“生物信息學(xué)”課程中研討式教學(xué)實踐

摘要：研討式教學(xué)模式將研究與討論貫穿于教學(xué)的全過程，有助于調(diào)動學(xué)生的積極性、加深對知識的理解、增進學(xué)習(xí)效果。通過確立授課目標(biāo)、精心設(shè)計和組織授課內(nèi)容、在實踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗，在“生物信息學(xué)”的授課過程中對研討式教學(xué)模式進行了探索和實踐。

關(guān)鍵詞：生物信息學(xué)；課堂研討；案例分析

作者簡介：劉偉（1979-），女，遼寧鐵嶺人，國防科技大學(xué)機電工程與自動化學(xué)院，講師；張紀(jì)陽（1979-），男，湖南泌陽人，國防科技大學(xué)機電工程與自動化學(xué)院，講師。（湖南 長沙 410073）

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）23-0060-02

21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)，生物技術(shù)飛速發(fā)展，生物學(xué)數(shù)據(jù)大量積累。而生物信息學(xué)正是在這種大背景下蓬勃興起的交叉型學(xué)科，旨在用信息學(xué)方法解決生物學(xué)問題。為了培養(yǎng)復(fù)合型人才，大力發(fā)展交叉學(xué)科，國防科技大學(xué)（以下簡稱“我校”）近年來面向全校理工科研究生開設(shè)了“生物信息學(xué)”選修課程。

“生物信息學(xué)”作為新興的交叉學(xué)科，具有融合性、發(fā)展性和開放性的特點。[1]融合性是指生物信息學(xué)涉及的生物、計算機、數(shù)學(xué)等多個學(xué)科的交叉與融合。從20世紀(jì)90年代到現(xiàn)在，該學(xué)科發(fā)展非常迅速，研究熱點發(fā)生了數(shù)次改變。開放性是指該學(xué)科存在大量有待探索和研究的新問題。這些特點一方面為課堂教學(xué)提供了大量的主題和素材，一方面也對授課方式提出了較高的要求。經(jīng)過認(rèn)真分析，選定研討式教學(xué)作為該課程的主要授課方式。研討式教學(xué)即研究討論式教學(xué)，是將研究與討論貫穿于教學(xué)的全過程。[2]在教師的具體指導(dǎo)下，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，通過自我學(xué)習(xí)、自我教育、自我提高來獲取知識和強化能力培養(yǎng)。[3]通過確立教學(xué)目標(biāo)，精心設(shè)計和組織教學(xué)內(nèi)容，在實踐中貫徹研討式教學(xué)理念和方法，在生物信息學(xué)課程中對研討式教學(xué)模式進行了理論探索和實踐創(chuàng)新。

一、教學(xué)目標(biāo)的確立

合理的課程目標(biāo)與定位是決定課程建設(shè)成敗和教學(xué)效果的基礎(chǔ)，其主要依據(jù)是人才培養(yǎng)需求和授課對象的實際情況。首先，教學(xué)對象是研究生，已具備一定的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新思維的能力。教師不僅要傳授知識，而且要講解基本的研究方法，讓學(xué)生具備獨立思考問題、分析問題和解決問題的能力。其次，作為軍校學(xué)生，以后從事的工作可能涉及很多學(xué)科方向，展現(xiàn)如何針對一門新的學(xué)科方向進行研究的整體思路顯得很有意義。最后，考慮到學(xué)生不同的知識背景，對于各部分內(nèi)容的理解程度不同，必須兼顧不同的專業(yè)方向，讓每個學(xué)生都能有所收獲。因此，確立教學(xué)目標(biāo)為：介紹生物信息學(xué)的基本概念和方法，通過案例分析展現(xiàn)科學(xué)研究的基本方法和實踐過程。

二、教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計和組織

1.教學(xué)內(nèi)容的總體設(shè)計

確定了教學(xué)目標(biāo)之后，需要對課程的教學(xué)內(nèi)容進行總體設(shè)計。參考國內(nèi)外多所高校的相關(guān)課程設(shè)置，如北京大學(xué)的“生物信息學(xué)導(dǎo)論”、中科大的“生物信息學(xué)”、中科院的“生物信息學(xué)與系統(tǒng)生物學(xué)”和MIT的“Bioinformatics and Proteomics”等，發(fā)現(xiàn)這些課程主要是針對生物專業(yè)的學(xué)生開設(shè)，側(cè)重于方法學(xué)介紹。而我校學(xué)生大部分是工科背景，對于統(tǒng)計和機器學(xué)習(xí)方法有一定基礎(chǔ)，重點是了解相關(guān)的生物學(xué)問題，并應(yīng)用已有的工科知識去分析和解決這些問題。同時，隨著生物信息學(xué)的快速發(fā)展，研究領(lǐng)域不斷擴大，有必要展現(xiàn)該學(xué)科的最新進展。

因此，課程內(nèi)容總體設(shè)計上以生物學(xué)問題為主線，結(jié)合最新的研究成果，對各種計算方法的應(yīng)用過程進行深入和細(xì)致的講解。在介紹生物信息學(xué)的研究現(xiàn)狀和生物學(xué)基礎(chǔ)知識之后，分多個專題詳述生物信息學(xué)最新的研究進展，各專題在內(nèi)容上相互銜接，由淺入深，以便學(xué)生理解和接受。以問題為導(dǎo)向的課程設(shè)計對于啟發(fā)學(xué)生思考，積極參與課堂研討具有重要作用。

進一步，為了突出部分重點專題及其分析方法，采用案例分析課的形式，針對一些重要問題進行深入探討。鼓勵學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識，結(jié)合自身的專業(yè)背景，通過積極地思考和討論提出相應(yīng)的解決方案。案例選擇為教師有一定研究基礎(chǔ)的開放性問題，一方面介紹已有的研究成果，一方面結(jié)合教師的研究體會，通過積極討論拓展新的研究思路。案例分析課有助于學(xué)生更多地參與課堂研討，對于知識的綜合應(yīng)用和科學(xué)研究過程產(chǎn)生切身體會。

2.教學(xué)內(nèi)容的組織

研討式教學(xué)的關(guān)鍵是調(diào)動學(xué)生的積極性，鼓勵學(xué)生踴躍地參與課堂討論，提出自己的觀點。通過集中備課，學(xué)習(xí)和吸取老教師的成功經(jīng)驗，總結(jié)調(diào)動學(xué)生積極性的基本要素，對授課內(nèi)容進行了認(rèn)真的組織和編排。

（1）重點突出，詳略得當(dāng)。由于生物信息學(xué)涵蓋內(nèi)容非常豐富，有必要對課程內(nèi)容進行取舍，在保證知識面的基礎(chǔ)上，突出授課的重點。減少或刪除重要性較低的部分，采用圖片和動畫等形式對重要的知識點加以強調(diào)，以深化學(xué)生的理解。只有學(xué)生對重點內(nèi)容理解透徹，才能激發(fā)出濃厚的學(xué)習(xí)興趣，積極參與課堂研討，碰撞出智慧的火花。

（2）新穎有趣，實例豐富。在課程內(nèi)容上應(yīng)充分體現(xiàn)知識性和趣味性，以豐富的實例展現(xiàn)生物信息學(xué)中基本的概念和方法。學(xué)生往往關(guān)注與日常生活休戚相關(guān)的內(nèi)容，期望能用所學(xué)知識解釋常見現(xiàn)象，因此實例選擇應(yīng)貼近生活體驗。課件中準(zhǔn)備了大量的實例，例如，在講完構(gòu)建進化樹之后，舉例說明為什么人類的祖先是從非洲走出來的；在生物代謝一章，通過賣火柴的小女孩的故事闡釋生物代謝過程的高效性；在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)部分，討論為什么濕著頭發(fā)睡覺，頭發(fā)容易變翹。通過實例分析，增加學(xué)生對于所學(xué)知識的理解和參與課堂研討的積極性。

（3）設(shè)置思考題，留出想象空間。針對重要的知識點，預(yù)先設(shè)置思考題，以啟發(fā)和擴展學(xué)生思路。生物信息學(xué)作為一門新興學(xué)科，存在大量沒有確定結(jié)論的開放性問題，有待深入探究。例如“人類與小鼠的基因組差別很小，為什么形態(tài)上有那么大的差別”，“生物系統(tǒng)模擬中，是否越復(fù)雜的模型越好”。針對這些問題適時地開展課堂研討，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開闊其視野。

三、研討式教學(xué)的開展

在授課過程中，教師應(yīng)努力營造活躍的課堂氣氛，密切觀察學(xué)生的動向，及時溝通存在的問題，選擇合適的時機開展課堂研討。不斷地積累經(jīng)驗，使課堂討論達(dá)到更好的效果。在開展課堂研討時，尤其應(yīng)注意以下幾點：

1.因材施教

在“生物信息學(xué)”課程中，學(xué)生的專業(yè)背景不盡相同，少部分學(xué)生來自生物專業(yè)，其他大部分是工科背景，如自動化、計算機仿真和認(rèn)知科學(xué)等。因此，在主題的選擇和研討環(huán)節(jié)的設(shè)計上，應(yīng)充分考慮到學(xué)生的需求和背景知識，發(fā)掘大家共同的興趣點。實踐證明，不同的學(xué)科背景可以有效地促進交流，提供對于同一問題的不同視角。例如，生物專業(yè)的學(xué)生可以解釋有關(guān)生物技術(shù)的問題，而仿真專業(yè)的學(xué)生對于系統(tǒng)的建模方法有深入的理解。有效的課堂討論，能夠促進各種思路的融合，碰撞出靈感的火花。

2.及時溝通

研討式教學(xué)需要教師對授課整體情況有較好的把握。例如，有一章的內(nèi)容是生物學(xué)基礎(chǔ)，教師針對這部分內(nèi)容進行了充分準(zhǔn)備，包括大量的圖片和動畫，并穿插了很多科學(xué)家的故事。但授課效果不盡理想，到了預(yù)設(shè)問題的環(huán)節(jié)，只有一兩個學(xué)生參與討論，大部分學(xué)生都一臉茫然。通過及時溝通，發(fā)現(xiàn)了兩個問題。一是背景知識不夠，學(xué)生對于預(yù)設(shè)問題了解不多；二是重要性認(rèn)識不足，學(xué)生認(rèn)為生物學(xué)的基礎(chǔ)知識與本課程的學(xué)習(xí)關(guān)系不大。考慮到學(xué)生的疑問，對授課內(nèi)容進行及時調(diào)整，進一步強調(diào)所學(xué)知識對于生物信息學(xué)的意義，并通過具體實例激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在實例的啟發(fā)下，學(xué)生開展了積極的討論，加深了對于所學(xué)知識的認(rèn)識。開展研討式教學(xué)，應(yīng)以學(xué)生為主體，及時地溝通發(fā)現(xiàn)課堂中存在的問題，并相應(yīng)地調(diào)整授課內(nèi)容。即使教師講得天花亂墜，如果學(xué)生知其然，不知其所以然，也不可能達(dá)到好的授課效果。

3.審時度勢

課堂研討開展的時機很重要。例如，當(dāng)講到生物信息學(xué)概況時，學(xué)生反應(yīng)不是很強烈。而當(dāng)教師結(jié)合自身經(jīng)驗談研究體會時，學(xué)生很有興趣，表情變得活躍，適合開展課堂討論。此時，可以組織學(xué)生交流學(xué)習(xí)目的、預(yù)期和存在的疑問，以便教師進行有針對性地授課。研討式教學(xué)一方面強調(diào)學(xué)生的主體地位，一方面要求教師發(fā)揮主導(dǎo)作用，密切注意學(xué)生動向，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的興趣點，引導(dǎo)討論的逐步展開和深入。

4.自主提問

如果教師能夠營造出一種輕松愉悅的課堂氛圍，學(xué)生往往能夠主動發(fā)問，提出不同觀點，而不拘泥于預(yù)先設(shè)置的問題。實踐證明，通過學(xué)生自主提問展開的課堂研討，往往效果更好。在前期鋪墊時，啟發(fā)學(xué)生自主思考并積極討論，分析該領(lǐng)域可能存在的問題和發(fā)展方向。當(dāng)講到后續(xù)內(nèi)容時，學(xué)生有了一定的心理預(yù)期，很想了解該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，以驗證與預(yù)期是否一致。同時，自主提問對于生物信息學(xué)研究有很好的推動作用，學(xué)生經(jīng)常能夠獨辟蹊徑，提出全新的思路，拓展研究內(nèi)容的廣度和深度。

5.課堂報告

在授課過程中，鼓勵學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識選擇感興趣的專題，閱讀相關(guān)文獻并進行課堂報告。由于學(xué)生的選題更接近彼此的思維方式，能夠反映一些共性的問題，對于擴展思路很有幫助。在報告過程中，教師可適時點評，穿插課堂討論，以深化學(xué)生對問題的理解。課堂報告可以全面地鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力、寫作能力和創(chuàng)新思維能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

四、研討式教學(xué)效果

在“生物信息學(xué)”課程中，針對研討式教學(xué)的理念和方法進行了不斷地探索和實踐。課堂研討約占總學(xué)時的三分之一，由教師根據(jù)每堂課的具體內(nèi)容和學(xué)生的反應(yīng)情況進行實時調(diào)整。尤其是案例分析課，課堂研討所占比例較高，通過逐步討論，較好地再現(xiàn)科學(xué)研究的一般過程。學(xué)生普遍反映采用研討式教學(xué)模式，課堂氣氛活躍，對于知識的理解更加深入，具有良好的教學(xué)效果。

參考文獻：

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（責(zé)任編輯：宋秀麗）