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微課在生物信息學探究性教學中的探索和應用

時間：2022-08-04 18:30:48 生物論文我要投稿

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　　微課在生物信息學探究性教學中的探索和應用

微課在生物信息學探究性教學中的探索和應用

　　李廣林

　　（陜西師范大學生命科學學院，陜西西安710119）

　　摘要：探究式教學是適應高等教育改革和發展的必然趨勢，如何在生物信息學教學中更好地實施探究式教學，是目前探究式教學模式在實踐環節面臨的重要問題。本文就如何在生物信息學探究性教學實踐中應用“微課”教學手段提高探究性教學效果進行了探討。

　　關鍵詞：微課；探究式教學；生物信息學

　　基金項目：2014年國家自然科學基金項目（31370329）；中央高校基本科研業務費（GK201403004）

　　作者簡介：李廣林（1973-），男（漢族），陜西寶雞人，博士，副教授，研究方向：生物信息學與功能基因組。

　　隨著網絡技術、信息技術和移動終端的快速發展，我們已進入“微信”、“微博”、“微電影”和“微課”的“微時代”。“微課”是指在5~10分鐘的時間內，以視頻為主要載體，記錄教師在教學過程中圍繞某個知識點而開展的可視化、數字化的教學活動。由于微課可以通過智能手機、平板電腦等多種移動終端來制作、展現和學習交流，它已經被越來越多的學生和教師接受。探究式教學是適應高等教育改革和發展的必然趨勢，如何在教學中更好地實施探究式教學，是目前生物信息學探究式教學模式在實踐環節面臨的重要問題。本文就如何在生物信息學探究性教學實踐中應用“微課”教學手段提高探究性教學效果進行了探討。

　　一、探究性教學是生物信息學教學的發展方向

　　探究式教學模式是指學生在教師的指導下，根據自身先前認知結構中的相關經驗，通過體驗、發現、探索、協作等方式主動獲取知識、解決問題的一種教學模式。區別于以教師為中心、以知識掌握為本、以知識結構為驅動的傳統教學，探究性教學以學生為中心，以能力發展為本，以問題或任務為驅動開展教學活動。

　　1. 探究性教學是生物信息學教學改革的必然趨勢。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》指出，要“遵循教育規律和人才成長規律，深化教育教學改革，創新教育教學方法，探索多種培養方式，形成各類人才輩出、拔尖創新人才不斷涌現的局面”。同時，《國家中長期生物技術人才發展規劃（2010—2020年）》指出，我國生物技術的開發應用總體水平與世界先進水平還有較大差距，在支撐我國生物產業發展的過程中缺乏高層次創新型人才和優秀創業型人才，需要增加人才資源開發投入，完善人才發展體制。綜合上述兩個綱要可以看出，未來迫切需要具有創新能力和素質的生物專業人才，而創新人才培養的關鍵在教育。所以，以“自主、探究、合作”為主要特點的探究式教學，符合國家教育教學改革和生物人才的發展規劃，是生物信息學教學改革的必然趨勢。

　　2.探究性教學模式適于生物信息學交叉學科的教學。生物信息學是由生物學與數學、計算機科學等學科交叉形成的前沿學科，主要通過研發并應用計算機技術及數學與統計方法，對生物數據進行管理、整合、分析、建模，從而解決重要的生物學問題，闡明新的生物學規律，獲得傳統生物學手段無法獲得的創新發現。生物信息學人才培養的主要目標是具有創新能力和素質的生物信息學專業人才，這就要求在生物信息學實踐中，當提出某一生物學問題時，可以借鑒和利用不同學科的思路和方法去探究。只要有利于揭示生物學規律的結果都可以保留，而不必拘泥于不同探究結果的同一性。這與探究性教學中以培養學生的能力發展為目標是一致的。

　　二、生物信息學探究性教學中存在的主要問題

　　目前生物信息學探究性教學應用于教學實踐的時間不長，雖然取得了一定的成果，但在實踐環節還存在以下主要問題。

　　1.學生的基礎知識不扎實，導致探究性教學效果不好。生物信息學是生物、數學與計算機等學科形成的交叉學科，在進行探究性的教學過程中，涉及到數學與計算機方面的知識和技術比較多，而生物背景的學生在這方面的知識比較欠缺或者不強，所以在探究性問題的自主探究時，表現出參與的興趣不高、設計的方案較為單一、小組協作的效率較低等實際問題，從而導致探究性教學效果不好。

　　2.學生的動手實踐和創新能力不強，導致探究性教學沒有落到實處。在按照自主設計的探究方案進行上機實踐時，大部分學生的自主設計方案不能在上機時間內完成。除過設計較為復雜的情況外，大部分原因是由于學生自身對計算機的linux操作系統、perl編程語言以及相關的操作技術不熟造成的，有些細節在他們的自主設計中沒有考慮到，所以總會碰到很多超乎其想象的問題。本來這些問題在課外時間學生可以繼續解決，但由于學生的學習科目很多，上機沒有完成的內容很少有學生在課外繼續探究，導致探究性的上機實踐活動沒有落到實處。

　　3.教師的授課時間和水平限制，導致探究性教學的教師導向作用不明顯。教師能否提出啟發性的，適于進行探究性的問題是探究性教學能否取得成功的關鍵所在。但是由于課時和教學內容的限制，很多提出的問題還是以教師為中心，學生沿著教師的思路向統一的結果或者答案靠攏，學生并沒有根據自身的知識結構從多種途徑進行探索。

　　三、微課為生物信息學探究性教學的有效實施提供了新的思路和方法

　　微課是指以視頻為主要載體，記錄教師圍繞某個知識點或教學環節開展的簡短、完整的教學活動。其核心組成內容包括微教學視頻以及與該教學主題相關的微教案、微課件、微練習、微反思、微點評、微反饋等輔助性教學資源。

　　微課的特點有三點：首先微課短小精悍，通過多媒體和網絡技術進行教學內容傳播，有利于學生利用碎片化時間進行學習；其次，微課的教學容量小，主題突出，內容獨立精練，有利于學生查缺補漏，各取所需，能夠實現教與學的個性化選擇。最后，微課的時間一般很短，通常限制在5~10分鐘之間。

　　為在短時間內達到良好的學習效果，微課常采用問題式的、案例化的教學方法，微課有助于激發學習者的學習興趣，啟迪學習者進行思考，這與探究式教學模式所主張的體驗式學習、自主學習的思想是一致的。所以在探究性教學中可以使用微課。另外，微課有很大的靈活性，可以針對生物信息學探究性教學中的某一具體問題進行微課授課，微課為生物信息學探究性教學的有效實施提供了新的思路和方法。

　　四、微課在生物信息學探究性教學實踐中的應用

　　按照生物信息學探究性教學的主要環節，微課可以分為課前預習類、課堂教學類、課后復習和拓展類。下面結合案例談談微課在生物信息學探究性教學實踐中的應用。

　　1.微課在課前預習中的應用。生物信息學探究性教學授課內容大多涉及一些數理統計和計算機知識，然而對于生物背景的大學生在這方面基礎較弱。所以，教師可以根據學生學習新知識所需的數理知識設計制作具有針對性的微課，讓學生在預習新課時根據自己的實際情況選擇性地觀看微課，為后續新課的探究性學習打好基礎。例如在講到序列對數據庫的檢索（Blast）一節內容時，可以將Blast一節授課內容中用到的正態分布、極值分布、統計學p值的顯著性檢驗等知識做成微課，供學生在課前預習。

　　2.微課在課堂教學中的應用。在生物信息學探究性教學的課堂教學實踐中，教師應該積極去引導和促進學生進行探究，過多使用微課的形式可能會讓學生失去探究的動力，形成對微課的依賴，所以在利用微課進行教學時，教學內容應該有所選擇，應該主要針對教學中的重點和難點內容制作微課，并上傳到相應的課程學習網站上，以便學生在課堂學習外，還可以利用課外時間進行觀看和探究。例如在講到“序列對數據庫的檢索（Blast）”一節內容時，在課堂教學中可以利用微課探究不同核酸或者蛋白打分矩陣的選擇對blast結果的影響，或者探究不同的E值對blast結果的影響。

　　3.微課在課后拓展中的應用。由于學生自身的知識結構和理解能力的差異，他們對同一知識和操作的理解和掌握程度會有所不同，而課堂教學不可能針對每一個學生進行探究式教學，因此，教師可以根據課堂教學的實施狀況和學生的實際能力，將具有拓展性的學習輔助材料（教學視頻、輔助性文檔等）設計制作成微課程，以滿足學有余力的學生利用課外時間繼續進行探究性學習。例如“序列對數據庫的檢索（Blast）”一節課的教學結束后，可以在課后拓展內容中利用微課引入近年發生的“中東呼吸綜合征（MERS）”，然后引導學生利用blast工具探究引起“中東呼吸綜合征”的冠狀病毒（MERS-CoV）序列特征，并分析其進化趨勢。

　　五、結語

　　在生物信息學探究性教學實踐過程中運用微課，有助于學生自主學習和創新能力的培養，不僅提高了探究性教學在課堂中的教學效果，而且可以使學生的探究性學習延伸到課外。微課作為一種新型的教學技術，隨著其在生物信息學探究性教學實踐中的廣泛應用，必將促進生物信息學教學的改革和學生創新能力的發展。

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