“雙創”教改背景下生物信息學課程考核方式改革與實踐

范丙友 賈小平 郭麗麗 侯小改

[摘 要]生物信息學是一門新興的交叉學科，以往期末采用的閉卷筆試考核方式存在諸多弊端。在“雙創”教改背景下，基于混合式課程教學模式，課程組綜合利用現代教育技術，重點講授應用性較強的生物信息學實踐分析方法，將生物信息學課程的考核方式改為課程大作業，學生一人一題獨立完成課程大作業，顯著提升了學生生物信息學分析技能及創新創業能力。文章還規劃了未來3年生物信息學課程考核方式的新目標。

[關鍵詞]生物信息學；創新創業；課程考核；改革與實踐

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）11-0101-03

20世紀80年代末，伴隨著人類基因組計劃的啟動和實施，生物信息學這門交叉學科應運而生[1]。基于“厚基礎、寬口徑、重實踐、求創新”的人才培養指導思想，我校自2006年起在生物科學、生物技術等專業中開設了生物信息學課程，目的是培養本科生生物信息學上機實踐操作的技能，提升其創新創業能力，以使其適應未來工作和學習的需要。生物信息學課程開設初期，課程考核采用了期末閉卷筆試的方式，題型主要為名詞解釋、填空、選擇、簡答、問答及計算題等。課程組經過多年實踐發現，閉卷筆試這種考核方式的弊端越來越突出，其考核結果無法真實地反映出學生掌握生物信息學上機實踐操作技能的優劣程度，亟待進行課程考核方式的改革與實踐。

2015年5月4日，國務院辦公廳印發了國辦發[2015]36號文件，即《關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》，提出高等學校創新創業教育改革的9項任務和措施，其中一項任務為改革教學方法和考核方式。在“大眾創業、萬眾創新”教育改革的浪潮下，革新生物信息學課程考核方式，培養本科生的實踐操作能力和創新創業能力，勢在必行。課程組為此對生物信息學課程考核方式進行了改革，經過連續3年的改革與實踐，獲得了較好的教學效果。

一、生物信息學課程閉卷考核方式的弊端

生物信息學課程考核由期末考試和平時考查兩部分組成。期末考試采用閉卷筆試方式，比重為總成績的70%；平時考查成績占總成績的30%，其中出勤情況、作業情況和上機操作各占10%。教學實踐證明閉卷筆試考核存在多種弊端[2]。

第一，根據布魯姆的分類法[3]，認知教學目標有六項即知識、理解、應用、分析、綜合、評價（圖1）。閉卷考試題型為名詞解釋、填空、選擇、簡答、問答及計算題，考核內容以概念、原理、推理等知識和理解為主，考核沒有上升到應用、分析和綜合及評價層次。

第二，閉卷考核延續了舊有的應試教育模式，導致學生只重視分數而不重視能力，出現“高分低能”現象，影響了學生綜合能力和素質的提高，這與“雙創”的人才培養目標是極度不符的。

第三，閉卷考試僅僅強調了課程考核的評價功能，而忽視了教與學過程中兩方面的相互促進功能，無法及時地反饋教學過程進而提升教學的效果。

第四，由于采用了終結性考核方式，容易造成學生平時學習松懈，到期末搞突擊，考試結束后學生很容易遺忘靠死記硬背的知識，不利于學生實踐操作能力及創新創業能力的培養。

二、生物信息學課程大作業考核方式的改革舉措

課程考核方式改革應能促進學生自主學習，有利于學生創新能力的培養，反過來還可以促進教學方法的改革，從而充分調動教師和學生兩方面的主動性和積極性。課程組對生物信息學課程考核方式的改革主要圍繞如何培養學生的學習能力及創新能力來進行。

生物信息學是理論實踐性都很強的課程，二者結合十分緊密[4]。在生物信息學課程講授過程中，主講教師重點培養學生的生物信息學分析技能，提升學生的創新創業能力。為了全面考查學生的生物信息學分析技能，課程組將生物信息學課程的考核方式由期末閉卷筆試改為課程作業方式。

在每學期開課之初，主講教師將大作業布置給學生，要求學生綜合應用所掌握的生物信息學分析技能對所分析的序列進行綜合的生物信息學分析。為了防止學生之間相互抄襲，要求每名學生分析互不相同的一條核酸及其編碼的蛋白質序列，若發現2名學生分析的序列相同，二者的大作業成績均被判為0分。

生物信息學實踐教學相對于理論教學更具直觀性、驗證性、綜合性、啟發性和創新性[4]。為了分階段逐步培養本科生的生物信息學實踐操作能力，課程組將大作業分析內容分割成5個獨立的上機實踐操作小作業，在每個章節學習完成后，將小作業布置給學生，學生獨立完成后提交至課程網絡平臺，教師批改后實時反饋給學生。

三、生物信息學教學內容的革新

課程組選用了英文原版教材Bioinformatics For Dummies，結合主講教師承擔的科研課題及提升本科生創新創業能力的培養目標，每年更新并優化教學內容。生物信息學課程涉及的分析方法、分析技術與分子生物學的理論、實踐緊密相關，再加上在線的生物信息學分析界面均為英文，因而學生在學習過程中普遍存在畏難情緒。問卷調查顯示，32.1%和64.2%的學生認為該課程“特別難”或“有點難”；77.4%的學生的學習困難在于“生物信息學分析界面為英文，不太理解分析結果的英文含義”，而37.7%的學生的學習困難在于“生物學基礎較差，不太理解分析結果的生物學含義”。課程組通過激發學生的學習興趣，著重提升學生的分子生物學理論基礎及專業英語閱讀技能，幫助學生逐步建立起學習的興趣和自信心[5]。為了培養學生的生物信息學上機實踐操作能力和綜合分析技能，在教學過程中課程組重點演示了應用性較強的生物信息學實踐分析技能，如核酸和蛋白質序列數據庫、蛋白質3D結構數據庫、PubMed文獻數據庫的格式及查詢方法，核酸及蛋白序列BLAST分析，核酸和蛋白質雙序列比對、分子系統進化樹的構建，mRNA序列的ORF預測、DNA序列外顯子—內含子預測、啟動子順式元件在線預測、核酸序列BanKIt在線提交方法，蛋白物理化學特性及3D結構的預測等。另外還重點講授了PCR引物設計軟件Primer Premier 5.0、核酸序列離線提交軟件Sequin、分子系統進化樹構建軟件MEGA 5.0的使用方法等，培養學生應用生物信息學分析軟件的技能。

四、生物信息學開展混合式課程教學

為了應對生物信息學課程大作業考核方式的變革，課程組摒棄了傳統的灌輸式教學方法，采用啟發式、討論式等教學方法，開展了混合式課程的教學改革與實踐[6]，全面提升教學效果。基于我校網絡教學中心提供的硬件和軟件技術支持，在專業技術人員的指導下，課程組搭建了生物信息學課程網絡平臺，為混合式課程教學改革奠定了較好的基礎。目前已上傳課件PPT、生物信息分析軟件、課程講授過程中分析應用的序列材料、課程視頻、專業英語詞匯、作業參考模板、英文文獻等共約152份教學材料。經過3年的建設和應用，生物信息學課程網站（http：//wljxzx.haust.edu.cn/meol/jpk/course/layout/newpage/index.jsp？courseId=14584）點擊量接近2萬次，排行我校所有課程第1名（圖2）。學生通過課前的在線學習、課堂聽講、課后登錄課程網站對照視頻完成課程作業并在線提交，教師在線批改作業后學生可及時獲取作業的完成情況，學生對照教師的反饋信息對作業進行完善。通過訓練，逐步提升了學生生物信息學上機實踐操作和綜合分析的技能。

五、現代教育技術在教學過程中的應用

課程開設初期，由于教室內電腦無法接入外部互聯網，主講教師在講解核酸和蛋白質序列數據庫查詢、BLAST分析、核酸序列Bankit在線提交、蛋白質物理化學性質預測、蛋白質3D結構預測等在線生物信息學分析時，只能采用靜態演示的方式，學生無法直觀地觀看生物信息學分析的流程。近年來，學校對多媒體教室的教學設備進行了更新和完善，教室內的電腦可以直接接入外部互聯網，在教學過程中通過教師的操作和實時分析，應用多媒體設備可將序列查詢、BLAST分析、蛋白質三維空間結構預測等生物信息學分析過程動態地展示，有利于學生課后獨立地上機操作。

目前，很多課堂都面臨著“低頭族”的難題，問卷調查顯示，當對老師講授的內容不感興趣時，35.9%的學生會選擇“在課堂上看手機”消磨時間。提高課堂效率是提升教學效果的關鍵。智慧教學工具雨課堂軟件安裝簡便，利用PPT和微信APP即可讓師生產生更多互動，教與學更加便捷。教師應用雨課堂軟件可將PPT課件提前推送到學生手機；課堂上學生通過彈幕進行師生互動并可實時答題。雨課堂覆蓋了課前、課上、課后的每一個教學環節，較之填鴨式單向的教學方式，更有利于有效提高教與學之間的互動性。

在教學過程中，主講教師指導學生組建了課程學習小組，通過微信群學習小組成員之間可以進行交流并分享課程的疑問和理解，變被動學習為主動學習，打破了教師講學生聽的舊有教學模式。

六、生物信息學課程考核方式改革的教學效果

2016-2017學年第2學期生物科學專業大作業成績分布柱狀圖見圖3，其中優秀率達21.0%，良好率達16.1%，中等率達19.3%，及格率為32.3%，而不及格率為11.3%。這表明56.4%的學生較好地掌握了生物信息學上機實踐操作能力和綜合分析的技能，而11.3%的學生尚未掌握課程相關技能，總評后有2名學生的成績未達60分，需要重修該課程。盡管生物信息學課程采用了大作業的考核方式，但其考核標準并未下降，學生平時不認真完成小作業或者臨時拼湊提交課程大作業并不能“混”到課程學分。

問卷調查顯示，98.1%的學生認為“生物信息學課程培養的是生物信息學分析技能，大作業考核方式更加合理”，表明學生非常認可生物信息學課程大作業考核的方式。采用大作業這種考核方式，一方面，學生在學習過程中不必花大量時間去死記硬背概念性和理解性的知識，而把重點放在了生物信息學實踐操作技能的提高上，有效地提高了學生的動手分析能力和創新能力；另一方面，也促使教師在教學過程中，注重從創新創業能力培養的角度進行課堂教學的設計，不斷提升生物信息學課程的教學質量和水平。據不完全統計，通過學習生物信息學課程，3年來生物科學、生物技術專業有近50名學生 的畢業論文與生物信息學相關，有20余名學生考上了中科院、“985”“211”高校生物信息學領域的研究生，10余名學生到生物信息學領域的公司就職。3年來，課程組通過生物信息學課程考核方式的改革與實踐，教學效果得到進一步提高，顯著提升了學生創新創業的能力。

七、生物信息學課程考核方式改革深化規劃

生物信息學課程考核方式改革雖然取得了階段性的研究成果，但還存在諸多問題。未來3年課程組將對生物信息學課程考核方式進一步改革，改革的具體目標如下：

1.基于我校網絡教學中心提供的硬件網絡設施和軟件環境，搭建生物信息學在線開放課程平臺[7]，制定學生學習過程的考核標準，大規模上線視頻教學資源，基于學生登錄在線開放課程網站的次數、觀看視頻的時間及回答問題的具體情況，確定學生的學習過程成績。

2.搭建生物信息學在線測試評價平臺。在每一章節學習完成后，在線測試學生對知識的掌握和理解情況。

3.優化生物信息學小作業測試評價平臺。在每一章節學習完成后，布置上機實踐操作小作業，學生完成后在線提交作業、教師在線批改小作業，考核學生生物信息學分析技能的掌握情況。

4.與時俱進，優化生物信息學課程大作業的考核內容。基于生物信息學學科的發展動態，每年對生物信息學課程大作業進行適當優化和更新。鼓勵對生物信息學有濃厚興趣的學生，基于完成的大作業撰寫學術論文，經指導教師修改后投稿至相關期刊發表。

5.開展生物信息學總評成績構成及權重研究，構建適合于我校生物科學和生物技術專業生物信息學課程的考核方式。

課程組下一步將基于建立的課程大作業考核方式，應用搭建的在線開放課程平臺，采用啟發式、討論式等教學方法，側重生物信息學實踐操作分析的講解，引導學生注重平時的學習過程，開展生物信息學畢業論文的設計和訓練[8]，重點培養學生生物信息學上機實踐操作技能，從而提升學生創新創業的能力和素養。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 賀林.解碼生命：人類基因組計劃和后基因組計劃[M].北京：科學出版社，2000.

[2] 潘承怡，段鐵群，解寶成.“創新設計方法”課程考核方式改革研究[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2016（3）：38-39.

[3] ADAMS N E.Blooms taxonomy of cognitive learning objectives[J].Journal of the Medical Library Association Jmla，2015（3）：152.

[4] 范丙友，賈小平，胥華偉，等.生物信息學課程教學改革與探索[J].大學教育，2013（16）：61-62.

[5] 范丙友，楊 敏，賈小平，等.《生物信息學》雙語教學改革及實踐[J].教育教學論壇，2015（46）：125-126.

[6] 郭麗，胡棟，王俊.新型混合式生物信息學教學模式研究[J].新課程研究（中旬刊），2016（1）：36-38.

[7] 劉鶯，周麗，劉凱，等.在線開放課程建設的研究與實踐：以湖南農業大學“信息論基礎”課程為例[J].河北農業大學學報（農林教育版），2016（2）：106-108.

[8] 高亞梅，韓毅強，劉金文.生物信息學學生創新能力培養體系的探索與實踐[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2016（6）：78-79.

[責任編輯：龐丹丹]