融合教學模式在生物信息處理課改中的應用

潘志方+陳偉+林曄智+張楊+楊峰

[摘 要]生物信息處理是一門較新的具有很強理論性和實踐性的課程。將以團隊為基礎的學習、以案例為基礎的學習和以問題為中心的學習等多種教學形式引入生物信息處理的課堂，就是借鑒軟件工程項目團隊建設、案例教學、問題學習的相關理論，將學生分成若干團隊，給予相關的數據，配合激勵政策和考核機制，在項目團隊中讓學生深入學習和體驗種種生物信息處理中的案例和題目，使學生既可以得到軟件項目管理的體驗，又能得到數據處理的基本技能和基本技巧。融合教學模式深受學生歡迎，獲得了一致好評。學生可以不會被艱深晦澀的理論所迷惑，直接進行數據分析，直接見到理論效果，有利于快速掌握理論體系的核心構成，但是要想深入了解算法的內涵，還需加強理論方面的教學。

[關鍵詞]融合教學模式；生物信息學；課堂教改

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）11-0074-03

一、背景

大量的生物醫學傳感器和各類測量設備不斷地產生出海量的人體生理和病理信息。隨著數學化發展的進程，從定性研究逐漸走向定量研究是現代醫學發展的趨勢之一，而新的研究趨向是運用數學等理論方法來表示實際的醫學問題，并在其本質和數量之間尋求相互關系的規律。[1]生物信息處理課程應運而生。

生物信息處理課程是一門較新的具有很強理論性和實踐性的課程。強調理論體系和概念的理論介紹是傳統教學的主要方式，其往往忽視具體實現步驟、基本的編程訓練。這樣很容易讓學生形成理論概念較為抽象的印象，使得他們對理論的理解僅限于表面，難以體會到理論的實際應用效果。當面對現實的問題時，學生無法下手解決，更談不上創新應用。為避免學生理論與實際脫節，造成在實踐中無從下手的情況，計算機編程應進入該課程教授內容，讓學生看到理論的實際應用效果，不能只進行理論介紹而忽略實現步驟。但另一方面，在課堂上花費大量的時間講解復雜的程序框架下的具體實現代碼也是不太現實的。吳曉明等人[2]利用網絡組件技術，通過web瀏覽器運行Linux平臺生物信息軟件，增強了生物信息學教學中算法的實踐環節。錢葉雄等人[3]在生物信息學教學中采用了“教、學、研”一體化的創新教學模式，在提高學生的學習積極性和能力方面取得了一定的教學效果。近年來，隨著教育改革的不斷深入，很多課程在傳統的講授式教學方法的基礎上，出現了以團隊為基礎的學習（Team？鄄based Learning，TBL）、以案例為基礎的學習（Case？鄄based learning，CBL）和以問題為中心的學習（Problem based learning，PBL）等多種教學模式， 這些都可以有效提高學生學習的主動性和學習效率。[4][5][6]

將TBL、CBL、PBL模式引入生物信息處理的課堂，就是借鑒軟件工程項目團隊建設、案例教學、問題學習的相關理論，根據學生的性別、學習特長和性格特點，將學生分成若干團隊，依據各章相應的教學內容，給予有關數據，配合激勵政策和考核機制，在項目團隊中讓學生深入學習和體驗種種生物信息處理中的案例和題目，使得學生既可以得到軟件項目管理的體驗，又能獲得相關數據處理的基本技巧和基本技能。一方面可以促使團隊成員之間形成良好的教學和學習氛圍，他們必須群策群力，互相幫助，取長補短，迎接學習團隊之間的競爭與挑戰，通過各展其長完成團隊的學習任務，得到軟件項目管理的親身體會；另一方面通過數據、案例和問題獲得數據處理的基本技能和基本技巧。

二、改革內容

為了能更好地實現新的教學模式融合，我校在教學理念、教學內容、教學方法、考核方式與評價機制等幾個方面進行了改革。

（一）教學理念的改革

將PBL、CBL、TBL引入生物信息處理的課堂是一次重大的革新，需要從教學理念上做好轉換準備。一方面需要從95后大學生的特點出發，分析影響其學習生物信息處理課程的動機、興趣與熱情等因素，告知新的上課模式的重要性與必要性；同時任課教師的角色要向導師、信息咨詢者、團隊協作者、課程開發者、案例設計者、問題提出者、學術顧問轉化，幫助學生認識到數據處理知識對于專業、職業以及人生的重要作用，鼓勵他們積極參與項目團隊學習，使學生的能力通過團隊合作共同完成任務的方法獲得充分成長。

（二）教學內容的改革

在新的教學模式下，生物信息處理課程的教學內容需要重新梳理與安排。一方面要從總體上設計好教師理論講授與學生團隊自學內容的章節比例分配，另一方面要針對每一章節適度安排案例、設計問題、確定學生團隊開放式討論的內容與主題。

（三）教學方法改革

除了理論講授之外，根據團隊項目的特點，要適度引入軟件項目管理模擬、軟件工程模擬等教學方法。此外，要將教學空間延伸，注重課堂內外的結合，舉辦生物信息數據處理比賽，讓學生以項目團隊的形式深入實際，群策群力，探索發生在醫學統計、生理功能的數字仿真、時間序列分析、生物信息學等領域中的信息處理問題，體驗數據處理知識的重要性。

（四）考核方式與評價機制的改革

在新的教學模式下，需要設計相應的評分機制、激勵措施以及考核方式，防止“大鍋飯”、“搭便車”等現象的發生。這樣的話，可以考慮將個人和團隊綜合考核相結合，將筆試與面試相結合，將形成性評價與范例展示評價相結合，讓考核與評價更加全方位與立體化，鼓勵學生不僅自己學好課程，還要與團隊一起學好。

三、實施方案與實施方法

（一）實施方案

（二）實施方法

1.文獻綜述法：利用我校圖書館相關的外文數據庫和中文數據庫（如重慶維普、萬方數據、中國期刊網）等全面收集“信息處理教學改革”與“TBL、CBL、PBL”等資料，概括出國內的相關課程總體情況和改革方向。endprint

2.問卷調查法：在文獻研究的基礎上設計生物信息處理課程團隊上課的問卷調查，從歷屆學生中抽樣，分發問卷搜集數據。

3.訪談法：根據以往考試成績的高低，選取高分、低分以及部分典型學生進行訪談，如了解考高分的學生平時的學習心得以及考低分的學生失利的原因等，以此總結現有教學方式的優缺點。

4.對比研究法：設立對照組與實踐組，將傳統教學與團隊、案例、問題教學，團隊、案例、問題考核與單人考核進行對比，了解各自的優缺點以便更好地取長補短，總結可借鑒做法。

在實施以上方法的基礎上，我們確定了將以團隊為基礎的學習（Team？鄄based Learning， TBL）、以案例為基礎的學習（Case？鄄based learning， CBL）和以問題為中心的學習（Problem？鄄based learning， PBL）等多種教學法模式引入生物信息處理課堂的融合教學模式。

四、實施總結

課題組從2014年開始，在2014-2015年第二學期、2015-2016年第二學期和2016-2017年第一學期共三個學期，選取試點專業進行了教學改革，對部分試點專業學生開展了PBL、CBL、TBL融合教學模式教學。根據三個學期的課題實施情況分析，由于充分考慮了專業特點及就業趨勢，學生對課程的接受程度得到了提高，相應的課程成績和通過率也得到了提高。在實施過程中也存在一些不夠完善的地方。如表1所示，我們對參與了該教學改革實踐課程的學生進行了匿名的問卷調查，收回有效問卷58份，其中，認為該教學方式優于原教學方式的學生接近2/3。

五、討論與展望

我校在2012、2013、2014年級的信管專業學生中進行PBL、CBL、TBL融合教學模式試點教學后效果良好，并推廣到計算機專業，受益者是全體信管專業、計算機專業學生；再進一步推廣到其他軟件課程后，受益者更是覆蓋了所有開有軟件類課程的工科甚至醫科學生。PBL、CBL、TBL融合教學模式將計算機基礎理論知識、編程技能、軟件工程知識、項目管理能力及具體的生物醫學問題串聯起來，培養學生在分析問題時，思維由單向向多向轉變，學生學習的興趣和主動性大大增加了，綜合分析能力也得到了提高。同時這種教學模式對指導教師也提出了新的挑戰，促進教師不斷自我完善，達到教學相長的效果。在教學模式上和教材方面，固然這門課程已經在持續完善與發展中，但總體形式上還存在一些問題。加強以團隊為基礎的學習（Team？鄄based Learning，TBL）、以案例為基礎的學習（Case？鄄based learning，CBL）和以問題為中心的學習（Problem？鄄based learning，PBL）等多種教學法， 確實是近年來能有效增強學生學習主動性和學習效果的現代課程教學模式，學習者可以不被枯澀難懂的理論所迷惑，直接進行數據分析，觀察理論的結果，有利于快速掌握理論體系的核心構成，但是對于深入了解算法的內涵，還需加強理論方面的教學。國家建設需要培養高素質綜合創新人才，而人才培養需要改革傳統教育長期存在的重理論輕應用的觀念，課堂教學模式中只介紹理論內容而忽視實現方法的現狀需要改變。一方面，課堂教學中不能只介紹理論，使得學生學到的理論知識與實際情況相脫離，造成在實踐中束手無策的狀況；另一方面，課堂上也無法花費大量的時間講授復雜的程序框架下的具體實現代碼。這樣，理論的分析推理、作用的闡述和基于理論的具體處理方法、編程代碼及實例應用分析、對學生處理的思路影響和編程的技巧的形成，均需在課堂教學中涉及。未來我們將進一步加強實踐的教學環節要求，實現TBL、CBL、PBL融合教學模式與理論教學模式相輔相成的架構。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 尚志剛，張建華，陳棟，李國文，編著.生物醫學數據分析及其MATLAB實現[M].北京：北京大學出版社，2009.

[2] 昊曉明，杜建強，劉麗麗，王旭，祁長樂，張虎勤，王波.利用組件技術增強網絡課件交互功能的探索[J].現代教育技術，2009（2）：100-103.

[3] 錢葉雄，朱國萍，聶劉旺，闞顯照. 生物信息學課程“教、學、研”一體化創新教學模式探討[J].安徽農業科學，2013（6）：2812-2813.

[4] 馮雯娟，雷宇，張敏.“TBL？鄄CBL？鄄PBL”教學法在心外科低年資護士心肺復蘇培訓中的應用[J].護理教育，2016（9）：160-161.

[5] 張占海.CBL、PBL、結合TBL教學法在心血管疾病臨床實習中的應用[J].中國社區醫師，2015（15）：168-169.

[6] 廖平，汪長亮，陳世鴻.LBL、CBL、PBL、TBL 教學法在軍事理論課中的綜合應用研究[J].教育現代化，2016（3）：161-162.

[責任編輯：劉鳳華]endprint