高校課程翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)平臺(tái)建設(shè)及應(yīng)用實(shí)踐

解增言 浦丹 袁帥

[摘 要] 課程平臺(tái)是課程實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂的有力保證，目前的公共慕課平臺(tái)并不能完全滿足課程的個(gè)性化需求。專門為生物信息處理技術(shù)課程搭建的課程平臺(tái)包含課程所需的文字材料、課件、教學(xué)視頻等資料，并提供過關(guān)游戲式的練習(xí)、測(cè)試等功能，在該課程翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施過程中發(fā)揮了重要作用。

[關(guān)鍵詞] 生物信息學(xué);翻轉(zhuǎn)課堂;學(xué)習(xí)平臺(tái)

[基金項(xiàng)目] 2017年度重慶郵電大學(xué)教改項(xiàng)目（XJG1715）;2019年度重慶市教改項(xiàng)目（193103）;2020年度重慶郵電大學(xué)“金課”課程建設(shè)項(xiàng)目（XJKXX2020-06）

[作者簡(jiǎn)介] 解增言（1976—），男，山東臨沂人，博士，重慶郵電大學(xué)生物信息學(xué)院講師，主要從事生物信息學(xué)、進(jìn)化基因組學(xué)研究;

浦 丹（1987—），女，云南宣威人，博士，重慶郵電大學(xué)生物信息學(xué)院副教授，主要從事生物信息學(xué)研究;袁 帥（1976—），男（土家族），湖南永順人，博士，重慶郵電大學(xué)生物信息學(xué)院教授，主要從事生物信息學(xué)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）38-0199-02? ? [收稿日期] 2020-07-12

一、引言

生物信息學(xué)是伴隨著人類基因組計(jì)劃的實(shí)施而興起的一門交叉學(xué)科，其研究?jī)?nèi)容包含了生物學(xué)、計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)等領(lǐng)域[1]。大量的基因組測(cè)序計(jì)劃及轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組、代謝組等組學(xué)研究產(chǎn)生了海量的生物學(xué)數(shù)據(jù)，如何處理和分析這些數(shù)據(jù)成為生物信息學(xué)領(lǐng)域的核心任務(wù)。生物信息學(xué)研究中常用的編程語言有Perl和Python，數(shù)據(jù)分析語言有R語言等。由于大部分生物學(xué)數(shù)據(jù)是文本數(shù)據(jù)，而Linux命令可以方便、高效地處理這些文本數(shù)據(jù)，同時(shí)Linux還可以利用Shell腳本整合上述編程語言，因此Linux操作系統(tǒng)成為生物信息學(xué)數(shù)據(jù)處理的核心平臺(tái)。目前幾乎所有的生物信息學(xué)工具和軟件都有Linux版本，Linux成為生物信息學(xué)專業(yè)學(xué)生必須掌握的專業(yè)基礎(chǔ)技術(shù)。因此，重慶郵電大學(xué)生物信息學(xué)院為該院的生物信息學(xué)專業(yè)設(shè)立了“生物信息處理技術(shù)”課程。該課程是一門技術(shù)性、實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，要求學(xué)生通過大量的練習(xí)熟練掌握常用的Linux命令和基本的Shell腳本編程技術(shù)，以及如何利用這些技術(shù)處理大量的生物學(xué)數(shù)據(jù)。由于學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容接受能力存在差異，經(jīng)典的大水漫灌式的課堂教學(xué)方法并不能滿足所有學(xué)生的需求。所以從2016-2017年第二學(xué)期開始，該課程實(shí)施教學(xué)方式改革，采用了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法[2]。為了更好地實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，我們專門為該課程開發(fā)了一個(gè)學(xué)習(xí)平臺(tái)，該平臺(tái)不但包括課程所有知識(shí)點(diǎn)的文本資料、課件、教學(xué)視頻，還有包含近600道題目的題庫，以及針對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的過關(guān)游戲式的練習(xí)。平臺(tái)的建設(shè)，為課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的實(shí)施提供了有力的保障。

二、課程學(xué)習(xí)平臺(tái)設(shè)計(jì)及開發(fā)

根據(jù)課程內(nèi)容特點(diǎn)和實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂的要求，平臺(tái)從前端和后端兩方面進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，并利用最流行的Linux+Apache+MySQL+PHP平臺(tái)和網(wǎng)站架構(gòu)開發(fā)。

1.平臺(tái)設(shè)計(jì)。（1）前端設(shè)計(jì)。網(wǎng)站頁面的整體包括橫幅圖片（banner）、菜單（menu）、內(nèi)容（content）和底部信息欄（footer）四部分。不同的頁面，只有內(nèi)容部分不一樣，其它三部分保持一致。另外，在橫幅圖片上還包括用戶免費(fèi)注冊(cè)和登錄的入口。網(wǎng)站的菜單是用戶瀏覽信息的主要入口，平臺(tái)的菜單項(xiàng)包括：首頁、生物信息學(xué)、Linux、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、資料下載、擴(kuò)展學(xué)習(xí)和幫助等欄目。網(wǎng)站首頁的內(nèi)容是整個(gè)平臺(tái)的內(nèi)容核心和主要入口，包括三個(gè)部分：我要學(xué)習(xí)，鏈接到學(xué)習(xí)內(nèi)容頁面，學(xué)習(xí)內(nèi)容包括緒論、Linux常用命令、VI編輯器、Shell腳本編程基礎(chǔ)和應(yīng)用實(shí)例五個(gè)部分;我要練習(xí)，鏈接到練習(xí)頁面，每個(gè)練習(xí)包括數(shù)目不等的關(guān)卡，上一關(guān)通過了才出現(xiàn)下一關(guān)的題目;我要測(cè)試，鏈接到自主測(cè)試頁面，學(xué)生可以自主測(cè)試學(xué)過的內(nèi)容，也可以由老師發(fā)起考試。其中的我要練習(xí)和我要測(cè)試需要注冊(cè)登錄后才能打開鏈接。生物信息學(xué)頁面介紹生物信息學(xué)的概念、研究?jī)?nèi)容和常用技術(shù)等。Linux頁面介紹Linux的特點(diǎn)、常見發(fā)行版和主要應(yīng)用領(lǐng)域。動(dòng)手實(shí)驗(yàn)頁面包括課程8個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求等部分。資料下載頁面包括課件、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板和課程相關(guān)軟件的下載鏈接。擴(kuò)展學(xué)習(xí)頁面的內(nèi)容為需要學(xué)生了解的、與課程相關(guān)但在教材中沒有詳細(xì)介紹的資料，如tree命令、字符編碼等。幫助頁面的內(nèi)容為網(wǎng)站介紹、系統(tǒng)要求、使用方法、版權(quán)說明及站內(nèi)查詢等。平臺(tái)用戶有三種類型：系統(tǒng)管理員、教師和學(xué)生。不同用戶登錄后在用戶中心分別顯示不同的內(nèi)容：管理員可以添加教師和部分網(wǎng)站內(nèi)容;教師可以查看學(xué)生信息、添加授課計(jì)劃、往題庫添加題目、自主組卷、發(fā)起在線考試、查看學(xué)生考試成績(jī);學(xué)生可以查看學(xué)習(xí)內(nèi)容、登錄后練習(xí)和自主測(cè)試、參加在線考試、查看考試成績(jī)以及查看學(xué)習(xí)和練習(xí)的進(jìn)度。其中的學(xué)生用戶可以免費(fèi)自由注冊(cè)。這樣的用戶分類設(shè)計(jì)既保證了系統(tǒng)的安全，又滿足了每類用戶不同的功能需求。（2）后端設(shè)計(jì)。后端設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)前端設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和保障。后端設(shè)計(jì)主要包括兩部分：網(wǎng)站文件組織和數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。網(wǎng)站文件組織：網(wǎng)站的主要文件包括前端每個(gè)菜單項(xiàng)對(duì)應(yīng)的文件，以及每個(gè)網(wǎng)頁中的鏈接對(duì)應(yīng)的文件，如每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的網(wǎng)頁文件。另外，根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)原則，網(wǎng)頁的頭部（包括橫幅圖片及菜單）和尾部（底部信息欄）設(shè)計(jì)為獨(dú)立的文件，然后在每個(gè)網(wǎng)頁中加以引用，避免代碼重復(fù)。用戶登錄、注冊(cè)功能也有對(duì)應(yīng)的網(wǎng)頁文件。根據(jù)內(nèi)容與格式分離的原則，網(wǎng)站的格式設(shè)置包含在一個(gè)CSS文件中，并在網(wǎng)站頭文件中加以引用。所有圖片包含在一個(gè)目錄中。下載文件集中存放在一個(gè)目錄中，并按不同類型分類存放。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)：數(shù)據(jù)庫共包括24個(gè)表，分別為學(xué)習(xí)內(nèi)容、練習(xí)內(nèi)容、練習(xí)命令、學(xué)習(xí)進(jìn)程、練習(xí)進(jìn)程、單選題、多選題、填空題、判斷題、調(diào)查、教師、教學(xué)計(jì)劃列表、教學(xué)計(jì)劃內(nèi)容、考試內(nèi)容、考試結(jié)果、題目回答情況統(tǒng)計(jì)和用戶信息等，每個(gè)表根據(jù)實(shí)際需求確定字段類型和主鍵、外鍵。

2.平臺(tái)開發(fā)實(shí)現(xiàn)。平臺(tái)后端用PHP語言開發(fā)，數(shù)據(jù)庫用MySQL實(shí)現(xiàn)，前端用HTML+CSS開發(fā)，其中學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度、練習(xí)進(jìn)度及成績(jī)查詢等頁面用JavaScript及JQuery和ECharts庫實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化。所有開發(fā)均在Linux下進(jìn)行，網(wǎng)站服務(wù)器用Apache搭建[3]。

三、學(xué)習(xí)平臺(tái)應(yīng)用

平臺(tái)包括124個(gè)知識(shí)點(diǎn)的超文本文字材料、課件和教學(xué)視頻，99個(gè)游戲過關(guān)式練習(xí)題以及由591道單項(xiàng)選擇題、不定項(xiàng)選擇題、填空題和判斷題組成的題庫。課程后臺(tái)記錄的學(xué)生練習(xí)和測(cè)試情況，為教師了解學(xué)生對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況提供了翔實(shí)的數(shù)據(jù)，從而可以在課堂上有針對(duì)性地講解課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)。平臺(tái)自2017年上線起，已在教學(xué)中使用3個(gè)學(xué)期，目前平臺(tái)上已有近500名注冊(cè)用戶。在教學(xué)過程中，教師共組織在線考試12次。該系統(tǒng)目前已從校內(nèi)平臺(tái)遷移到阿里云服務(wù)器（網(wǎng)址www.linuxstudio.cn），并對(duì)所有用戶開放，可以為用戶提供更好的使用體驗(yàn)。課程在外網(wǎng)上線后，校內(nèi)外用戶都可以注冊(cè)使用，為校外用戶使用該平臺(tái)提供了便利。生物信息處理技術(shù)課程目前還在學(xué)銀在線慕課平臺(tái)上線，但本平臺(tái)提供的游戲過關(guān)式練習(xí)等功能更受學(xué)生歡迎，是公共慕課平臺(tái)有益的補(bǔ)充。

四、結(jié)語

目前已有學(xué)堂在線、中國(guó)大學(xué)MOOC、智慧樹、超星爾雅等公共慕課平臺(tái)，提供大量的在線課程供選擇學(xué)習(xí)。但這些平臺(tái)提供的測(cè)試和練習(xí)功能使用不便，并缺乏趣味性，教師對(duì)于新功能的需求也很難得到滿足。本平臺(tái)的建設(shè)，為個(gè)性化課程平臺(tái)開發(fā)提供了一次有益的探索和嘗試。在以后的課程中，我們還會(huì)根據(jù)課程需要和學(xué)生的反饋持續(xù)更新平臺(tái)內(nèi)容，添加簡(jiǎn)答題等新的題型，完善平臺(tái)功能，將其打造成一個(gè)學(xué)習(xí)Linux和生物信息學(xué)數(shù)據(jù)處理技術(shù)的公共平臺(tái)。

（課題組成員：馬明月，李映紅）

參考文獻(xiàn)

[1]張春霆.生物信息學(xué)的現(xiàn)狀與展望[J].世界科技研究與發(fā)展，2000（6）：17-20.

[2]解增言，馬明月，曾垂省，等.生物信息學(xué)專業(yè)的Linux課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實(shí)踐[J].教育信息化論壇，2019（6）：137-138.

[3]李楊.構(gòu)建基于Linux、Apache、MySQL、PHP平臺(tái)的網(wǎng)站[J].電子技術(shù)與軟件工程，2015（4）：20.

The Construction and Application Practice of Flipped Classroom Learning Platform in College Courses

XIE Zeng-yan，PU Dan，YUAN Shuai

（School of Bioinformatics，Chongqing University of Posts and Telecommunications，Chongqing 400065，China）

Abstract：A course platform ensures the implementation of a flipped classroom.While public MOOC platforms cannot fulfil all the requirements of a class.The platform specially built for Bioinformatics Data Processing Technique course provides users with PPTs，teaching videos，game-like exercises，tests and other materials.It plays an crucial role in the teaching of this course.

Key words：Bioinformatics;flipped classroom;learning platform