目標(biāo)導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)的生物信息學(xué)的課程設(shè)計(jì)實(shí)踐

李杰

摘要：生物信息學(xué)不僅是一門科學(xué)學(xué)科，更是一種重要的研究開發(fā)平臺(tái)與工具，特別是在此次特殊環(huán)境的防控中發(fā)揮了重要的作用。冠狀病毒基因組組裝、基因注釋、病毒溯源、細(xì)胞受體確定、潛在藥物發(fā)現(xiàn)等過程中，生物信息學(xué)都可以發(fā)揮重要作用。本論文通過將學(xué)生需要學(xué)習(xí)的生物信息學(xué)知識(shí)，有機(jī)融入冠狀病毒相關(guān)的研究背景中去，希望激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生主動(dòng)投入到服務(wù)社會(huì)、報(bào)效祖國(guó)的行動(dòng)中去，在擔(dān)當(dāng)中歷練，在盡責(zé)中成長(zhǎng)。

關(guān)鍵詞：生物信息學(xué);在線課堂;云戰(zhàn)疫

生物信息學(xué)可以通過對(duì)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取、加工、存儲(chǔ)、檢索與分析，達(dá)到揭示數(shù)據(jù)所蘊(yùn)含的生物學(xué)意義從而解讀生命活動(dòng)規(guī)律的目的。生物信息學(xué)不僅是一門科學(xué)學(xué)科，更是一種重要的研究開發(fā)平臺(tái)與工具。它是今后進(jìn)行幾乎所有生命科學(xué)探索，包括生物醫(yī)藥研究開發(fā)所必需的重要推手，只有基于生物信息學(xué)對(duì)大量已有數(shù)據(jù)資料的分析處理所提供的理論指導(dǎo)，我們才能選擇正確的研發(fā)方向;同時(shí)，只有選擇正確的生物信息學(xué)分析方法和手段，我們才能正確處理和評(píng)價(jià)新的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并得到準(zhǔn)確的結(jié)論。

生物信息學(xué)課程一般具有網(wǎng)絡(luò)資源的依賴性、學(xué)科的前沿交叉性及較強(qiáng)的動(dòng)手操作和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)性，這對(duì)特殊環(huán)境下的在線學(xué)習(xí)提出了新的挑戰(zhàn)和更高的要求。本論文通過將生物信息學(xué)知識(shí)按照從淺入深，由易到難進(jìn)行梳理，同時(shí)兼顧中心法則和最新的冠狀病毒的相關(guān)研究?jī)?nèi)容，對(duì)本課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了有一定創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)和編排。

一、目標(biāo)導(dǎo)向的內(nèi)涵及其綜述

目標(biāo)導(dǎo)向理論大多與我國(guó)近些年的教育改革實(shí)踐中提到的模式有著很大的關(guān)聯(lián)性。主要是指在泰勒教學(xué)模式以及行為主義哲學(xué)的基礎(chǔ)上對(duì)教育目標(biāo)進(jìn)行確定。在高校各個(gè)學(xué)科之中，目標(biāo)導(dǎo)向法已經(jīng)成為學(xué)者們尤為關(guān)注的重要內(nèi)容。美國(guó)學(xué)者馬里蘭大學(xué)管理學(xué)兼心理學(xué)教師艾德文通過一系列的研究，將人的認(rèn)為劃分成為目標(biāo)導(dǎo)向行為、目標(biāo)行為以及見解行為三種。這種理論已經(jīng)被世界各國(guó)企業(yè)所運(yùn)用，尤其是在員工激勵(lì)方面有著較為顯著的效果，極大地提升了企業(yè)管理的效率以及員工的工作積極性。目前，對(duì)于兩種目標(biāo)導(dǎo)向的解釋主要是有兩種。在教育學(xué)科之中，目標(biāo)導(dǎo)向最多可以追溯到20世紀(jì)。在這場(chǎng)運(yùn)動(dòng)中，泰勒對(duì)于學(xué)校所講解的課程進(jìn)行研究，然后對(duì)教育目標(biāo)進(jìn)行確定，并對(duì)學(xué)生、社會(huì)以及相關(guān)學(xué)科的專家進(jìn)行研究，從而收集相關(guān)的資料以及成果，并且由教育哲學(xué)以及學(xué)習(xí)理論兩個(gè)方向進(jìn)行篩選。在教育學(xué)家布魯納看來(lái)，目標(biāo)還可以針對(duì)三大領(lǐng)域來(lái)談，即認(rèn)知、情感以及動(dòng)作技能。這三個(gè)領(lǐng)域又可以細(xì)化成為不同的階段。在管理學(xué)理念下，高效管理需要在明確目標(biāo)的前提下，保證行動(dòng)的協(xié)調(diào)性以及一致性，進(jìn)而是組織成員的思想、行動(dòng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一。

由此看來(lái)，無(wú)論是在何種學(xué)科之中，目標(biāo)導(dǎo)向理論都需要包含前提、方向、主體等內(nèi)容。具體來(lái)講，目標(biāo)導(dǎo)向中的目標(biāo)主要是針對(duì)計(jì)劃實(shí)施來(lái)提的，它是行動(dòng)過程中的重要指引方向。

二、目標(biāo)導(dǎo)向的具體分類

根據(jù)教育需求的不同，目標(biāo)導(dǎo)向也可以劃分成為不同的種類。其中比較常見的主要有以下幾種。首先是課程目標(biāo)導(dǎo)向。課程是教育的核心。我國(guó)教育的目的是為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神以及實(shí)踐能力，因此在制定課程的時(shí)候，更應(yīng)貼近生活、生產(chǎn)的實(shí)際。在教學(xué)過程中除了讓學(xué)生掌握基本的技能以外，還需要培養(yǎng)他們健全的人格，從而適應(yīng)社會(huì)未來(lái)的變化。其次，是教學(xué)目標(biāo)導(dǎo)向。教學(xué)目標(biāo)導(dǎo)向主要是圍繞三個(gè)內(nèi)容展開的，即培養(yǎng)什么樣的人才、為誰(shuí)培養(yǎng)、如何培養(yǎng)。這三個(gè)問題直接貫穿于整個(gè)教育階段。因此，教學(xué)目標(biāo)是教育開展的重要航標(biāo)。然后是評(píng)價(jià)目標(biāo)打破想。這里面談到的評(píng)價(jià)是指較為綜合的一種判斷以及測(cè)量，它涉及的內(nèi)容很多，比如評(píng)定、評(píng)估提及考評(píng)。因此教學(xué)活動(dòng)存在著多樣化的特點(diǎn)，所以評(píng)價(jià)的主體比較復(fù)雜。最后是激勵(lì)目標(biāo)導(dǎo)向。激勵(lì)目標(biāo)是保證教育改革的重要因素之一。激勵(lì)目標(biāo)是建立在學(xué)生需要的基礎(chǔ)上，激發(fā)他們學(xué)習(xí)的積極性。

三、生物信息學(xué)的重要性

在生物學(xué)之中，對(duì)于并對(duì)的研究是一大熱門，這不僅僅是生物學(xué)方面的事情，更是人類身體健康以及醫(yī)療水平進(jìn)步的重要方式。在病毒研究中各界科研工作者努力踐行“科技報(bào)國(guó)”的使命，紛紛投身病毒科研攻關(guān)工作。在這場(chǎng)科技攻關(guān)戰(zhàn)中，其中生物信息學(xué)分析扮演著重要角色。生物信息技術(shù)是分析冠狀病毒的生物特性、遺傳和變異分子機(jī)理的重要手段，也可以為疫苗的研發(fā)提供預(yù)測(cè)和篩選的計(jì)算支持。在病毒診斷方面，目前還是以測(cè)序診斷為主，生物信息技術(shù)需要將病毒的序列信息識(shí)別出來(lái)，并進(jìn)一步分析其是否存在功能性變異。在疫苗研制方面，需要篩選出真正具有免疫原性的病毒抗原核酸序列，利用核酸序列來(lái)表達(dá)位于病毒表面上的蛋白以及該蛋白上識(shí)別人體細(xì)胞受體的一段區(qū)域，誘導(dǎo)宿主產(chǎn)生免疫應(yīng)答，產(chǎn)生病毒中和抗體，以達(dá)到預(yù)防的目的。總的來(lái)說(shuō)，冠狀病毒基因組組裝、基因注釋、病毒溯源、細(xì)胞受體確定、潛在藥物發(fā)現(xiàn)等過程中，生物信息學(xué)都發(fā)揮了重要作用。

四、目標(biāo)導(dǎo)向課程設(shè)計(jì)的必要性

本課程全名為《生物信息學(xué)與生物數(shù)據(jù)挖掘》課程，是生物制藥、生物工程專業(yè)選修課程，共3學(xué)分，其中理論32學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)。本課程的教學(xué)對(duì)象為生物工程專業(yè)大一學(xué)生、生物制藥專業(yè)大二學(xué)生，他們剛完成了對(duì)大學(xué)生活的初步適應(yīng)，從一開始的懵懵懂懂到現(xiàn)在開始接觸有一定難度的專業(yè)課程，需要做好引導(dǎo)，既要講好課讓學(xué)生學(xué)會(huì)應(yīng)該掌握的知識(shí)技能，也要保護(hù)好學(xué)生的求知欲和上進(jìn)心。特別是當(dāng)下比較流行的網(wǎng)上授課，對(duì)學(xué)生的自律提出很大挑戰(zhàn)，部分學(xué)生容易產(chǎn)生懈怠心理，降低對(duì)自身的要求。

通過前期對(duì)學(xué)生的了解，絕大部分學(xué)生都有一定的計(jì)算機(jī)操作基礎(chǔ)，但是只有極少部分同學(xué)有一定的編程經(jīng)驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)學(xué)和分子生物學(xué)等相關(guān)的背景知識(shí)較弱，這就對(duì)教學(xué)內(nèi)容提出了一定的要求，既要滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，又要合理設(shè)定課程難易度，使學(xué)生能順利完成課程目標(biāo)。

五、目標(biāo)導(dǎo)向的課程設(shè)計(jì)方案

（一）課程目標(biāo)設(shè)計(jì)

本課程分別設(shè)立了三個(gè)課程目標(biāo)，分別對(duì)應(yīng)分析工具的掌握、生物信息學(xué)內(nèi)涵的理解以及培養(yǎng)實(shí)際問題的解決能力。課程目標(biāo)1：通曉計(jì)算機(jī)相關(guān)Linux/Unix操作系統(tǒng)，了解R語(yǔ)言等計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言;課程目標(biāo)2：理解生物信息學(xué)的內(nèi)涵，對(duì)于生物數(shù)據(jù)的產(chǎn)生有一定了解，能夠熟練運(yùn)用生物信息分析軟件和數(shù)據(jù)庫(kù);課程目標(biāo)3：掌握數(shù)據(jù)建模、統(tǒng)計(jì)和算法分析能力的生物學(xué)和計(jì)算機(jī)復(fù)合應(yīng)用型專業(yè)技能。

（二）課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

如圖1所示，我們將生物信息學(xué)知識(shí)按照從淺入深，由易到難，同時(shí)兼顧中心法則和冠狀病毒的相關(guān)研究?jī)?nèi)容，對(duì)本課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了有一定創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)和編排。將課程教學(xué)內(nèi)容劃分為九個(gè)模塊，每個(gè)模塊安排2-6個(gè)理論學(xué)時(shí)，同時(shí)基本每個(gè)模塊安排一次實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐能力的同步提高。為了使學(xué)生學(xué)有所用，學(xué)有所思，學(xué)有所得，我們?cè)O(shè)計(jì)了以下八個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練項(xiàng)目：NCBI生物數(shù)據(jù)庫(kù)的使用、R語(yǔ)言編程入門、病毒基因序列的氨基酸組成分析、雙序列比對(duì)與非同義突變位點(diǎn)分析、病毒基因結(jié)構(gòu)注釋與基因序列分析、多重序列比對(duì)與系統(tǒng)進(jìn)化樹構(gòu)建、病毒基因組組裝、病毒與宿主相互作用的基因表達(dá)數(shù)據(jù)分析。

（三）考核方案設(shè)計(jì)

本課程的學(xué)生成績(jī)由平時(shí)成績(jī)和期末成績(jī)兩部分組成，其中平時(shí)成績(jī)占總成績(jī)的70%，期末成績(jī)占總成績(jī)的30%。平時(shí)成績(jī)由實(shí)驗(yàn)評(píng)估（30%）、作業(yè)（30%）和課堂表現(xiàn)（10%）綜合評(píng)定。

（四）教學(xué)組織形式

利用騰訊課堂直播、藍(lán)墨云、QQ群等網(wǎng)絡(luò)工具相結(jié)合的綜合性在線課堂教學(xué)手段，結(jié)合線下教學(xué)進(jìn)行講課和實(shí)驗(yàn)演示，以藍(lán)墨云和QQ群為輔，主要用于答疑、作業(yè)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的上傳與批改。

（五）教學(xué)材料設(shè)計(jì)

教學(xué)內(nèi)容緊密圍繞最新的冠狀病毒相關(guān)研究展開，采用大量已發(fā)表的SCI論文和在微信公眾號(hào)發(fā)表過的有價(jià)值的科普文章。本課程提供了PPT、相關(guān)論文、公眾號(hào)文章以及可參考的R語(yǔ)言編程代碼等材料，數(shù)量充足，質(zhì)量較高，能有效幫助學(xué)生達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)和拓展學(xué)習(xí)。

當(dāng)前社會(huì)發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)進(jìn)步最為關(guān)鍵的便是科學(xué)技術(shù)，尤其是在當(dāng)前國(guó)內(nèi)外形勢(shì)緊張的背景下，很多生物信息研究人員積極投身科研攻關(guān)任務(wù)，將生物信息學(xué)的作用發(fā)揮得淋漓盡致。通過目標(biāo)導(dǎo)向的課程設(shè)計(jì)方式，希望能加深同學(xué)們對(duì)生物信息學(xué)數(shù)據(jù)分析相關(guān)科研工作重要性的體會(huì)，提高學(xué)生愛國(guó)敬業(yè)的熱情，以及對(duì)自身專業(yè)的認(rèn)可和歸屬感。

參考文獻(xiàn)：

[1]任斐，申姍姍.生物信息學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)初探[J].河南科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2021（06）：83-84.