大數(shù)據(jù)背景下農(nóng)林院校研究生化學(xué)信息基礎(chǔ)課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐

朱樹華，尹洪宗，黃丹丹，孟慶喜，張麗麗，張瑞霞

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，山東 泰安 271018)

計(jì)算機(jī)化學(xué)，是由化學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)科相結(jié)合形成的。經(jīng)過(guò)多年的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為多種信息資源的重要傳遞介質(zhì)。"化學(xué)信息學(xué)"作為一個(gè)嶄新的學(xué)科，隨著計(jì)算機(jī)化學(xué)的迅速發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)化化學(xué)信息的不斷更新?lián)Q代，正在以一個(gè)活躍并且進(jìn)展勢(shì)頭迅猛的新型交叉領(lǐng)域出現(xiàn)[1]。

在目前社會(huì)的大數(shù)據(jù)背景下，傳統(tǒng)的化學(xué)信息類課程教學(xué)存在諸多的譬如課堂教學(xué)與上機(jī)教學(xué)分離等問(wèn)題，這些問(wèn)題導(dǎo)致課程教學(xué)碎片化，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)與知識(shí)掌握。針對(duì)這一問(wèn)題，鄭夢(mèng)菲等[2]和Pence等[3]針對(duì)當(dāng)前大數(shù)據(jù)背景提出了將數(shù)據(jù)管理融入到本科生課程中去的必要性和思路。胡斌等人[4]借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)替代掉傳統(tǒng)教學(xué)，單獨(dú)的上機(jī)教學(xué)被保留下來(lái)，重點(diǎn)優(yōu)化了考核方式。鐘登杰[5]等人對(duì)課程進(jìn)行教學(xué)模式改革，將上課、實(shí)驗(yàn)和測(cè)試全部安排在學(xué)校計(jì)算機(jī)中心實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。在這一模式下，課堂講授與上機(jī)實(shí)踐緊密結(jié)合在一起，通過(guò)多媒體教學(xué)軟件，授課老師在教師機(jī)上講授演示。當(dāng)授課教師在教師機(jī)上講授演示一段時(shí)間后，立刻讓學(xué)生跟蹤操作，這大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而使上課和教學(xué)質(zhì)量有明顯提高。但由于學(xué)生人數(shù)多但密度低，機(jī)房空間較大，因而課堂管理難度比較大，上課時(shí)學(xué)生容易出現(xiàn)多種不認(rèn)真聽講現(xiàn)象。袁斌芳[6]等人提出通過(guò)改革對(duì)高效信息資源獲取方式及計(jì)算機(jī)軟件學(xué)習(xí)來(lái)培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)信息素養(yǎng)以及自主創(chuàng)新能力。Scalfani等[7]嘗試用化學(xué)研究素養(yǎng)課程來(lái)替代傳統(tǒng)的研究生文獻(xiàn)研討會(huì)，用2周時(shí)間介紹化學(xué)信息資源，用3周時(shí)間引導(dǎo)學(xué)生對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行關(guān)鍵分析，用2周時(shí)間教學(xué)生進(jìn)行科技寫作，并用1周時(shí)間讓學(xué)生進(jìn)行科技報(bào)告。學(xué)生反應(yīng)良好。Juhela等[8]針對(duì)尚未系統(tǒng)學(xué)習(xí)信息學(xué)的學(xué)生建立了以問(wèn)題為基礎(chǔ)的學(xué)生信息素養(yǎng)提升的排泄系統(tǒng)章節(jié)學(xué)習(xí)方法。Baykoucheva等[9]將EndNote軟件融入到小班教學(xué)和大班教學(xué)中，并讓學(xué)生通過(guò)Google Scholar、PubMed、Scopus、SciFinder、Web of Science等查找管理文獻(xiàn)和了解化合物的性質(zhì)，取得了較好的效果。Currano[10]也嘗試將化學(xué)信息學(xué)引入研究生課程中，有效幫助研究生提高了化學(xué)信息學(xué)素養(yǎng)。

國(guó)內(nèi)同行在研究生化學(xué)信息基礎(chǔ)課程建設(shè)方面則未見報(bào)道。與本科生相比，研究生對(duì)于化學(xué)信息學(xué)技能有著更加迫切的需求?，F(xiàn)階段，我國(guó)高等農(nóng)林院校研究生生源方面質(zhì)量亟待提高、學(xué)科專業(yè)分配無(wú)法兼顧均衡與對(duì)口等問(wèn)題。因此，加強(qiáng)農(nóng)林院校研究生的化學(xué)信息學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，對(duì)于提升農(nóng)林院校研究生的科研能力和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力等具有積極作用。

1 《化學(xué)信息學(xué)》課程的特點(diǎn)與問(wèn)題

化學(xué)信息學(xué)是最近幾年迅速崛起的新的化學(xué)領(lǐng)域的分支，作為一門基于計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的學(xué)科，化學(xué)信息學(xué)對(duì)海量的化學(xué)信息有著管理，分析，模擬以及傳播等多項(xiàng)功能，借此能夠?qū)崿F(xiàn)多種化學(xué)信息的迅速提取，信息之間的互相轉(zhuǎn)化與共享。借助計(jì)算機(jī)平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為主要研究手段?；瘜W(xué)信息學(xué)包含了利用計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)管理、表示、分析、模擬化學(xué)信息等功能。

化學(xué)信息學(xué)課程教學(xué)主要具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：①計(jì)算機(jī)命令的量比較大，命令執(zhí)行之后獲得大量結(jié)果需要進(jìn)行具體詳細(xì)的描述；②大量網(wǎng)絡(luò)工具的使用方法需要進(jìn)行詳細(xì)解釋；③說(shuō)明問(wèn)題的方式更多地需要采用彩色圖形甚至動(dòng)畫。因此，傳統(tǒng)的單純講述及板書說(shuō)明的教學(xué)方式將由此面臨兩個(gè)主要問(wèn)題：(1)關(guān)于軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)的描述占據(jù)主要部分，較為寬泛的講述使得每款軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)的講述時(shí)間在1.5～2小時(shí)，每款軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)只能依靠講述的方式展示最基礎(chǔ)的內(nèi)容。(2)講述內(nèi)容較為單一，目前的講述內(nèi)容均關(guān)于軟件的使用和數(shù)據(jù)庫(kù)搜索，但學(xué)生對(duì)目前這些軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)的使用實(shí)例的認(rèn)識(shí)并不十分清晰；因此在教學(xué)過(guò)程中也難以進(jìn)行清楚地表達(dá)，教學(xué)效果比較差。

2 《化學(xué)信息學(xué)》教學(xué)模式的改革

由于化學(xué)信息學(xué)課程的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的純粹理論講授較為枯燥，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性低，教學(xué)效果不理想。因而，采用理論講授與上機(jī)實(shí)踐相結(jié)合的教授方式，對(duì)研究生實(shí)施小班教學(xué)，根據(jù)不同專業(yè)研究生的需求和專業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行特色教學(xué)，重點(diǎn)突出專業(yè)軟件的使用。要求研究生自帶筆記本電腦到課堂上，在上課時(shí)，教師講解和學(xué)生操作將同步進(jìn)行。

化學(xué)信息學(xué)是一門具有很強(qiáng)應(yīng)用性和實(shí)踐性的課程，如果僅僅依靠課堂上的時(shí)間，學(xué)生的信息收集與處理能力不能得到大幅度提高。為解決這一問(wèn)題，在教學(xué)過(guò)程中，根據(jù)學(xué)生人數(shù)以及專業(yè)情況，將學(xué)生分為小組，通過(guò)課后小組任務(wù)與課堂小組討論的形式達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。課堂結(jié)束時(shí)，以每一個(gè)小組為一個(gè)單位，由小組成員共同完成一份當(dāng)堂實(shí)踐報(bào)告并交給授課教師。新課開始時(shí)，在任課教師的引導(dǎo)下進(jìn)行簡(jiǎn)短的的小組間交流。

3 《化學(xué)信息學(xué)》教學(xué)內(nèi)容的改革

在大數(shù)據(jù)背景下，化學(xué)相關(guān)的信息資源更新極快，傳統(tǒng)教材明顯滯后，書籍印刷時(shí)的網(wǎng)址及軟件更新?lián)Q代致使教材內(nèi)容無(wú)法跟上時(shí)代的信息背景，更無(wú)法滿足教學(xué)要求。因此，我們參照多種教材以及網(wǎng)絡(luò)最新版軟件的使用方法精心制訂課程內(nèi)容。在完成傳統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)和基礎(chǔ)軟件使用方法的目的下向?qū)W生介紹化學(xué)信息學(xué)發(fā)展背景，在Google Scholar、PubMed、Scopus、SciFinder、Web of Science等數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上，針對(duì)農(nóng)林院校專業(yè)特點(diǎn)和研究生特點(diǎn)，指導(dǎo)研究生拓展獲取專業(yè)文獻(xiàn)的渠道，尤其專業(yè)特種文獻(xiàn)的獲?。贿M(jìn)而引導(dǎo)研究生進(jìn)行專業(yè)文獻(xiàn)(尤其英文文獻(xiàn))閱讀，在此基礎(chǔ)上對(duì)研究生進(jìn)行研究論文尤其英文論文等的寫作訓(xùn)練。具體的途徑主要有：(1)充分利用本校的圖書館資源，熟練使用中、英文數(shù)據(jù)庫(kù)及多種免費(fèi)資源；(2)充分利用Google學(xué)術(shù)、谷粉搜搜、Sci-hub、維基百科等網(wǎng)絡(luò)資源查詢系統(tǒng)進(jìn)行有效信息檢索；(3)掌握小木蟲、丁香園等學(xué)術(shù)資源論壇網(wǎng)站進(jìn)行文獻(xiàn)資源求助的方法；(4)與他校同學(xué)好友進(jìn)行文獻(xiàn)信息互助共享。

此外，教師會(huì)借助多媒體技術(shù)向?qū)W生演示EndNote、NoteExpress等文獻(xiàn)管理軟件以及ChemOffice、Origin、Matlab等繪圖軟件。如今軟件更新速度日益加快，這就要求教師及時(shí)更新并學(xué)習(xí)多種軟件的最新版本，掌握新版本的多種增刪功能，由此熟練指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)并熟練使用多類軟件，如數(shù)據(jù)處理軟件SPSS、Origin、化學(xué)專業(yè)繪圖軟件Chemdraw、以及多種文獻(xiàn)管理軟件。此外，還會(huì)通過(guò)課堂實(shí)踐及課后小組任務(wù)進(jìn)而鞏固和提高學(xué)生扎實(shí)掌握多種化學(xué)軟件綜合運(yùn)用的能力。

4 更新考核方式

革除傳統(tǒng)筆試考核這種較為死板的課程認(rèn)定方式，選擇上機(jī)考核這種更為準(zhǔn)確客觀的成績(jī)認(rèn)定方式對(duì)學(xué)生的分析和解決問(wèn)題能力進(jìn)行判定?？己朔秶鷦潪槲墨I(xiàn)檢索以及多種軟件的熟練使用。主要考核學(xué)生靈活使用多種軟件協(xié)同完成同一任務(wù)的能力及思維的發(fā)散程度。考核成績(jī)也由傳統(tǒng)的筆試成績(jī)+平時(shí)成績(jī)更新為小組任務(wù)成績(jī)+平時(shí)成績(jī)+文獻(xiàn)檢索成績(jī)+軟件操作成績(jī)。平時(shí)成績(jī)由課堂回答的次數(shù)及準(zhǔn)確率、當(dāng)堂練習(xí)共同構(gòu)成。在這種考核方式的督促下，學(xué)生上課的自主性及積極性被有效提高。

5 結(jié)語(yǔ)

大數(shù)據(jù)背景下，從海量數(shù)據(jù)中“提純”出有用的信息，對(duì)研究生科研能力而言是巨大的挑戰(zhàn)。化學(xué)信息學(xué)作為一門應(yīng)用性極強(qiáng)的新型前沿學(xué)科，對(duì)于提高農(nóng)林院校研究生的綜合素質(zhì)具有積極意義。因此，本文以進(jìn)一步擴(kuò)大農(nóng)林院校研究生的文獻(xiàn)檢索和獲取途徑，提升研究生英語(yǔ)文獻(xiàn)閱讀分析能力和寫作能力，掌握專業(yè)軟件的使用，為今后的科研工作和就業(yè)等創(chuàng)造良好的條件為目標(biāo)，進(jìn)一步對(duì)化學(xué)信息基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容、方法和考核方式進(jìn)行多方面改革，有助于擴(kuò)展大數(shù)據(jù)背景下農(nóng)林院校研究生的視野，對(duì)于提升農(nóng)林院校研究生的競(jìng)爭(zhēng)力有積極作用，可以供全國(guó)農(nóng)林院校研究生借鑒。