网络教学资源在生物信息学课程建设中的应用

　　【摘要】随着大量数据的累积，目前生物学研究已进入大数据时代，熟练掌握生物信息学的基本方法，有助于在海量资源中挖掘信息和规律，因此生物信息学教学越来越受到高校的重视。基于学科特点和教学现状，总结目前教学过程中遇到的问题，调查可用的教学资源，设计新型的教学模式和针对性的教学方法，有助于提高生物信息学的教学质量。

　　【关键词】移动教学微课翻转课堂混合式教学生物信息学

　　【中图分类号】G642.3【文献标识码】A【文章编号】2095-3089（2017）52-0104-02

　　生物信息学是20世纪80年代末随着人类基因组计划的启动而兴起的一门新的交叉学科。它以生物学研究中产生的数据为研究对象，综合运用计算机科学、统计学、数学和生物学等相关学科中的知识与方法，对研究数据进行获取、分析、加工与存储，揭示这些数据中所蕴含的生物学规律[1，2]。近年来，随着测序技术的革新，产生了海量的基因组、转录组、蛋白组、代谢组、表观组等组学数据，以及序列和结构变异数据，生命科学研究者相应配套开发了大量的数据分析软件和数据库，有力推动了生命科学的发展。因此，开展生物信息学课程对生命科学相关专业的学生至关重要。

　　为了更好地培养学生的科学素养，拓宽学生的就业方向，我国一些高等院校相继开设了生物信息学课程，有些高校还于近年设立了生物信息学专业，同时研究生的生物信息学训练也在日益加强[3]。但是由于该学科的发展日新月异，以及其交叉学科的特性，在教学过程中存在着教学大纲和学时不匹配、教材选择较困难、理论和实践教学脱节和学生重视程度不够等诸多问题[2]，而这些问题在传统的教學模式中不能够很好地解决。近年来，得益于信息化的快速发展，各种类型的网络课程扩展了教学资源，增加了教师和学生间沟通的渠道，提高了有限课堂时间的教学效率，很好地弥补了传统教学模式的不足[4]。笔者根据学习及教学过程中遇到的问题，基于生物信息学的课程特点，拟探讨传统教学方法与网络平台资源有机结合的教学模式，为该课程的教学改革提供思路，并为提高教学效果提高方法和参考。

　　一、传统教学模式及其存在的问题

　　生物信息学是交叉学科，所涉及的基本概念广，所要求具备的基本技能多，所包含的知识更新速度快，同时注重培养学生解决相应实际问题的能力，具有明显的综合性、前沿性和应用性强等特点。在有限课时内让大部分学生理解当前生物信息学主要理论知识、熟悉各类数据库和软件的使用、掌握必要分析技能，这对于老师的讲述和学生的学习都是不小挑战。在生物信息学教学实践过程中我们发现以下四个方面的问题：

　　1.课程要求和课时数不匹配

　　生物信息学是近年来，应分析基因组等海量数据的迫切需求，而兴起的一门新兴交叉学科，要求学生不仅具备生物学的相关知识，而且还需具备计算机科学、数学、统计学等学科的相关知识。对于生命科学相关专业的学生，其信息科学背景知识薄弱，而且不同专业所讲述的生物学知识也不尽相同，这就要求更多的时间介绍相关基础知识。另外，生物信息学研究内容更新速度快，教学内容也需要更多的课时进行扩展和更新。但是多数专业的教学大纲中生物信息学课程的课时数非常有限，教学内容多与课时数少的矛盾非常突出。

　　2.学生实际数据分析能力训练不够

　　生物信息学是一门高度强调实际数据分析能力的学科，大多数学生此前没有接触过相关分析内容，尽管兴趣强烈，但是实验操作时间远远不能满足学生的需求。另外，学生毕业后不管是选择从事生物信息相关行业，还是选择在生物信息学领域继续深造，都需要具备足够的数据分析能力。教学过程中很难在有限的课时内提升实验分析强度，个性化地解决学生在实验分析中遇到的问题，帮助学生将强烈的学习兴趣转化为坚实的分析技能。

　　3.教材更新速度过慢

　　生物信息学研究内容更新速度快，新领域、新问题、新数据、新方法和新结论层出不穷。但是目前大部分生物信息学教材的主要讲述内容仍是基本的数据库搜索、核酸和蛋白质序列分析和序列比对等内容，而目前主要的研究内容涉及较少，例如基于序列和结构变异的群体遗传研究和全基因组关联分析研究。

　　4.学生专业英语掌握不够

　　生物信息学研究中绝大多数重要的数据库、软件说明、软件日志和报错信息、科研文献报道和教材等等都是英文表述。但是在教学过程中，一些数据库的说明和返回结果学生都表示理解起来很困难，自己动手查阅的主动性不够，导致教学效果大打折扣，也挫败了很多学生自主学习的主动性。

　　二、现存的网络资源

　　1.微课

　　微课源于美国北爱荷华大学的LeRoyA.McGrew教授，其主题和重点突出，内容短小精悍、交互性好，表现形式多样，短时间内有明确的教学目标，集中说明一个问题。微课允许学生利用碎片化的时间进行学习，提供了泛在学习的可行性，有利于培养学生的自主学习能力，是传统教学模式的有力补充[5]。目前各大高校都在提倡制作微课资源，并且公布与网络之上，可在教学过程中加以引进和应用。

　　2.国家精品课程的网络资源

　　国家精品课程是具有一流教师队伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教材、一流教学管理等特点的示范性课程。国家精品课程资源网（http：//www.jingpinke.com/）目前包括4000多门国家级精品课程，其中包括多个高校的生物信息学课程。学生可以课下利用便利的因特网和4G无线网络进行自主学习，不仅可以扩展知识面，还可以对课堂内容进行有效的复习和巩固。

　　3.网络公开课

　　网络公开课是指高校在网上提供课堂实录的录像，将优势教育资源呈现在全世界求知者前。目前网络公开课的资源非常丰富，不仅包括高校网站上的公开资源，例如北京大学高歌老师等主讲的生物信息学导论，还包括一些大型网站上的公开课资源，例如网易公开课、新浪公开课、MOOC网和央视网的中国公开课等等。另外，网络上也有一些国外高校的公开课程。

　　4.移动教学资源

　　笔记本、手机和iPad等移动网络工具的普及，不仅大大方便了人们的日常生活，也为生物信息学的教学改革提供了新的途径。陈亮等将移动网络工具引入生物信息学课堂教学，事件证明移动教学方法比传统的教学模式更能激发学生的学习和实践兴趣，提高学生的动手能力，同时加强了师生间的互动，并最终提升了教学效果[6]。

　　三、网络资源在生物信息学教学中的应用模式探索

　　虽然目前关于生物信息学课程的网络资源较多，但是在生物信息学相关教学工作中应用的并不多，尤其是综合翻转课堂、微课和移动网络设备等的新型教学方法的应用。考虑到生物信息学这门新型交叉学科教学中存在的问题，充分利用公共网络资源和新型教学手段，势在必行。具体原因和方法如下：

　　1.建立基于“翻转课堂”的教学模式

　　翻转课堂是通过提前介绍教学内容和教学目标，并且公布相关网络资源的獲取地址和方法，让学生在课前完成学习过程。然后在课堂时间，教师通过问题收集、解答、探讨和针对性辅导等形式，完成学生“内化知识”的过程。通过课堂教学过程的翻转，将大量教学内容和实践分析翻转到学生课前进行，利用有限的课堂教学时间，组织学生开展问题探讨和项目分析，协助学生掌握和消化复杂的生物信息理论和分析技能更好地内化于心，有效解决教学内容多与课时数不足的矛盾。

　　2.教学资源的进一步完善

　　翻转课堂需要将教学课件、教学内容、教学目标、网络资源地址、前期录制的教学录像和辅导资料等在学校教学平台进行发布和实施，以便于学生随时进行学习和查阅。

　　3.教学平台的搭建

　　作为高度强调实验分析能力的一门学科，强化学生分析能力是重要的教学目标。课程组需要搭建简易的生物信息服务器，并提前放置教学内容所涉及的生物信息学软件和例子数据，然后在整个学期向学生开放，便于学生随时随地进行数据分析实验，强化理论与实践的结合。

　　4.课程评价方式的改进

　　为了督促大家在课前进行学习，需要将最终的期末考试分散在整个学期分别进行，可以通过提问和课堂测验的方法考核学生课前学习情况，并记入期末考试成绩。另外在期末考试中，通过实验能力测试，重点考察学生的实际数据分析能力，降低对记忆性知识点的考核，督促学生平时进行数据分析能力锻炼，以达到生物信息学课程的教学目标。

　　综上所述，充分考虑生物信息学的课程特点，探讨传统教学模式中存在的问题，通过教学模式和方法的改革，充分利用网络资源，解决在教学过程中遇到的问题，为该课程教学目标的实现提供参考。

　　参考文献： 

　　[1]管丽红.对生物信息学教学的思考[J].河南教育：高教版（中），2016， 0（8）. 

　　[2]金萍.生物信息学课程教学改革初探[J].时代教育，2016， 0（21）. 

　　[3]戴凌燕.《生物信息学》课程教学方法探索与实践[J].生物信息学，2009， 7（4）. 

　　[4]郭丽.新型混合式生物信息学教学模式研究[J].新课程研究：中旬，2016， 0（1）. 

　　[5]叶世旺.《大学物理》微课建设研究与探讨[J].教育教学论坛，2017， 0（14）. 

　　[6]陈亮.移动教学在生物信息学课程改革中的应用[J].今传媒，2016， 24（11）. 

    作者：王晓明等