課程思政下的《生物信息學(xué)》“線上線下”混合教學(xué)模式應(yīng)用研究*

王君瑞 許 劍 姜明國(guó)

(廣西民族大學(xué)海洋與生物技術(shù)學(xué)院 廣西南寧 530006)

一、《生物信息學(xué)》課程教學(xué)目標(biāo)與思路

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨和高通量生物技術(shù)的蓬勃發(fā)展，生物信息學(xué)這門新興學(xué)科也已取得了迅速地進(jìn)展，特別是在新型冠狀病毒肺炎疫情的影響下，生物信息學(xué)的作用和地位尤顯重要。本課程具有很強(qiáng)的交融性、實(shí)踐性和多學(xué)科的高度綜合性，對(duì)本科學(xué)生的生物綜合基礎(chǔ)知識(shí)、數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)以及計(jì)算機(jī)能力具有較高的要求，同時(shí)這也為本科生物信息學(xué)課程創(chuàng)造了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。學(xué)生通過(guò)對(duì)這門課程的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，不僅能夠拓展其知識(shí)體系的豐富度，培養(yǎng)知識(shí)應(yīng)用和創(chuàng)新思維的能力，同時(shí)在大量課程實(shí)踐的過(guò)程中學(xué)會(huì)利用相關(guān)知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，即在理論與實(shí)踐結(jié)合的基礎(chǔ)上，更加注重實(shí)踐性。

《生物信息學(xué)》課程的主要教學(xué)目標(biāo)旨在使學(xué)生理解該課程的基本理論和框架，對(duì)相關(guān)分析工具的基本原理和使用進(jìn)行熟練掌握，并對(duì)分析所得的結(jié)果進(jìn)行合理闡釋，理解其生物學(xué)含義。同時(shí)還要對(duì)本學(xué)科的發(fā)展方向和國(guó)際學(xué)術(shù)研究前沿進(jìn)行一定的了解，并具備運(yùn)用所學(xué)理論和方法以及相關(guān)學(xué)科知識(shí)解決生命科學(xué)研究中實(shí)際問(wèn)題的能力。因此，結(jié)合思政教育，本門課程的教學(xué)目標(biāo)包括以下三個(gè)方面：1建立知識(shí)目標(biāo)：理解生物信息學(xué)的概念，掌握生物信息學(xué)專業(yè)術(shù)語(yǔ)和專業(yè)知識(shí)，了解生物信息學(xué)發(fā)展方向和學(xué)術(shù)前沿；2培養(yǎng)能力目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生結(jié)合理論知識(shí)，能夠借助計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)軟件解決生命科學(xué)研究中實(shí)際問(wèn)題的能力；3滲透教育目標(biāo)：在獲取知識(shí)和能力的基礎(chǔ)上，增加知識(shí)講授的豐富性，拓寬學(xué)生的視野，培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感，樹(shù)立正確的價(jià)值取向、高尚的理想信念，并加強(qiáng)其社會(huì)責(zé)任感的培養(yǎng)，做新時(shí)代的高質(zhì)量人才。

二、結(jié)合《生物信息學(xué)》課程特色，挖掘思政教育元素

結(jié)合教育部提出全面推進(jìn)課程思政建設(shè)，把課程思政作為高校立德樹(shù)人、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的戰(zhàn)略舉措[1]。同時(shí)經(jīng)過(guò)本人兩年在《生物信息學(xué)》教學(xué)中對(duì)課程思政的思考與實(shí)踐，緊密結(jié)合該課程的特色，利用“線上線下”結(jié)合的混合模式在教學(xué)內(nèi)容和環(huán)節(jié)實(shí)施等方面挖掘和融入了思政元素，以期達(dá)到培養(yǎng)高素質(zhì)人才的目的。

1.以生物信息學(xué)發(fā)展前沿領(lǐng)域的介紹為結(jié)合點(diǎn)，結(jié)合我國(guó)在國(guó)際科研舞臺(tái)的貢獻(xiàn)為例，融入國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，培養(yǎng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷和民族責(zé)任感。

作為新時(shí)代的大學(xué)生，更是需要抱有家國(guó)情懷，自覺(jué)將個(gè)人前途與國(guó)家命運(yùn)緊密連接。在授課的過(guò)程中，在多章節(jié)中結(jié)合生物信息學(xué)的主題，都可以自然導(dǎo)入我國(guó)在生物學(xué)領(lǐng)域和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的科研歷程及所作貢獻(xiàn)，讓學(xué)生充分感受我國(guó)科技水平日新月異的變化以及在國(guó)際上愈來(lái)愈重要的地位，激發(fā)其民族自豪感。例如，在講到基因組學(xué)及測(cè)序技術(shù)這一章節(jié)時(shí)，詳細(xì)講述中國(guó)參與“人類基因組計(jì)劃”項(xiàng)目中的具體工作和科研成果，并強(qiáng)調(diào)中國(guó)是參與這一研究計(jì)劃的唯一發(fā)展中國(guó)家。在當(dāng)時(shí)的條件下，我們國(guó)家抓住機(jī)會(huì)在為人類基因組計(jì)劃貢獻(xiàn)自己力量的同時(shí)，也培養(yǎng)了第一批自己的生物信息學(xué)和基因組學(xué)方面的人才，并因此帶動(dòng)了本國(guó)的基因組學(xué)的發(fā)展。這向全世界證明：只要敢于抓住機(jī)遇，目標(biāo)集中，措施有力，中國(guó)科學(xué)家有熱情參與國(guó)際重大科技合作研究，有能力躋身于國(guó)際生命科學(xué)前沿，并作出重要的貢獻(xiàn)。

特別是自2020年新冠肺炎爆發(fā)以來(lái)，在病毒檢測(cè)和病毒溯源方面生物信息學(xué)都發(fā)揮了其極其重要的作用，在向?qū)W生具體講述相關(guān)技術(shù)和事件的時(shí)候，比如在病毒檢測(cè)方面運(yùn)用了高通量測(cè)序的技術(shù)，在理解溯源方面結(jié)合了分子進(jìn)化與系統(tǒng)發(fā)育等知識(shí)點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)中國(guó)在全球抗擊肺炎過(guò)程中的勇于擔(dān)當(dāng)以及毫無(wú)保留地開(kāi)展各項(xiàng)國(guó)際合作，展現(xiàn)出大國(guó)風(fēng)范，為全人類共同抗擊肺炎作出了巨大的貢獻(xiàn)，加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生的民族認(rèn)同感和自豪感。

2.以生物信息學(xué)基本理論為結(jié)合點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)的實(shí)踐操作中讓學(xué)生加強(qiáng)理解自然科學(xué)的本質(zhì)，融入崇尚科學(xué)的觀念，激發(fā)探索精神，注重科學(xué)思維能力的培養(yǎng)。

例如，在講到構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)這一章節(jié)時(shí)，將人類起源的研究進(jìn)展以科普故事的形式進(jìn)行講述，在糾正同學(xué)們對(duì)人類起源的誤解之外，讓大家認(rèn)識(shí)到我們智人（人類）是如何通過(guò)巨大的生存壓力才走到了今天這一步，我們中國(guó)人的古老歷史和漫長(zhǎng)進(jìn)化歷程也是何等不易，但凡有一絲偏差，就沒(méi)有今天我們的存在，培養(yǎng)學(xué)生用辯證思維方式分析和解決問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，引導(dǎo)學(xué)生逐步形成科學(xué)的世界觀和方法論[2]。讓同學(xué)們?cè)谥R(shí)擴(kuò)展的同時(shí)，也激發(fā)他們樹(shù)立奮斗目標(biāo)、培養(yǎng)奮斗精神的品質(zhì)。在完成這一章節(jié)的理論學(xué)習(xí)之后，在生物信息學(xué)實(shí)操課中，主要采取的是教師通過(guò)上機(jī)實(shí)驗(yàn)集中對(duì)學(xué)生進(jìn)行教授和指導(dǎo)，讓學(xué)生自行下載他們認(rèn)知中的與人類近/遠(yuǎn)緣物種的相關(guān)基因序列進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)的構(gòu)建，并在得到結(jié)果之后進(jìn)行分析闡釋，深刻理解人類進(jìn)化歷程。在實(shí)際操作過(guò)程中也可以激發(fā)學(xué)生不斷探索的能力，同時(shí)也可以進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作分析任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)。

講述三大最早生物數(shù)據(jù)庫(kù)的誕生過(guò)程，即日本、美國(guó)、歐洲最先創(chuàng)立的數(shù)據(jù)庫(kù)、后來(lái)大家最常提起的還是NCBI等，直到近代我國(guó)也有自己建立的模式植物水稻數(shù)據(jù)庫(kù)，微生物國(guó)家數(shù)據(jù)庫(kù)等[3]。數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和維護(hù)是需要許許多多科研工作者發(fā)表、上傳、分享自己的科研數(shù)據(jù)的，同時(shí)也需要相關(guān)部門和人員投入大量的財(cái)力、人力進(jìn)行長(zhǎng)期的維護(hù)和更新，是一代代科研工作者累積出來(lái)的成果。教師要向?qū)W生們傳達(dá)，無(wú)論是實(shí)驗(yàn)室中的科學(xué)實(shí)驗(yàn)還是實(shí)驗(yàn)之后的數(shù)據(jù)，都是要能經(jīng)過(guò)時(shí)間的檢驗(yàn)的，要上傳到公共平臺(tái)跟別人分享的，一定不能造假！另外，科學(xué)的發(fā)展是需要各方面的科研人員共同努力的，有實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)的技術(shù)人員，有維護(hù)軟件、平臺(tái)的計(jì)算機(jī)技術(shù)人員，因此無(wú)論在生活中還是工作中找準(zhǔn)自己的定位，找到自己適合做的，發(fā)揮出自己最大的價(jià)值和能量才是我們每個(gè)人應(yīng)該去思考的問(wèn)題。而且讓學(xué)生們意識(shí)到我國(guó)的科研發(fā)展是日新月異的發(fā)展的，對(duì)有志于投入科研的同學(xué)們進(jìn)行鼓勵(lì)和激勵(lì)。

3.以生物信息學(xué)學(xué)科發(fā)展歷程為契合點(diǎn)，感受科學(xué)家的奮斗精神。教師要以榜樣為引領(lǐng)，培養(yǎng)學(xué)生吃苦耐勞、腳踏實(shí)地的奮斗精神?？偟膩?lái)說(shuō)，在授課過(guò)程中加入愛(ài)國(guó)主義和抗挫精神的思政元素，能夠潛移默化地影響同學(xué)們，使同學(xué)們?cè)谛睦砩细菀捉邮?，讓他們正確認(rèn)識(shí)挫折，勇于面對(duì)困難，這更有利于學(xué)生以后生活、工作的發(fā)展。另外，生物信息學(xué)這門課程本身有著鮮明的學(xué)科交叉性等特點(diǎn)，可以給學(xué)生講授的內(nèi)容非常豐富，結(jié)合歷代各國(guó)科學(xué)家的艱辛科研奮斗經(jīng)歷以及早年間中國(guó)參與國(guó)際科研項(xiàng)目的艱難歷程，培養(yǎng)學(xué)生們要具有正確面對(duì)困難的態(tài)度，讓同學(xué)們認(rèn)識(shí)到我們的國(guó)家已走在科研的前列，幫助學(xué)生們建立民族自信，培養(yǎng)他們作為新一代的接班人，要有責(zé)任感，要有為祖國(guó)繼續(xù)奮斗的精神和意識(shí)。

4.另外，在新型教學(xué)的導(dǎo)向下，還要注重將“美育教育”融入課堂教學(xué)，啟發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)魅力的感受，引導(dǎo)學(xué)生在美的氛圍中思考，從而激發(fā)起學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲與創(chuàng)造欲[4]。例如，引導(dǎo)學(xué)生思考生物信息學(xué)之所以順應(yīng)時(shí)代發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生，計(jì)算機(jī)科學(xué)的高速發(fā)展是必備條件之一。隨后幫助學(xué)生打開(kāi)思維，闡釋計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)潔美、速度美和思維美，鼓勵(lì)學(xué)生大膽設(shè)想，勇于創(chuàng)新，用科技改變世界、改變未來(lái)[5]。再如，教師可在序列比對(duì)的章節(jié)中向?qū)W生介紹序列比對(duì)有著嚴(yán)格的操作方法以及哪怕得到一定的結(jié)果，我們下結(jié)論的時(shí)候也要審慎，用思辨的態(tài)度對(duì)待。在科學(xué)研究中，下結(jié)論要基于夯實(shí)的研究基礎(chǔ)和反復(fù)試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)于不同的結(jié)果要有探索變化的好奇心和端正的科學(xué)態(tài)度。同時(shí)結(jié)合計(jì)算機(jī)實(shí)操過(guò)程，我們發(fā)現(xiàn)哪怕修改一個(gè)小小的參數(shù)，結(jié)果就會(huì)有著很大的不同，第一要細(xì)致入微，理解每一個(gè)參數(shù)背后的意義；第二要認(rèn)真謹(jǐn)慎，思考不同結(jié)果的含義，體會(huì)序列比對(duì)的整齊邏輯之美。只有擁有合理的科學(xué)手段，才能做好科學(xué)研究，以后的人才不可以只是會(huì)在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，向?qū)W生們傳達(dá)要全面發(fā)展的意識(shí)。

三、《生物信息學(xué)》線上線下混合教學(xué)體系的構(gòu)建——課程思政實(shí)施方案

生物信息學(xué)課程作為連接理論與實(shí)踐的典型課程，高校傳統(tǒng)模式難以適應(yīng)新時(shí)代對(duì)于人才的要求，在以往的教學(xué)中，教師大都臨場(chǎng)或隨機(jī)地進(jìn)行思政教學(xué)，缺乏完整的思政體系。為了更好地解決這一問(wèn)題，教師應(yīng)堅(jiān)持知識(shí)傳授與價(jià)值引領(lǐng)相結(jié)合，深入挖掘課程中的思政元素，結(jié)合“線上線下”混合模式的教學(xué)方式，構(gòu)建混合教學(xué)體系，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的探究能力和積極性，全面提升學(xué)生的專業(yè)自信心、培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和實(shí)際解決問(wèn)題的能力，以及激發(fā)他們的社會(huì)責(zé)任感和民族自豪感等。

1.前期學(xué)情分析

由于教學(xué)對(duì)象并非生物信息學(xué)專業(yè)的學(xué)生，而是本校生物專業(yè)的本科生及碩士研究生，因此教授該課程的理論不涉及過(guò)于深層次的知識(shí)，而是更注重培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)解決實(shí)際科研難題的能力。因此，開(kāi)課前，教師需要充分調(diào)研學(xué)生的學(xué)習(xí)需求、對(duì)國(guó)家生物科學(xué)發(fā)展史的了解程度、對(duì)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的掌握程度、對(duì)混合式教學(xué)模式的態(tài)度、環(huán)境及相關(guān)軟件的熟悉程度（如學(xué)習(xí)通等的安裝與使用）等，以此為依據(jù)整合和設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)資源。

2.混合式教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)和實(shí)施

混合式教學(xué)的靈魂是深度融合，教師應(yīng)依據(jù)生物信息學(xué)是新興熱門交叉學(xué)科的學(xué)科特點(diǎn)和規(guī)律，將課堂與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，將理論與實(shí)踐結(jié)合。

（1）線上推送課程相關(guān)背景知識(shí)激發(fā)學(xué)生興趣

在每次授課前通過(guò)雨課堂軟件給同學(xué)們推送下節(jié)課相關(guān)知識(shí)的背景故事，例如中國(guó)參與國(guó)際科研項(xiàng)目（如基因組計(jì)劃等），“人類起源謎題”的主題內(nèi)容以及科學(xué)家科研生活中的故事等等，先引發(fā)同學(xué)們對(duì)生物信息學(xué)每一章節(jié)的興趣，構(gòu)建“以學(xué)生為中心，注重實(shí)踐與創(chuàng)新”的教育理念。

（2）線下分配小組作業(yè)討論，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)意識(shí)

在生物信息學(xué)上機(jī)實(shí)踐課中，按照每節(jié)課的主題分配小組作業(yè)，促進(jìn)組員之間的交流和討論以及共同合作，引導(dǎo)學(xué)生要善于與他人合作，懂得從他人身上汲取長(zhǎng)處，共同進(jìn)步。

（3）線下展開(kāi)課題匯報(bào)，問(wèn)題互助研討會(huì)

這門課開(kāi)課時(shí)學(xué)生已經(jīng)確定了自己的畢業(yè)論文以及碩士課題，通過(guò)展開(kāi)課題分享會(huì)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)自己的科研任務(wù)進(jìn)行剖析，思考這一過(guò)程中運(yùn)用到的生物信息學(xué)難題，以及怎樣解決這樣的問(wèn)題，這樣在拓展學(xué)生知識(shí)的同時(shí)，能夠提高他們分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，同時(shí)也要明白遇到任何問(wèn)題的時(shí)候，可以適時(shí)恰當(dāng)?shù)叵騽e人求助，不要過(guò)分給自己太大的壓力，保持健康的情緒和心理。

3.教學(xué)評(píng)價(jià)

通過(guò)對(duì)學(xué)生們進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，了解同學(xué)們對(duì)“線上線下”混合思政教學(xué)的接受情況和認(rèn)可程度，從學(xué)生的角度了解該教學(xué)模式是否對(duì)同學(xué)們的學(xué)習(xí)以及平時(shí)的生活提供了幫助，為下一步進(jìn)行教學(xué)改革打下基礎(chǔ)。

結(jié)語(yǔ)

總之，作為一門學(xué)科交叉的課程，《生物信息學(xué)》高度綜合性、涉獵廣泛性的學(xué)科特色是“課程思政”教學(xué)的典型課程范例，可以融合的思政元素非常之多，但它并不是將“課程”與“思政”簡(jiǎn)單、機(jī)械地組合，而是需要深入思考、挖掘，并且在教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)中創(chuàng)新教學(xué)理念，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)與課堂的結(jié)合，將知識(shí)傳授、實(shí)踐技能與理想信念有機(jī)結(jié)合起來(lái)。因此，在新時(shí)代背景下，教師更應(yīng)為黨育人，為國(guó)育才，做學(xué)生為學(xué)、為事、為人的示范，促進(jìn)學(xué)生成為新時(shí)代背景下的新青年。