷。然而目前高校課堂教學(xué)方法與模式多數(shù)依然局限于傳統(tǒng)教學(xué)方法手段。近年來(lái)，各大高校都在積極創(chuàng)新教學(xué)理念與方法，調(diào)整過(guò)去單一建設(shè)網(wǎng)絡(luò)精品課程、重點(diǎn)課程的思路。在過(guò)去移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)普及率不高的情形下，很多學(xué)生只能通過(guò)電腦(PC)端登錄學(xué)習(xí)課程。這種傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)精品課程適合在課堂外進(jìn)行自主預(yù)習(xí)復(fù)習(xí)，這對(duì)于學(xué)生課外課程的鞏固與提高具有重要的作用[1-4]。然而課堂上教師主動(dòng)講授與學(xué)生被動(dòng)接受的傳統(tǒng)教學(xué)模式并未改變，課堂教學(xué)效果只能通過(guò)平時(shí)作業(yè)出勤情況和期末考試來(lái)考查。因此，近年來(lái)為了提高高校課堂教學(xué)效率，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，提出了混合式教學(xué)模式、翻轉(zhuǎn)式課堂教學(xué)、慕課等多種教學(xué)理念與方法，大大提高了課堂教學(xué)效果，豐富了課堂教學(xué)資源[3, 5]。然而在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)智能終端普及時(shí)代，課堂上學(xué)生往往被互聯(lián)網(wǎng)上海量信息所吸引，影響學(xué)生對(duì)課程的關(guān)注度。如何合理利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源到課堂教學(xué)活動(dòng)中，轉(zhuǎn)移學(xué)生注意力到課程教學(xué)相關(guān)內(nèi)容上，對(duì)于提高課堂教學(xué)效果具有至關(guān)重要的作用[5-6]。我們積極利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)加強(qiáng)通用網(wǎng)絡(luò)混合教學(xué)課程的設(shè)計(jì)與建設(shè)，基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)媒介完成教學(xué)課程的設(shè)計(jì)、實(shí)施與考核，提高學(xué)生課堂內(nèi)容的充分吸收和綜合應(yīng)用能力，促進(jìn)學(xué)生真正掌握課程內(nèi)容，達(dá)到人才培養(yǎng)方案的要求。

1 基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的課程內(nèi)容資源建設(shè)

相比傳統(tǒng)的多媒體教學(xué)來(lái)講，基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的課程內(nèi)容資源建設(shè)要更為復(fù)雜，課程資源建設(shè)分為3個(gè)模塊：課前課程資源建設(shè)、課中內(nèi)容建設(shè)、課后資源建設(shè)。首先，課前課程資源建設(shè)包括課前教材內(nèi)容梳理，形成各章節(jié)單元獨(dú)立課件，各章節(jié)課件重點(diǎn)難點(diǎn)在線導(dǎo)學(xué)等方面；其次，課中內(nèi)容建設(shè)包含電子教案文檔、相關(guān)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐操作視頻文件、課程內(nèi)容延伸案例視頻文件，以及課程訓(xùn)練庫(kù)等多項(xiàng)內(nèi)容；最后課后內(nèi)容建設(shè)包括學(xué)生自測(cè)練習(xí)題庫(kù)與期末考試試題庫(kù)。通過(guò)3個(gè)課程模塊資源的建設(shè)，使課程內(nèi)容形式豐富，改變傳統(tǒng)課堂上教材與多媒體課件的單一模式，真正實(shí)現(xiàn)課前預(yù)習(xí)掌握基本內(nèi)容，課堂疑難討論案例分析鞏固內(nèi)容，課下操作實(shí)踐訓(xùn)練。

我們以計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)課程為例，通過(guò)超星學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)同步建設(shè)完善該課程的線上資源信息。為了形成任務(wù)問(wèn)題導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)學(xué)生課前自學(xué)，促進(jìn)學(xué)生能快速入門并把握整門課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)框架和各部分內(nèi)容提綱，首先在課前課程內(nèi)容建設(shè)方面，我們結(jié)合課程教學(xué)大綱學(xué)時(shí)與內(nèi)容的分配情況，對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行梳理，制作課程教學(xué)目錄，并在相應(yīng)目錄下面建立相應(yīng)各章節(jié)單元教學(xué)內(nèi)容的課件，并對(duì)各個(gè)課件內(nèi)容中教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注，并將相應(yīng)目錄與對(duì)應(yīng)的多媒體課件通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)PC端共享到云端(如圖1所示)，讓學(xué)生可以通過(guò)手機(jī)客戶端下載APP輕松實(shí)現(xiàn)課程線上線下了解與學(xué)習(xí)，梳理凝練后的在線目錄讓學(xué)生輕松了解本門課程整個(gè)學(xué)期的教學(xué)內(nèi)容與相應(yīng)進(jìn)度，各項(xiàng)目錄自動(dòng)鏈接的相應(yīng)課件內(nèi)容為學(xué)生提供在線導(dǎo)學(xué)，方便學(xué)生在課前把握計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)的基本原理、作用、意義以及具體內(nèi)容的重點(diǎn)難點(diǎn)，為課堂上互動(dòng)、疑難問(wèn)題討論以及后期案例分析打下一定的基礎(chǔ)。

注：左圖為PC端界面；右圖為手機(jī)APP端界面

圖1基于超星學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)課程的構(gòu)建

Fig 1 The online course construction of Computational-aided drug design
on the network teaching platform of superstar-learning
application produced by Chaoxing company

在課中內(nèi)容建設(shè)方面，我們首先將計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)課程教材與教案的電子版通過(guò)超星學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的PC端上傳到資源庫(kù)中，其次將計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)成功的藥物案例(如以神經(jīng)氨酸苷酶為靶點(diǎn)設(shè)計(jì)的扎那米韋、以HIV蛋白水解酶為靶點(diǎn)設(shè)計(jì)的沙奎那韋等)相關(guān)影音文件添加在課程概論中作為補(bǔ)充輔助教學(xué)材料，一方面促進(jìn)學(xué)生對(duì)本門課程在生物制藥研究領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐情況的了解，提高學(xué)生對(duì)課程的興趣度。另一方面通過(guò)藥物與受體靶點(diǎn)相互作用的模擬動(dòng)畫(huà)影像視頻，如朊病毒的發(fā)生作用機(jī)制、HIV病毒侵染過(guò)程(如圖2所示)，形象直觀地將藥物分子發(fā)生作用的機(jī)理展示出來(lái)，提高學(xué)生對(duì)課程的理解力[7-10]。其次，我們構(gòu)建隨堂測(cè)試習(xí)題訓(xùn)練庫(kù)和課堂上機(jī)操作訓(xùn)練文件庫(kù)用以檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)理解把握程度以及學(xué)生上機(jī)操作實(shí)踐效果。尤其是在學(xué)生上機(jī)操作訓(xùn)練文件庫(kù)中，由于本門課程所有上機(jī)實(shí)踐軟件如Discovery Studio、Pymol、VMD、Gromacs等均為全英文操作界面，且操作系統(tǒng)也為L(zhǎng)inux操作系統(tǒng)，鑒于此，我們?cè)谟?xùn)練庫(kù)文件中提供了上機(jī)操作簡(jiǎn)明中英文教程，降低學(xué)生上機(jī)操作實(shí)踐難度所引起的抵觸情緒。在訓(xùn)練庫(kù)內(nèi)容構(gòu)建中，我們遵循由淺入深的原則，便于操作實(shí)施以及課堂教學(xué)效果的提高。

圖2 HIV病毒侵染過(guò)程及其藥物治療的動(dòng)畫(huà)模擬過(guò)程

為了課程教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，課后內(nèi)容建設(shè)主要圍繞學(xué)生自測(cè)練習(xí)題庫(kù)的構(gòu)建進(jìn)行，我們根據(jù)各個(gè)章節(jié)內(nèi)容基本概念、基本原理以及教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)展開(kāi)，分別構(gòu)建學(xué)生自測(cè)練習(xí)題庫(kù)。每章節(jié)課程內(nèi)容教學(xué)完成后，一方面學(xué)生在章節(jié)測(cè)試考試前進(jìn)行自測(cè)題庫(kù)的練習(xí)，復(fù)習(xí)鞏固課堂內(nèi)容；另一方面也可用于考察課程教學(xué)效果，測(cè)試成績(jī)作為學(xué)生平時(shí)成績(jī)的重要組成部分。

2 基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)媒介課程教學(xué)的實(shí)施

在課程內(nèi)容資源設(shè)計(jì)與建設(shè)的基礎(chǔ)上，豐富教學(xué)培養(yǎng)形式促進(jìn)多維教學(xué)互動(dòng)方法才能真正將課前課中課后的教學(xué)資源落實(shí)給學(xué)生。因此，我們將基于移動(dòng)手機(jī)的交互閱讀模式納入教學(xué)全過(guò)程，通過(guò)課前學(xué)生自主預(yù)習(xí)掌握基本內(nèi)容、課堂講授討論疑難案例鞏固內(nèi)容、課下指導(dǎo)操作實(shí)踐訓(xùn)練，形成多維混合互動(dòng)的教學(xué)模式，促進(jìn)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備的系統(tǒng)形成，進(jìn)而提高學(xué)生創(chuàng)新與實(shí)踐應(yīng)用操作能力。

首先，在課程講授之前，我們一方面建立好班級(jí)群組，積極與學(xué)生進(jìn)行交流互動(dòng)，掌握學(xué)生在課程中的要求；另一方面要求學(xué)生課前將學(xué)習(xí)通APP安裝在手機(jī)端，通過(guò)學(xué)號(hào)姓名實(shí)名注冊(cè)并掃描加入到課程群組中，確保課程教學(xué)活動(dòng)順利開(kāi)展。尤其是在課前內(nèi)容預(yù)習(xí)過(guò)程中，通過(guò)積極引導(dǎo)學(xué)生課下利用手機(jī)APP端查看本門課程目錄以及課程相關(guān)內(nèi)容，讓學(xué)生在課程開(kāi)展前就掌握計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)基本原理，了解各種常用藥物設(shè)計(jì)模擬計(jì)算軟件及其相關(guān)上機(jī)操作實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，為后期進(jìn)入案例課程分析打下基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)相關(guān)內(nèi)容的梳理分析，形成任務(wù)問(wèn)題導(dǎo)向，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與積極性，提高學(xué)生課外課程接收的容易度，為學(xué)生高效利用課堂時(shí)間深入課程重點(diǎn)難點(diǎn)學(xué)習(xí)奠定一定基礎(chǔ)。與此同時(shí)，學(xué)生的課前是否進(jìn)行自習(xí)以及預(yù)習(xí)情況可以通過(guò)學(xué)習(xí)通平臺(tái)PC端或者APP端對(duì)每個(gè)學(xué)生訪問(wèn)時(shí)間和次數(shù)進(jìn)行記錄統(tǒng)計(jì)，一方面可以對(duì)學(xué)生課前自習(xí)過(guò)程進(jìn)行有效監(jiān)督，另一方面有助于教師及時(shí)掌握學(xué)生的預(yù)習(xí)情況及時(shí)調(diào)整課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)度。通過(guò)這種移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)媒介課程教學(xué)的實(shí)施，不但充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的即時(shí)便捷性、拓展課堂教學(xué)過(guò)程過(guò)短的局限性，而且也為課堂教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)保障。

在課堂教學(xué)過(guò)程中，首先根據(jù)學(xué)生在課前的預(yù)習(xí)情況基礎(chǔ)上，對(duì)多媒體課件及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，課堂上直接進(jìn)行疑難問(wèn)題討論，圍繞學(xué)生存在的疑難問(wèn)題重點(diǎn)講解，通過(guò)案例分析，達(dá)到鞏固課程內(nèi)容、消化課程難點(diǎn)重點(diǎn)。其次，充分發(fā)揮學(xué)習(xí)通APP客戶端的交互性與開(kāi)放性，完成課堂簽到、話題討論、提問(wèn)、問(wèn)卷調(diào)查、作業(yè)等課程活動(dòng)。盡管教材及課程教學(xué)內(nèi)容是有限的，但是最新案例內(nèi)容卻是層出不窮，課堂上還需充分將教學(xué)內(nèi)容與最新科研案例充分融合。一方面課堂上直接以案例形式滲透教學(xué)內(nèi)容；另一方面通過(guò)多媒體視頻動(dòng)畫(huà)等形式展示應(yīng)用經(jīng)典案例以及積極引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)微信手機(jī)端關(guān)注更多相關(guān)微信公眾號(hào)平臺(tái)，隨時(shí)通過(guò)移動(dòng)學(xué)習(xí)資源獲取最新科研進(jìn)展與相關(guān)成功案例。這對(duì)于課程內(nèi)容延伸閱讀鞏固都發(fā)揮了積極的作用，學(xué)生通過(guò)在課后自學(xué)與生活中不斷豐富課堂內(nèi)容，充實(shí)相關(guān)知識(shí)，極大提高了課堂教學(xué)效果。

理論知識(shí)的真正把握僅僅通過(guò)課堂講解案例分析是不夠的，還需調(diào)動(dòng)學(xué)生實(shí)踐操作的積極性，鼓勵(lì)學(xué)生親自動(dòng)手實(shí)踐探索，將所掌握的理論知識(shí)應(yīng)用到上機(jī)實(shí)驗(yàn)中達(dá)到鞏固課程內(nèi)容消化課程難點(diǎn)重點(diǎn)的教學(xué)效果。因此，在實(shí)踐操作教學(xué)過(guò)程中，將課程所需的所有軟件制作成虛擬機(jī)讓學(xué)生在課堂上機(jī)實(shí)驗(yàn)和課外學(xué)生PC端都能靈活使用，并且通過(guò)學(xué)習(xí)通群組平臺(tái)進(jìn)行師生互動(dòng)探討，貫穿實(shí)驗(yàn)操作視頻與軟件教程同行、案例課題模擬實(shí)驗(yàn)與學(xué)生上機(jī)指導(dǎo)等多種方式。由于計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)相關(guān)軟件安裝平臺(tái)與硬件要求較高，普通的PC機(jī)運(yùn)算時(shí)間會(huì)比較長(zhǎng)，對(duì)機(jī)器性能與穩(wěn)定性要求比較高，我們積極嘗試新的一些計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)的計(jì)算方法，通過(guò)多次算法改進(jìn)，提出一種新的模擬算法，可有效降低模擬計(jì)算空間和時(shí)間尺度，進(jìn)而提高模擬計(jì)算實(shí)驗(yàn)的效率，促進(jìn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的有效開(kāi)展。實(shí)踐過(guò)程對(duì)理論知識(shí)的檢驗(yàn)有助于學(xué)生發(fā)現(xiàn)不足，鼓勵(lì)學(xué)生在課后可以通過(guò)學(xué)習(xí)通APP進(jìn)入構(gòu)建好的習(xí)題訓(xùn)練庫(kù)進(jìn)行練習(xí)鞏固課程理論與上機(jī)時(shí)間操作內(nèi)容。教師可以通過(guò)學(xué)習(xí)通PC端后臺(tái)掌握學(xué)生的練習(xí)情況。與此同時(shí)，在學(xué)習(xí)通班級(jí)群組中，學(xué)生可以隨時(shí)將學(xué)習(xí)中遇到的困惑疑問(wèn)進(jìn)行詢問(wèn)討論。

3 基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)媒介的課程教學(xué)效果

為了研究基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)媒介的課程教學(xué)效果以及學(xué)生對(duì)課程教學(xué)過(guò)程的反饋情況。在2016—2017年第二學(xué)期教學(xué)活動(dòng)過(guò)程中，本人分別對(duì)2014級(jí)生物工程專業(yè)兩個(gè)平行班的該門全部課程采用兩種教學(xué)模式進(jìn)行授課，前者按照傳統(tǒng)教學(xué)模式(TTM)，后者采用基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)平臺(tái)的教學(xué)模式(ITM)。通過(guò)問(wèn)卷星網(wǎng)站進(jìn)行問(wèn)卷設(shè)計(jì)，對(duì)該門課程教學(xué)效果的滿意度、課程建設(shè)內(nèi)容、授課形式、課堂互動(dòng)形式及課程組織與實(shí)施過(guò)程等方面進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查，兩個(gè)班級(jí)的學(xué)生通過(guò)手機(jī)微信端進(jìn)行問(wèn)卷填寫，有效問(wèn)卷分別為31份與69份。

圖3 課程整體教學(xué)效果評(píng)價(jià)的滿意率(a)及課程教學(xué)各個(gè)方面的滿意率(b)

結(jié)果顯示，兩個(gè)班級(jí)學(xué)生對(duì)課程整體教學(xué)效果評(píng)價(jià)的滿意率存在一定差異，通過(guò)基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的課堂教學(xué)模式(ITM)的非常滿意率比傳統(tǒng)教學(xué)模式(TTM)提升了28.52%(圖3)，且學(xué)生對(duì)基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)平臺(tái)建設(shè)的課程內(nèi)容、授課形式、課堂互動(dòng)模式以及課程組織與實(shí)施方面的非常滿意率都分別增長(zhǎng)到67.85%、71.43%、67.86%和60.71%。另外，通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果顯示，學(xué)生對(duì)課程的預(yù)期目標(biāo)實(shí)現(xiàn)與新理念新知識(shí)新技能的獲取滿意情況都比傳統(tǒng)教學(xué)模式(TTM)增長(zhǎng)了10.24%和10.92%?；趥鹘y(tǒng)教學(xué)模式(TTM)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)教學(xué)模式(ITM)的考試成績(jī)優(yōu)良率分別為76.04%和83.3%。通過(guò)問(wèn)卷結(jié)果以及考試成績(jī)分析，基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)課程建設(shè)與課堂組織設(shè)計(jì)，學(xué)生對(duì)課程的實(shí)踐應(yīng)用意愿度也有所增強(qiáng)，從過(guò)去的43.48%增長(zhǎng)到64.29%，這可能由于課程教學(xué)形式的改變，充分利用了學(xué)生對(duì)手機(jī)客戶端的青睞，一定程度上提高了學(xué)生對(duì)本門課程的興趣與鉆研程度。

4 結(jié)語(yǔ)

移動(dòng)智能終端硬件與軟件的快速發(fā)展以及未來(lái)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)條件的優(yōu)化，對(duì)于高校課堂教學(xué)改革提供了良好的互動(dòng)平臺(tái)。我們未來(lái)重點(diǎn)工作會(huì)將計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)的核心實(shí)踐軟件從PC端的虛擬機(jī)形式轉(zhuǎn)移推廣到移動(dòng)手機(jī)APP端，建立該門課程完整的移動(dòng)學(xué)習(xí)資源。充分將學(xué)生課前預(yù)習(xí)課后實(shí)踐鞏固與教師課堂教學(xué)互動(dòng)融合一體，通過(guò)不斷教學(xué)實(shí)踐與逐步優(yōu)化過(guò)程，最終實(shí)現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量的提高。