農林院校生物技術軟件操作課程建設探索

楊璞 馮佰利

【摘 要】論文以西北農林科技大學農學院《常用生物技術軟件操作》課程的內容、教學方法、教學環節、考核體系等方面存在的問題為案例進行剖析，分析了建設該課程的必要性。結合課程教學實際，確立了課程建設目標與建設思路。具體包括從更新完善教學內容、建設網絡教學平臺、建立課程教學方法體系、建立教學效果評價體系、建立輔導答疑制度、建立和完善素材庫等六方面提出了改革和建設思路。通過課程改革，旨在建設一門具有綜合應用型課程，通過課程學習使學生的科學、系統思維能力和綜合應用知識能力得到提高，并為其它綜合應用型課程的建設提供理論參考。

【關鍵詞】生物技術軟件;課程建設;課程網絡教學平臺;素材庫

【基金項目】西北農林科技大學教學改革項目（JY1703004）。

【中圖分類號】G43 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）19-000-02

《常用生物技術軟件操作》是在遺傳學、基因組學、生物信息學等學科基礎上發展起來的一門新型綜合應用課程。目的是培養學生綜合應用知識的能力。通過課程的學習，激勵學生學習的主動性和創新性，提高學生分析和解決問題的能力。將基因組學和生物信息學等相關學科結合極大促進了作物學研究。目前，國內作物學發展水平較高的單位均在基因組學研究領域取得了重大進展或突破，其中基因組學、生物信息學、遺傳學多學科知識的綜合應用功不可沒。目前，在農學類學生的實際科研中，也需要將多門學科知識進行綜合應用，對學生數據分析能力和軟件操作水平都提出了較高的要求。但是，農學院各專業開設的與生物技術有關的課程多偏向于理論學習，缺少實踐環節。開設常用生物技術軟件操作課程能在一定程度上改善這種狀況，為將理論知識應用于實踐提供了紐帶。鑒于此，西北農林科技大學農學院從2014年開始籌建《常用生物技術軟件操作》課程，目前已建設完成并完成多次教學任務。

一、目前農林院校生物技術軟件操作類課程現狀和問題

（一）學生綜合能力對影響課程學習效果

常用生物技術軟件操作是一門綜合應用型實驗課程，要想取得較好的學習效果，需要學生有較強的專業基礎知識和較強的英語學習能力。

1.深厚的專業基礎知識

常用生物技術軟件操作高度強調學生的數據分析能力和結果解讀能力，要求學生深入掌握前置課程。只有這樣，學生才能知道上課的內容“是什么”，相關軟件“做什么”和自己該“怎么做”。然而課程理論學習時間只有8-10學時，內容卻涵蓋遺傳學、基因組學、蛋白組學和生物信息學等。絕大多數學生此前沒有深入學習過相關內容，會對后期的實驗課造成一定影響。如何在有限的課時內提升學生數據分析和結果解讀能力，是本課程需要解決的一項關鍵問題。

2.需要較強的專業英語應用能力

生物技術軟件的手冊和文獻多用英語表述，需要學習者有較強的專業英文閱讀能力，否則很難成功自主學習。多數學生前期缺乏系統訓練，短期內大幅提升專業英文資料的理解應用能力，是一項艱巨的挑戰。因此，在教學中采取何種方式引領學生提高自學能力，是本課程需要探究的又一關鍵問題。

（二）缺少與授課內容貼合的教材

常用生物技術軟件操作課程的基本形式是講授關鍵節點的理論知識及其實際應用。學生通過完整的課程學習，能夠對解決常用農業生物技術軟件的操作有較為完整的把握。然而，通過系統調研，國內未見有同類課程開設，也未見有相應教材出版。本課程的前置課程教材的數量和類型均十分豐富，然而均為系統講授理論知識，實踐環節少，與本課程相關的內容不突出，而且沒有很好結合農學學科特色。鑒于此，在課程建立之初，學院便組織相關教師查閱文獻、反復討論，結合科研實際制定了課程標準和教學大綱。為了保證教學效果，任課教師需依據課程標準和教學大綱，結合各自科研經驗和學科進展來把握教學內容。

（三）課程內容體系需不斷完善

到目前為止，課程已順利運行2年，各位授課教師結合實際教學問題不斷完善教學內容和授課形式，目前課程的內容體系已建立完成，能夠滿足大部分學生實際科研需要。但該門課程仍存在兩個重要問題：

1.課程內容體系需與時俱進

課程具有應用屬性，為學生科研能力的培養服務。課程前置學科內容的更新直接影響到本課程內容。比如，CRISPR-Cas9技術是在2012年以后才迅速崛起的技術，但在課程建立之初，該技術不成熟。目前該技術已漸趨穩定，使用該技術的科研人員也越來越多，有必要將其加入到課程內容中。高通量測序數據的分析也是類似情況。相反，對于使用人數逐漸減少或過時的內容需要即使更新或淘汰。

2.實驗項目需不斷調整優化

常用生物技術軟件操作課程是立足于眾多前置課程，這些前置課程不斷發展、完善促進生物技術學科越來越完善。比如，針對遺傳連鎖分析，先后開發了Mapmaker、Joinmap、QTL ICIMapping等軟件。在課程教學過程中，在新軟件出現后需要對課程內容進行相應調整，以淘汰舊知識，引進新技術。如何對常用生物技術軟件操作的教學內容進行完善和補充，在實際教學中能更好地培養學生的思維能力的和數據分析能力是課程教學過程中需要持續關注的內容。

（四）缺少教學和學習素材

與缺少合適教材相對應，常用生物技術軟件操作課程缺少必要的教學和學習素材。課件、視頻、參考資料、軟件、示例數據、習題作業等網絡素材資源等均需從頭開始建設。

（五）缺少針對該課程的教學輔導方法

常用生物學軟件操作過程要建立在對相關概念深度理解的基礎上進行。僅僅能熟練掌握軟件操作已屬不易，如果還需對操作之外的問題進行分析解決。憑借短短幾個學時的訓練很難達到目的，需要學生反復練習。在學生自學和復習的過程中如果有輔導和答疑環節將大大促進學習效果。目前，主動聯系老師咨詢問題的學生，但數量較少。輔導答疑環節不足，制約了學習效果，需要老師和學生共同努力，完善答疑環節。

（六）學習內容多與課時數不足之間存在矛盾

按照現行課程標準，本課程包含了8個領域常用軟件的使用，每一章均涉及到常用的軟件1-2種，學時分配為：8學時理論課和32學時實驗課。實際上，這較難保證學生學會全部課程內容。同時，隨著新軟件的不斷更新推出，課程內容必須不斷擴展更新，教學要求提升與課時不足的矛盾逐漸突出。

二、課程建設的難處及建設內容

（一）課程建設采取的思路

1.教學硬件平臺的建設

由于是新開課程且性質特殊，課程建設任務繁重。首先須完善課程基本要素建設，具體包括：建設和完善課程內容，壯大教學隊伍，對課程介紹、教學大綱、教學日歷、重點難點及參考資料目錄等教學活動必需資源進行系統整理、匯編。完善課件、參考資料、軟件、示例數據素材、習題作業等素材資源，建設網上學習系統。探索網絡教學模式，改進教學效果、提升學生數據分析能力。

2.教學軟件平臺的建設

（1）堅持理論講授與實踐操作結合：課程內容按軟件的功能劃分模塊，按模塊講授理論知識，然后讓學生動手操作。使學生在理論知識上實現“講中學”，學生理論學習的基礎上實踐操作，教師針對學生的相關問題重點講解，實現“學中講”。

（2）課堂講授與課后自學相結合：由于課時有限，在內容講授上需抓大放小，課堂上講授基本軟件和基本操作，學生課下再舉一反三，在網上擴展學習同類軟件和功能。

（3）完善教學環節：學生在課堂上進行理論學習和實踐操作，在課下進行網絡自學，在此基礎上，設置輔導答疑環節，保證學生能夠真正掌握知識。

（二）課程建設措施及內容

課程建設由西北農林科技大學農學院牽頭發起，由多位骨干教師參與，積極探索、多方努力，積極聽取專家意見，緊扣課程建設目標，嚴抓課程建設質量，目前已完成了課程各環節的必需要素。

1.建設完善教學內容

依托教學大綱并不斷修改和完善，目前課程內容共40學時（8學時理論+32學時實驗）。理論課程8章，實驗項目9項，涵蓋了遺傳連鎖圖構建、數量性狀基因定位、關聯分析、序列分析、基因預測、蛋白質特征結構域分析、跨膜結構域分析、系統進化分析主要軟件的操作。針對部分軟件版本和算法不斷更新、部分新出現的學科和軟件以及部分過時和需淘汰的軟件，課程組的策略是定期修改課程標準，以保證課程的活力，能趕上科研發展的需要。目前課程組正在將課程相關素材進行整理完善，擬編寫出版教材。

2.建設完善網絡教學平臺

網絡學習是學生學習的重要環節，網絡學習平臺是本課程不可或缺的重要陣地。團隊從課程介紹、教學大綱、教學日歷、重點難點、教學課件、電子教案、案例素材、參考資料目錄、網上答疑等9個方面建設網上學習平臺。具體措施如下：按照《國家級精品資源共享課建設技術要求》撰寫課程介紹、教學大綱和教學日歷。按照課程結構和知識體系整合完善教學內容，確定課程重點和難點，并制作教學課件和電子教案。結合農學具體科學問題，錄制軟件操作微視頻。編寫重要軟件的中文說明，內含軟件的詳細操作步驟和案例分析。

3.探索建立教學方法體系

常用生物技術軟件操作大部分實驗都是綜合性的，為了保障教學效果，我們從多個維度上對教學方法進行設計和優化，保證學生的學習效果。首先，在教學團隊上，堅持術業有專攻，選擇有操作經驗的教師授課。在教學形式上：堅持“理論結合實際”、“課上結合課下”，通過理論課的學習知道“為什么”，通過操作課的學習知道“怎么做”，通過課堂學習掌握基本能力，然后通過網絡學習進行鞏固提升。在組織形式上：避免零敲碎打，授課教師在教學內容的設計上整體把握，注意章節之間的銜接和內容的邏輯性。上課時以某一農作物的具體問題入手，借助一個大的研究流程，將不同章節研究內容對應到不同科研環節，使學生在學習之初便對相關知識間的關系有一個明確的認識。在教學環節上：除了課堂教學、網絡教學和答疑環節之外還增加了實踐環節。具體做法是將學生根據興趣分成不同的組，分配給相關授課教師，授課教師指導學生進行證實實驗數據分析，促進學生科學研究能力的形成。

4.建設完善學習效果評價體系

由于生物技術軟件操作課程涵蓋范圍廣、涉及軟件多、參數多、模型多、需要的基礎知識多，課程應用屬性強，通過閉卷考試無法全面反映學生的學習效果。需要建立靈活、多元化的評價體系才能客觀展示學生的學習效果。目前課程考核采用的方式是：平時考核和期末考查相結合。平時考核項目包括：（1）課堂出勤情況;（2）對學生進行隨堂測試并打分;（3）對學生在實踐環節的表現打分。期末考查主要是根據課程理論知識設定幾個大范圍，學生選擇自己感興趣的內容擬定具體題目，查閱文獻，撰寫研究報告，，教師對學生撰寫論文的命題、寫作、格式、規范性等方面綜合考評并打分。本課程采用的評價方案淡化了理論知識的記憶，強化了對理論知識的應用和實際動手能力，與課程設置的初衷相對應。

5.建立輔導答疑制度

本課程授課教師均設置了教師答疑郵箱和手機，學生課后可以與老師聯系。QQ群和微信群也被用來作為答疑途徑。此外，網絡教學平臺也有答疑功能，教師和學生可以同時在線交流，相關信息選課學生均可見。教師還可以通過網絡平臺及時發布任何與教學有關的信息更新、課件和資料上傳、作業發布等信息。通過以上所列的所有途徑，保證學生在課后及時與老師交流，解決問題，提高學習效率，強化學習效果。

6.更新完善素材庫

常用生物技術軟件操作課程，涉及到的軟件類型多，形式多樣。課程不斷完善課程教學素材庫。對于重要軟件，對每個知識單元錄制一段5-25分鐘的短視頻，展示軟件操作過程，涵蓋關鍵的軟件操作步驟。網上現有的視頻也被引入數據（下轉第頁）（上接第頁）庫中，最終實現視頻資料對教學內容的全覆蓋。目前絕大多數生物技術軟件，和其操作手冊均為英文展示，不便于學生學習，課程建設過程中對每一個軟件均編寫中文手冊，并附加操作結果和對結果的解讀。此外，還廣泛收集了研究案例數據，為學生自學提供素材。通過對案例數據的分析，進一步保證學生學習能力的提高。

三、展望

常用生物技術軟件操作課程的設立是一種新的嘗試和探索，力求將學生學習的科學知識和科研實際結合起來，提高學生對知識的實際運用能力，以適應農業生產方面的科研、開發和管理等工作的需要。同時，通過課程學習能提高學生自學能力，提高學生的科學、系統的思維能力，使學生綜合能力得到提高。課程建設以內容建設為基礎，教學方法體系和教學效果考核體系建設為核心，網絡教學平臺建設為輔助，多種措施齊頭并舉。探索激發學生學習主動性、創造性和提高學習效果的方法。目前課程建設已初具成效，形成了一套適合農學專業發展的培養學生綜合應用能力的課程教學方法，相關結果能夠為其它課程的建設提供經驗。

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通訊作者：楊璞，男，博士，講師，西北農林科技大學農學院。