基于項目式教學法的翻轉課堂在生物信息軟件方法課程中的教學實踐

張 嵐 王金朋 葛偉娜 張家琦 王 莉 潘玉欣

（華北理工大學生命科學學院 河北唐山 063210）

生物信息學是在融合了生物學、計算機科學和數學的相關知識的基礎上，應用計算機和程序設計工具來獲取、加工、存儲、分類、檢索與分析生物學數據，以達到理解其生物學意義，并應用于生物醫學研究、人類健康事業、現代農業等領域的新興交叉學科。生物信息軟件是方法，是學科中側重實踐性和應用性的專業課程，傳統“水漫式”授課方式，不能滿足信息多元化時代背景下學生的學習需求，尤其是在軟件方法課程中，學生在項目進行中遇到的問題呈現明顯的個體差異，導致課堂完成度低，學習效果差。翻轉課堂起源于2000年美國，隨著互聯網的發展和普及，翻轉課堂的方法逐漸在全世界教育行業流行開來[1]。項目式學習（Project-based learning，PBL）是一種以學生為中心的教學方法，改變了以往“教師講，學生聽”被動的教學模式，創造了學生主動參與、自主協作、探索創新的新型教學模式[2]。我們根據教學過程中存在的主要問題，總結出一套基于項目式教學法的翻轉課堂教學模式，并應用于實踐教學中，挖掘學生的共性與個性，培養學生的實踐技能，激發學生的探索精神，取得了顯著的教學效果。

一、課程現狀及存在問題

生物信息軟件方法課程呈現模塊化的特點，內容涉及生物數據分析處理的主要方面，是進行比較基因組學分析的主要手段。通過本課程的學習，使學生掌握主流生物信息軟件和工具的基本原理、使用方法和操作流程，理解高通量生物數據所包含的生物學意義。

傳統的教學模式是“以教師為中心，以課堂為中心，以教材為中心。”重視系統知識的傳輸和授課計劃的完成，教學方式相對單一，以講授法和提問法為主，學生處于一種被動學習的狀態，缺乏應用知識的機會和能力，忽視了對學生創新能力和實際操作能力的培養[3]。這與實踐應用型課程的教學目標嚴重不符，同時，信息化時代背景下，學生獲取知識的來源也相對多元化，枯燥的課本知識難以維持學生學習的原始動力和興趣。沉悶的課堂氛圍，要求我們必須轉變教師角色，相信學生潛力，積極探索“以學生為中心”的教學模式，注重學生綜合素質的培養。

二、教學模式探索

教育的本質不是灌輸，而是一種激發與喚醒。素質的提升不是技能的相加，更不是知識量的簡單積累。教育的目的是為人的全面發展，教師要尊重每一個學生個體，要注重知識的融會貫通和知識的再創造，要共同營造民主、和諧、平等、自由的課堂氛圍。教師應更多地關注學生身、心、靈的整體健康成長和綜合素質的穩步提升。我們以大學生創新創業項目為契機，項目式教學模式能夠以最快的速度將理論知識應用于實踐，同時，又幫助學生加深對理論知識的理解。在教學實踐中，PBL教學法雖然對教師和學生具有一定的挑戰性，但是借助于翻轉課堂，我們將知識的學習由課堂轉變為課前，知識的鞏固與提升由課下轉為課堂，同時，使得學習效果的評價方式也變得多元化。

基于項目式教學法的翻轉課堂實施的優勢：

（1）理論實踐相結合。將生物信息學專業必備的知識與技能和大學生創新創業項目有機結合，不僅能夠將系統知識融合于項目實踐當中，而且能夠將更多的項目經驗帶入到課堂中，真正做到了“從實踐中來，到實踐中去”。

（2）隨時隨地學習。翻轉課堂將學生學習的時間地點靈活化，突破了項目式教學的壁壘，同時，大學生創新創業項目為學生提供了激發學生興趣的項目主題，保證了翻轉課堂的順利實施。

（3）多元化評價機制。翻轉課堂教學模式為學生提供了多元化評價機制，借助于線上教學平臺，在課堂的演講、討論和互動中，完成師生與生生互評，為過程化考核提供了素材。

三、基于PBL的翻轉課堂在生物信息軟件方法的實踐

項目式教學與翻轉課堂相結合的教學模式，是對“以學生為中心”教學理論的積極探索，能夠有效地拓展學習時間，解決課時壓縮的問題，學生能夠更加自由地發揮主觀能動性，從關注知識的記憶到能力和素質的提升，鼓勵探索與思考，關注交流與互動，師生與生生也能夠獲得更多的尊重與愛護。

（1）課前。教師在課前整理近三年本專業大學生創新創業項目，發布項目任務，學生可自由結組，每組人數不超過5人。教師將與任務點相關的課件、微課、翻轉任務書、電子書及其他在線教學資源發布在網絡教學平臺上。學生根據項目任務，有針對性地選擇合適的教學資源，教師在線提供相關咨詢與指導。以基因家族的生物信息學分析項目為例，學生可以自主選擇蛋白質結構分析、序列比對、分子進化分析等知識要點進行深入學習，這樣就可以有效地擴展課堂教學時間。很多學生為了使項目取得積極進展，主動查閱最新的科技文獻，形成有價值的思考，進而指導實踐工作順利開展，有效地拓展了學習的廣度與深度。

（2）課中。以項目小組為單位，進行項目的展示和報告，為學生提供展示自我的平臺和機會。教師與學生，組內與組間就項目技術路線、項目實施過程中存在的問題，進行深度討論，發現問題并提出解決方案。在項目分享結束之前，教師會對項目中涉及的知識點和項目方案進行統一梳理，從宏觀角度給出專業的參考意見。以分子進化分析為例，當輸入序列數目較多，且親緣關系較遠時，需要采用不同的序列比對方法進行多序列比對，進而選擇不止一種系統發育分析工具得到最接近真實進化情況的拓撲結構。通過課上對項目的演練和思維的碰撞，為項目推進提出新思路和新方法，幫助學生樹立自信心以及培養合作意識 。

（3）課后。教師根據翻轉課堂任務書、課堂討論情況和項目實施情況，發布有針對性和延展性的主題討論，將知識的學習拓展至最新的科研前沿。同時發布相關任務點作業，升華學生對難點和重點問題的理解。另外，通過問卷調查，及時獲取學生對課堂的評價反饋。教師系統整合有效意見和整理教學材料，用于指導下一次的教學實踐。

四、結束語

針對生物信息軟件方法的課程特點和學生學習行為特點，采用基于PBL的翻轉課堂教學模式，很好地解決了目前教學中遇到的學時吃緊、學生積極性不高，實操結果得不到及時評價等問題。課前，學生通過項目驅動和微課學習，將知識點學習和項目實施有機結合；課中，通過項目展示和小組討論，完成知識點的內化和深化，加速重難點突破和化解，培養學生的思辨能力、自主學習能力和團隊協作能力；課后，通過線上線下師生互動，真正完成教學過程的閉環控制。基于PBL的翻轉課堂模式，體現了“以項目為主線、以學生為主體，教師為主導”的教育教學理念，在提高教學質量的同時，不僅能夠幫助學生構建多元化的知識結構，而且有助于提升學生解決實際問題的實踐能力和創新能力。同時，為生物信息課程建設、考試改革、專業建設等提供相應的參考。