高校生物信息學在線開放課程建設的探索與實踐

連玲麗 劉 偉 陶 歡 何華勤

福建農林大學生命科學學院 福建福州 350002

生物信息學運用數學、統計學、計算機科學等學科的理論和方法從宏觀的分子層面揭示生物學規律，不僅推動了蛋白質組學、代謝組學等前沿領域的形成，也深刻地影響著農業、醫藥等產業的發展[1]。近年來，隨著新一代測序技術的飛速發展和應用，基于測序的組學數據以驚人的速度增長，如何解讀這些大數據，成為生物信息學學科亟待解決的熱點問題[2]，也使生物信息學相關課程的知識體系發生明顯的變化。對于課程的學習者而言，由此帶來的問題是學習難度增大、學習資源有限，嚴重影響其自主學習。為解決這些問題，以生物信息學為核心內容開設個性拓展在線開放課程“生物大數據”部分內容，降低學習門檻，實現知識共享，為高校在讀學生及部分從業人員提供免費實用的學習資源。結合課程建設實踐，探討在線開放課程的建設思路、教學應用方法及存在問題，為課程在新一輪“建好用好學好國家精品在線開放課程”的教育教學改革中進一步優化升級、推廣應用奠定基礎，也為其他高校相似課程的建設提供參考和借鑒。

1 課程的建設思路

1.1 課程主體內容設計

根據課程以大數據分析為核心的特點及課程側重培養學生數據分析能力的目標定位，生物大數據課程設立了課程導入、數據類型與來源、數據分析策略、數據開發與應用、數據分析實踐五大模塊，其中包括7章20小節的內容(見表1)。課程內容既涵蓋了大數據定義和類型等基本概念、主流生物數據分析的核心理論，能全面展現生物學數據的“來龍去脈”，又包括了生物、農業和醫學領域的應用實例及綜合實訓，有助于學生數據分析能力的培養，因而構成一個較為完整的知識體系。

表1 “生物大數據”部分內容的課程內容設計

1.2 課程輔助內容設計

除了主體內容之外，課程還設置了案例和討論專題等輔助內容。其中課程案例主要按講解定義型、綜合分析型和操作技能型3種類別[3]進行設計和導入。講解定義型案例多設計于基本概念和原理的講解環節，如大數據應用講解中導入“奧巴馬總統大選”的案例；綜合分析型案例主要出現在大數據分析的實例分析環節，如基因組測序分析章節中導入鐵皮石斛基因組組裝與注釋案例；而操作技能型案例則是在綜合實訓章節導入，如“大腸桿菌K12重測序數據”此類的NCBI數據庫資源進行分析等。在討論主題方面，題材設定與主體內容相呼應，且做適當拓展和延伸。如在導論章節設計“大數據未來可能的發展趨勢和存在問題”的討論主題及在第二章節提出了“NCBI的實際應用”等問題以激發學生對所學知識深入思考。

2 課程的建設過程

2.1 前期組建課程團隊

良好的課程團隊是設計、實施和完成課程建設的必要保障。生物大數據課程由省級優秀教師擔任課程負責人，同時邀請其他院校、企業一線技術專家參與，共同組成主講教師團隊，為實現課程內容的理論高度和實用價值并重提供保障。此外，課程團隊召集專業骨干教師組成課程技術支持小組，負責課程的視頻資源編輯整合、課件內容優化、討論主題與題庫設計等建設任務，為課程建設的具體實施提供強有力的人員支持。

2.2 中期搭建慕課模塊

生物大數據課程從課程資源、課程互動和課程考核三個方面搭建慕課模塊。資源模塊既包括了課程介紹、大綱、教學目標、考核、電子課件、課程題庫、教學視頻、教學案例等基本資源，也涵蓋案例、前沿專題和熱點問題等拓展資源。作為資源模塊中工作量最大、難度最高的任務，教學微視頻制作采用隨堂錄像和單獨錄制兩種方式完成。其中，第一至第六章的內容以“真實課堂+專業攝像”的隨堂模式進行錄制，比單純面對鏡頭的錄制方式更具感染力；第七章的實訓內容運用屏幕錄像法[4]進行單獨錄像，更清晰直觀地展示數據處理工具的操作細節。

互動模塊包括答疑區、討論區和課程評價等功能板塊。其中，討論區由課程組提前設計、篩選確定課程熱點或前沿問題，并配合教學進度發布討論主題，再由學生、教師自由參與主題討論，最后由負責教師總結和分析各類觀點，進一步延伸主題。考核模塊采用過程性評分和總結性評分相結合的方式建立考核標準。以各章節測試和在線討論作為過程性評分的依據，以期末綜合測評作為總結性評分的依據。在分數比例分配上，兩者各占50%。

2.3 后期開展教學應用

生物大數據課程采用常規慕課模式[5]在中國大學MOOC(愛課程)平臺上開展具體的教學應用。如圖1所示，開課前1.5～2個月向平臺提交申請，經審核通過后即對外公布開課信息。開課期間，通過定期(一般為1周/次)發布微視頻、課件等資源及定期(2～3周/次)組織章節測試、在線討論等方式開展教學活動；并借助答疑區和QQ群進行教學互動。臨近結課時，對學生學習情況進行綜合評價，并為成績合格的學生發放結課證書。截至目前，本課程已在愛課程平臺開課5輪。據不完全統計，選課學生以省內高校學生為主，如第2輪和第3輪開課有超過70%的選課學生是通過福建省高校在線教育聯盟跨院校互選方式進入課程。

圖1 “生物大數據”部分內容的教學應用模式

3 課程教學應用的成效分析

3.1 課程的線上評價

經過多輪的在線授課，課程取得了一定的教學效果。由表2可知，學生普遍感受是課程內容豐富、實用，感覺受益匪淺。也有部分學生提出希望課程增加實操訓練、增加互動等建議，文科類學生則認為課程難度較大。通過數據可知，學生既對在線教學效果給予肯定，也指出了課程存在的問題，為課程后續的改革優化提供了依據。

表2 學員的典型評價

3.2 課程的運行效果分析

參照陳波[6]評價方法對信息較全的3次開課進行課程運行效果的分析。從表3可以看出，課程選課人數較多，但實際參與課程學習的有效選課人數偏低，這與多數在線課程存在學生“選而不學”的現狀有關[7]。就過程性指標而言，參與測試人數明顯多于其他觀測點，表明學習者對過程性考核較為重視，但對主題討論不夠積極主動。就有效性指標而言，考試通過率逐次上升，由68%上升至87%。總體分析得出，課程的運行效果處于評價體系的良好級別，學習者的學習積極性有待提高。

表3 課程運行效果的評價指標與觀測數據

4 存在問題的對策分析

針對學習者學習積極性不足的問題，結合前人的研究[8]，分析其可能的原因是在線開放課程的交互性偏低造成學生難以體會學習存在感帶來的積極感受。在課程后續建設中考慮從兩方面深化改革，一是優化課程內容與形式。認知興趣和自我發展是選課動機的主要構成[9]。課程內容的持續更新，可提供最新的實用性知識和技能，滿足自我發展的需求；而形式上注重引入啟發式、任務驅動式或問題導向式等教學手段，激發學習者的探究熱情。二是加強課程互動與交流。在線課程平臺交互性設計的不足，容易造成教師反饋滯后，影響學習體驗。因此，增加體驗性強的教學環節，如以實操訓練為主題的線下見面會，有助于提升學生學習體驗。