高校課程翻轉課堂學習平臺建設及應用實踐

解增言 浦丹 袁帥

[摘 要] 課程平臺是課程實施翻轉課堂的有力保證，目前的公共慕課平臺并不能完全滿足課程的個性化需求。專門為生物信息處理技術課程搭建的課程平臺包含課程所需的文字材料、課件、教學視頻等資料，并提供過關游戲式的練習、測試等功能，在該課程翻轉課堂的實施過程中發(fā)揮了重要作用。

[關鍵詞] 生物信息學;翻轉課堂;學習平臺

[基金項目] 2017年度重慶郵電大學教改項目（XJG1715）;2019年度重慶市教改項目（193103）;2020年度重慶郵電大學“金課”課程建設項目（XJKXX2020-06）

[作者簡介] 解增言（1976—），男，山東臨沂人，博士，重慶郵電大學生物信息學院講師，主要從事生物信息學、進化基因組學研究;

浦 丹（1987—），女，云南宣威人，博士，重慶郵電大學生物信息學院副教授，主要從事生物信息學研究;袁 帥（1976—），男（土家族），湖南永順人，博士，重慶郵電大學生物信息學院教授，主要從事生物信息學研究。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）38-0199-02? ? [收稿日期] 2020-07-12

一、引言

生物信息學是伴隨著人類基因組計劃的實施而興起的一門交叉學科，其研究內(nèi)容包含了生物學、計算機和數(shù)學等領域[1]。大量的基因組測序計劃及轉錄組、蛋白質(zhì)組、代謝組等組學研究產(chǎn)生了海量的生物學數(shù)據(jù)，如何處理和分析這些數(shù)據(jù)成為生物信息學領域的核心任務。生物信息學研究中常用的編程語言有Perl和Python，數(shù)據(jù)分析語言有R語言等。由于大部分生物學數(shù)據(jù)是文本數(shù)據(jù)，而Linux命令可以方便、高效地處理這些文本數(shù)據(jù)，同時Linux還可以利用Shell腳本整合上述編程語言，因此Linux操作系統(tǒng)成為生物信息學數(shù)據(jù)處理的核心平臺。目前幾乎所有的生物信息學工具和軟件都有Linux版本，Linux成為生物信息學專業(yè)學生必須掌握的專業(yè)基礎技術。因此，重慶郵電大學生物信息學院為該院的生物信息學專業(yè)設立了“生物信息處理技術”課程。該課程是一門技術性、實踐性很強的課程，要求學生通過大量的練習熟練掌握常用的Linux命令和基本的Shell腳本編程技術，以及如何利用這些技術處理大量的生物學數(shù)據(jù)。由于學生對課程內(nèi)容接受能力存在差異，經(jīng)典的大水漫灌式的課堂教學方法并不能滿足所有學生的需求。所以從2016-2017年第二學期開始，該課程實施教學方式改革，采用了翻轉課堂教學方法[2]。為了更好地實施翻轉課堂教學，我們專門為該課程開發(fā)了一個學習平臺，該平臺不但包括課程所有知識點的文本資料、課件、教學視頻，還有包含近600道題目的題庫，以及針對每個知識點的過關游戲式的練習。平臺的建設，為課程翻轉課堂教學的實施提供了有力的保障。

二、課程學習平臺設計及開發(fā)

根據(jù)課程內(nèi)容特點和實施翻轉課堂的要求，平臺從前端和后端兩方面進行了詳細的設計，并利用最流行的Linux+Apache+MySQL+PHP平臺和網(wǎng)站架構開發(fā)。

1.平臺設計。（1）前端設計。網(wǎng)站頁面的整體包括橫幅圖片（banner）、菜單（menu）、內(nèi)容（content）和底部信息欄（footer）四部分。不同的頁面，只有內(nèi)容部分不一樣，其它三部分保持一致。另外，在橫幅圖片上還包括用戶免費注冊和登錄的入口。網(wǎng)站的菜單是用戶瀏覽信息的主要入口，平臺的菜單項包括：首頁、生物信息學、Linux、動手實驗、資料下載、擴展學習和幫助等欄目。網(wǎng)站首頁的內(nèi)容是整個平臺的內(nèi)容核心和主要入口，包括三個部分：我要學習，鏈接到學習內(nèi)容頁面，學習內(nèi)容包括緒論、Linux常用命令、VI編輯器、Shell腳本編程基礎和應用實例五個部分;我要練習，鏈接到練習頁面，每個練習包括數(shù)目不等的關卡，上一關通過了才出現(xiàn)下一關的題目;我要測試，鏈接到自主測試頁面，學生可以自主測試學過的內(nèi)容，也可以由老師發(fā)起考試。其中的我要練習和我要測試需要注冊登錄后才能打開鏈接。生物信息學頁面介紹生物信息學的概念、研究內(nèi)容和常用技術等。Linux頁面介紹Linux的特點、常見發(fā)行版和主要應用領域。動手實驗頁面包括課程8個實驗的實驗目的、實驗環(huán)境、實驗原理、實驗內(nèi)容實驗報告要求等部分。資料下載頁面包括課件、實驗指導、實驗報告模板和課程相關軟件的下載鏈接。擴展學習頁面的內(nèi)容為需要學生了解的、與課程相關但在教材中沒有詳細介紹的資料，如tree命令、字符編碼等。幫助頁面的內(nèi)容為網(wǎng)站介紹、系統(tǒng)要求、使用方法、版權說明及站內(nèi)查詢等。平臺用戶有三種類型：系統(tǒng)管理員、教師和學生。不同用戶登錄后在用戶中心分別顯示不同的內(nèi)容：管理員可以添加教師和部分網(wǎng)站內(nèi)容;教師可以查看學生信息、添加授課計劃、往題庫添加題目、自主組卷、發(fā)起在線考試、查看學生考試成績;學生可以查看學習內(nèi)容、登錄后練習和自主測試、參加在線考試、查看考試成績以及查看學習和練習的進度。其中的學生用戶可以免費自由注冊。這樣的用戶分類設計既保證了系統(tǒng)的安全，又滿足了每類用戶不同的功能需求。（2）后端設計。后端設計是實現(xiàn)前端設計的基礎和保障。后端設計主要包括兩部分：網(wǎng)站文件組織和數(shù)據(jù)庫設計。網(wǎng)站文件組織：網(wǎng)站的主要文件包括前端每個菜單項對應的文件，以及每個網(wǎng)頁中的鏈接對應的文件，如每個知識點的網(wǎng)頁文件。另外，根據(jù)模塊化設計原則，網(wǎng)頁的頭部（包括橫幅圖片及菜單）和尾部（底部信息欄）設計為獨立的文件，然后在每個網(wǎng)頁中加以引用，避免代碼重復。用戶登錄、注冊功能也有對應的網(wǎng)頁文件。根據(jù)內(nèi)容與格式分離的原則，網(wǎng)站的格式設置包含在一個CSS文件中，并在網(wǎng)站頭文件中加以引用。所有圖片包含在一個目錄中。下載文件集中存放在一個目錄中，并按不同類型分類存放。數(shù)據(jù)庫設計：數(shù)據(jù)庫共包括24個表，分別為學習內(nèi)容、練習內(nèi)容、練習命令、學習進程、練習進程、單選題、多選題、填空題、判斷題、調(diào)查、教師、教學計劃列表、教學計劃內(nèi)容、考試內(nèi)容、考試結果、題目回答情況統(tǒng)計和用戶信息等，每個表根據(jù)實際需求確定字段類型和主鍵、外鍵。

2.平臺開發(fā)實現(xiàn)。平臺后端用PHP語言開發(fā)，數(shù)據(jù)庫用MySQL實現(xiàn)，前端用HTML+CSS開發(fā)，其中學生的學習進度、練習進度及成績查詢等頁面用JavaScript及JQuery和ECharts庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化。所有開發(fā)均在Linux下進行，網(wǎng)站服務器用Apache搭建[3]。

三、學習平臺應用

平臺包括124個知識點的超文本文字材料、課件和教學視頻，99個游戲過關式練習題以及由591道單項選擇題、不定項選擇題、填空題和判斷題組成的題庫。課程后臺記錄的學生練習和測試情況，為教師了解學生對每個知識點的掌握情況提供了翔實的數(shù)據(jù)，從而可以在課堂上有針對性地講解課程的重點和難點。平臺自2017年上線起，已在教學中使用3個學期，目前平臺上已有近500名注冊用戶。在教學過程中，教師共組織在線考試12次。該系統(tǒng)目前已從校內(nèi)平臺遷移到阿里云服務器（網(wǎng)址www.linuxstudio.cn），并對所有用戶開放，可以為用戶提供更好的使用體驗。課程在外網(wǎng)上線后，校內(nèi)外用戶都可以注冊使用，為校外用戶使用該平臺提供了便利。生物信息處理技術課程目前還在學銀在線慕課平臺上線，但本平臺提供的游戲過關式練習等功能更受學生歡迎，是公共慕課平臺有益的補充。

四、結語

目前已有學堂在線、中國大學MOOC、智慧樹、超星爾雅等公共慕課平臺，提供大量的在線課程供選擇學習。但這些平臺提供的測試和練習功能使用不便，并缺乏趣味性，教師對于新功能的需求也很難得到滿足。本平臺的建設，為個性化課程平臺開發(fā)提供了一次有益的探索和嘗試。在以后的課程中，我們還會根據(jù)課程需要和學生的反饋持續(xù)更新平臺內(nèi)容，添加簡答題等新的題型，完善平臺功能，將其打造成一個學習Linux和生物信息學數(shù)據(jù)處理技術的公共平臺。

（課題組成員：馬明月，李映紅）

參考文獻

[1]張春霆.生物信息學的現(xiàn)狀與展望[J].世界科技研究與發(fā)展，2000（6）：17-20.

[2]解增言，馬明月，曾垂省，等.生物信息學專業(yè)的Linux課程翻轉課堂教學實踐[J].教育信息化論壇，2019（6）：137-138.

[3]李楊.構建基于Linux、Apache、MySQL、PHP平臺的網(wǎng)站[J].電子技術與軟件工程，2015（4）：20.

The Construction and Application Practice of Flipped Classroom Learning Platform in College Courses

XIE Zeng-yan，PU Dan，YUAN Shuai

（School of Bioinformatics，Chongqing University of Posts and Telecommunications，Chongqing 400065，China）

Abstract：A course platform ensures the implementation of a flipped classroom.While public MOOC platforms cannot fulfil all the requirements of a class.The platform specially built for Bioinformatics Data Processing Technique course provides users with PPTs，teaching videos，game-like exercises，tests and other materials.It plays an crucial role in the teaching of this course.

Key words：Bioinformatics;flipped classroom;learning platform