楊璞 馮佰利

【摘 要】論文以西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院《常用生物技術(shù)軟件操作》課程的內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)環(huán)節(jié)、考核體系等方面存在的問題為案例進(jìn)行剖析，分析了建設(shè)該課程的必要性。結(jié)合課程教學(xué)實(shí)際，確立了課程建設(shè)目標(biāo)與建設(shè)思路。具體包括從更新完善教學(xué)內(nèi)容、建設(shè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)、建立課程教學(xué)方法體系、建立教學(xué)效果評(píng)價(jià)體系、建立輔導(dǎo)答疑制度、建立和完善素材庫等六方面提出了改革和建設(shè)思路。通過課程改革，旨在建設(shè)一門具有綜合應(yīng)用型課程，通過課程學(xué)習(xí)使學(xué)生的科學(xué)、系統(tǒng)思維能力和綜合應(yīng)用知識(shí)能力得到提高，并為其它綜合應(yīng)用型課程的建設(shè)提供理論參考。

【關(guān)鍵詞】生物技術(shù)軟件;課程建設(shè);課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái);素材庫

【基金項(xiàng)目】西北農(nóng)林科技大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目（JY1703004）。

【中圖分類號(hào)】G43 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2019）19-000-02

《常用生物技術(shù)軟件操作》是在遺傳學(xué)、基因組學(xué)、生物信息學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新型綜合應(yīng)用課程。目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)的能力。通過課程的學(xué)習(xí)，激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)新性，提高學(xué)生分析和解決問題的能力。將基因組學(xué)和生物信息學(xué)等相關(guān)學(xué)科結(jié)合極大促進(jìn)了作物學(xué)研究。目前，國內(nèi)作物學(xué)發(fā)展水平較高的單位均在基因組學(xué)研究領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展或突破，其中基因組學(xué)、生物信息學(xué)、遺傳學(xué)多學(xué)科知識(shí)的綜合應(yīng)用功不可沒。目前，在農(nóng)學(xué)類學(xué)生的實(shí)際科研中，也需要將多門學(xué)科知識(shí)進(jìn)行綜合應(yīng)用，對(duì)學(xué)生數(shù)據(jù)分析能力和軟件操作水平都提出了較高的要求。但是，農(nóng)學(xué)院各專業(yè)開設(shè)的與生物技術(shù)有關(guān)的課程多偏向于理論學(xué)習(xí)，缺少實(shí)踐環(huán)節(jié)。開設(shè)常用生物技術(shù)軟件操作課程能在一定程度上改善這種狀況，為將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐提供了紐帶。鑒于此，西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院從2014年開始籌建《常用生物技術(shù)軟件操作》課程，目前已建設(shè)完成并完成多次教學(xué)任務(wù)。

一、目前農(nóng)林院校生物技術(shù)軟件操作類課程現(xiàn)狀和問題

（一）學(xué)生綜合能力對(duì)影響課程學(xué)習(xí)效果

常用生物技術(shù)軟件操作是一門綜合應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)課程，要想取得較好的學(xué)習(xí)效果，需要學(xué)生有較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和較強(qiáng)的英語學(xué)習(xí)能力。

1.深厚的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)

常用生物技術(shù)軟件操作高度強(qiáng)調(diào)學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力和結(jié)果解讀能力，要求學(xué)生深入掌握前置課程。只有這樣，學(xué)生才能知道上課的內(nèi)容“是什么”，相關(guān)軟件“做什么”和自己該“怎么做”。然而課程理論學(xué)習(xí)時(shí)間只有8-10學(xué)時(shí)，內(nèi)容卻涵蓋遺傳學(xué)、基因組學(xué)、蛋白組學(xué)和生物信息學(xué)等。絕大多數(shù)學(xué)生此前沒有深入學(xué)習(xí)過相關(guān)內(nèi)容，會(huì)對(duì)后期的實(shí)驗(yàn)課造成一定影響。如何在有限的課時(shí)內(nèi)提升學(xué)生數(shù)據(jù)分析和結(jié)果解讀能力，是本課程需要解決的一項(xiàng)關(guān)鍵問題。

2.需要較強(qiáng)的專業(yè)英語應(yīng)用能力

生物技術(shù)軟件的手冊(cè)和文獻(xiàn)多用英語表述，需要學(xué)習(xí)者有較強(qiáng)的專業(yè)英文閱讀能力，否則很難成功自主學(xué)習(xí)。多數(shù)學(xué)生前期缺乏系統(tǒng)訓(xùn)練，短期內(nèi)大幅提升專業(yè)英文資料的理解應(yīng)用能力，是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。因此，在教學(xué)中采取何種方式引領(lǐng)學(xué)生提高自學(xué)能力，是本課程需要探究的又一關(guān)鍵問題。

（二）缺少與授課內(nèi)容貼合的教材

常用生物技術(shù)軟件操作課程的基本形式是講授關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的理論知識(shí)及其實(shí)際應(yīng)用。學(xué)生通過完整的課程學(xué)習(xí)，能夠?qū)鉀Q常用農(nóng)業(yè)生物技術(shù)軟件的操作有較為完整的把握。然而，通過系統(tǒng)調(diào)研，國內(nèi)未見有同類課程開設(shè)，也未見有相應(yīng)教材出版。本課程的前置課程教材的數(shù)量和類型均十分豐富，然而均為系統(tǒng)講授理論知識(shí)，實(shí)踐環(huán)節(jié)少，與本課程相關(guān)的內(nèi)容不突出，而且沒有很好結(jié)合農(nóng)學(xué)學(xué)科特色。鑒于此，在課程建立之初，學(xué)院便組織相關(guān)教師查閱文獻(xiàn)、反復(fù)討論，結(jié)合科研實(shí)際制定了課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)大綱。為了保證教學(xué)效果，任課教師需依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)大綱，結(jié)合各自科研經(jīng)驗(yàn)和學(xué)科進(jìn)展來把握教學(xué)內(nèi)容。

（三）課程內(nèi)容體系需不斷完善

到目前為止，課程已順利運(yùn)行2年，各位授課教師結(jié)合實(shí)際教學(xué)問題不斷完善教學(xué)內(nèi)容和授課形式，目前課程的內(nèi)容體系已建立完成，能夠滿足大部分學(xué)生實(shí)際科研需要。但該門課程仍存在兩個(gè)重要問題：

1.課程內(nèi)容體系需與時(shí)俱進(jìn)

課程具有應(yīng)用屬性，為學(xué)生科研能力的培養(yǎng)服務(wù)。課程前置學(xué)科內(nèi)容的更新直接影響到本課程內(nèi)容。比如，CRISPR-Cas9技術(shù)是在2012年以后才迅速崛起的技術(shù)，但在課程建立之初，該技術(shù)不成熟。目前該技術(shù)已漸趨穩(wěn)定，使用該技術(shù)的科研人員也越來越多，有必要將其加入到課程內(nèi)容中。高通量測(cè)序數(shù)據(jù)的分析也是類似情況。相反，對(duì)于使用人數(shù)逐漸減少或過時(shí)的內(nèi)容需要即使更新或淘汰。

2.實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目需不斷調(diào)整優(yōu)化

常用生物技術(shù)軟件操作課程是立足于眾多前置課程，這些前置課程不斷發(fā)展、完善促進(jìn)生物技術(shù)學(xué)科越來越完善。比如，針對(duì)遺傳連鎖分析，先后開發(fā)了Mapmaker、Joinmap、QTL ICIMapping等軟件。在課程教學(xué)過程中，在新軟件出現(xiàn)后需要對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以淘汰舊知識(shí)，引進(jìn)新技術(shù)。如何對(duì)常用生物技術(shù)軟件操作的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行完善和補(bǔ)充，在實(shí)際教學(xué)中能更好地培養(yǎng)學(xué)生的思維能力的和數(shù)據(jù)分析能力是課程教學(xué)過程中需要持續(xù)關(guān)注的內(nèi)容。

（四）缺少教學(xué)和學(xué)習(xí)素材

與缺少合適教材相對(duì)應(yīng)，常用生物技術(shù)軟件操作課程缺少必要的教學(xué)和學(xué)習(xí)素材。課件、視頻、參考資料、軟件、示例數(shù)據(jù)、習(xí)題作業(yè)等網(wǎng)絡(luò)素材資源等均需從頭開始建設(shè)。

（五）缺少針對(duì)該課程的教學(xué)輔導(dǎo)方法

常用生物學(xué)軟件操作過程要建立在對(duì)相關(guān)概念深度理解的基礎(chǔ)上進(jìn)行。僅僅能熟練掌握軟件操作已屬不易，如果還需對(duì)操作之外的問題進(jìn)行分析解決。憑借短短幾個(gè)學(xué)時(shí)的訓(xùn)練很難達(dá)到目的，需要學(xué)生反復(fù)練習(xí)。在學(xué)生自學(xué)和復(fù)習(xí)的過程中如果有輔導(dǎo)和答疑環(huán)節(jié)將大大促進(jìn)學(xué)習(xí)效果。目前，主動(dòng)聯(lián)系老師咨詢問題的學(xué)生，但數(shù)量較少。輔導(dǎo)答疑環(huán)節(jié)不足，制約了學(xué)習(xí)效果，需要老師和學(xué)生共同努力，完善答疑環(huán)節(jié)。

（六）學(xué)習(xí)內(nèi)容多與課時(shí)數(shù)不足之間存在矛盾

按照現(xiàn)行課程標(biāo)準(zhǔn)，本課程包含了8個(gè)領(lǐng)域常用軟件的使用，每一章均涉及到常用的軟件1-2種，學(xué)時(shí)分配為：8學(xué)時(shí)理論課和32學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)課。實(shí)際上，這較難保證學(xué)生學(xué)會(huì)全部課程內(nèi)容。同時(shí)，隨著新軟件的不斷更新推出，課程內(nèi)容必須不斷擴(kuò)展更新，教學(xué)要求提升與課時(shí)不足的矛盾逐漸突出。

二、課程建設(shè)的難處及建設(shè)內(nèi)容

（一）課程建設(shè)采取的思路

1.教學(xué)硬件平臺(tái)的建設(shè)

由于是新開課程且性質(zhì)特殊，課程建設(shè)任務(wù)繁重。首先須完善課程基本要素建設(shè)，具體包括：建設(shè)和完善課程內(nèi)容，壯大教學(xué)隊(duì)伍，對(duì)課程介紹、教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、重點(diǎn)難點(diǎn)及參考資料目錄等教學(xué)活動(dòng)必需資源進(jìn)行系統(tǒng)整理、匯編。完善課件、參考資料、軟件、示例數(shù)據(jù)素材、習(xí)題作業(yè)等素材資源，建設(shè)網(wǎng)上學(xué)習(xí)系統(tǒng)。探索網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式，改進(jìn)教學(xué)效果、提升學(xué)生數(shù)據(jù)分析能力。

2.教學(xué)軟件平臺(tái)的建設(shè)

（1）堅(jiān)持理論講授與實(shí)踐操作結(jié)合：課程內(nèi)容按軟件的功能劃分模塊，按模塊講授理論知識(shí)，然后讓學(xué)生動(dòng)手操作。使學(xué)生在理論知識(shí)上實(shí)現(xiàn)“講中學(xué)”，學(xué)生理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上實(shí)踐操作，教師針對(duì)學(xué)生的相關(guān)問題重點(diǎn)講解，實(shí)現(xiàn)“學(xué)中講”。

（2）課堂講授與課后自學(xué)相結(jié)合：由于課時(shí)有限，在內(nèi)容講授上需抓大放小，課堂上講授基本軟件和基本操作，學(xué)生課下再舉一反三，在網(wǎng)上擴(kuò)展學(xué)習(xí)同類軟件和功能。

（3）完善教學(xué)環(huán)節(jié)：學(xué)生在課堂上進(jìn)行理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作，在課下進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)自學(xué)，在此基礎(chǔ)上，設(shè)置輔導(dǎo)答疑環(huán)節(jié)，保證學(xué)生能夠真正掌握知識(shí)。

（二）課程建設(shè)措施及內(nèi)容

課程建設(shè)由西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院牽頭發(fā)起，由多位骨干教師參與，積極探索、多方努力，積極聽取專家意見，緊扣課程建設(shè)目標(biāo)，嚴(yán)抓課程建設(shè)質(zhì)量，目前已完成了課程各環(huán)節(jié)的必需要素。

1.建設(shè)完善教學(xué)內(nèi)容

依托教學(xué)大綱并不斷修改和完善，目前課程內(nèi)容共40學(xué)時(shí)（8學(xué)時(shí)理論+32學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)）。理論課程8章，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目9項(xiàng)，涵蓋了遺傳連鎖圖構(gòu)建、數(shù)量性狀基因定位、關(guān)聯(lián)分析、序列分析、基因預(yù)測(cè)、蛋白質(zhì)特征結(jié)構(gòu)域分析、跨膜結(jié)構(gòu)域分析、系統(tǒng)進(jìn)化分析主要軟件的操作。針對(duì)部分軟件版本和算法不斷更新、部分新出現(xiàn)的學(xué)科和軟件以及部分過時(shí)和需淘汰的軟件，課程組的策略是定期修改課程標(biāo)準(zhǔn)，以保證課程的活力，能趕上科研發(fā)展的需要。目前課程組正在將課程相關(guān)素材進(jìn)行整理完善，擬編寫出版教材。

2.建設(shè)完善網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)

網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)是本課程不可或缺的重要陣地。團(tuán)隊(duì)從課程介紹、教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、重點(diǎn)難點(diǎn)、教學(xué)課件、電子教案、案例素材、參考資料目錄、網(wǎng)上答疑等9個(gè)方面建設(shè)網(wǎng)上學(xué)習(xí)平臺(tái)。具體措施如下：按照《國家級(jí)精品資源共享課建設(shè)技術(shù)要求》撰寫課程介紹、教學(xué)大綱和教學(xué)日歷。按照課程結(jié)構(gòu)和知識(shí)體系整合完善教學(xué)內(nèi)容，確定課程重點(diǎn)和難點(diǎn)，并制作教學(xué)課件和電子教案。結(jié)合農(nóng)學(xué)具體科學(xué)問題，錄制軟件操作微視頻。編寫重要軟件的中文說明，內(nèi)含軟件的詳細(xì)操作步驟和案例分析。

3.探索建立教學(xué)方法體系

常用生物技術(shù)軟件操作大部分實(shí)驗(yàn)都是綜合性的，為了保障教學(xué)效果，我們從多個(gè)維度上對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，保證學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。首先，在教學(xué)團(tuán)隊(duì)上，堅(jiān)持術(shù)業(yè)有專攻，選擇有操作經(jīng)驗(yàn)的教師授課。在教學(xué)形式上：堅(jiān)持“理論結(jié)合實(shí)際”、“課上結(jié)合課下”，通過理論課的學(xué)習(xí)知道“為什么”，通過操作課的學(xué)習(xí)知道“怎么做”，通過課堂學(xué)習(xí)掌握基本能力，然后通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)進(jìn)行鞏固提升。在組織形式上：避免零敲碎打，授課教師在教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)上整體把握，注意章節(jié)之間的銜接和內(nèi)容的邏輯性。上課時(shí)以某一農(nóng)作物的具體問題入手，借助一個(gè)大的研究流程，將不同章節(jié)研究內(nèi)容對(duì)應(yīng)到不同科研環(huán)節(jié)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)之初便對(duì)相關(guān)知識(shí)間的關(guān)系有一個(gè)明確的認(rèn)識(shí)。在教學(xué)環(huán)節(jié)上：除了課堂教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和答疑環(huán)節(jié)之外還增加了實(shí)踐環(huán)節(jié)。具體做法是將學(xué)生根據(jù)興趣分成不同的組，分配給相關(guān)授課教師，授課教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行證實(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)研究能力的形成。

4.建設(shè)完善學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)體系

由于生物技術(shù)軟件操作課程涵蓋范圍廣、涉及軟件多、參數(shù)多、模型多、需要的基礎(chǔ)知識(shí)多，課程應(yīng)用屬性強(qiáng)，通過閉卷考試無法全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。需要建立靈活、多元化的評(píng)價(jià)體系才能客觀展示學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。目前課程考核采用的方式是：平時(shí)考核和期末考查相結(jié)合。平時(shí)考核項(xiàng)目包括：（1）課堂出勤情況;（2）對(duì)學(xué)生進(jìn)行隨堂測(cè)試并打分;（3）對(duì)學(xué)生在實(shí)踐環(huán)節(jié)的表現(xiàn)打分。期末考查主要是根據(jù)課程理論知識(shí)設(shè)定幾個(gè)大范圍，學(xué)生選擇自己感興趣的內(nèi)容擬定具體題目，查閱文獻(xiàn)，撰寫研究報(bào)告，，教師對(duì)學(xué)生撰寫論文的命題、寫作、格式、規(guī)范性等方面綜合考評(píng)并打分。本課程采用的評(píng)價(jià)方案淡化了理論知識(shí)的記憶，強(qiáng)化了對(duì)理論知識(shí)的應(yīng)用和實(shí)際動(dòng)手能力，與課程設(shè)置的初衷相對(duì)應(yīng)。

5.建立輔導(dǎo)答疑制度

本課程授課教師均設(shè)置了教師答疑郵箱和手機(jī)，學(xué)生課后可以與老師聯(lián)系。QQ群和微信群也被用來作為答疑途徑。此外，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)也有答疑功能，教師和學(xué)生可以同時(shí)在線交流，相關(guān)信息選課學(xué)生均可見。教師還可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)及時(shí)發(fā)布任何與教學(xué)有關(guān)的信息更新、課件和資料上傳、作業(yè)發(fā)布等信息。通過以上所列的所有途徑，保證學(xué)生在課后及時(shí)與老師交流，解決問題，提高學(xué)習(xí)效率，強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果。

6.更新完善素材庫

常用生物技術(shù)軟件操作課程，涉及到的軟件類型多，形式多樣。課程不斷完善課程教學(xué)素材庫。對(duì)于重要軟件，對(duì)每個(gè)知識(shí)單元錄制一段5-25分鐘的短視頻，展示軟件操作過程，涵蓋關(guān)鍵的軟件操作步驟。網(wǎng)上現(xiàn)有的視頻也被引入數(shù)據(jù)（下轉(zhuǎn)第頁）（上接第頁）庫中，最終實(shí)現(xiàn)視頻資料對(duì)教學(xué)內(nèi)容的全覆蓋。目前絕大多數(shù)生物技術(shù)軟件，和其操作手冊(cè)均為英文展示，不便于學(xué)生學(xué)習(xí)，課程建設(shè)過程中對(duì)每一個(gè)軟件均編寫中文手冊(cè)，并附加操作結(jié)果和對(duì)結(jié)果的解讀。此外，還廣泛收集了研究案例數(shù)據(jù)，為學(xué)生自學(xué)提供素材。通過對(duì)案例數(shù)據(jù)的分析，進(jìn)一步保證學(xué)生學(xué)習(xí)能力的提高。

三、展望

常用生物技術(shù)軟件操作課程的設(shè)立是一種新的嘗試和探索，力求將學(xué)生學(xué)習(xí)的科學(xué)知識(shí)和科研實(shí)際結(jié)合起來，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用能力，以適應(yīng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面的科研、開發(fā)和管理等工作的需要。同時(shí)，通過課程學(xué)習(xí)能提高學(xué)生自學(xué)能力，提高學(xué)生的科學(xué)、系統(tǒng)的思維能力，使學(xué)生綜合能力得到提高。課程建設(shè)以內(nèi)容建設(shè)為基礎(chǔ)，教學(xué)方法體系和教學(xué)效果考核體系建設(shè)為核心，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)為輔助，多種措施齊頭并舉。探索激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性、創(chuàng)造性和提高學(xué)習(xí)效果的方法。目前課程建設(shè)已初具成效，形成了一套適合農(nóng)學(xué)專業(yè)發(fā)展的培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力的課程教學(xué)方法，相關(guān)結(jié)果能夠?yàn)槠渌n程的建設(shè)提供經(jīng)驗(yàn)。

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通訊作者：楊璞，男，博士，講師，西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院。