基于整合互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢(shì)資源的基因組學(xué)課程教學(xué)新模式

張擎 鄭凌伶

[摘 要]提高和加強(qiáng)基因組學(xué)教學(xué)質(zhì)量是教學(xué)改革的出發(fā)點(diǎn)和歸宿，但影響教學(xué)質(zhì)量的因素在變，只有與時(shí)共進(jìn)，才能保證質(zhì)量。教學(xué)形式與內(nèi)容是影響教學(xué)質(zhì)量的兩個(gè)方面，且形式的影響越來(lái)越重要。在基因組學(xué)教學(xué)中，我們通過(guò)課堂教學(xué)和信息化教學(xué)結(jié)合方式，把基因組學(xué)這門(mén)課程引入集成和重構(gòu)基于互聯(lián)網(wǎng)資源的新的教學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)相互結(jié)合和整體化，完成教與學(xué)的實(shí)時(shí)相互促進(jìn)。這樣的教學(xué)新模式有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的自由探索和自主學(xué)習(xí)能力，達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的目的。

[關(guān)鍵詞]基因組學(xué);信息化教學(xué);教學(xué)體系

[基金項(xiàng)目]2018年中山大學(xué)本科教學(xué)質(zhì)量工程類項(xiàng)目“教育信息化背景下的基因組學(xué)教學(xué)方式改革研究與實(shí)踐”;2019年廣東省教育廳項(xiàng)目“廣東省聯(lián)合培養(yǎng)研究生示范基地”（33000-18842214）

[作者簡(jiǎn)介]張 擎（1966—），男，內(nèi)蒙古包頭人，博士，中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副教授，博士生導(dǎo)師，主要從事細(xì)胞和分子生物學(xué)的研究;鄭凌伶（1983—），女，黑龍江哈爾濱人，博士，中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副教授，博士生導(dǎo)師，主要從事生物信息學(xué)和功能基因組學(xué)的研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）46-0-03[收稿日期] 2020-10-03

一、引言

基因組學(xué)是研究生物基因組和如何利用基因的一門(mén)學(xué)科。生命科學(xué)正從基因組學(xué)這一全新的研究視野探討生物的生長(zhǎng)與發(fā)育、結(jié)構(gòu)與功能以及健康與疾病等重要的問(wèn)題的分子機(jī)制?；蚪M研究主要包括以全基因組測(cè)序?yàn)槟繕?biāo)的結(jié)構(gòu)基因組學(xué)和以基因功能鑒定為目標(biāo)的功能基因組學(xué)兩方面的內(nèi)容。結(jié)構(gòu)基因組學(xué)以建立生物體高分辨率遺傳、物理和轉(zhuǎn)錄圖譜為主。同時(shí)，科學(xué)地分析和解釋生物基因組測(cè)序項(xiàng)目的完成的高通量數(shù)據(jù)，功能基因組學(xué)則是利用結(jié)構(gòu)基因組所提供的信息和產(chǎn)物，發(fā)展和應(yīng)用新的科學(xué)思想和系統(tǒng)集成的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，使得生物學(xué)研究從對(duì)單一基因或蛋白質(zhì)的研究轉(zhuǎn)向多個(gè)基因或蛋白質(zhì)同時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的研究。其次，基因組學(xué)也涉及表達(dá)調(diào)控、物種進(jìn)化和蛋白質(zhì)組學(xué)的研究?；蚪M學(xué)所研究的內(nèi)容涉及生命學(xué)科各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)生命科學(xué)的未來(lái)發(fā)展將產(chǎn)生重大影響。

基因組學(xué)課程涉及許多當(dāng)代前沿基因組理論和技術(shù)，為了加深對(duì)理論課和技術(shù)的理解和運(yùn)用，也作為新的教學(xué)模式的補(bǔ)充探討，提高教學(xué)質(zhì)量和效果，除了基因組學(xué)基本的理論和技術(shù)外，與時(shí)共進(jìn)地對(duì)課堂內(nèi)容應(yīng)該及時(shí)調(diào)整、更新和活化，這是因?yàn)樵诮逃畔⒒尘跋陆虒W(xué)出現(xiàn)了一系列新的情況[1]，如網(wǎng)絡(luò)上海量的各種信息和資訊等導(dǎo)致學(xué)生獲取知識(shí)的渠道多;學(xué)生的學(xué)習(xí)不再僅僅依賴課堂和任課老師;學(xué)生學(xué)習(xí)方式也出現(xiàn)了多元化的需要。為了適應(yīng)基因組學(xué)蓬勃發(fā)展的現(xiàn)狀，及時(shí)反映基因組學(xué)領(lǐng)域近年來(lái)所取得的重要成果與重大進(jìn)展，前瞻性的基因組學(xué)的改革內(nèi)容應(yīng)該包括三個(gè)主要方面的建設(shè)：利用數(shù)據(jù)挖掘更新迭代基因組新的理論和技術(shù)，及時(shí)整合到基因組的授課內(nèi)容之中;進(jìn)行基因組相關(guān)網(wǎng)路課程（MOOCs，Coursera和網(wǎng)易公開(kāi)課等）的重新編輯和展示，完成網(wǎng)絡(luò)的多媒體即時(shí)展示;基于移動(dòng)終端嵌入的APP，進(jìn)行老師和學(xué)生即時(shí)和交互性在線溝通，更好地提高學(xué)習(xí)效果和效率。

二、課程建設(shè)的目的

目前，基因組學(xué)已成為高等院校生命科學(xué)專業(yè)中重要的基礎(chǔ)課程之一。學(xué)習(xí)基因組學(xué)對(duì)于豐富和完善生物科學(xué)類學(xué)生的知識(shí)體系、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力有著深遠(yuǎn)影響。該課程不僅利于學(xué)生了解生命科學(xué)發(fā)展的前沿，而且能為學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究提供基礎(chǔ)知識(shí)和新思路?；蚪M學(xué)課程的建設(shè)應(yīng)包括教材內(nèi)容的發(fā)展、教學(xué)方法與教學(xué)手段的探索及三者的有機(jī)結(jié)合。其課程體系應(yīng)根據(jù)基因組學(xué)理論和技術(shù)飛速發(fā)展，對(duì)該領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行快速迭代，選擇性地進(jìn)行多種教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式與方法有益的探討和組織[2]。同時(shí)，教學(xué)改革需要目標(biāo)明確、切實(shí)可行;教學(xué)團(tuán)隊(duì)組織人員合理、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，打破師生根深蒂固的機(jī)械的教學(xué)路徑依賴，才能夠建設(shè)基于互聯(lián)網(wǎng)資源和移動(dòng)終端的研究性教學(xué)模式和體系。

三、課程建設(shè)的特色和創(chuàng)新之處

基因組學(xué)是伴隨人類基因組計(jì)劃成功實(shí)施而誕生的一門(mén)年青學(xué)科，其內(nèi)容不僅涉及當(dāng)今生命科學(xué)研究的前沿與熱點(diǎn)，而且內(nèi)容和難點(diǎn)多。我們需要從構(gòu)建完整的教學(xué)內(nèi)容、靈活運(yùn)用多種教學(xué)方法及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等多方面探討基因組學(xué)與蛋白質(zhì)學(xué)課程的教學(xué)改革。

1.創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性和課堂互動(dòng)性，這些需要突破傳統(tǒng)的以教師講授為主的教學(xué)方式方法[3]。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、數(shù)據(jù)挖掘、導(dǎo)入探究型求知模式，不僅使學(xué)習(xí)內(nèi)容和國(guó)際前沿接軌[4]，而且學(xué)生體驗(yàn)加深，學(xué)習(xí)效果得到提高。開(kāi)展研究性教學(xué)實(shí)踐將會(huì)有助于形成鮮明特色的基因組學(xué)課程教學(xué)新范式。

2.現(xiàn)今，MOOC等開(kāi)放性課程的蓬勃發(fā)展讓人們十分期待它光明的未來(lái)，學(xué)習(xí)視頻是其靈魂的體現(xiàn)[5]。以電影剪輯方式整合和再加工網(wǎng)上公開(kāi)課，形成喜聞樂(lè)見(jiàn)的課程內(nèi)容和故事體系。老師創(chuàng)建教學(xué)視頻，學(xué)生在課內(nèi)外借助視頻學(xué)習(xí)，回到課堂與老師面對(duì)面交流。避免傳統(tǒng)的課堂講授容易使學(xué)生掉進(jìn)不思進(jìn)取的舒適區(qū)，不能成就有真正學(xué)習(xí)能力的人的誤區(qū)。

3.智能手機(jī)的廣泛應(yīng)用是技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)高速發(fā)展的結(jié)果[6]。手機(jī)定時(shí)進(jìn)課堂，重新構(gòu)建學(xué)習(xí)流程。課前完成信息傳遞;課堂進(jìn)行吸收和消化;課后應(yīng)用互動(dòng)強(qiáng)化。尤其是相應(yīng)的手機(jī)軟件問(wèn)世以來(lái)，向著傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式發(fā)起挑戰(zhàn)，將信息化教學(xué)手段引進(jìn)課堂，改變了傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式[7]。集多功能為一體的一個(gè)智能終端在基因組教學(xué)中的應(yīng)用，對(duì)促進(jìn)教學(xué)改革和提升教學(xué)質(zhì)量較為有利[8]。

四、課程建設(shè)的內(nèi)容

首先，利用參考數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行基因組相關(guān)進(jìn)展的內(nèi)容建設(shè)?；蚪M數(shù)據(jù)庫(kù)是分子生物信息數(shù)據(jù)庫(kù)的重要組成部分?；蚪M數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容豐富，包括各種公共綜合數(shù)據(jù)庫(kù)和專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)。其中主要通過(guò)免費(fèi)生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)Pubmed（http：//www.ncbi.nlm.nil.gov/pubmed）和中山大學(xué)圖書(shū)館已購(gòu)買版權(quán)的電子資源/數(shù)據(jù)庫(kù)Elsevier（全球最大學(xué)術(shù)信息解決方案的提供商）ScienceDirect（www.sciencedirect.com）獲取與研究基因組主題相關(guān)的文獻(xiàn)。利用Web of Science（https：//apps.webofknowledge.com）來(lái)了解新的理論和技術(shù)進(jìn)展的應(yīng)用趨勢(shì)，檢索閱讀綜述性文獻(xiàn)，掌握研究領(lǐng)域現(xiàn)狀和熱點(diǎn)。這樣通過(guò)不同數(shù)據(jù)庫(kù)和不同文獻(xiàn)的檢索，可讓學(xué)生對(duì)基因組中的科學(xué)思想和技術(shù)方法的認(rèn)識(shí)形成不同的視角和觀點(diǎn)，同時(shí)熟悉該觀點(diǎn)目前有哪些新的應(yīng)用，基于該理論的最新發(fā)展是什么。對(duì)于有關(guān)基因組學(xué)科內(nèi)容的選擇，引導(dǎo)學(xué)生快速定位基因組研究領(lǐng)域中高影響力的論文;準(zhǔn)確找到基因組研究領(lǐng)域中的綜述性文獻(xiàn);從檢索結(jié)果中找到基因組學(xué)科的相關(guān)論文;查找與基因組課題最相關(guān)的課題組網(wǎng)站及研究者博客。通過(guò)這些活動(dòng)可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)學(xué)科發(fā)展的原創(chuàng)性的、理智的或創(chuàng)造性的貢獻(xiàn)和理解。另一方面，生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)具有高度網(wǎng)絡(luò)化，可以實(shí)現(xiàn)個(gè)人計(jì)算機(jī)平臺(tái)上的自由訪問(wèn)，而且大部分?jǐn)?shù)據(jù)免費(fèi)獲得等優(yōu)點(diǎn)[9]?；蚪M數(shù)據(jù)庫(kù)可以聚合一個(gè)物種的所有基因組信息，收集和共享數(shù)據(jù)。關(guān)心該物種的師生可以通過(guò)訪問(wèn)網(wǎng)站了解物種信息、科研進(jìn)展、做生物信息學(xué)等的分析和整理，能夠更好地搭建基因組課程的精品內(nèi)容。

其次，進(jìn)行公共學(xué)習(xí)資源的豐富和發(fā)展。把基因組相關(guān)網(wǎng)絡(luò)課程（MOOCs，Coursera和網(wǎng)易公開(kāi)課等）重新編輯;同時(shí)，將課堂教學(xué)通過(guò)錄屏的方式做成綜合集成視頻。這樣改進(jìn)和重構(gòu)培養(yǎng)方案和內(nèi)容建設(shè)不僅使學(xué)生學(xué)習(xí)方式多元化，而且在教學(xué)方式上也能夠讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，完成認(rèn)知能力的訓(xùn)練和迅速迭代。其可改變以往的教師只注重知識(shí)的傳授，缺乏讓學(xué)生自己去感受、體驗(yàn)的環(huán)節(jié)[10]。通過(guò)教學(xué)內(nèi)容解構(gòu)和重新組合，因材施教因人施教，提高了教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)和學(xué)習(xí)的相互促進(jìn)。

最后，基于移動(dòng)社交化設(shè)計(jì)的嵌入APP在線教學(xué)平臺(tái)，師生在課堂、課外利用手機(jī)可以非常方便地互動(dòng)和即時(shí)溝通、分享，利用手機(jī)開(kāi)展討論答疑、投票、問(wèn)卷、頭腦風(fēng)暴的體驗(yàn)，使其成為解決手機(jī)危害課堂的利器。同時(shí)，保持與學(xué)生的密切溝通，關(guān)注他們的學(xué)習(xí)感受。創(chuàng)造更多的師生互動(dòng)機(jī)會(huì)，提高課程學(xué)習(xí)的興趣和能力。例如在課堂上利用QQ群的“上墻”功能開(kāi)展課堂討論和全天候答疑;利用問(wèn)卷星（www.sojump.com，免費(fèi)的調(diào)查問(wèn)卷平臺(tái)）開(kāi)展隨堂在線測(cè)驗(yàn);設(shè)置問(wèn)題進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)分?jǐn)?shù)的積累，作為成績(jī)的主要參照。目前我們?cè)诮滩牡慕ㄔO(shè)中，已通過(guò)Windows App Studio創(chuàng)建了一個(gè)Windows應(yīng)用，可以查看與基因組學(xué)相關(guān)的最新研究論文、最新突破性新聞及Nature，Science，Cell等最新Papers & News等（實(shí)時(shí)更新）。在教學(xué)內(nèi)容的組織上，強(qiáng)調(diào)了復(fù)合型知識(shí)的建構(gòu)，改變了以往教與學(xué)的“單項(xiàng)流程”，代之以主動(dòng)學(xué)習(xí)和興趣學(xué)習(xí)的良好的互動(dòng)，潛移默化地形成學(xué)生自己新的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系。

五、結(jié)語(yǔ)

基因組學(xué)是現(xiàn)代生命科學(xué)“組學(xué)”理論體系和研究方法中的核心，是生命科學(xué)的前沿學(xué)科和交叉學(xué)科，已成為高校生命科學(xué)專業(yè)主干課程。為提高基因組學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量，在基因組學(xué)教學(xué)中，我們應(yīng)該善于在多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)背景下獲取知識(shí)的更新，建設(shè)強(qiáng)大的教輔資源，這也是基因組學(xué)比傳統(tǒng)生物課程顯現(xiàn)的高速發(fā)展特性所要求的。在現(xiàn)代教學(xué)環(huán)境中，互聯(lián)網(wǎng)資源、數(shù)據(jù)庫(kù)和移動(dòng)資訊等資源整合有益于學(xué)生自主學(xué)習(xí)與研究型學(xué)習(xí)環(huán)境的形成。這種富有基因組學(xué)特色的現(xiàn)代教學(xué)環(huán)境將在廣度和深度上更新原有的認(rèn)知方式，從而完成基因組學(xué)課程的建構(gòu)及催生新的教學(xué)模式。

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Abstract： Improving and strengthening the teaching quality of the Genomics course is the starting point and destination of teaching reform. However， the factors affecting the teaching quality are changing and only by advancing with the times can the teaching quality be guaranteed. Teaching model and content are equally important， which are two aspects affecting teaching quality， and the influence of teaching model is becoming more and more important. Through the combination of classroom teaching and information-based teaching， the course of Genomics is introduced into a new teaching system based on integration and reconstruction of Internet resources to achieve mutual integration， and complete the real-time mutual promotion of teaching and learning. This new teaching model is conducive to stimulating students' interest in learning， improving students' ability of free exploration and independent learning， and achieving the goal of cultivating innovative talents.

Key words： genomics; information teaching; teaching system