孫吉康，曾柏全，韓文軍

（中南林業(yè)科技大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖南長沙 410004）

隨著對(duì)基因組學(xué)研究的不斷深入和高通量測(cè)序數(shù)據(jù)的大量涌現(xiàn)，基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)和代謝組學(xué)等多組學(xué)生物信息數(shù)據(jù)正呈爆炸性增長[1-3]。生物信息學(xué)的研究對(duì)象為生物學(xué)研究過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，通過綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、生物學(xué)和數(shù)學(xué)等相關(guān)學(xué)科的知識(shí)和方法，對(duì)研究所得數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取、分析、加工與存儲(chǔ)，從而揭示其中所蘊(yùn)含的生物學(xué)規(guī)律[4-5]。

2018年8月，教育部、財(cái)政部、國家發(fā)展改革委聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于高等學(xué)校加快“雙一流”建設(shè)的指導(dǎo)意見》，明確提出“雙一流”建設(shè)的核心是人才培養(yǎng)。人才培養(yǎng)的核心是課程，大學(xué)中能讓學(xué)生最直接、核心、顯效受益的也是課程，因此促進(jìn)生物信息學(xué)課程建設(shè)對(duì)于一流專業(yè)建設(shè)具有重要意義。目前，生物信息學(xué)課程教學(xué)普遍存在如下突出問題：課程要求和課時(shí)數(shù)不匹配、學(xué)生實(shí)際數(shù)據(jù)分析訓(xùn)練不夠、教材更新速度過慢、學(xué)生專業(yè)英語掌握不足、教學(xué)模式較為單一和教學(xué)內(nèi)容較陳舊落后。為提高生物信息學(xué)課程教學(xué)效果，將翻轉(zhuǎn)課堂[6]、項(xiàng)目式教學(xué)法[7]、案例教學(xué)[8]等教學(xué)模式應(yīng)用于生物信息學(xué)教學(xué)，并進(jìn)行了有益的探索。

針對(duì)當(dāng)前生物信息學(xué)教學(xué)存在的普遍性問題，為適應(yīng)我國現(xiàn)階段創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展的要求，以提高人才培養(yǎng)能力為核心，以課堂教學(xué)革命為重點(diǎn)，以培養(yǎng)學(xué)生真正掌握解決生物學(xué)問題的能力為目標(biāo)，確定了4個(gè)實(shí)施方向：（1）將科研案例和科研成果融入教學(xué)內(nèi)容，堅(jiān)持以科研帶動(dòng)教學(xué)的思路培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力；（2）利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)+新型的智能教學(xué)服務(wù)平臺(tái)，構(gòu)建在線開放的課程教學(xué)體系，包括在線教學(xué)視頻、教學(xué)討論平臺(tái)、評(píng)分系統(tǒng)等；（3）建立以翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法為基礎(chǔ)，多種教學(xué)模式相融合的、以學(xué)生為中心的自主學(xué)習(xí)授課方式；（4）搭建生物信息學(xué)在線學(xué)習(xí)測(cè)試評(píng)價(jià)平臺(tái)，建立偏重實(shí)際解決問題能力的綜合評(píng)定考核體系。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，在教學(xué)活動(dòng)中開展了以下4個(gè)方面的工作。

1 以實(shí)際應(yīng)用能力培養(yǎng)為核心，科學(xué)合理設(shè)置教學(xué)內(nèi)容

（1）教學(xué)內(nèi)容將按照“序列-結(jié)構(gòu)-功能”“基因組-轉(zhuǎn)錄組-蛋白組-相互作用組-代謝組”兩條主線進(jìn)行設(shè)置，并在教學(xué)實(shí)踐過程中不斷調(diào)整、完善。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)教學(xué)與科研實(shí)際、學(xué)生訓(xùn)練的緊密結(jié)合，將科研項(xiàng)目與成果轉(zhuǎn)化為與知識(shí)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的實(shí)際運(yùn)用教學(xué)案例。這些案例主要來源于教師自身科研工作，或是目前生命科學(xué)領(lǐng)域的最新研究發(fā)現(xiàn)以及本校專家教師的研究成果。特別是將與中南林業(yè)科技大學(xué)教師科研活動(dòng)密切相關(guān)的內(nèi)容及最新進(jìn)展融入到案例教學(xué)中，如亞熱帶典型人工林（杉木人工林、馬尾松人工林、濕地松人工林和樟樹人工林）相關(guān)研究、油茶油桐等經(jīng)濟(jì)林研究、林業(yè)微生物資源開發(fā)利用和環(huán)境生物治理研究是具有學(xué)校特色的研究領(lǐng)域?；谶@類研究項(xiàng)目所發(fā)表的研究報(bào)告、研究論文，從中提煉適合于生物信息學(xué)教學(xué)的教學(xué)案例，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的動(dòng)力，符合學(xué)生未來的發(fā)展規(guī)劃、滿足科研的需要。

（2）課程內(nèi)容從形式上分成4個(gè)大模塊，分別是生物信息學(xué)原理模塊、生物信息學(xué)資源模塊、序列分析模塊和基因功能注釋模塊。在每一個(gè)大類模塊中又細(xì)分成更小的模塊，便于解決一些小問題。例如，生物信息學(xué)原理模塊中包含有概述和基因組學(xué)基礎(chǔ)模塊，生物信息學(xué)資源模塊中包括生物學(xué)網(wǎng)站、軟件工具和生物數(shù)據(jù)庫模塊，序列比對(duì)、查詢與搜索、核酸序列分析和蛋白質(zhì)序列分析模塊包括在序列分析模塊，而基因預(yù)測(cè)、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)、GO分析、KEGG分析、PATHWAY分析和系統(tǒng)進(jìn)化分析模塊則包含在基因功能注釋模塊里。同時(shí)，將每個(gè)模塊中的知識(shí)點(diǎn)分成若干個(gè)項(xiàng)目的形式，明確每個(gè)項(xiàng)目的具體任務(wù)和所需課時(shí)量，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的重新整合，使之有利于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)需要。

2 對(duì)線上線下的教學(xué)資源進(jìn)行有機(jī)整合，提升翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)效率

根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的模塊、項(xiàng)目任務(wù)，制作好相關(guān)知識(shí)的PPT課件、微課視頻及單元測(cè)試內(nèi)容。視頻和單元測(cè)試內(nèi)容主要上傳到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生可以在課前利用筆記本、手機(jī)和平板電腦等移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)工具完成知識(shí)的傳遞過程。PPT課件主要用于課堂教學(xué)，PPT內(nèi)容不同于傳統(tǒng)的對(duì)新知識(shí)點(diǎn)講解模式，主要是一些研究案例、問題的提出與討論。由于課堂教學(xué)時(shí)間有限，因此應(yīng)組織學(xué)生進(jìn)行問題討論和項(xiàng)目分析，使其能更好地掌握和消化復(fù)雜的生物信息學(xué)理論和分析技能，并內(nèi)化于心，從而有效解決教學(xué)內(nèi)容與課時(shí)數(shù)不吻合的矛盾。

3 積極探索多種教學(xué)模式的高效有機(jī)融合

基于教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)形式的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂與項(xiàng)目式教學(xué)的融合，讓學(xué)生用碎片化時(shí)間學(xué)習(xí)項(xiàng)目化教學(xué)中的知識(shí)傳遞，提前構(gòu)建知識(shí)體系。在課堂上，由教學(xué)案例引入問題，通過問題導(dǎo)向式學(xué)習(xí)的模式進(jìn)行教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生通過合作或是自主探究等方式來提高學(xué)習(xí)主動(dòng)性，增強(qiáng)學(xué)生與教師之間的互動(dòng)。教師通過收集問題、解答、討論和有針對(duì)性地輔導(dǎo)等方式，使學(xué)生完成“內(nèi)化知識(shí)”的過程。例如，從選定的實(shí)際應(yīng)用教學(xué)案例著手，啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成從項(xiàng)目立題、文獻(xiàn)查閱、候選基因確定到核酸序列的查找和比對(duì)、引物設(shè)計(jì)、載體構(gòu)建、結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)、調(diào)控元件預(yù)測(cè)、構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹及功能注釋等一系列與生物信息學(xué)分析相關(guān)的流程。在這個(gè)過程中，能很好地落實(shí)學(xué)生的“練”，從而使學(xué)生能真正掌握解決問題的思路，并應(yīng)用到今后科研實(shí)踐中。

4 建立中心為實(shí)際應(yīng)用能力測(cè)試的綜合考核評(píng)價(jià)體系

線上線下混合式教學(xué)模式要求學(xué)生課前完成知識(shí)的學(xué)習(xí)，因此對(duì)線上學(xué)習(xí)的監(jiān)督尤其重要?；趯W(xué)生登錄在線開放課程網(wǎng)站的次數(shù)、觀看視頻的時(shí)間及線上單元測(cè)試的具體情況，確定學(xué)生線上學(xué)習(xí)過程成績(jī)。對(duì)于線下考核，重點(diǎn)考查學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決科研問題的實(shí)際能力。平時(shí)設(shè)置課后實(shí)踐任務(wù)，要求每位學(xué)生針對(duì)自己感興趣的任務(wù)，獨(dú)立完成生物信息數(shù)據(jù)分析并提交分析報(bào)告，該部分將納入最終考核成績(jī)。期末考試內(nèi)容將根據(jù)當(dāng)前研究熱點(diǎn)靈活出題，減少概念記憶性知識(shí)點(diǎn)考核，重點(diǎn)考察學(xué)生的實(shí)際數(shù)據(jù)分析能力。最終以線上平時(shí)成績(jī)、線下平時(shí)成績(jī)、期末考試成績(jī)相結(jié)合的綜合評(píng)價(jià)方式作為考核標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語

生物信息學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。教學(xué)過程中應(yīng)圍繞生物信息學(xué)課程的兩條主線，根據(jù)生物信息學(xué)知識(shí)點(diǎn)篩選來自生命科學(xué)領(lǐng)域的最新研究、本校專家教師的研究成果，結(jié)合時(shí)代研究熱點(diǎn)問題，充實(shí)教學(xué)內(nèi)容；充分利用現(xiàn)代發(fā)達(dá)的網(wǎng)絡(luò)將相應(yīng)的微課視頻、PPT課件及單元在線測(cè)試評(píng)價(jià)內(nèi)容在教學(xué)平臺(tái)及時(shí)發(fā)布，方便學(xué)生隨時(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)和查閱；以實(shí)際案例為引導(dǎo)，以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主體，引入多種教學(xué)模式，將教學(xué)與科研實(shí)際和學(xué)生訓(xùn)練緊密結(jié)合，使學(xué)生的“練”得到落實(shí)，真正掌握了解決問題的思路與方法；通過改進(jìn)課程評(píng)價(jià)方式，建立了以能力測(cè)試為中心的綜合評(píng)定考核體系。通過這4個(gè)方面的改進(jìn)措施，有效提高了生物信息學(xué)的教學(xué)質(zhì)量。