優化生物信息學專業中高等數學教學成效的路徑研究

摘要： 高等數學是生物信息學專業最重要的一門數學基礎課， 高等數學教學效果的好壞不僅影響到生物信息學人才的培養，還會影響我國的科技發展水平與現代化進程。本文結合目前生物信息學專業中高等數學教學的實際，就優化高等數學教學效果提出相應建議。

關鍵詞： 生物信息學；高等數學；教學效果； 教學方法； 多媒體

生物信息學是綜合計算機科學、 信息技術和數學的理論和方法來研究生物學信息的交叉學科。數學作為生物信息學研究的基本工具， 已經成為生物信息學專業的必修課程。高等數學是大學數學的基礎課程， 通過高等數學的學習， 學生不僅可以掌握基本的數學概念， 公式及方法， 更可以提高自己的邏輯能力以及運用數學解決生物信息學問題的能力。因而高等數學教學效果的好壞， 直接影響到一個學校， 一門學科人才的培養， 進而會影響到我國的科技發展水平與現代化進程。筆者結合此領域教師們多年的教學實踐， 結合生物信息學的專業特點從課前、 課上、 課后三個方面闡述提高高等數學教學效果的幾點建議。

1做好充分的課前準備，有的放矢。

要想在有限的課堂時間內達到最好的教學效果，教師首先需要在課前認真備課， 尤其要注意重點內容的強調以及知識點的銜接， 使得一次課成為一部完整的電影， 而不是多個場景的組合。同時， 由于生物信息學是一門快速發展的交叉科學， 因此在授課的過程中教師應當將生物信息學的前沿發展動態與課程內容進行合理的融合， 這就需要教師在課前閱讀大量的科研文獻， 做到教學科研一體化。此外， 還要精心制作課件， 好的課件不僅要字體大小適中， 背景美觀而不雜亂， 又要適當的加一些有趣的動畫。對于高等數學這樣一門相對枯燥的學科， 小小的動畫會讓學生的精神為之一振， 間接提高教學效果。同時要做到內容簡潔明了， 真正起到提綱挈領的作用。對于高等數學下冊來說， 課件的制作尤為重要。比如， 第一型曲面積分概念的引入， 不僅需要有準確的三維圖像， 而且引入概念的過程也要提綱式地逐條列出， 使學生清晰地了解一個抽象的數學概念是怎樣產生的。

2多方位開展課上教學實踐。

2.1 多媒體與板書結合

多媒體的出現為高等數學的教學帶來了極大方便。比如曲線與曲面積分的章節中， 很多問題都需要結合三維圖像來解答， 在黑板上畫立體圖形既浪費時間， 又很難畫得準確， 而利用多媒體則只需在課件中插入相應的三維圖像就可以了。還有一些冗長的概念或公式， 用多媒體展示一目了然， 省時省力。多媒體雖然為教學帶來了諸多方便， 但它并不能完全代替板書。比如， 具體的解題過程如果只寫在課件上， 那么學生就只是觀眾， 在觀看一道題怎么解答。而利用板書引導學生，在書寫每一步的時候讓學生思考下一步應該怎么做， 那么學生就是參與者了。定理或公式的推導也是同樣的道理。所以上課時要做到多媒體與板書的有機結合， 多媒體展示提綱和圖像， 板書書寫具體的解題和推導過程。

2.2 重視基礎知識的教學

要狠抓以基本概念、 基本理論、 基本方法為主的“ 三基” 教學。高等數學雖然看起來很難， 但它實際上是由很多基本概念和理論方法交織而成的。只有牢固地掌握基礎知識， 才能理解數學的精髓， 才能熟練的運用這些知識來解決復雜的生物信息學問題。對于基本概念， 要用盡可能通俗的， 形象的語言或直觀的圖像來解釋， 必要的時候也可以用實物演示。比如， 莫比烏斯帶的定義是單側曲面， 這個概念用語言很難形容， 但如果用一張紙條演示一下， 學生就完全理解了。對于基本定理， 一定要在黑板上寫下詳細的推導過程， 讓學生了解怎樣從一些已有的知識推導出一個新的結論， 這樣學生就不是在死記硬背定理的內容， 而是真的學會了。對于基本方法， 則要讓學生反復練習， 熟能生巧， 多做練習還會提高學生的計算能力。

2.3 注重課堂練習

在課堂上要堅持" 教師是主導， 學生是主體" 的教學原則，要做到精講多練、 勤練。每堂課都可能會講多個知識點， 多種類型題， 如果一味的填鴨式教學， 學生往往只是“ 懂了” ， 而不是“ 會了” 。所以在每一道類型題講完之后， 要立刻找一道相似的題目， 給學生一定的時間讓學生自己練習， 及時消化和掌握所學的知識， 并且要重視理論聯系實際， 將數學的知識應用到具體的生物信息學研究中去。比如， 介紹了矩陣的概念之后， 就可以向學生介紹基因芯片的制備、 基因表達譜的數據格式等內容， 將基因芯片檢測的全基因組范圍的基因表達信息用矩陣表示出來了， 矩陣的每一行代表一個基因在所有芯片實驗中的表達水平， 每一列代表在同一張芯片上所有基因的表達值， 這樣從一個矩陣就可以觀察到不同條件下每一個基因的表達變化了。除了每堂課都要讓學生有一定的練習之外， 在每一章或者每一個大問題結束之后還要開設習題課。在習題課上， 教師首先要總結這一部分所學的重要知識點以及它們之間的聯系， 使學生在思維中形成一個完整有機的知識體系， 整體的把握知識框架， 這比掌握零散的知識點更有效。其次， 對本部分每一種重點的類型題都找一兩道類似的題目講解， 使學生在記憶開始模糊的時候重新回憶起來， 從而牢固地掌握本部分內容， 為開始新的篇章打好基礎。

2.4 建立和諧的師生關系

高等數學是一門相對較難的學科， 學生在學習起來比較吃力， 這樣就容易形成逆反心理， 因此建立和諧的師生關系是達到良好教學效果的必要條件。首先， 師生之間是平等的，聞道有先后， 術業有專攻而已。這就要求教師在上課的時候不要高高在上， 要多多與學生交流， 在每一個知識點過后及時詢問學生是否理解， 如果沒理解就再講一遍。課下也同樣要走入到學生中去， 及時解答他們的問題， 還可以跟學生談一些與課程無關的東西， 拉近與學生的距離。只有切身體驗到他們的感受和需求才能更好的完成教與學的任務。

3 通過課后的練習鞏固高等數學課上所學的知識

根據艾賓浩斯遺忘曲線， 如果只是上課記住了， 課下就不再復習，那么所掌握的內容就會迅速遺忘。所以， 適量的課后作業是非常必要的， 幾道習題幾十分鐘就可以起到鞏固知識的作用。同時， 教師也可以根據自身的科研方向， 設計一些小的科研課題， 鼓勵和引導學生進行思考， 如何利用學到的高等數學知識去解決實際的生物信息學問題。此外， 教師對課后作業的批改同樣重要， 通過對每一份作業的仔細批閱， 找出學生犯錯的共性和個性問題， 在下堂課著重講解， 那么學生再遇到類似問題時就不會犯同樣的錯誤了。同時還要對做的好的學生給予表揚和鼓勵。

高等數學作為生物信息學專業的必修基礎課， 其教學效果的好壞直接影響到生物信息學人才的培養以及學科的建設， 而要提高高等數學的教學效果， 就要做到課前認真備課，課上利用多媒體與板書結合的教學手段， 重視基礎內容的教學與練習， 同時活躍課堂氣氛， 保持和諧的師生關系， 并在課后布置適量的課后作業。

參考文獻：

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[3] Michael S.Waterman.Applications of Combinatorics to Molecular Biology [M].Elsevier Science，1995.

作者簡介：朱南燕（1995.9—），女，漢族，重慶，現為四川大學輕紡與食品學院2013級食品科學與工程專業的本科，研究方向為：計算機和數學。