“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下《生物信息學(xué)》交互式教學(xué)模式研究與實(shí)踐

摘" 要：為了解決“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下《生物信息學(xué)》教學(xué)面臨的教學(xué)內(nèi)容、課程應(yīng)用與實(shí)踐、教學(xué)手段與效果等方面的挑戰(zhàn)，本文通過(guò)調(diào)查分析相關(guān)高校生命科學(xué)相關(guān)專業(yè)本科生和研究生《生物信息學(xué)》課程開(kāi)設(shè)、教學(xué)模式和教學(xué)效果等方面存在的關(guān)鍵問(wèn)題，構(gòu)建了以問(wèn)題導(dǎo)向式教學(xué)法（problem-based learning，PBL）為主、微課和翻轉(zhuǎn)課堂為輔、課前設(shè)疑和課后反饋穿插的交互式混合新型教學(xué)模式。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，實(shí)施《生物信息學(xué)》交互式混合教學(xué)模式改革與實(shí)踐，教學(xué)效果提升明顯，契合“互聯(lián)網(wǎng)+”教育背景，利于卓越新農(nóng)科人才的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：生物信息學(xué)；交互式教學(xué)模式；PBL

中圖分類號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-0769（2024）06-0120-03

基金項(xiàng)目：山西省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題2020年度“互聯(lián)網(wǎng)+教育”研究專項(xiàng)課題（項(xiàng)目編號(hào)：HLW-20018）；山西省高等學(xué)校教學(xué)改革創(chuàng)新項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：J2022039）；山西農(nóng)業(yè)大學(xué)研究生教育質(zhì)量工程建設(shè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2023YZL44）

作者簡(jiǎn)介：梁?。?980－ ），女，博士，副教授，主要從事畜牧學(xué)的教學(xué)和科研

*通信作者：張建海（1979－ ），男，博士，教授、博導(dǎo)，主要從事臨床獸醫(yī)學(xué)教學(xué)和科研

生物信息學(xué)（bioinformatics）是基于分子生物學(xué)、遺傳學(xué)、信息學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科交叉的前沿學(xué)科，在生命科學(xué)研究領(lǐng)域肩負(fù)著科研選題、生物學(xué)數(shù)據(jù)解析和生物學(xué)功能預(yù)測(cè)等不可或缺的重要作用。因此，這門課程已成為國(guó)內(nèi)外許多高等院校生命科學(xué)領(lǐng)域和畜牧獸醫(yī)相關(guān)專業(yè)本科生和研究生的必修課程。然而，隨著生命科學(xué)進(jìn)入到大數(shù)據(jù)時(shí)代，傳統(tǒng)的講授式教學(xué)法（lecture-based learning，LBL）暴露出諸多弊端。因此，探索如何將傳統(tǒng)的教學(xué)模式與“互聯(lián)網(wǎng)+”背景有效結(jié)合，充分利用“線下”現(xiàn)代信息教學(xué)手段和“線上”資源平臺(tái)，構(gòu)建新型“交互式混合”教學(xué)新模式，并加以實(shí)踐應(yīng)用，是該課程改革與建設(shè)的重要途徑。

1" 交互式混合教學(xué)模式的界定

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展，以及高等教育信息化的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)課程擴(kuò)展了教學(xué)資源，在線學(xué)習(xí)方式具有許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如隨時(shí)隨地利用多媒體資源、不受時(shí)空限制的交流互動(dòng)[1]。交互式教學(xué)模式（interactive teaching mode）就是在混合式教學(xué)（blending learning）基礎(chǔ)上，充分利用數(shù)字化或多媒體化學(xué)習(xí)（electronic learning）資源，結(jié)合傳統(tǒng)課堂教學(xué)優(yōu)勢(shì)，使師生不受時(shí)空限制交流互動(dòng)，以獲得更佳的教學(xué)效果[2]。交互式混合教學(xué)可以充分?jǐn)U展課堂空間，發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)自主性，又能全面貫徹以“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，提高教學(xué)的高階性，并利于學(xué)生創(chuàng)新性學(xué)習(xí)和價(jià)值目標(biāo)塑造。

2" 傳統(tǒng)《生物信息學(xué)》教學(xué)面臨的挑戰(zhàn)

2.1 課程內(nèi)容重點(diǎn)轉(zhuǎn)變的挑戰(zhàn)

隨著高通量測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，涌現(xiàn)出海量的生物學(xué)數(shù)據(jù)，生命科學(xué)研究進(jìn)入到大數(shù)據(jù)時(shí)代，生物信息學(xué)應(yīng)用的范圍也轉(zhuǎn)移到各種組學(xué)上[3]。因此，《生物信息學(xué)》課程教學(xué)的重點(diǎn)也從序列比對(duì)、單個(gè)基因或蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能分析，變?yōu)榛蚪M學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)等水平的分析上[4]。

2.2 課程應(yīng)用與實(shí)踐性提高的挑戰(zhàn)

在生物大數(shù)據(jù)背景下，對(duì)于生命科學(xué)、農(nóng)學(xué)和醫(yī)學(xué)等專業(yè)來(lái)講，生物信息學(xué)的重要性日益凸顯，生物信息學(xué)分析方法和手段日新月異[5]，因此，在本科生和研究生《生物信息學(xué)》課程教學(xué)過(guò)程中，引導(dǎo)和促使學(xué)生熟練運(yùn)用生物信息學(xué)技術(shù)來(lái)分析海量生物學(xué)數(shù)據(jù)并解決實(shí)際問(wèn)題顯得尤為重要。

2.3 傳統(tǒng)教學(xué)模式的挑戰(zhàn)

與其他專業(yè)課程一樣，普通高等院校課程“填鴨式”教學(xué)模式越來(lái)越難以適應(yīng)高水平人才培養(yǎng)，如何以學(xué)生為中心，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，使學(xué)生由記憶型學(xué)習(xí)向理解型、理論與實(shí)踐的融合型方式過(guò)渡成為挑戰(zhàn)。

2.4 教學(xué)效果提高的挑戰(zhàn)

《生物信息學(xué)》教學(xué)對(duì)提高生命科學(xué)學(xué)生利用生物信息學(xué)工具手段分析海量數(shù)據(jù)，探索各種生命活動(dòng)具有重要的實(shí)踐意義。然而，目前普遍專業(yè)理論課程課時(shí)日趨縮減，學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容增加而課堂教學(xué)時(shí)間縮短，使得教學(xué)效率與效果受到挑戰(zhàn)。

3 《生物信息學(xué)》交互式教學(xué)模式的改革與實(shí)踐

基于上述問(wèn)題，我們?cè)谙到y(tǒng)研究國(guó)內(nèi)外教學(xué)模式和廣泛調(diào)研基礎(chǔ)上，構(gòu)建了《生物信息學(xué)》交互式教學(xué)模式并進(jìn)行了實(shí)踐。其關(guān)鍵要點(diǎn)有以下幾點(diǎn)。

3.1 構(gòu)建了PBL為主體的教學(xué)模式

問(wèn)題導(dǎo)向式教學(xué)法（problem-based learning，PBL）是一種以問(wèn)題為導(dǎo)向的開(kāi)放式教學(xué)模式，是基于探究式和任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)模式，以調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性為核心[6-7]。PBL教學(xué)模式在培養(yǎng)學(xué)生自主性、發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題能力方面具有很大優(yōu)勢(shì)，也對(duì)學(xué)生深層次理解和應(yīng)用課程理論知識(shí)有很大益處[8]。PBL模式主要包括：（1）教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容的“問(wèn)題”設(shè)計(jì)；（2）解決“問(wèn)題”方案的提出和具體實(shí)施路徑；（3）教學(xué)效果的歸納和總結(jié)；（4）學(xué)生自主學(xué)習(xí)《生物信息學(xué)》新知識(shí)的反饋與評(píng)估。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生可以將所學(xué)理論知識(shí)系統(tǒng)化，并應(yīng)用于解決既定問(wèn)題的實(shí)踐中。

3.2 引用了微課輔助教學(xué)手段

微課是目前一種新型的教育信息資源形式，主要特點(diǎn)是內(nèi)容短小精悍、教學(xué)目標(biāo)明確、交互性好[9]。因此，可在教學(xué)中充分發(fā)揮微課的特點(diǎn)，并與“翻轉(zhuǎn)課堂”交互使用。除了課上靈活使用外，學(xué)生也可以在課下觀看教學(xué)視頻。引入微課輔助教學(xué)不僅方便了學(xué)生對(duì)課上教學(xué)內(nèi)容的復(fù)習(xí)和鞏固，還利于學(xué)生利用碎片化時(shí)間學(xué)習(xí)，遵循了教育發(fā)展和學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律，因而效果顯著。

3.3 靈活使用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)手段

翻轉(zhuǎn)課堂是目前課堂教育教學(xué)改革的一種新手段，被許多教育工作者所采用[10]，在教學(xué)過(guò)程中可靈活采用這種教學(xué)手段。如在課前讓學(xué)生先自主學(xué)習(xí)課程內(nèi)容和各種輔助電子資源；課中主要是學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與教師之間的互動(dòng)討論，針對(duì)某一問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)學(xué)習(xí)；課后再評(píng)估和檢查學(xué)習(xí)效果。這種方式增加了學(xué)生和教師之間的互動(dòng)，也充分體現(xiàn)了“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念。

3.4 建立和完善了課前設(shè)疑和師生評(píng)價(jià)反饋體系

課前設(shè)疑和評(píng)價(jià)反饋是交互式教學(xué)模式的兩個(gè)關(guān)鍵核心環(huán)節(jié)[11]。合理有效的課前設(shè)疑是教學(xué)環(huán)節(jié)中重要的一環(huán)，具體到每一節(jié)課教學(xué)中主要以“問(wèn)題”為學(xué)習(xí)起點(diǎn)，開(kāi)展小組合作學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)，發(fā)揮團(tuán)隊(duì)協(xié)作的力量來(lái)解決問(wèn)題。教師在交互式教學(xué)模式中所扮演的角色是指導(dǎo)認(rèn)知學(xué)習(xí)技巧的教練，在學(xué)生自主學(xué)習(xí)和解決問(wèn)題過(guò)程中，教師提供有力的支持和幫助，在問(wèn)題得以解決之后，教師通過(guò)微信和學(xué)習(xí)通等在線平臺(tái)及時(shí)評(píng)價(jià)和反饋，對(duì)“問(wèn)題”的解決方案進(jìn)行歸納和總結(jié)，充分建立學(xué)生學(xué)習(xí)的自信心。同時(shí)，建立了科學(xué)的、量化的和動(dòng)態(tài)的交互式教學(xué)模式評(píng)價(jià)體系，作為教學(xué)方法和教學(xué)模式微調(diào)的依據(jù)。其評(píng)價(jià)內(nèi)容一般包括學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、基礎(chǔ)理論知識(shí)的掌握程度、團(tuán)隊(duì)意識(shí)和協(xié)作精神、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；教學(xué)內(nèi)容的豐富程度、學(xué)習(xí)渠道的多樣化、課前設(shè)疑的合理性和可操作性；教師在學(xué)生自主學(xué)習(xí)過(guò)程的角色、支持力度、引導(dǎo)方式和反饋方式等。

4" 小結(jié)

上述改革措施是在調(diào)查山西省高校生命科學(xué)相關(guān)專業(yè)本科生和研究生《生物信息學(xué)》課程開(kāi)設(shè)情況、教學(xué)模式和教學(xué)效果等，分析教學(xué)過(guò)程中存在的關(guān)鍵問(wèn)題基礎(chǔ)上提出的。同時(shí)配套建構(gòu)了生物信息學(xué)交互式教學(xué)模式的理論模型和具體實(shí)施方案，包括與交互式教學(xué)模式配套的新大綱的制定，教學(xué)資源的配置，理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整等。最終連續(xù)3年在我校相關(guān)專業(yè)本科生、碩士和博士研究生的《生物信息學(xué)》課程的理論和實(shí)踐教學(xué)兩個(gè)環(huán)節(jié)中實(shí)踐，教學(xué)效果明顯提升，契合了“互聯(lián)網(wǎng)+”教育背景，利于卓越新農(nóng)科人才的培養(yǎng)。

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