基于項(xiàng)目式教學(xué)法的翻轉(zhuǎn)課堂在生物信息軟件方法課程中的教學(xué)實(shí)踐

張 嵐 王金朋 葛偉娜 張家琦 王 莉 潘玉欣

（華北理工大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 河北唐山 063210）

生物信息學(xué)是在融合了生物學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和數(shù)學(xué)的相關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用計(jì)算機(jī)和程序設(shè)計(jì)工具來獲取、加工、存儲(chǔ)、分類、檢索與分析生物學(xué)數(shù)據(jù)，以達(dá)到理解其生物學(xué)意義，并應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)研究、人類健康事業(yè)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的新興交叉學(xué)科。生物信息軟件是方法，是學(xué)科中側(cè)重實(shí)踐性和應(yīng)用性的專業(yè)課程，傳統(tǒng)“水漫式”授課方式，不能滿足信息多元化時(shí)代背景下學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，尤其是在軟件方法課程中，學(xué)生在項(xiàng)目進(jìn)行中遇到的問題呈現(xiàn)明顯的個(gè)體差異，導(dǎo)致課堂完成度低，學(xué)習(xí)效果差。翻轉(zhuǎn)課堂起源于2000年美國，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和普及，翻轉(zhuǎn)課堂的方法逐漸在全世界教育行業(yè)流行開來[1]。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（Project-based learning，PBL）是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，改變了以往“教師講，學(xué)生聽”被動(dòng)的教學(xué)模式，創(chuàng)造了學(xué)生主動(dòng)參與、自主協(xié)作、探索創(chuàng)新的新型教學(xué)模式[2]。我們根據(jù)教學(xué)過程中存在的主要問題，總結(jié)出一套基于項(xiàng)目式教學(xué)法的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，并應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)中，挖掘?qū)W生的共性與個(gè)性，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐技能，激發(fā)學(xué)生的探索精神，取得了顯著的教學(xué)效果。

一、課程現(xiàn)狀及存在問題

生物信息軟件方法課程呈現(xiàn)模塊化的特點(diǎn)，內(nèi)容涉及生物數(shù)據(jù)分析處理的主要方面，是進(jìn)行比較基因組學(xué)分析的主要手段。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握主流生物信息軟件和工具的基本原理、使用方法和操作流程，理解高通量生物數(shù)據(jù)所包含的生物學(xué)意義。

傳統(tǒng)的教學(xué)模式是“以教師為中心，以課堂為中心，以教材為中心?！敝匾曄到y(tǒng)知識(shí)的傳輸和授課計(jì)劃的完成，教學(xué)方式相對(duì)單一，以講授法和提問法為主，學(xué)生處于一種被動(dòng)學(xué)習(xí)的狀態(tài)，缺乏應(yīng)用知識(shí)的機(jī)會(huì)和能力，忽視了對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)際操作能力的培養(yǎng)[3]。這與實(shí)踐應(yīng)用型課程的教學(xué)目標(biāo)嚴(yán)重不符，同時(shí)，信息化時(shí)代背景下，學(xué)生獲取知識(shí)的來源也相對(duì)多元化，枯燥的課本知識(shí)難以維持學(xué)生學(xué)習(xí)的原始動(dòng)力和興趣。沉悶的課堂氛圍，要求我們必須轉(zhuǎn)變教師角色，相信學(xué)生潛力，積極探索“以學(xué)生為中心”的教學(xué)模式，注重學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

二、教學(xué)模式探索

教育的本質(zhì)不是灌輸，而是一種激發(fā)與喚醒。素質(zhì)的提升不是技能的相加，更不是知識(shí)量的簡(jiǎn)單積累。教育的目的是為人的全面發(fā)展，教師要尊重每一個(gè)學(xué)生個(gè)體，要注重知識(shí)的融會(huì)貫通和知識(shí)的再創(chuàng)造，要共同營(yíng)造民主、和諧、平等、自由的課堂氛圍。教師應(yīng)更多地關(guān)注學(xué)生身、心、靈的整體健康成長(zhǎng)和綜合素質(zhì)的穩(wěn)步提升。我們以大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目為契機(jī)，項(xiàng)目式教學(xué)模式能夠以最快的速度將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，同時(shí)，又幫助學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)的理解。在教學(xué)實(shí)踐中，PBL教學(xué)法雖然對(duì)教師和學(xué)生具有一定的挑戰(zhàn)性，但是借助于翻轉(zhuǎn)課堂，我們將知識(shí)的學(xué)習(xí)由課堂轉(zhuǎn)變?yōu)檎n前，知識(shí)的鞏固與提升由課下轉(zhuǎn)為課堂，同時(shí)，使得學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)方式也變得多元化。

基于項(xiàng)目式教學(xué)法的翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施的優(yōu)勢(shì)：

（1）理論實(shí)踐相結(jié)合。將生物信息學(xué)專業(yè)必備的知識(shí)與技能和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目有機(jī)結(jié)合，不僅能夠?qū)⑾到y(tǒng)知識(shí)融合于項(xiàng)目實(shí)踐當(dāng)中，而且能夠?qū)⒏嗟捻?xiàng)目經(jīng)驗(yàn)帶入到課堂中，真正做到了“從實(shí)踐中來，到實(shí)踐中去”。

（2）隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)。翻轉(zhuǎn)課堂將學(xué)生學(xué)習(xí)的時(shí)間地點(diǎn)靈活化，突破了項(xiàng)目式教學(xué)的壁壘，同時(shí)，大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目為學(xué)生提供了激發(fā)學(xué)生興趣的項(xiàng)目主題，保證了翻轉(zhuǎn)課堂的順利實(shí)施。

（3）多元化評(píng)價(jià)機(jī)制。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式為學(xué)生提供了多元化評(píng)價(jià)機(jī)制，借助于線上教學(xué)平臺(tái)，在課堂的演講、討論和互動(dòng)中，完成師生與生生互評(píng)，為過程化考核提供了素材。

三、基于PBL的翻轉(zhuǎn)課堂在生物信息軟件方法的實(shí)踐

項(xiàng)目式教學(xué)與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的教學(xué)模式，是對(duì)“以學(xué)生為中心”教學(xué)理論的積極探索，能夠有效地拓展學(xué)習(xí)時(shí)間，解決課時(shí)壓縮的問題，學(xué)生能夠更加自由地發(fā)揮主觀能動(dòng)性，從關(guān)注知識(shí)的記憶到能力和素質(zhì)的提升，鼓勵(lì)探索與思考，關(guān)注交流與互動(dòng)，師生與生生也能夠獲得更多的尊重與愛護(hù)。

（1）課前。教師在課前整理近三年本專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，發(fā)布項(xiàng)目任務(wù)，學(xué)生可自由結(jié)組，每組人數(shù)不超過5人。教師將與任務(wù)點(diǎn)相關(guān)的課件、微課、翻轉(zhuǎn)任務(wù)書、電子書及其他在線教學(xué)資源發(fā)布在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上。學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目任務(wù)，有針對(duì)性地選擇合適的教學(xué)資源，教師在線提供相關(guān)咨詢與指導(dǎo)。以基因家族的生物信息學(xué)分析項(xiàng)目為例，學(xué)生可以自主選擇蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析、序列比對(duì)、分子進(jìn)化分析等知識(shí)要點(diǎn)進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，這樣就可以有效地?cái)U(kuò)展課堂教學(xué)時(shí)間。很多學(xué)生為了使項(xiàng)目取得積極進(jìn)展，主動(dòng)查閱最新的科技文獻(xiàn)，形成有價(jià)值的思考，進(jìn)而指導(dǎo)實(shí)踐工作順利開展，有效地拓展了學(xué)習(xí)的廣度與深度。

（2）課中。以項(xiàng)目小組為單位，進(jìn)行項(xiàng)目的展示和報(bào)告，為學(xué)生提供展示自我的平臺(tái)和機(jī)會(huì)。教師與學(xué)生，組內(nèi)與組間就項(xiàng)目技術(shù)路線、項(xiàng)目實(shí)施過程中存在的問題，進(jìn)行深度討論，發(fā)現(xiàn)問題并提出解決方案。在項(xiàng)目分享結(jié)束之前，教師會(huì)對(duì)項(xiàng)目中涉及的知識(shí)點(diǎn)和項(xiàng)目方案進(jìn)行統(tǒng)一梳理，從宏觀角度給出專業(yè)的參考意見。以分子進(jìn)化分析為例，當(dāng)輸入序列數(shù)目較多，且親緣關(guān)系較遠(yuǎn)時(shí)，需要采用不同的序列比對(duì)方法進(jìn)行多序列比對(duì)，進(jìn)而選擇不止一種系統(tǒng)發(fā)育分析工具得到最接近真實(shí)進(jìn)化情況的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通過課上對(duì)項(xiàng)目的演練和思維的碰撞，為項(xiàng)目推進(jìn)提出新思路和新方法，幫助學(xué)生樹立自信心以及培養(yǎng)合作意識(shí) 。

（3）課后。教師根據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂任務(wù)書、課堂討論情況和項(xiàng)目實(shí)施情況，發(fā)布有針對(duì)性和延展性的主題討論，將知識(shí)的學(xué)習(xí)拓展至最新的科研前沿。同時(shí)發(fā)布相關(guān)任務(wù)點(diǎn)作業(yè)，升華學(xué)生對(duì)難點(diǎn)和重點(diǎn)問題的理解。另外，通過問卷調(diào)查，及時(shí)獲取學(xué)生對(duì)課堂的評(píng)價(jià)反饋。教師系統(tǒng)整合有效意見和整理教學(xué)材料，用于指導(dǎo)下一次的教學(xué)實(shí)踐。

四、結(jié)束語

針對(duì)生物信息軟件方法的課程特點(diǎn)和學(xué)生學(xué)習(xí)行為特點(diǎn)，采用基于PBL的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，很好地解決了目前教學(xué)中遇到的學(xué)時(shí)吃緊、學(xué)生積極性不高，實(shí)操結(jié)果得不到及時(shí)評(píng)價(jià)等問題。課前，學(xué)生通過項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)和微課學(xué)習(xí)，將知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)和項(xiàng)目實(shí)施有機(jī)結(jié)合；課中，通過項(xiàng)目展示和小組討論，完成知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)化和深化，加速重難點(diǎn)突破和化解，培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力、自主學(xué)習(xí)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力；課后，通過線上線下師生互動(dòng)，真正完成教學(xué)過程的閉環(huán)控制。基于PBL的翻轉(zhuǎn)課堂模式，體現(xiàn)了“以項(xiàng)目為主線、以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教育教學(xué)理念，在提高教學(xué)質(zhì)量的同時(shí)，不僅能夠幫助學(xué)生構(gòu)建多元化的知識(shí)結(jié)構(gòu)，而且有助于提升學(xué)生解決實(shí)際問題的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。同時(shí)，為生物信息課程建設(shè)、考試改革、專業(yè)建設(shè)等提供相應(yīng)的參考。