任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在高校生物信息學(xué)教學(xué)中的滲透

摘要：文章探討任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在高校生物信息學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從構(gòu)建問(wèn)題情境、強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)技能、完善評(píng)估機(jī)制三個(gè)方面，提出在高校生物信息學(xué)教學(xué)中實(shí)施任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的具體策略，期望研究成果能夠?yàn)榻逃ぷ髡吆脱芯咳藛T提供有價(jià)值的參考。

關(guān)鍵詞：任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法；高校；生物信息學(xué)

一、任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法概述

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是一種以完成特定任務(wù)為中心的教學(xué)策略，它強(qiáng)調(diào)通過(guò)解決實(shí)際問(wèn)題來(lái)促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)。與傳統(tǒng)的講授式教學(xué)模式不同，任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法更加注重學(xué)生的主動(dòng)參與和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，鼓勵(lì)學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中學(xué)習(xí)知識(shí)和技能。在任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法中，任務(wù)是學(xué)習(xí)過(guò)程的核心，通常與真實(shí)世界的問(wèn)題或挑戰(zhàn)緊密相關(guān)，旨在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高他們的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的基本理念認(rèn)為，學(xué)習(xí)是一個(gè)積極構(gòu)建的過(guò)程，學(xué)生應(yīng)該在教師的引導(dǎo)下，通過(guò)參與具體任務(wù)的解決，自主探索和發(fā)現(xiàn)知識(shí)。這種方法不僅可以幫助學(xué)生更好地理解和掌握學(xué)科知識(shí)，還可以有效提升他們的團(tuán)隊(duì)合作能力、溝通交流能力及批判性思維。在實(shí)施過(guò)程中，教師的角色從知識(shí)的傳遞者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)者和指導(dǎo)者，他們需要精心設(shè)計(jì)任務(wù)，確保任務(wù)具有足夠的吸引力和挑戰(zhàn)性，同時(shí)為學(xué)生提供必要的支持和反饋，幫助學(xué)生克服學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的困難。

二、任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在高校生物信息學(xué)教學(xué)中的滲透策略

（一）構(gòu)建問(wèn)題情境

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的實(shí)施需要教師構(gòu)建合適的問(wèn)題情境，這些問(wèn)題情境應(yīng)緊密聯(lián)系學(xué)科特點(diǎn)和現(xiàn)實(shí)生活，并具有一定的挑戰(zhàn)性，才能夠激發(fā)學(xué)生的探究欲望，促使學(xué)生思考并采取行動(dòng)。在設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，教師應(yīng)考慮到任務(wù)的可行性、趣味性和教育價(jià)值，確保每個(gè)任務(wù)都能促進(jìn)學(xué)生在知識(shí)、技能、情感態(tài)度等方面的全面發(fā)展。此外，任務(wù)的設(shè)計(jì)還應(yīng)注重開(kāi)放性和靈活性，教師應(yīng)允許學(xué)生根據(jù)自己的興趣和特長(zhǎng)選擇不同的解決方案，以此培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和批判性思維。

例如，昆明醫(yī)科大學(xué)海源學(xué)院的教師在教授基因序列比對(duì)算法時(shí)，首先介紹了基因序列比對(duì)的基本原理和常用工具，如BLAST（基本局部比對(duì)搜索工具）、ClustalW（一種常用的多序列比對(duì)程序）等，并講述了這些工具在醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用背景。隨后，教師提出了一個(gè)具體的問(wèn)題情境：“假設(shè)你們是某研究團(tuán)隊(duì)中的一員，現(xiàn)在需要從大量的基因數(shù)據(jù)中篩選出與肺癌相關(guān)的基因，你們將如何利用現(xiàn)有的生物信息學(xué)工具完成這項(xiàng)任務(wù)？”

為了完成這個(gè)任務(wù)，學(xué)生被分成幾個(gè)小組，每組負(fù)責(zé)分析不同的基因數(shù)據(jù)集。每個(gè)小組都需要合作討論并嘗試不同的解決方案。在這個(gè)過(guò)程中，昆明醫(yī)科大學(xué)海源學(xué)院的教師為學(xué)生提供了及時(shí)的支持，比如指導(dǎo)學(xué)生如何使用在線BLAST服務(wù)來(lái)對(duì)比基因序列，以及如何解讀BLAST報(bào)告中的E值、得分和其他重要參數(shù)。

此外，教師還設(shè)置了一系列的實(shí)踐活動(dòng)，包括演示如何下載和處理來(lái)自公共數(shù)據(jù)庫(kù)如NCBI（美國(guó)國(guó)家生物技術(shù)信息中心）的基因序列數(shù)據(jù)，以及如何運(yùn)用ClustalW進(jìn)行多序列比對(duì)。這些實(shí)踐環(huán)節(jié)強(qiáng)化了學(xué)生的實(shí)際操作能力。在整個(gè)項(xiàng)目期間，學(xué)生定期舉行進(jìn)度匯報(bào)會(huì)議，展示他們的發(fā)現(xiàn)，并討論遇到的技術(shù)障礙。

最終，經(jīng)過(guò)幾周的努力，學(xué)生成功識(shí)別出了幾個(gè)可能與肺癌相關(guān)的候選基因，并撰寫(xiě)了一份研究報(bào)告，詳細(xì)描述了他們的方法論、結(jié)果以及對(duì)未來(lái)研究方向的建議。這次經(jīng)歷極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)生物信息學(xué)的興趣，并且為他們?cè)谖磥?lái)從事科學(xué)研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這不僅是對(duì)生物信息學(xué)基礎(chǔ)理論的有效學(xué)習(xí)，也是對(duì)科學(xué)研究過(guò)程的深刻體驗(yàn)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和解決問(wèn)題的能力。

（二）強(qiáng)化實(shí)踐技能

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法不僅是一種有效的教學(xué)手段，還是培養(yǎng)學(xué)生思維能力的重要途徑。教師可以通過(guò)設(shè)定具體且富有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，將學(xué)生置于真實(shí)或模擬的問(wèn)題情境中，讓他們學(xué)會(huì)運(yùn)用已有的知識(shí)和技能去解決實(shí)際問(wèn)題。這一過(guò)程不僅可以激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，還可以促進(jìn)他們批判性思維、創(chuàng)新思維和問(wèn)題解決能力的發(fā)展。任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法強(qiáng)調(diào)的是“做中學(xué)”，即通過(guò)實(shí)際操作和親身體驗(yàn)來(lái)深化對(duì)知識(shí)的理解，從而達(dá)到理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。在任務(wù)的完成過(guò)程中，學(xué)生需要不斷思考、分析、推理和驗(yàn)證。這些活動(dòng)能夠有效鍛煉學(xué)生的邏輯思維和科學(xué)素養(yǎng)。

以基因表達(dá)譜分析為例，昆明醫(yī)科大學(xué)海源學(xué)院的教師在組織學(xué)生進(jìn)行基因表達(dá)譜分析時(shí)就采取了任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法。首先，教師安排了一個(gè)基礎(chǔ)任務(wù)，要求學(xué)生從公共數(shù)據(jù)庫(kù)GEO（基因表達(dá)概要數(shù)據(jù)庫(kù)）或TCGA（癌癥基因組圖譜計(jì)劃）下載與肺癌相關(guān)的基因表達(dá)數(shù)據(jù)。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生學(xué)會(huì)了如何根據(jù)研究目的篩選合適的樣本和實(shí)驗(yàn)條件，以及如何理解并處理不同格式的數(shù)據(jù)文件。

隨后，教師設(shè)計(jì)了一個(gè)中級(jí)任務(wù)，即利用R語(yǔ)言（一種專(zhuān)為統(tǒng)計(jì)分析和繪圖設(shè)計(jì)的編程語(yǔ)言）中的Bioconductor包（一個(gè)專(zhuān)門(mén)用于生物信息學(xué)數(shù)據(jù)分析的開(kāi)源軟件項(xiàng)目），對(duì)學(xué)生之前收集到的數(shù)據(jù)執(zhí)行差異表達(dá)分析。在這個(gè)階段，學(xué)生通過(guò)實(shí)操掌握了從數(shù)據(jù)預(yù)處理（包括歸一化和批次效應(yīng)校正）到差異表達(dá)基因鑒定的全流程。在此過(guò)程中，教師不僅提供了詳盡的操作指南，還準(zhǔn)備了幾份包含注釋的R腳本供參考，幫助學(xué)生理解每一個(gè)步驟背后的邏輯。

最后，作為高級(jí)任務(wù)的一部分，學(xué)生被要求深入挖掘那些顯著差異表達(dá)的基因，并探討它們可能在肺癌發(fā)病機(jī)理中扮演的角色。為此，學(xué)生閱讀了大量的科研文獻(xiàn)，并結(jié)合所學(xué)的分子生物學(xué)知識(shí)，構(gòu)建了關(guān)于某些關(guān)鍵通路或基因網(wǎng)絡(luò)功能失調(diào)可能導(dǎo)致腫瘤發(fā)生的假說(shuō)。接著，學(xué)生嘗試設(shè)計(jì)了虛擬實(shí)驗(yàn)方案，用以測(cè)試這些假設(shè)是否成立。通過(guò)上述由淺入深的任務(wù)設(shè)置，學(xué)生不僅獲得了處理復(fù)雜生物信息數(shù)據(jù)的第一手經(jīng)驗(yàn)，還提高了獨(dú)立思考與解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

（三）完善評(píng)估機(jī)制

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的成功實(shí)施不僅依賴(lài)于精心設(shè)計(jì)的任務(wù)，還離不開(kāi)科學(xué)合理的評(píng)估機(jī)制。評(píng)估不僅是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成果的檢驗(yàn)，還是對(duì)教學(xué)過(guò)程的有效反饋，能夠幫助教師及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略，提高教學(xué)質(zhì)量。在任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)中，評(píng)估機(jī)制的設(shè)計(jì)應(yīng)注重多元化和過(guò)程化，既要考查學(xué)生的最終成果，也要關(guān)注他們?cè)谌蝿?wù)完成過(guò)程中的表現(xiàn)。這種評(píng)估方式能夠更全面地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，激勵(lì)學(xué)生積極參與任務(wù)，提高他們學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

以“基因組重測(cè)序數(shù)據(jù)分析”為例，昆明醫(yī)科大學(xué)海源學(xué)院通過(guò)以下方式完善了評(píng)估機(jī)制。首先，教師設(shè)計(jì)了一個(gè)基礎(chǔ)任務(wù)，要求學(xué)生從公共數(shù)據(jù)庫(kù)1000 Genomes Project（千人基因組計(jì)劃）下載人類(lèi)基因組重測(cè)序數(shù)據(jù)，并使用生物信息學(xué)工具BWA（伯羅斯-惠勒變換比對(duì)器）進(jìn)行比對(duì)分析。在這一階段，教師通過(guò)形成性評(píng)估，定期檢查學(xué)生的任務(wù)進(jìn)度，重點(diǎn)關(guān)注他們?cè)跀?shù)據(jù)下載、比對(duì)參數(shù)設(shè)置、結(jié)果解讀等方面的表現(xiàn)。為了保證評(píng)估的客觀性和公平性，教師提供了一套詳細(xì)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋了數(shù)據(jù)下載的完整性、比對(duì)參數(shù)的合理性、結(jié)果解讀的準(zhǔn)確性等多個(gè)方面。此外，教師組織了小組討論，鼓勵(lì)學(xué)生分享自己在完成基礎(chǔ)任務(wù)時(shí)的經(jīng)驗(yàn)和遇到的問(wèn)題，以便相互學(xué)習(xí)和支持。這不僅促進(jìn)了學(xué)生間的交流，也使得一些常見(jiàn)的技術(shù)問(wèn)題得以快速解決。

其次，教師設(shè)置了中級(jí)任務(wù)，要求學(xué)生分析基因組變異，識(shí)別單核苷酸多態(tài)性和插入/缺失變異。在此期間，學(xué)生使用變異檢測(cè)工具如GATK（基因組分析工具包）進(jìn)行了變異識(shí)別，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行注釋和解讀。在這個(gè)階段，教師繼續(xù)通過(guò)形成性評(píng)估來(lái)跟蹤學(xué)生的進(jìn)步，特別是他們?cè)诠ぞ呤褂蒙系氖炀毝纫约敖Y(jié)果解讀的準(zhǔn)確程度。同時(shí)，教師提供了多個(gè)案例分析和詳細(xì)的指導(dǎo)材料，幫助學(xué)生更好地理解復(fù)雜的變異分析過(guò)程。此外，教師還安排了中期匯報(bào)會(huì)，讓各小組展示自己的工作進(jìn)展，也為學(xué)生提供了接受同伴和教師反饋的機(jī)會(huì)，以此促進(jìn)工作的不斷完善。

最后，教師布置了高級(jí)任務(wù)，鼓勵(lì)學(xué)生基于之前發(fā)現(xiàn)的特定基因變異，探索其與某種疾病（如乳腺癌）之間可能存在的關(guān)聯(lián)，并據(jù)此提出潛在的臨床應(yīng)用建議。這項(xiàng)任務(wù)要求學(xué)生不僅需要具備扎實(shí)的生物信息學(xué)技能，還需要具備一定的醫(yī)學(xué)知識(shí)，能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題的解決之中。在此過(guò)程中，學(xué)生被要求撰寫(xiě)一份研究報(bào)告，總結(jié)他們的研究成果。教師則通過(guò)終結(jié)性評(píng)估來(lái)評(píng)判學(xué)生的最終作品，包括報(bào)告的質(zhì)量、數(shù)據(jù)分析的深度以及結(jié)論的合理性等。為了保證評(píng)價(jià)的全面性和公正性，教師制訂了一套詳細(xì)的評(píng)分準(zhǔn)則，涉及報(bào)告結(jié)構(gòu)的邏輯性、數(shù)據(jù)分析的深度、結(jié)論的創(chuàng)新性等多個(gè)維度。通過(guò)這種由淺入深的任務(wù)設(shè)計(jì)及配套評(píng)估機(jī)制，學(xué)生不僅能夠系統(tǒng)地掌握基因組重測(cè)序數(shù)據(jù)分析的關(guān)鍵步驟，還在實(shí)踐中不斷提高了個(gè)人的研究能力和團(tuán)隊(duì)合作技巧，為將來(lái)從事相關(guān)領(lǐng)域的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

三、結(jié)語(yǔ)

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在高校生物信息學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，為解決傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在的問(wèn)題提供了新的思路和方法。任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法通過(guò)構(gòu)建問(wèn)題情境、強(qiáng)化實(shí)踐技能、連接現(xiàn)實(shí)生活、完善評(píng)估機(jī)制，不僅促進(jìn)了學(xué)生對(duì)生物信息學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的深入理解，還激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。這種以學(xué)生為中心、以任務(wù)為導(dǎo)向的教學(xué)模式符合現(xiàn)代教育理念，有助于培養(yǎng)適應(yīng)未來(lái)社會(huì)需求的高素質(zhì)人才。隨著教育技術(shù)的發(fā)展和教學(xué)理念的更新，任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法必將在生物信息學(xué)乃至整個(gè)高等教育領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，為培養(yǎng)更多優(yōu)秀的生命科學(xué)專(zhuān)業(yè)人才作出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉軍杰.任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在中學(xué)生物教學(xué)中的運(yùn)用[J].學(xué)苑教育，2024（28）.

[2]江麗麗.任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用[J].國(guó)家通用語(yǔ)言文字教學(xué)與研究，2024（9）.

[3]杜軍霞，朱秀敏，張雪輝，等.信息化技術(shù)在任務(wù)式教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐探索：以師范類(lèi)生物科學(xué)專(zhuān)業(yè)人體解剖生理學(xué)課程為例[J].高教學(xué)刊，2024（28）.

[4]姚嶺柏，賈舒琪，石亞楠，等.初中生物教學(xué)中任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)施策略研究[J].教師，2024（26）.

[5]劉智勝.新課標(biāo)下“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”模式的應(yīng)用研究：以初中生物為例[J].家長(zhǎng)，2024（26）.

[6]李楠.淺談任務(wù)驅(qū)動(dòng)在高中生物教學(xué)中的運(yùn)用[J].吉林教育，2024（24）.

[7]李興霞，鄒遠(yuǎn)超.任務(wù)驅(qū)動(dòng)和分組合作教學(xué)法在動(dòng)物學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].畜禽業(yè)，2024（8）.

基金項(xiàng)目：2024年教學(xué)研究與教學(xué)改革建設(shè)項(xiàng)目“以多元化教學(xué)為導(dǎo)向的《分子生物學(xué)》與《生物信息學(xué)》教學(xué)改革”階段性成果之一，項(xiàng)目編號(hào)：YZ2024JG009。

（作者單位：昆明醫(yī)科大學(xué)海源學(xué)院）