新農(nóng)科建設(shè)和“雙創(chuàng)”背景下生物信息學(xué)課程混合式“金課”改革探索

摘 要：傳統(tǒng)的教學(xué)模式以教師為中心，存在諸多弊端?；诖?，開展了生物信息學(xué)混合式“金課”教改探索，主講教師通過“在學(xué)中做、在做中學(xué)、在做中教”，不斷提升信息化教育教學(xué)技能；重構(gòu)課程內(nèi)容并組建課程線上資源；基于OBE教學(xué)理念，結(jié)合課程教學(xué)目標(biāo)，以學(xué)生為中心，設(shè)計(jì)了課前、課中、課后以及實(shí)踐操作等教學(xué)活動(dòng)；線下采用BOPPPS教學(xué)方法，將科研成果案例和課程思政元素融入教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí)；教師將課內(nèi)“第一課堂”與課外“第二課堂”深度結(jié)合，致力于培養(yǎng)學(xué)生的分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)新等高階能力；在考核方式上，采用過程性考核、上機(jī)實(shí)踐操作、期末個(gè)性化大作業(yè)或個(gè)性化機(jī)考相結(jié)合的方式；經(jīng)過五輪的線上線下混合式教改探索，形成了鮮明的課程特色；主講教師的教學(xué)水平顯著提升，在教育教學(xué)信息化成果、教育教學(xué)改革成果、學(xué)生雙創(chuàng)和學(xué)科競(jìng)賽、省級(jí)和校級(jí)課程質(zhì)量工程等方面取得了顯著成效。

關(guān)鍵詞：新農(nóng)科；雙創(chuàng)；生物信息學(xué)；混合式“金課”；個(gè)性化學(xué)習(xí)

2015年5月，國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實(shí)施意見》；2018年6月新時(shí)代全國高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議在成都召開，會(huì)議號(hào)召高等學(xué)校要堅(jiān)持“以本為本”，推進(jìn)“四個(gè)回歸”，加快建設(shè)高水平本科教育、全面提高人才培養(yǎng)能力；2019年6月，全國涉農(nóng)高校的百余位書記校長(zhǎng)和農(nóng)林教育專家齊聚浙江安吉，發(fā)布了《安吉共識(shí)——中國新農(nóng)科建設(shè)宣言》，開辟了中國高等農(nóng)林教育的新紀(jì)元；2019年9月，全國50余所涉農(nóng)高校的專家代表齊聚黑龍江七星農(nóng)場(chǎng)，提出了新農(nóng)科建設(shè)“北大倉行動(dòng)”，對(duì)新農(nóng)科建設(shè)作出全面安排；2019年12月，新農(nóng)科建設(shè)北京指南工作研討會(huì)在北京召開，會(huì)議研究了新農(nóng)科建設(shè)發(fā)展舉措，提出了新農(nóng)科改革實(shí)踐方案，推出了新農(nóng)科建設(shè)“北京指南”。教育部吳巖副部長(zhǎng)強(qiáng)調(diào)，“課程是人才培養(yǎng)的核心要素，學(xué)生從大學(xué)里受益的最直接、最核心、最顯效的是課程”。以上構(gòu)成了生物信息學(xué)課程混合式“金課”改革探索的政策背景。

生物信息學(xué)作為一門融合現(xiàn)代生物科技和信息科技的學(xué)科，為改造和提升傳統(tǒng)農(nóng)科提供了新可能，為培養(yǎng)新農(nóng)科“雙創(chuàng)”人才提供了支撐。尤其在新農(nóng)科建設(shè)和“雙創(chuàng)”背景下，課題組針對(duì)生物信息學(xué)課程傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問題，積極開展混合式“金課”教改探索。

一、生物信息學(xué)課程傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問題

生物信息學(xué)作為一門多學(xué)科交叉的新興學(xué)科，以DNA和蛋白質(zhì)為研究對(duì)象，通過獲取、加工、存儲(chǔ)、檢索與分析生物學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而揭示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)背后的生物學(xué)奧秘。生物信息學(xué)是一門面向大三學(xué)生開設(shè)的農(nóng)學(xué)、種子科學(xué)與工程、生物技術(shù)和生物科學(xué)等專業(yè)的選修課程。在早期的生物信息學(xué)教學(xué)中，采用傳統(tǒng)的以教師為中心的教學(xué)模式，學(xué)生依賴教師的講授，被動(dòng)學(xué)習(xí)。期末考核偏向于結(jié)果性考核，注重檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的記憶和理解等低階能力，缺乏對(duì)學(xué)生分析、創(chuàng)新和評(píng)價(jià)等高階能力的考核。雖然學(xué)生此前已經(jīng)學(xué)習(xí)了生物化學(xué)和分子生物學(xué)等基礎(chǔ)課程，具備了一定的核酸和蛋白質(zhì)等生化及分子理論知識(shí)基礎(chǔ)，但通過問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程時(shí)仍面臨以下兩大難點(diǎn)，一是“生物信息學(xué)分析英文界面”閱讀困難，二是“生信分析結(jié)果的生物學(xué)含義”解讀存在障礙，使部分學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒，影響了學(xué)習(xí)效果。

二、生物信息學(xué)混合式“金課”教學(xué)改革舉措

（一）加強(qiáng)課程團(tuán)隊(duì)建設(shè)

教育部副部長(zhǎng)吳巖指出，專業(yè)是人才培養(yǎng)的基本單元，課程是人才培養(yǎng)的核心要素，教師是人才培養(yǎng)的決定性力量。課程團(tuán)隊(duì)建設(shè)是課程建設(shè)的基礎(chǔ)和保障。生物信息學(xué)課程自2006年開課以來，團(tuán)隊(duì)成員的職稱、學(xué)緣、年齡及學(xué)科背景多元均衡、科學(xué)合理。其中，團(tuán)隊(duì)成員共計(jì)主持7項(xiàng)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，獲得河南省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。這些高水平科研項(xiàng)目為生物信息學(xué)課程教學(xué)提供了案例支撐。

（二）提升教師教學(xué)水平

教師是課程建設(shè)的主體。主講教師高度重視科研與教學(xué)的融合，曾先后赴荷蘭、新西蘭等國外高校以及北京大學(xué)等國內(nèi)高校進(jìn)行研修，不斷提升科研能力。近五年，主講教師參加各類教育教學(xué)技能培訓(xùn)和研討活動(dòng)，如精品在線開放課程、混合式課程、課程思政、創(chuàng)新課堂等。通過“在學(xué)中做、在做中學(xué)、在做中教”，提升了信息化教學(xué)技能，為混合式課程教改探索提供了有力支撐。

（三）集聚課程教學(xué)資源

在英文原版教材《Bioinformatics》和浙江大學(xué)陳銘教授主編的《生物信息學(xué)》教材基礎(chǔ)上，主講教師重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容并將最新科研成果案例融入教學(xué)過程，教學(xué)內(nèi)容涵蓋了生物分子數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫查詢和搜索、核酸序列分析、序列比對(duì)、分子系統(tǒng)發(fā)育分析、蛋白質(zhì)物理化學(xué)性質(zhì)及結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)等。同時(shí)，還開發(fā)了生物信息學(xué)課程線上資源，包括視頻、講義PPT、在線測(cè)驗(yàn)題、主題討論、上機(jī)實(shí)踐作業(yè)、PBL任務(wù)、專業(yè)英語詞匯文件和英文文獻(xiàn)等，并逐年對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行更新和完善。自2019年起，生物信息學(xué)課程慕課已在中國大學(xué)MOOC平臺(tái)和校內(nèi)超星泛雅平臺(tái)上線。

（四）科學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)

主講教師基于OBE教學(xué)理念，以學(xué)生為中心，圍繞“知識(shí)、能力、情感”三個(gè)維度設(shè)置生物信息學(xué)課程教學(xué)目標(biāo)，并設(shè)計(jì)科學(xué)合理的課前、課中、課后及實(shí)踐操作環(huán)節(jié)，旨在培養(yǎng)學(xué)生的分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)新等高階能力。在生物信息學(xué)課程教學(xué)設(shè)置方面，線上學(xué)習(xí)共計(jì)8個(gè)學(xué)時(shí)。課前：教師在布置學(xué)習(xí)任務(wù)前，先安排組長(zhǎng)帶領(lǐng)小組成員開展線上集中學(xué)習(xí)，包括視頻觀看、實(shí)踐操作以及線上測(cè)驗(yàn)等；課中：小組成員合作完成PBL學(xué)習(xí)總結(jié)并提交到線上學(xué)習(xí)平臺(tái)；課后：由組長(zhǎng)繼續(xù)帶領(lǐng)小組成員進(jìn)行小組研討，確保作業(yè)提交以及組織拓展訓(xùn)練。線下學(xué)習(xí)共計(jì)16個(gè)學(xué)時(shí)，在智慧教室進(jìn)行，學(xué)生自備筆記本電腦并自主完成生物信息分析；教師在教學(xué)過程中采用BOPPPS教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生開展個(gè)性化實(shí)踐操作、深入研討以及成果分享等。實(shí)踐操作環(huán)節(jié)共計(jì)8個(gè)學(xué)時(shí)，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下完成個(gè)性化上機(jī)實(shí)踐任務(wù)。通過課前、課中、課后以及生物信息學(xué)實(shí)踐操作等教學(xué)環(huán)節(jié)，顯著提升了學(xué)生的分析及創(chuàng)新能力。

（五）有機(jī)融入課程思政

主講教師在授課時(shí)將思政元素融入教學(xué)過程中，如講授“人類基因組計(jì)劃”時(shí)，教師通過講述中國科學(xué)家的杰出貢獻(xiàn)，有機(jī)融入道路自信等思政元素；在設(shè)計(jì)“PCR引物以構(gòu)建原核表達(dá)載體”教學(xué)任務(wù)時(shí)，引入科學(xué)思維能力培養(yǎng)等思政元素；在講授“大農(nóng)學(xué)”作物組學(xué)分析案例時(shí)，強(qiáng)調(diào)“學(xué)農(nóng)、知農(nóng)、愛農(nóng)”的重要性。

（六）強(qiáng)化過程性評(píng)價(jià)

生物信息學(xué)課程考核方式分為過程性考核、上機(jī)實(shí)踐操作、期末個(gè)性化大作業(yè)或個(gè)性化機(jī)考。其中，過程性考核占40%，上機(jī)實(shí)踐操作占30%，期末大作業(yè)或個(gè)性化機(jī)考占30%。過程性考核成績(jī)由5部分組成，分別是課程活動(dòng)積分（如投票、問卷、搶答、討論、隨堂練習(xí)等）占比20%，簽到占比20%，音視頻學(xué)習(xí)占比20%，討論表現(xiàn)占比20%，章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)占比20%。教師依托超星“一平三端”網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，實(shí)時(shí)記錄學(xué)生的在線學(xué)習(xí)、線上測(cè)驗(yàn)、線上討論、課堂測(cè)驗(yàn)、課堂互動(dòng)等情況，確保過程性考核有據(jù)可依、有據(jù)可查。上機(jī)實(shí)踐操作安排4次，每次2個(gè)學(xué)時(shí)，每次均會(huì)布置個(gè)性化的上機(jī)實(shí)踐作業(yè)。在期末個(gè)性化大作業(yè)考核中，學(xué)生可選擇一條核酸序列進(jìn)行生物信息學(xué)分析，包括序列下載、BLAST分析、多序列比對(duì)、分子系統(tǒng)進(jìn)化樹構(gòu)建、蛋白質(zhì)物理化學(xué)性質(zhì)及結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)、PCR引物設(shè)計(jì)等；個(gè)性化機(jī)考則通過“抽簽助手”小程序隨機(jī)抽取核酸序列號(hào)，讓學(xué)生登錄NCBI數(shù)據(jù)庫查詢并下載隨機(jī)抽取的核酸序列號(hào)所對(duì)應(yīng)的核酸序列，運(yùn)用所學(xué)生物信息學(xué)實(shí)踐操作技能進(jìn)行生物信息學(xué)分析。

（七）打通“第一課堂”與“第二課堂”

生物信息學(xué)課程將“教研結(jié)合”和“寓學(xué)于研”貫穿教學(xué)全過程，引導(dǎo)學(xué)生以課題為載體，開展“項(xiàng)目式”的科學(xué)研究和探索。在“雙創(chuàng)”導(dǎo)師和專業(yè)導(dǎo)師的共同指導(dǎo)下，將課內(nèi)的專業(yè)知識(shí)教育與課外的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生參加“全國生命科學(xué)競(jìng)賽”、挑戰(zhàn)杯以及“互聯(lián)網(wǎng)+”等創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競(jìng)賽，提升學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，也為培養(yǎng)更多“知農(nóng)、愛農(nóng)、興農(nóng)”的新型農(nóng)科人才奠定基礎(chǔ)。

三、生物信息學(xué)混合式“金課”課程特色

（一）螺旋式提升課程的“高階性”

根據(jù)生物信息學(xué)課程的難點(diǎn)和學(xué)生學(xué)情，以學(xué)生為中心，緊密圍繞生物信息學(xué)“三維”教學(xué)目標(biāo)，基于OBE教學(xué)理念，采用BOPPPS教學(xué)方法，開展了混合式、小班化和雙語教學(xué)改革與實(shí)踐，旨在培養(yǎng)學(xué)生的分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)新等高階能力，不斷提升課程的“高階性”。

（二）迭代式提升課程的“創(chuàng)新性”

主講教師將“第一課堂”與“第二課堂”相結(jié)合，將科研成果案例和課程思政元素融入教學(xué)，學(xué)生在“全國生命科學(xué)競(jìng)賽”及“雙創(chuàng)”省級(jí)競(jìng)賽中取得優(yōu)異成績(jī)；依托“學(xué)習(xí)通”和“雨課堂”等智慧教學(xué)工具，實(shí)現(xiàn)教育教學(xué)與信息技術(shù)的深度融合，省級(jí)和校級(jí)教學(xué)成果豐碩，教育教學(xué)信息化和創(chuàng)新課堂競(jìng)賽成果優(yōu)異，不斷提升課程的“創(chuàng)新性”。

（三）遞進(jìn)式提升課程的“挑戰(zhàn)度”

鼓勵(lì)學(xué)生組成線上小組集中學(xué)習(xí)，提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力；通過翻轉(zhuǎn)課堂、小組交流和合作，提升學(xué)生的協(xié)作及交流能力。同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注學(xué)科最新發(fā)展動(dòng)態(tài)和研究成果，激發(fā)學(xué)生的探索精神，設(shè)置個(gè)性化上機(jī)操作、個(gè)性化作業(yè)和個(gè)性化機(jī)考，不斷提升課程的“挑戰(zhàn)度”。

四、生物信息學(xué)混合式課程教學(xué)改革成效

（一）教育教學(xué)與信息技術(shù)深度融合

主講教師通過“學(xué)中做、做中學(xué)、做中教”及參加國家級(jí)和省級(jí)教育信息化交流活動(dòng)和信息化成果競(jìng)賽，將教育教學(xué)與信息技術(shù)深度融合。團(tuán)隊(duì)教師獲得了2018年度國家教育教學(xué)信息化交流活動(dòng)三等獎(jiǎng)，河南省教育教學(xué)信息化交流活動(dòng)二等獎(jiǎng)2次、三等獎(jiǎng)1次；獲得了河南省教育信息化成果一等獎(jiǎng)2次、二等獎(jiǎng)1次。

（二）主講教師教學(xué)水平不斷提升

通過混合式課程教學(xué)改革，主講教師的教學(xué)水平不斷提升。課程負(fù)責(zé)人在2016—2017學(xué)年獲得校級(jí)教學(xué)質(zhì)量三等獎(jiǎng)，在2017—2018學(xué)年獲得校級(jí)教學(xué)質(zhì)量二等獎(jiǎng)，在2018—2019學(xué)年獲得校級(jí)教學(xué)質(zhì)量特等獎(jiǎng)；參加2022年度校級(jí)課程思政教學(xué)比賽并獲得二等獎(jiǎng)；連續(xù)三年參加校級(jí)教師課堂創(chuàng)新大賽并獲得特等獎(jiǎng)2次、一等獎(jiǎng)1次；參加第三屆、第四屆河南省本科高校教師課堂創(chuàng)新大賽分別獲得二等獎(jiǎng)和一等獎(jiǎng)。

（三）教改成果豐碩

自課程開課以來，主講教師先后主持完成了“生物信息學(xué)課程體系建設(shè)與實(shí)踐”“生物信息學(xué)雙語教學(xué)改革及課程網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)”“‘雙創(chuàng)’背景下高等院校涉農(nóng)專業(yè)青年教師教學(xué)信息化技能提升的探索與實(shí)踐”“地方高校農(nóng)林類專業(yè)面向‘雙創(chuàng)’能力培養(yǎng)的線上線下混合式“金課”建設(shè)與實(shí)踐”“‘新農(nóng)科’和‘雙創(chuàng)’背景下生物信息學(xué)課程‘混合式’教學(xué)改革與實(shí)踐”等5項(xiàng)校級(jí)教改項(xiàng)目。同時(shí)，獲得校級(jí)教研成果特等獎(jiǎng)、一等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng)各1項(xiàng)，團(tuán)隊(duì)成員還獲得河南省教改成果一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。

（四）學(xué)生“雙創(chuàng)”及學(xué)科競(jìng)賽取得突破

主講教師將課內(nèi)“第一課堂”與課外“第二課堂”深度結(jié)合，學(xué)生“雙創(chuàng)”能力及學(xué)科競(jìng)賽能力不斷取得突破。其中，2023年度指導(dǎo)的本科生“雙創(chuàng)”項(xiàng)目獲得國家級(jí)立項(xiàng)。近年，團(tuán)隊(duì)教師指導(dǎo)的學(xué)生獲得國家生命科學(xué)競(jìng)賽一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、三等獎(jiǎng)2項(xiàng)，省賽特等獎(jiǎng)、一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng)若干；指導(dǎo)的學(xué)生獲得第七屆中國國際“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽銀獎(jiǎng)，“挑戰(zhàn)杯”河南省省賽金獎(jiǎng)2項(xiàng)、銀獎(jiǎng)1項(xiàng)，“互聯(lián)網(wǎng)+”河南省省賽二等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng)各1項(xiàng)。

（五）課程建設(shè)質(zhì)量提級(jí)晉檔

通過持續(xù)的課程改革，生物信息學(xué)課程先后榮獲河南科技大學(xué)雙語教學(xué)示范課程、課程思政樣板課、“專創(chuàng)融合”特色示范課程、精品在線開放課程、線上線下混合式一流本科課程及河南省精品在線開放課程和河南省線上線下混合式一流本科課程。

參考文獻(xiàn)：

[1]王毅.基于混合式學(xué)習(xí)的研究與實(shí)踐[D].北京：北京交通大學(xué)，2011.

[2]范丙友，楊敏，賈小平，等.“生物信息學(xué)”雙語教學(xué)改革及實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2015（46）.

[3]范丙友，賈小平，胥華偉，等.生物信息學(xué)課程教學(xué)改革與探索[J].大學(xué)教育，2013（16）.

[4]劉宇.面向創(chuàng)新思維培養(yǎng)的高校數(shù)字化課程設(shè)計(jì)研究[D].長(zhǎng)春：東北師范大學(xué)，2017.

[5]范丙友，賈小平，郭麗麗，等.“雙創(chuàng)”教改背景下生物信息學(xué)課程考核方式改革與實(shí)踐[J].大學(xué)教育，2018（11）.