基于雨課堂的學(xué)情分析在研究生教學(xué)中的探索與應(yīng)用
——以“系統(tǒng)生物學(xué)與生物信息學(xué)”課程為例

史嬡嬡，王自布，王鳳陽，林 軍

（桂林醫(yī)學(xué)院 生物技術(shù)學(xué)院，廣西 桂林 541199）

“系統(tǒng)生物學(xué)與生物信息學(xué)”是從系統(tǒng)生物學(xué)角度出發(fā)，在生命科學(xué)研究中以計(jì)算機(jī)為工具對生物信息進(jìn)行存儲、檢索和分析的科學(xué)，其中包括數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)、生物、計(jì)算機(jī)等知識的綜合應(yīng)用，致力于數(shù)據(jù)分析以解決生命科學(xué)或生物醫(yī)學(xué)問題。除了強(qiáng)調(diào)對基礎(chǔ)知識的掌握，更加注重對學(xué)生自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)，通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠綜合應(yīng)用生物信息學(xué)方法，靈活應(yīng)用到生命科學(xué)問題研究當(dāng)中。傳統(tǒng)的教學(xué)依托課堂，以教師通過板書或PPT講授為主，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)間的靈活安排和學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，教師也無法精準(zhǔn)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況以優(yōu)化教學(xué)過程［1］。

成果導(dǎo)向教育（Outcome-Based Education,OBE）理念于1981年由Spady等人提出，強(qiáng)調(diào)“以學(xué)生為本”，關(guān)注學(xué)生受教育后獲得什么能力及能夠做什么。這種教育模式需要立足于五點(diǎn)：（1）構(gòu)建學(xué)習(xí)目標(biāo)，即要求學(xué)生學(xué)習(xí)什么；（2）明確學(xué)習(xí)需求，即要學(xué)生學(xué)習(xí)這些內(nèi)容的原因；（3）設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)過程，即如何完成教學(xué)來達(dá)到預(yù)期目標(biāo)；（4）建立學(xué)習(xí)評價(jià)，即有效評估學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果；（5）優(yōu)化教學(xué)過程，即循環(huán)保障學(xué)習(xí)進(jìn)程。OBE立足于學(xué)生，強(qiáng)調(diào)知識的創(chuàng)新性和實(shí)踐性，注重對學(xué)生學(xué)習(xí)情況的及時(shí)反饋，并能不斷優(yōu)化調(diào)整課堂教學(xué)進(jìn)程［2］。

雨課堂教學(xué)平臺于2016年6月，由學(xué)堂在線發(fā)布。該平臺通過現(xiàn)代化信息技術(shù)融入PPT和微信，將課前、課中、課后的教學(xué)實(shí)現(xiàn)無縫連接，能夠支撐教師與學(xué)生之間高效、便捷的互動(dòng)，教師能夠通過學(xué)情分及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略，從而針對傳統(tǒng)課堂教學(xué)存在的問題，注入新的活力［3］?！跋到y(tǒng)生物學(xué)與生物信息學(xué)”因其強(qiáng)交叉性和實(shí)踐性，需要在教學(xué)中進(jìn)行及時(shí)、有效的學(xué)情分析，使學(xué)生在掌握關(guān)鍵理論知識的基礎(chǔ)上，夯實(shí)實(shí)踐能力［4］。

一、雨課堂在“系統(tǒng)生物學(xué)與生物信息學(xué)”教學(xué)中的應(yīng)用

（一）課前預(yù)習(xí)階段

在該階段，教師發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)（見圖1）。通過后臺統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析學(xué)生預(yù)習(xí)參與情況，得到學(xué)生對于知識點(diǎn)理解程度的反饋。正式上課前，針對預(yù)習(xí)內(nèi)容，設(shè)置幾道題目發(fā)送給學(xué)生作答。綜合學(xué)生作答和預(yù)習(xí)內(nèi)容參與情況，教師進(jìn)行點(diǎn)評并督促學(xué)生重視每次發(fā)布的預(yù)習(xí)內(nèi)容，養(yǎng)成主動(dòng)學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣。在講解非編碼RNA與復(fù)雜疾病專題前，要求學(xué)生根據(jù)自己的研究課題或者查閱轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究相關(guān)文獻(xiàn)，提前了解相關(guān)領(lǐng)域研究思路。同時(shí)要求學(xué)生做好匯報(bào)準(zhǔn)備，主要回答三個(gè)問題：（1）基于什么類型的數(shù)據(jù)。（2）用什么分析方法。（3）解決什么問題。匯報(bào)時(shí)間限定在5～10分鐘。在上課前，關(guān)于預(yù)習(xí)內(nèi)容先發(fā)布幾個(gè)問題，要求學(xué)生通過投票的方式選擇選項(xiàng)，針對學(xué)生作答情況，請學(xué)生就作答情況說說自己的理解，教師再做進(jìn)一步的引導(dǎo)與點(diǎn)評，最后做歸納總結(jié)。

圖1 雨課堂學(xué)情分析應(yīng)用模式

（二）課中授課階段

課前評估學(xué)生知識點(diǎn)掌握程度，教師根據(jù)情況做出調(diào)整。課中針對關(guān)鍵知識點(diǎn)設(shè)置作業(yè)或討論環(huán)節(jié)，對學(xué)生學(xué)習(xí)情況及時(shí)反饋。主要通過以下三種方式實(shí)現(xiàn)。

1.彈幕互動(dòng)。針對比較枯燥的教學(xué)部分，教師開啟彈幕，學(xué)生針對教師提問發(fā)送個(gè)人回答或建議。在開展非編碼RNA一些概念性知識點(diǎn)介紹前，以“列舉出你知道的RNA分子”為問題，學(xué)生通過彈幕形式來參與到課堂教學(xué)當(dāng)中。教師通過彈幕中學(xué)生作答情況，了解學(xué)生對這部分要講解內(nèi)容的掌握程度。

2.隨機(jī)點(diǎn)名。針對知識點(diǎn)繁雜或者課程教學(xué)進(jìn)行到一半的教學(xué)部分，教師通過隨機(jī)點(diǎn)名的方式，讓學(xué)生回答問題。在課堂教學(xué)進(jìn)行到開始介紹一類研究的熱點(diǎn)非編碼RNA——miRNA時(shí)，包括miRNA的概念、發(fā)現(xiàn)、生物合成、一般特點(diǎn)和作用機(jī)制，設(shè)置問題“之前是否學(xué)習(xí)過miRNA相關(guān)的內(nèi)容”進(jìn)行隨機(jī)提問；在介紹miRNA生物合成內(nèi)容前，以“經(jīng)典分子生物學(xué)中心法則內(nèi)容”“簡單描述mRNA的生物合成過程”為問題，通過隨機(jī)點(diǎn)名作答的方式使得學(xué)生進(jìn)入課程內(nèi)容教學(xué)當(dāng)中；在最后介紹miRNA作用機(jī)制后，要求學(xué)生結(jié)合已有知識系統(tǒng)，就miRNA在復(fù)雜疾?。ò┌Y）中的功能研究設(shè)計(jì)初步方案，隨后進(jìn)行點(diǎn)名提問，提升學(xué)生對于課堂知識的實(shí)際應(yīng)用能力，培養(yǎng)科研思維。教師通過兩到三輪的隨機(jī)點(diǎn)名，一方面了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況，另一方面可以調(diào)動(dòng)學(xué)生參與學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

3.發(fā)送題目。在整個(gè)教學(xué)過程當(dāng)中，特別是針對一些教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，教師發(fā)送提前設(shè)置好的包括選擇題、主觀題等類型題目，要求學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)上傳答案。教師通過這種方式，針對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，再做出強(qiáng)化練習(xí)等教學(xué)調(diào)整。在正式講解非編碼RNA與復(fù)雜疾病專題過程中，要學(xué)生以圖片的形式提交課前準(zhǔn)備的匯報(bào)內(nèi)容，包括研究題目、解決問題、分析方法和數(shù)據(jù)類型。教師通過隨機(jī)點(diǎn)名的方式，要求學(xué)生面向全班同學(xué)講解，其他同學(xué)進(jìn)行點(diǎn)評：（1）選題科學(xué)性和原創(chuàng)性。（2）匯報(bào)清晰明了程度。（3）回答問題準(zhǔn)確性。（4）研究拓展性思考。結(jié)合學(xué)生匯報(bào)情況及學(xué)生的點(diǎn)評，教師再做總體點(diǎn)評與引導(dǎo)。借助于雨課堂，通過生生互動(dòng)、師生互動(dòng)的方式，讓學(xué)生參與到教學(xué)中，在加深知識理解的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)思考的能力，為創(chuàng)新思維的形成奠定基礎(chǔ)。

（三）課后加強(qiáng)階段

在課程收尾階段，結(jié)合學(xué)生上課表現(xiàn)和互動(dòng)情況，布置課后思考和拓展學(xué)習(xí)資料。課后思考結(jié)合下次教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置，拓展學(xué)習(xí)主要是針對本次授課內(nèi)容所設(shè)置的延伸性學(xué)習(xí)資料。在講解完成非編碼RNA與復(fù)雜疾病專題后，要求學(xué)生閱讀文獻(xiàn)、搜集材料對相關(guān)研究可進(jìn)行的后續(xù)工作進(jìn)行設(shè)計(jì)與思考，或者結(jié)合自身研究課題進(jìn)行拓展設(shè)計(jì)，將內(nèi)容整理到PPT中，在下次課進(jìn)行研討與點(diǎn)評。

二、“系統(tǒng)生物學(xué)與生物信息學(xué)”教學(xué)改革效果分析

（一）學(xué)生參與課程教學(xué)主動(dòng)性提升

課程教學(xué)改革前，教師采用的教學(xué)方式一般都是“灌輸”教學(xué)，單向輸出知識點(diǎn)。學(xué)生在整個(gè)教學(xué)過程中被動(dòng)接受知識，對老師過度依賴，課前沒有預(yù)習(xí)的習(xí)慣，課中只是聆聽講解，很容易進(jìn)入游離狀態(tài)，課后也沒有進(jìn)一步學(xué)習(xí)的習(xí)慣。這些不利于學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)和知識應(yīng)用能力的提高，同時(shí)也不利于教師及時(shí)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況。借助于雨課堂學(xué)情分析的實(shí)施，使得學(xué)生參與到課程教學(xué)整個(gè)過程中：學(xué)生需要提前準(zhǔn)備學(xué)習(xí)資料，課中要集中注意力跟著教師的節(jié)奏進(jìn)行互動(dòng)，課后還要準(zhǔn)備學(xué)習(xí)資料完成課后作業(yè)。在彈幕回答“列舉出你知道的RNA分子”問題當(dāng)中，學(xué)生的答案包括：翻譯成蛋白質(zhì)的信使RNA（mRNA）、常見的非編碼RNA、參與翻譯過程的核糖體RNA（rRNA）和轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）。在隨機(jī)提問“之前是否學(xué)習(xí)過miRNA相關(guān)的內(nèi)容？”當(dāng)中，學(xué)生的答案包括：“沒有”“學(xué)過概念一類進(jìn)化上保守的內(nèi)源性的非編碼RNA，長度約22個(gè)核苷酸，在轉(zhuǎn)錄后層面調(diào)控基因的表達(dá)”“學(xué)過miRNA生物合成，包括三種形式：pri-miRNA、pre-miRNA、miRNA；三步加工：一步轉(zhuǎn)錄，兩步剪切（核內(nèi)，細(xì)胞質(zhì)）”；在隨機(jī)點(diǎn)名提問“經(jīng)典分子生物學(xué)中心法則內(nèi)容是什么？”“簡單描述mRNA的生物合成過程”中，學(xué)生都做出了相應(yīng)的回答：“根據(jù)分子生物學(xué)中心法則，DNA轉(zhuǎn)錄成mRNA，然后進(jìn)一步翻譯成蛋白質(zhì)。其被認(rèn)為是從編碼遺傳信息的DNA到行使具體分子功能的蛋白質(zhì)之間的橋梁”“蛋白編碼基因在RNA聚合酶的作用下，轉(zhuǎn)錄生成mRNA前體，進(jìn)一步修飾、剪切生成mRNA”；在最后要求學(xué)生“就miRNA在復(fù)雜疾病中的功能研究提出初步思路”中，同學(xué)答道：“結(jié)合miRNA靶向調(diào)控的基因，反推其生物學(xué)功能?！痹谡麄€(gè)環(huán)節(jié)中，教師通過設(shè)置問題、發(fā)送題目，學(xué)生以彈幕形式、隨機(jī)作答、雨課堂作答等多種形式參與到課堂的教學(xué)當(dāng)中。學(xué)生的理論知識得以內(nèi)化，收集和評價(jià)信息、綜合應(yīng)用知識及分析問題、解決問題的能力得到培養(yǎng)。學(xué)生不再是知識的搬運(yùn)工，自主學(xué)習(xí)的能力將得到大幅度提升。

（二）學(xué)生科研思維提升

傳統(tǒng)課堂教學(xué)采用課本式“灌輸”方式，學(xué)生長期以來形成了被動(dòng)接受教學(xué)的習(xí)慣。教師把教材上的知識或者自身科學(xué)研究的一些理論知識“灌輸”給學(xué)生，最終學(xué)生在期末考試階段通過做題或背誦知識點(diǎn)的方式，最終以理論考試結(jié)束課程的學(xué)習(xí)。而研究生作為國家科學(xué)研究的新生代后備力量，特別需要在平時(shí)課程教學(xué)中潛移默化激發(fā)他們對于科研的興趣，使他們感受到科學(xué)研究是一項(xiàng)很偉大的工作。在進(jìn)行非編碼RNA與復(fù)雜疾病專題講解中，借助于雨課堂，學(xué)生需要課前查詢、閱讀、整理相關(guān)文獻(xiàn)內(nèi)容，課中面向全班學(xué)生講解解決的問題、分析的數(shù)據(jù)、用到的方法等內(nèi)容，再加上學(xué)生與學(xué)生、教師與學(xué)生的點(diǎn)評互動(dòng)，在內(nèi)化知識點(diǎn)的同時(shí)，能夠有效提升學(xué)生知識綜合應(yīng)用的能力及對科學(xué)研究思路的理解。課后要求學(xué)生進(jìn)行拓展學(xué)習(xí)，對于相關(guān)研究能夠提出進(jìn)一步工作設(shè)想。在整個(gè)過程中，學(xué)生需要閱讀大量的文獻(xiàn)，搜集相關(guān)材料，同時(shí)結(jié)合已有的知識系統(tǒng)進(jìn)行消化與吸收，同時(shí)通過與教師和其他學(xué)生的互動(dòng)，能夠大幅度提升學(xué)生的綜合能力與科研思維。

（三）教師教學(xué)素質(zhì)提高

基于雨課堂學(xué)情分析的實(shí)施，需要教師提前設(shè)計(jì)好整個(gè)課程教學(xué)實(shí)施的環(huán)節(jié)：課前預(yù)習(xí)內(nèi)容的設(shè)置、課中問題的設(shè)置及與學(xué)生的互動(dòng)（包括教學(xué)效果的評估）、課后作業(yè)的布置等。在設(shè)計(jì)生生互動(dòng)、師生互動(dòng)中，教師需要考慮以一種什么樣的方式進(jìn)行才能夠保障有效互動(dòng)。在互相點(diǎn)評的過程中，教師需要從學(xué)生的角度考慮針對哪些方面評價(jià)更為合理。在課程設(shè)計(jì)中，教師需要不斷地結(jié)合授課內(nèi)容進(jìn)展情況，適時(shí)地以開啟彈幕、點(diǎn)名提問、發(fā)送題目等操作，借助雨課堂讓學(xué)生回答預(yù)先設(shè)計(jì)好的題目，通過多種途徑參與到課堂內(nèi)容教學(xué)當(dāng)中，與教師、學(xué)生形成良好的互動(dòng)。教師精心的設(shè)計(jì)、自身創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的提升，成為教學(xué)質(zhì)量提高的必要保障。教師教學(xué)水平的不斷提高，教學(xué)改革的不斷深化，有效促進(jìn)了課程師資隊(duì)伍的建設(shè)。

三、雨課堂學(xué)情分析教學(xué)實(shí)施的意義

隨著成果導(dǎo)向教育（OBE）理念的滲透，師生互動(dòng)在教學(xué)中發(fā)揮了重要的作用，伴隨信息化技術(shù)在生活中的廣泛應(yīng)用，多種現(xiàn)代化教育手段為傳統(tǒng)課堂注入了新活力。雨課堂為學(xué)情分析和師生互動(dòng)提供了高效的實(shí)施平臺，在促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的同時(shí)，也能夠助力教師教學(xué)策略的及時(shí)調(diào)整，課程教學(xué)成為動(dòng)態(tài)而不是靜態(tài)的過程。“系統(tǒng)生物學(xué)與生物信息學(xué)”作為一門學(xué)科交叉性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，更加需要學(xué)生參與到課堂教學(xué)當(dāng)中，教師需要實(shí)時(shí)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)，注重培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識和動(dòng)手操作綜合能力，激發(fā)與培養(yǎng)科研興趣。在課程教學(xué)中采用雨課堂學(xué)情分析教學(xué)方式，能夠很好地契合OBE教學(xué)理念，貫穿學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)的構(gòu)建、學(xué)習(xí)需求的確立、學(xué)習(xí)過程的設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)評價(jià)的建立和教學(xué)過程的優(yōu)化，能夠立足于教學(xué)知識點(diǎn)，從學(xué)生的角度出發(fā)，將教師的教學(xué)輸出和學(xué)生的學(xué)習(xí)反饋有效融合起來。相比于“灌輸”教學(xué)，采用雨課堂學(xué)情分析教學(xué)方式能夠更好地激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，學(xué)生不再是通過死記硬背知識點(diǎn)來應(yīng)付考試，而是通過平時(shí)學(xué)習(xí)過程中運(yùn)用所學(xué)知識解決一些問題的方式，在鞏固知識的同時(shí)，鍛煉了獨(dú)立思考并解決問題的能力，提升了自身的科學(xué)素養(yǎng)。