一流本科課程建設(shè)背景下交叉學(xué)科課程的教學(xué)改革探索

齊鑫

摘? 要：生物信息學(xué)是近年來(lái)迅速發(fā)展的一門新興前沿交叉學(xué)科，已成為本科院校生物技術(shù)專業(yè)重要的專業(yè)課程之一。一流本科課程建設(shè)對(duì)生物信息學(xué)的教學(xué)提出了新層次、高水平的要求。本文綜合分析了生物信息學(xué)課程目前的教學(xué)現(xiàn)狀，以建設(shè)一流本科課程、培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維能力高素質(zhì)人才為目標(biāo)，從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法、建設(shè)教學(xué)平臺(tái)及完善考評(píng)方式等方面對(duì)應(yīng)用型本科生物信息學(xué)課程進(jìn)行混合式教學(xué)改革的思路進(jìn)行了探索和分析，為培養(yǎng)優(yōu)秀的生物技術(shù)專業(yè)人才奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：一流本科課程? 生物信息學(xué)? 前沿交叉學(xué)科? 混合式教學(xué)? 教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2021）07（b）-0112-03

Exploration of the Teaching Reform of Interdisciplinary Courses under the Background of the First-Class Undergraduate

Courses Construction

——Taking Bioinformatics as an Example

QI Xin*

（School of Chemistry and Life Sciences， Suzhou University of Science and Technology， Suzhou， Jiangsu Province， 215011? China）

Abstract： Bioinformatics is a new frontier interdisciplinary subject with rapid development in recent years. It has become one of the important professional courses of biotechnology in undergraduate colleges. The construction of first-class undergraduate courses puts forward new and high-level requirements for the teaching of Bioinformatics. This paper comprehensively analyzes the current teaching situation of Bioinformatics course. Aiming at building a first-class undergraduate course and cultivating high-quality talents with innovative thinking ability， this paper explores and analyzes the idea of hybrid teaching reform of applied undergraduate Bioinformatics course from the aspects of optimizing teaching content， improving teaching methods， building teaching platform and perfecting evaluation methods， to lay a foundation for cultivating excellent biotechnology professionals.

Key Words： First-class undergraduate course; Bioinformatics; Frontier interdisciplinary; Hybrid teaching; Teaching reform

多學(xué)科交叉融合是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)，也是高等院校學(xué)科和課程建設(shè)的重要方向。2019年10月，為了貫徹落實(shí)習(xí)近平總書記教育重要論述的精神，深化教育改革，教育部發(fā)布了《關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見(jiàn)》[1]，提出在“全面開(kāi)展一流本科課程建設(shè)”的目標(biāo)指引下，“建設(shè)一批中國(guó)特色、世界水平的一流本科課程，體現(xiàn)多學(xué)科思維融合、跨專業(yè)能力融合、多學(xué)科項(xiàng)目實(shí)踐融合，建設(shè)一批培養(yǎng)創(chuàng)新型、復(fù)合型人才的一流本科課程”。

生物信息學(xué)是一門新興的前沿交叉學(xué)科，旨在通過(guò)綜合運(yùn)用生物學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、化學(xué)、信息學(xué)等多學(xué)科的知識(shí)，分析和研究生物問(wèn)題[2]。近年來(lái)，隨著生物領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)技術(shù)的突破、計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展以及人類基因組計(jì)劃的實(shí)施，生物信息學(xué)的學(xué)科優(yōu)勢(shì)逐漸凸顯，能夠以發(fā)展的、聯(lián)系的、系統(tǒng)的視角處理和分析大規(guī)模組學(xué)數(shù)據(jù)，探索復(fù)雜生命過(guò)程的奧秘，已成為現(xiàn)代生命科學(xué)領(lǐng)域中重要的前沿科學(xué)之一[3]。目前，生物信息學(xué)是大多數(shù)高等本科院校生物技術(shù)專業(yè)重要的專業(yè)核心課程，是培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科綜合思維能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的重要課程。因此，如何在一流本科課程建設(shè)的背景下，培養(yǎng)一流的復(fù)合型人才，對(duì)生物信息學(xué)課程的教學(xué)改革提出了新層次、高水平的要求。本文以蘇州科技大學(xué)生物信息學(xué)課程為例，積極探索建設(shè)生物信息學(xué)“線上線下混合式”一流課程的教學(xué)改革思路。

1? 生物信息學(xué)課程的教學(xué)現(xiàn)狀及問(wèn)題

生物信息學(xué)是生命科學(xué)與信息科學(xué)等多學(xué)科交叉的新興前沿學(xué)科，其發(fā)展對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)方法和人才培養(yǎng)模式提出了重大的挑戰(zhàn)。面對(duì)打造一流“金課”的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，生物信息學(xué)課程的教學(xué)現(xiàn)狀及問(wèn)題主要包括以下幾個(gè)方面。（1）教學(xué)理念和學(xué)習(xí)理念滯后。一方面，教師未能注重基本理論知識(shí)與科學(xué)研究前沿相結(jié)合，不斷充實(shí)教學(xué)內(nèi)容;另一方面，學(xué)生沒(méi)有改變“接受式”的學(xué)習(xí)習(xí)慣，不能將生物信息學(xué)與已學(xué)的生物化學(xué)和分子生物學(xué)等課程相聯(lián)系，做到融會(huì)貫通。（2）教學(xué)平臺(tái)和教學(xué)模式單一。生物信息學(xué)具有較強(qiáng)的實(shí)操性，需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作提高學(xué)生的實(shí)踐、應(yīng)用和協(xié)作能力。目前，大多數(shù)普通本科院校尚未根據(jù)交叉學(xué)科的特點(diǎn)建立專業(yè)的生物信息學(xué)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。（3）教材建設(shè)不完善。由于生物信息學(xué)與前沿的信息技術(shù)聯(lián)系緊密，許多教材內(nèi)容的更新速度不及生物信息學(xué)新技術(shù)、新方法的發(fā)展速度。（4）課程考核方式單一。目前，生物信息學(xué)課程的考核方式仍以考試為主，缺乏對(duì)教學(xué)效果和學(xué)習(xí)效果的過(guò)程性評(píng)價(jià)，未能對(duì)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力進(jìn)行充分考核。

2? 建設(shè)生物信息學(xué)一流本科課程的探索

隨著新一代信息技術(shù)的發(fā)展，“線上線下混合式”教學(xué)能夠?qū)⒃诰€教學(xué)與課堂教學(xué)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，激發(fā)課堂活力，已成為新的發(fā)展趨勢(shì)[4]。本文根據(jù)一流本科課程的建設(shè)目標(biāo)，從課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、平臺(tái)建設(shè)和考評(píng)方式等角度，對(duì)生物信息學(xué)“線上線下混合式”一流課程建設(shè)進(jìn)行探索，注重知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)與素質(zhì)提升的有機(jī)融合。

2.1 緊密結(jié)合科研和實(shí)踐建立課程體系、優(yōu)化課程內(nèi)容

生物信息學(xué)作為新興且正在快速發(fā)展的前沿學(xué)科，課程建設(shè)應(yīng)與科學(xué)研究、實(shí)踐應(yīng)用緊密結(jié)合，根據(jù)科研和實(shí)踐需要不斷充實(shí)、深化教學(xué)內(nèi)容，將科研成果及時(shí)向課程教學(xué)轉(zhuǎn)化，同時(shí)根據(jù)學(xué)生的反饋不斷調(diào)整、優(yōu)化課程內(nèi)容，在建設(shè)過(guò)程中逐步完善化、系統(tǒng)化，形成以功能基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白組學(xué)為主線，以數(shù)據(jù)庫(kù)、算法和統(tǒng)計(jì)為核心，以生物信息學(xué)領(lǐng)域研究前沿為引領(lǐng)的課程體系，并按照專業(yè)基礎(chǔ)合理設(shè)置課程內(nèi)容。

2.2 整合教學(xué)資源，優(yōu)化“線上線下混合式”教學(xué)模式

生物信息學(xué)是生物與信息的有機(jī)結(jié)合，而生物技術(shù)專業(yè)的本科生計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)相對(duì)比較薄弱，初學(xué)生物信息學(xué)相關(guān)算法和軟件原理等理論知識(shí)的熱情不高。為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的理解能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，生物信息學(xué)課程教學(xué)可采用“線上線下混合式”教學(xué)方法[5]，對(duì)于本課程中的生物數(shù)據(jù)庫(kù)、序列比對(duì)、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)與分析和高通量測(cè)序技術(shù)等部分的知識(shí)點(diǎn)，可采用課堂外自主學(xué)習(xí)北京大學(xué)開(kāi)設(shè)的“生物信息學(xué)：導(dǎo)論與方法”MOOC課程的方式，拓展學(xué)生的知識(shí)面，強(qiáng)化學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí);對(duì)于基因預(yù)測(cè)與功能注釋、系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)構(gòu)建、轉(zhuǎn)錄組分析、蛋白組分析等內(nèi)容，可采用傳統(tǒng)的課堂內(nèi)理論教學(xué)的方式，在講解教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)時(shí)，可采用動(dòng)畫展示，使教學(xué)內(nèi)容變得直觀和生動(dòng);對(duì)于生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)搜索、多序列比對(duì)、系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)的構(gòu)建、蛋白質(zhì)編碼基因功能注釋等內(nèi)容，可采用課堂內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式，使學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)更好地掌握生物信息學(xué)的基本理論、分析方法等內(nèi)容，并提高學(xué)生實(shí)踐操作能力。在整個(gè)生物信息學(xué)課程的教學(xué)過(guò)程中，注重以學(xué)生為中心提升教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性、教師和學(xué)生討論的互動(dòng)性，使學(xué)生能夠有效利用所學(xué)知識(shí)對(duì)生物信息學(xué)的具體問(wèn)題進(jìn)行分析并解決。

2.3 面向多學(xué)科交叉融合，深化“引進(jìn)來(lái)”和“走出去”產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人

生物信息學(xué)作為新興前沿交叉學(xué)科，其基礎(chǔ)理論問(wèn)題有明確的應(yīng)用前景，課堂教學(xué)需要注重基礎(chǔ)理論知識(shí)與先進(jìn)信息技術(shù)相結(jié)合、基礎(chǔ)理論知識(shí)與科學(xué)研究相結(jié)合、基礎(chǔ)理論知識(shí)與生產(chǎn)應(yīng)用相結(jié)合。為此，要加強(qiáng)國(guó)內(nèi)外交流合作，探索“引進(jìn)來(lái)”和“走出去”緊密結(jié)合的教學(xué)模式[6]。一方面，重視與國(guó)內(nèi)外重要的功能基因組學(xué)科研單位和醫(yī)學(xué)研究單位等建立合作與交流關(guān)系，定期組織研討會(huì)，邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)外知名的生物信息學(xué)相關(guān)科學(xué)家、企業(yè)家和學(xué)者等做報(bào)告，與教師學(xué)生進(jìn)行面對(duì)面的溝通與交流，讓學(xué)生了解生物信息學(xué)研究前沿的同時(shí)，用專家學(xué)者的魅力激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力、拓寬學(xué)生的視野、深化學(xué)生對(duì)生物信息學(xué)課程的認(rèn)識(shí)。另一方面，為深化產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人，可以選拔部分學(xué)生走出校園，參加生物信息學(xué)相關(guān)的國(guó)內(nèi)會(huì)議，并在實(shí)習(xí)過(guò)程中參觀基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白組學(xué)相關(guān)的優(yōu)秀生物公司，讓學(xué)生更好地了解生物信息學(xué)發(fā)展前沿，認(rèn)識(shí)生物信息學(xué)領(lǐng)域的就業(yè)前景，激發(fā)學(xué)生對(duì)生物信息學(xué)的學(xué)習(xí)興趣和強(qiáng)烈的求知欲，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感。

2.4 強(qiáng)化交叉學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)

生物信息學(xué)課程涉及生物學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和數(shù)學(xué)等多個(gè)學(xué)科的內(nèi)容，需要根據(jù)課程設(shè)置搭建生物實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的交叉學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，為生物信息學(xué)課程的教學(xué)和科研提供重要的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)支撐，促進(jìn)多學(xué)科知識(shí)點(diǎn)的相互滲透與相互融合。

2.5 構(gòu)建多元化考評(píng)方式，創(chuàng)新課堂評(píng)價(jià)體系

課程的考核和評(píng)價(jià)是生物信息學(xué)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)之一。對(duì)于“線上線下混合式”生物信息學(xué)課程，可結(jié)合學(xué)生的線上課程完成度、線下理論課程的課堂討論活躍度與期末考試成績(jī)、線下實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)等方面對(duì)學(xué)生的成績(jī)進(jìn)行綜合評(píng)定。其中線上課程的完成度主要考查學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源對(duì)生物信息學(xué)研究?jī)?nèi)容和研究方法的自主學(xué)習(xí)能力;線下理論課程的課堂討論活躍度主要考查學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和聽(tīng)課注意力，期末考試能夠綜合考核學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論的掌握情況和知識(shí)應(yīng)用能力等方面;線下實(shí)驗(yàn)課程則主要考查學(xué)生對(duì)生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)、軟件和分析方法的掌握和實(shí)驗(yàn)操作能力，進(jìn)一步考查學(xué)生的實(shí)踐能力和思考能力。

3? 結(jié)語(yǔ)

多學(xué)科交叉融合是本科院校課程建設(shè)的重要方向，有利于培養(yǎng)創(chuàng)新型、復(fù)合型的一流人才。“線上線下混合式”生物信息學(xué)課程的教學(xué)改革探索是一流本科課程建設(shè)背景下前沿交叉學(xué)科課程進(jìn)行改革的典型代表，是信息化課程教學(xué)改革的必然要求，也是培養(yǎng)學(xué)生思維能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。因此，本校生物信息學(xué)課程團(tuán)隊(duì)從課程內(nèi)容、教學(xué)模式、平臺(tái)建設(shè)和考評(píng)體系等方面，積極探索生物信息學(xué)“線上線下混合式”一流本科課程的建設(shè)，有效地促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，提高了學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，對(duì)培養(yǎng)一流的生物技術(shù)本科人才具有重要意義。

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