一流本科課程建設背景下交叉學科課程的教學改革探索

齊鑫

摘? 要：生物信息學是近年來迅速發展的一門新興前沿交叉學科，已成為本科院校生物技術專業重要的專業課程之一。一流本科課程建設對生物信息學的教學提出了新層次、高水平的要求。本文綜合分析了生物信息學課程目前的教學現狀，以建設一流本科課程、培養具有創新思維能力高素質人才為目標，從優化教學內容、改進教學方法、建設教學平臺及完善考評方式等方面對應用型本科生物信息學課程進行混合式教學改革的思路進行了探索和分析，為培養優秀的生物技術專業人才奠定基礎。

關鍵詞：一流本科課程? 生物信息學? 前沿交叉學科? 混合式教學? 教學改革

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2021）07（b）-0112-03

Exploration of the Teaching Reform of Interdisciplinary Courses under the Background of the First-Class Undergraduate

Courses Construction

——Taking Bioinformatics as an Example

QI Xin*

（School of Chemistry and Life Sciences， Suzhou University of Science and Technology， Suzhou， Jiangsu Province， 215011? China）

Abstract： Bioinformatics is a new frontier interdisciplinary subject with rapid development in recent years. It has become one of the important professional courses of biotechnology in undergraduate colleges. The construction of first-class undergraduate courses puts forward new and high-level requirements for the teaching of Bioinformatics. This paper comprehensively analyzes the current teaching situation of Bioinformatics course. Aiming at building a first-class undergraduate course and cultivating high-quality talents with innovative thinking ability， this paper explores and analyzes the idea of hybrid teaching reform of applied undergraduate Bioinformatics course from the aspects of optimizing teaching content， improving teaching methods， building teaching platform and perfecting evaluation methods， to lay a foundation for cultivating excellent biotechnology professionals.

Key Words： First-class undergraduate course; Bioinformatics; Frontier interdisciplinary; Hybrid teaching; Teaching reform

多學科交叉融合是當代科學技術發展的主要趨勢，也是高等院校學科和課程建設的重要方向。2019年10月，為了貫徹落實習近平總書記教育重要論述的精神，深化教育改革，教育部發布了《關于一流本科課程建設的實施意見》[1]，提出在“全面開展一流本科課程建設”的目標指引下，“建設一批中國特色、世界水平的一流本科課程，體現多學科思維融合、跨專業能力融合、多學科項目實踐融合，建設一批培養創新型、復合型人才的一流本科課程”。

生物信息學是一門新興的前沿交叉學科，旨在通過綜合運用生物學、數學、計算機科學、化學、信息學等多學科的知識，分析和研究生物問題[2]。近年來，隨著生物領域實驗技術的突破、計算機和信息技術的迅猛發展以及人類基因組計劃的實施，生物信息學的學科優勢逐漸凸顯，能夠以發展的、聯系的、系統的視角處理和分析大規模組學數據，探索復雜生命過程的奧秘，已成為現代生命科學領域中重要的前沿科學之一[3]。目前，生物信息學是大多數高等本科院校生物技術專業重要的專業核心課程，是培養學生跨學科綜合思維能力、創新創業能力的重要課程。因此，如何在一流本科課程建設的背景下，培養一流的復合型人才，對生物信息學課程的教學改革提出了新層次、高水平的要求。本文以蘇州科技大學生物信息學課程為例，積極探索建設生物信息學“線上線下混合式”一流課程的教學改革思路。

1? 生物信息學課程的教學現狀及問題

生物信息學是生命科學與信息科學等多學科交叉的新興前沿學科，其發展對傳統的教學方法和人才培養模式提出了重大的挑戰。面對打造一流“金課”的機遇與挑戰，生物信息學課程的教學現狀及問題主要包括以下幾個方面。（1）教學理念和學習理念滯后。一方面，教師未能注重基本理論知識與科學研究前沿相結合，不斷充實教學內容;另一方面，學生沒有改變“接受式”的學習習慣，不能將生物信息學與已學的生物化學和分子生物學等課程相聯系，做到融會貫通。（2）教學平臺和教學模式單一。生物信息學具有較強的實操性，需要通過實驗操作提高學生的實踐、應用和協作能力。目前，大多數普通本科院校尚未根據交叉學科的特點建立專業的生物信息學教學和實驗平臺。（3）教材建設不完善。由于生物信息學與前沿的信息技術聯系緊密，許多教材內容的更新速度不及生物信息學新技術、新方法的發展速度。（4）課程考核方式單一。目前，生物信息學課程的考核方式仍以考試為主，缺乏對教學效果和學習效果的過程性評價，未能對學生的實踐應用能力和創新能力進行充分考核。

2? 建設生物信息學一流本科課程的探索

隨著新一代信息技術的發展，“線上線下混合式”教學能夠將在線教學與課堂教學進行有機結合，激發課堂活力，已成為新的發展趨勢[4]。本文根據一流本科課程的建設目標，從課程教學內容、教學模式、平臺建設和考評方式等角度，對生物信息學“線上線下混合式”一流課程建設進行探索，注重知識傳授、能力培養與素質提升的有機融合。

2.1 緊密結合科研和實踐建立課程體系、優化課程內容

生物信息學作為新興且正在快速發展的前沿學科，課程建設應與科學研究、實踐應用緊密結合，根據科研和實踐需要不斷充實、深化教學內容，將科研成果及時向課程教學轉化，同時根據學生的反饋不斷調整、優化課程內容，在建設過程中逐步完善化、系統化，形成以功能基因組學、轉錄組學和蛋白組學為主線，以數據庫、算法和統計為核心，以生物信息學領域研究前沿為引領的課程體系，并按照專業基礎合理設置課程內容。

2.2 整合教學資源，優化“線上線下混合式”教學模式

生物信息學是生物與信息的有機結合，而生物技術專業的本科生計算機基礎相對比較薄弱，初學生物信息學相關算法和軟件原理等理論知識的熱情不高。為了激發學生的學習興趣，提高學生的理解能力，培養學生的創新思維能力，生物信息學課程教學可采用“線上線下混合式”教學方法[5]，對于本課程中的生物數據庫、序列比對、蛋白質結構預測與分析和高通量測序技術等部分的知識點，可采用課堂外自主學習北京大學開設的“生物信息學：導論與方法”MOOC課程的方式，拓展學生的知識面，強化學生主動學習的意識;對于基因預測與功能注釋、系統發生樹構建、轉錄組分析、蛋白組分析等內容，可采用傳統的課堂內理論教學的方式，在講解教學重點、難點時，可采用動畫展示，使教學內容變得直觀和生動;對于生物信息學數據庫搜索、多序列比對、系統發生樹的構建、蛋白質編碼基因功能注釋等內容，可采用課堂內實驗教學的方式，使學生在有限的學時內更好地掌握生物信息學的基本理論、分析方法等內容，并提高學生實踐操作能力。在整個生物信息學課程的教學過程中，注重以學生為中心提升教學質量，激發學生學習的自主性、教師和學生討論的互動性，使學生能夠有效利用所學知識對生物信息學的具體問題進行分析并解決。

2.3 面向多學科交叉融合，深化“引進來”和“走出去”產學研協同育人

生物信息學作為新興前沿交叉學科，其基礎理論問題有明確的應用前景，課堂教學需要注重基礎理論知識與先進信息技術相結合、基礎理論知識與科學研究相結合、基礎理論知識與生產應用相結合。為此，要加強國內外交流合作，探索“引進來”和“走出去”緊密結合的教學模式[6]。一方面，重視與國內外重要的功能基因組學科研單位和醫學研究單位等建立合作與交流關系，定期組織研討會，邀請國內外知名的生物信息學相關科學家、企業家和學者等做報告，與教師學生進行面對面的溝通與交流，讓學生了解生物信息學研究前沿的同時，用專家學者的魅力激發學生的學習動力、拓寬學生的視野、深化學生對生物信息學課程的認識。另一方面，為深化產學研協同育人，可以選拔部分學生走出校園，參加生物信息學相關的國內會議，并在實習過程中參觀基因組學、轉錄組學和蛋白組學相關的優秀生物公司，讓學生更好地了解生物信息學發展前沿，認識生物信息學領域的就業前景，激發學生對生物信息學的學習興趣和強烈的求知欲，增強社會責任感。

2.4 強化交叉學科實驗教學平臺的建設

生物信息學課程涉及生物學、計算機科學和數學等多個學科的內容，需要根據課程設置搭建生物實驗與計算機實驗相結合的交叉學科實驗教學平臺，為生物信息學課程的教學和科研提供重要的實驗平臺支撐，促進多學科知識點的相互滲透與相互融合。

2.5 構建多元化考評方式，創新課堂評價體系

課程的考核和評價是生物信息學教學的重要環節之一。對于“線上線下混合式”生物信息學課程，可結合學生的線上課程完成度、線下理論課程的課堂討論活躍度與期末考試成績、線下實驗課程的實驗報告成績等方面對學生的成績進行綜合評定。其中線上課程的完成度主要考查學生利用網絡資源對生物信息學研究內容和研究方法的自主學習能力;線下理論課程的課堂討論活躍度主要考查學生的學習熱情和聽課注意力，期末考試能夠綜合考核學生對基礎理論的掌握情況和知識應用能力等方面;線下實驗課程則主要考查學生對生物信息學數據庫、軟件和分析方法的掌握和實驗操作能力，進一步考查學生的實踐能力和思考能力。

3? 結語

多學科交叉融合是本科院校課程建設的重要方向，有利于培養創新型、復合型的一流人才。“線上線下混合式”生物信息學課程的教學改革探索是一流本科課程建設背景下前沿交叉學科課程進行改革的典型代表，是信息化課程教學改革的必然要求，也是培養學生思維能力、實踐能力和創新能力的重要環節。因此，本校生物信息學課程團隊從課程內容、教學模式、平臺建設和考評體系等方面，積極探索生物信息學“線上線下混合式”一流本科課程的建設，有效地促進了學生學習的自主性，提高了學生的實踐能力和創新能力，對培養一流的生物技術本科人才具有重要意義。

參考文獻

[1] 教育部關于一流本科課程建設的實施意見[J].中華人民共和國國務院公報，2020（5）：57-62.

[2] 易繼財.生物類專業生物信息學課程教學探索——華南農業大學生物類專業生物信息學課程的教改實踐與思考[J].安徽農業科學，2018，46（26）：231-233.

[3] 王康宇，李曉玲，王志英.生物技術專業生物信息學課程的教學研究[J].現代交際，2019（8）：173-174.

[4] 王利，苑丁杰，伍先明.一流本科課程建設背景下液壓與氣壓傳動課程“金課”建設探索[J].內燃機與配件，2020（3）：259-261.

[5] 屈曉超，卞燦，任力，等.信息化背景下“生物信息學”混合式教學模式研究[J].高校生物學教學研究：電子版，2020，10（3）：29-34.

[6] 孔軍.“引進來”與“走出去”：《民俗學》教學模式創新研究[J].漢字文化，2020（12）：21-23.