農(nóng)林院校生物技術(shù)軟件操作課程建設(shè)探索

楊璞 馮佰利

【摘 要】論文以西北農(nóng)林科技大學農(nóng)學院《常用生物技術(shù)軟件操作》課程的內(nèi)容、教學方法、教學環(huán)節(jié)、考核體系等方面存在的問題為案例進行剖析，分析了建設(shè)該課程的必要性。結(jié)合課程教學實際，確立了課程建設(shè)目標與建設(shè)思路。具體包括從更新完善教學內(nèi)容、建設(shè)網(wǎng)絡(luò)教學平臺、建立課程教學方法體系、建立教學效果評價體系、建立輔導答疑制度、建立和完善素材庫等六方面提出了改革和建設(shè)思路。通過課程改革，旨在建設(shè)一門具有綜合應(yīng)用型課程，通過課程學習使學生的科學、系統(tǒng)思維能力和綜合應(yīng)用知識能力得到提高，并為其它綜合應(yīng)用型課程的建設(shè)提供理論參考。

【關(guān)鍵詞】生物技術(shù)軟件;課程建設(shè);課程網(wǎng)絡(luò)教學平臺;素材庫

【基金項目】西北農(nóng)林科技大學教學改革項目（JY1703004）。

【中圖分類號】G43 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）19-000-02

《常用生物技術(shù)軟件操作》是在遺傳學、基因組學、生物信息學等學科基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新型綜合應(yīng)用課程。目的是培養(yǎng)學生綜合應(yīng)用知識的能力。通過課程的學習，激勵學生學習的主動性和創(chuàng)新性，提高學生分析和解決問題的能力。將基因組學和生物信息學等相關(guān)學科結(jié)合極大促進了作物學研究。目前，國內(nèi)作物學發(fā)展水平較高的單位均在基因組學研究領(lǐng)域取得了重大進展或突破，其中基因組學、生物信息學、遺傳學多學科知識的綜合應(yīng)用功不可沒。目前，在農(nóng)學類學生的實際科研中，也需要將多門學科知識進行綜合應(yīng)用，對學生數(shù)據(jù)分析能力和軟件操作水平都提出了較高的要求。但是，農(nóng)學院各專業(yè)開設(shè)的與生物技術(shù)有關(guān)的課程多偏向于理論學習，缺少實踐環(huán)節(jié)。開設(shè)常用生物技術(shù)軟件操作課程能在一定程度上改善這種狀況，為將理論知識應(yīng)用于實踐提供了紐帶。鑒于此，西北農(nóng)林科技大學農(nóng)學院從2014年開始籌建《常用生物技術(shù)軟件操作》課程，目前已建設(shè)完成并完成多次教學任務(wù)。

一、目前農(nóng)林院校生物技術(shù)軟件操作類課程現(xiàn)狀和問題

（一）學生綜合能力對影響課程學習效果

常用生物技術(shù)軟件操作是一門綜合應(yīng)用型實驗課程，要想取得較好的學習效果，需要學生有較強的專業(yè)基礎(chǔ)知識和較強的英語學習能力。

1.深厚的專業(yè)基礎(chǔ)知識

常用生物技術(shù)軟件操作高度強調(diào)學生的數(shù)據(jù)分析能力和結(jié)果解讀能力，要求學生深入掌握前置課程。只有這樣，學生才能知道上課的內(nèi)容“是什么”，相關(guān)軟件“做什么”和自己該“怎么做”。然而課程理論學習時間只有8-10學時，內(nèi)容卻涵蓋遺傳學、基因組學、蛋白組學和生物信息學等。絕大多數(shù)學生此前沒有深入學習過相關(guān)內(nèi)容，會對后期的實驗課造成一定影響。如何在有限的課時內(nèi)提升學生數(shù)據(jù)分析和結(jié)果解讀能力，是本課程需要解決的一項關(guān)鍵問題。

2.需要較強的專業(yè)英語應(yīng)用能力

生物技術(shù)軟件的手冊和文獻多用英語表述，需要學習者有較強的專業(yè)英文閱讀能力，否則很難成功自主學習。多數(shù)學生前期缺乏系統(tǒng)訓練，短期內(nèi)大幅提升專業(yè)英文資料的理解應(yīng)用能力，是一項艱巨的挑戰(zhàn)。因此，在教學中采取何種方式引領(lǐng)學生提高自學能力，是本課程需要探究的又一關(guān)鍵問題。

（二）缺少與授課內(nèi)容貼合的教材

常用生物技術(shù)軟件操作課程的基本形式是講授關(guān)鍵節(jié)點的理論知識及其實際應(yīng)用。學生通過完整的課程學習，能夠?qū)鉀Q常用農(nóng)業(yè)生物技術(shù)軟件的操作有較為完整的把握。然而，通過系統(tǒng)調(diào)研，國內(nèi)未見有同類課程開設(shè)，也未見有相應(yīng)教材出版。本課程的前置課程教材的數(shù)量和類型均十分豐富，然而均為系統(tǒng)講授理論知識，實踐環(huán)節(jié)少，與本課程相關(guān)的內(nèi)容不突出，而且沒有很好結(jié)合農(nóng)學學科特色。鑒于此，在課程建立之初，學院便組織相關(guān)教師查閱文獻、反復討論，結(jié)合科研實際制定了課程標準和教學大綱。為了保證教學效果，任課教師需依據(jù)課程標準和教學大綱，結(jié)合各自科研經(jīng)驗和學科進展來把握教學內(nèi)容。

（三）課程內(nèi)容體系需不斷完善

到目前為止，課程已順利運行2年，各位授課教師結(jié)合實際教學問題不斷完善教學內(nèi)容和授課形式，目前課程的內(nèi)容體系已建立完成，能夠滿足大部分學生實際科研需要。但該門課程仍存在兩個重要問題：

1.課程內(nèi)容體系需與時俱進

課程具有應(yīng)用屬性，為學生科研能力的培養(yǎng)服務(wù)。課程前置學科內(nèi)容的更新直接影響到本課程內(nèi)容。比如，CRISPR-Cas9技術(shù)是在2012年以后才迅速崛起的技術(shù)，但在課程建立之初，該技術(shù)不成熟。目前該技術(shù)已漸趨穩(wěn)定，使用該技術(shù)的科研人員也越來越多，有必要將其加入到課程內(nèi)容中。高通量測序數(shù)據(jù)的分析也是類似情況。相反，對于使用人數(shù)逐漸減少或過時的內(nèi)容需要即使更新或淘汰。

2.實驗項目需不斷調(diào)整優(yōu)化

常用生物技術(shù)軟件操作課程是立足于眾多前置課程，這些前置課程不斷發(fā)展、完善促進生物技術(shù)學科越來越完善。比如，針對遺傳連鎖分析，先后開發(fā)了Mapmaker、Joinmap、QTL ICIMapping等軟件。在課程教學過程中，在新軟件出現(xiàn)后需要對課程內(nèi)容進行相應(yīng)調(diào)整，以淘汰舊知識，引進新技術(shù)。如何對常用生物技術(shù)軟件操作的教學內(nèi)容進行完善和補充，在實際教學中能更好地培養(yǎng)學生的思維能力的和數(shù)據(jù)分析能力是課程教學過程中需要持續(xù)關(guān)注的內(nèi)容。

（四）缺少教學和學習素材

與缺少合適教材相對應(yīng)，常用生物技術(shù)軟件操作課程缺少必要的教學和學習素材。課件、視頻、參考資料、軟件、示例數(shù)據(jù)、習題作業(yè)等網(wǎng)絡(luò)素材資源等均需從頭開始建設(shè)。

（五）缺少針對該課程的教學輔導方法

常用生物學軟件操作過程要建立在對相關(guān)概念深度理解的基礎(chǔ)上進行。僅僅能熟練掌握軟件操作已屬不易，如果還需對操作之外的問題進行分析解決。憑借短短幾個學時的訓練很難達到目的，需要學生反復練習。在學生自學和復習的過程中如果有輔導和答疑環(huán)節(jié)將大大促進學習效果。目前，主動聯(lián)系老師咨詢問題的學生，但數(shù)量較少。輔導答疑環(huán)節(jié)不足，制約了學習效果，需要老師和學生共同努力，完善答疑環(huán)節(jié)。

（六）學習內(nèi)容多與課時數(shù)不足之間存在矛盾

按照現(xiàn)行課程標準，本課程包含了8個領(lǐng)域常用軟件的使用，每一章均涉及到常用的軟件1-2種，學時分配為：8學時理論課和32學時實驗課。實際上，這較難保證學生學會全部課程內(nèi)容。同時，隨著新軟件的不斷更新推出，課程內(nèi)容必須不斷擴展更新，教學要求提升與課時不足的矛盾逐漸突出。

二、課程建設(shè)的難處及建設(shè)內(nèi)容

（一）課程建設(shè)采取的思路

1.教學硬件平臺的建設(shè)

由于是新開課程且性質(zhì)特殊，課程建設(shè)任務(wù)繁重。首先須完善課程基本要素建設(shè)，具體包括：建設(shè)和完善課程內(nèi)容，壯大教學隊伍，對課程介紹、教學大綱、教學日歷、重點難點及參考資料目錄等教學活動必需資源進行系統(tǒng)整理、匯編。完善課件、參考資料、軟件、示例數(shù)據(jù)素材、習題作業(yè)等素材資源，建設(shè)網(wǎng)上學習系統(tǒng)。探索網(wǎng)絡(luò)教學模式，改進教學效果、提升學生數(shù)據(jù)分析能力。

2.教學軟件平臺的建設(shè)

（1）堅持理論講授與實踐操作結(jié)合：課程內(nèi)容按軟件的功能劃分模塊，按模塊講授理論知識，然后讓學生動手操作。使學生在理論知識上實現(xiàn)“講中學”，學生理論學習的基礎(chǔ)上實踐操作，教師針對學生的相關(guān)問題重點講解，實現(xiàn)“學中講”。

（2）課堂講授與課后自學相結(jié)合：由于課時有限，在內(nèi)容講授上需抓大放小，課堂上講授基本軟件和基本操作，學生課下再舉一反三，在網(wǎng)上擴展學習同類軟件和功能。

（3）完善教學環(huán)節(jié)：學生在課堂上進行理論學習和實踐操作，在課下進行網(wǎng)絡(luò)自學，在此基礎(chǔ)上，設(shè)置輔導答疑環(huán)節(jié)，保證學生能夠真正掌握知識。

（二）課程建設(shè)措施及內(nèi)容

課程建設(shè)由西北農(nóng)林科技大學農(nóng)學院牽頭發(fā)起，由多位骨干教師參與，積極探索、多方努力，積極聽取專家意見，緊扣課程建設(shè)目標，嚴抓課程建設(shè)質(zhì)量，目前已完成了課程各環(huán)節(jié)的必需要素。

1.建設(shè)完善教學內(nèi)容

依托教學大綱并不斷修改和完善，目前課程內(nèi)容共40學時（8學時理論+32學時實驗）。理論課程8章，實驗項目9項，涵蓋了遺傳連鎖圖構(gòu)建、數(shù)量性狀基因定位、關(guān)聯(lián)分析、序列分析、基因預測、蛋白質(zhì)特征結(jié)構(gòu)域分析、跨膜結(jié)構(gòu)域分析、系統(tǒng)進化分析主要軟件的操作。針對部分軟件版本和算法不斷更新、部分新出現(xiàn)的學科和軟件以及部分過時和需淘汰的軟件，課程組的策略是定期修改課程標準，以保證課程的活力，能趕上科研發(fā)展的需要。目前課程組正在將課程相關(guān)素材進行整理完善，擬編寫出版教材。

2.建設(shè)完善網(wǎng)絡(luò)教學平臺

網(wǎng)絡(luò)學習是學生學習的重要環(huán)節(jié)，網(wǎng)絡(luò)學習平臺是本課程不可或缺的重要陣地。團隊從課程介紹、教學大綱、教學日歷、重點難點、教學課件、電子教案、案例素材、參考資料目錄、網(wǎng)上答疑等9個方面建設(shè)網(wǎng)上學習平臺。具體措施如下：按照《國家級精品資源共享課建設(shè)技術(shù)要求》撰寫課程介紹、教學大綱和教學日歷。按照課程結(jié)構(gòu)和知識體系整合完善教學內(nèi)容，確定課程重點和難點，并制作教學課件和電子教案。結(jié)合農(nóng)學具體科學問題，錄制軟件操作微視頻。編寫重要軟件的中文說明，內(nèi)含軟件的詳細操作步驟和案例分析。

3.探索建立教學方法體系

常用生物技術(shù)軟件操作大部分實驗都是綜合性的，為了保障教學效果，我們從多個維度上對教學方法進行設(shè)計和優(yōu)化，保證學生的學習效果。首先，在教學團隊上，堅持術(shù)業(yè)有專攻，選擇有操作經(jīng)驗的教師授課。在教學形式上：堅持“理論結(jié)合實際”、“課上結(jié)合課下”，通過理論課的學習知道“為什么”，通過操作課的學習知道“怎么做”，通過課堂學習掌握基本能力，然后通過網(wǎng)絡(luò)學習進行鞏固提升。在組織形式上：避免零敲碎打，授課教師在教學內(nèi)容的設(shè)計上整體把握，注意章節(jié)之間的銜接和內(nèi)容的邏輯性。上課時以某一農(nóng)作物的具體問題入手，借助一個大的研究流程，將不同章節(jié)研究內(nèi)容對應(yīng)到不同科研環(huán)節(jié)，使學生在學習之初便對相關(guān)知識間的關(guān)系有一個明確的認識。在教學環(huán)節(jié)上：除了課堂教學、網(wǎng)絡(luò)教學和答疑環(huán)節(jié)之外還增加了實踐環(huán)節(jié)。具體做法是將學生根據(jù)興趣分成不同的組，分配給相關(guān)授課教師，授課教師指導學生進行證實實驗數(shù)據(jù)分析，促進學生科學研究能力的形成。

4.建設(shè)完善學習效果評價體系

由于生物技術(shù)軟件操作課程涵蓋范圍廣、涉及軟件多、參數(shù)多、模型多、需要的基礎(chǔ)知識多，課程應(yīng)用屬性強，通過閉卷考試無法全面反映學生的學習效果。需要建立靈活、多元化的評價體系才能客觀展示學生的學習效果。目前課程考核采用的方式是：平時考核和期末考查相結(jié)合。平時考核項目包括：（1）課堂出勤情況;（2）對學生進行隨堂測試并打分;（3）對學生在實踐環(huán)節(jié)的表現(xiàn)打分。期末考查主要是根據(jù)課程理論知識設(shè)定幾個大范圍，學生選擇自己感興趣的內(nèi)容擬定具體題目，查閱文獻，撰寫研究報告，，教師對學生撰寫論文的命題、寫作、格式、規(guī)范性等方面綜合考評并打分。本課程采用的評價方案淡化了理論知識的記憶，強化了對理論知識的應(yīng)用和實際動手能力，與課程設(shè)置的初衷相對應(yīng)。

5.建立輔導答疑制度

本課程授課教師均設(shè)置了教師答疑郵箱和手機，學生課后可以與老師聯(lián)系。QQ群和微信群也被用來作為答疑途徑。此外，網(wǎng)絡(luò)教學平臺也有答疑功能，教師和學生可以同時在線交流，相關(guān)信息選課學生均可見。教師還可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺及時發(fā)布任何與教學有關(guān)的信息更新、課件和資料上傳、作業(yè)發(fā)布等信息。通過以上所列的所有途徑，保證學生在課后及時與老師交流，解決問題，提高學習效率，強化學習效果。

6.更新完善素材庫

常用生物技術(shù)軟件操作課程，涉及到的軟件類型多，形式多樣。課程不斷完善課程教學素材庫。對于重要軟件，對每個知識單元錄制一段5-25分鐘的短視頻，展示軟件操作過程，涵蓋關(guān)鍵的軟件操作步驟。網(wǎng)上現(xiàn)有的視頻也被引入數(shù)據(jù)（下轉(zhuǎn)第頁）（上接第頁）庫中，最終實現(xiàn)視頻資料對教學內(nèi)容的全覆蓋。目前絕大多數(shù)生物技術(shù)軟件，和其操作手冊均為英文展示，不便于學生學習，課程建設(shè)過程中對每一個軟件均編寫中文手冊，并附加操作結(jié)果和對結(jié)果的解讀。此外，還廣泛收集了研究案例數(shù)據(jù)，為學生自學提供素材。通過對案例數(shù)據(jù)的分析，進一步保證學生學習能力的提高。

三、展望

常用生物技術(shù)軟件操作課程的設(shè)立是一種新的嘗試和探索，力求將學生學習的科學知識和科研實際結(jié)合起來，提高學生對知識的實際運用能力，以適應(yīng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面的科研、開發(fā)和管理等工作的需要。同時，通過課程學習能提高學生自學能力，提高學生的科學、系統(tǒng)的思維能力，使學生綜合能力得到提高。課程建設(shè)以內(nèi)容建設(shè)為基礎(chǔ)，教學方法體系和教學效果考核體系建設(shè)為核心，網(wǎng)絡(luò)教學平臺建設(shè)為輔助，多種措施齊頭并舉。探索激發(fā)學生學習主動性、創(chuàng)造性和提高學習效果的方法。目前課程建設(shè)已初具成效，形成了一套適合農(nóng)學專業(yè)發(fā)展的培養(yǎng)學生綜合應(yīng)用能力的課程教學方法，相關(guān)結(jié)果能夠為其它課程的建設(shè)提供經(jīng)驗。

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通訊作者：楊璞，男，博士，講師，西北農(nóng)林科技大學農(nóng)學院。