目標導向驅動的生物信息學的課程設計實踐

李杰

摘要：生物信息學不僅是一門科學學科，更是一種重要的研究開發平臺與工具，特別是在此次特殊環境的防控中發揮了重要的作用。冠狀病毒基因組組裝、基因注釋、病毒溯源、細胞受體確定、潛在藥物發現等過程中，生物信息學都可以發揮重要作用。本論文通過將學生需要學習的生物信息學知識，有機融入冠狀病毒相關的研究背景中去，希望激發學生學習興趣，使學生主動投入到服務社會、報效祖國的行動中去，在擔當中歷練，在盡責中成長。

關鍵詞：生物信息學;在線課堂;云戰疫

生物信息學可以通過對生物學實驗數據的獲取、加工、存儲、檢索與分析，達到揭示數據所蘊含的生物學意義從而解讀生命活動規律的目的。生物信息學不僅是一門科學學科，更是一種重要的研究開發平臺與工具。它是今后進行幾乎所有生命科學探索，包括生物醫藥研究開發所必需的重要推手，只有基于生物信息學對大量已有數據資料的分析處理所提供的理論指導，我們才能選擇正確的研發方向;同時，只有選擇正確的生物信息學分析方法和手段，我們才能正確處理和評價新的實驗數據并得到準確的結論。

生物信息學課程一般具有網絡資源的依賴性、學科的前沿交叉性及較強的動手操作和實驗設計性，這對特殊環境下的在線學習提出了新的挑戰和更高的要求。本論文通過將生物信息學知識按照從淺入深，由易到難進行梳理，同時兼顧中心法則和最新的冠狀病毒的相關研究內容，對本課程教學內容進行了有一定創新性的設計和編排。

一、目標導向的內涵及其綜述

目標導向理論大多與我國近些年的教育改革實踐中提到的模式有著很大的關聯性。主要是指在泰勒教學模式以及行為主義哲學的基礎上對教育目標進行確定。在高校各個學科之中，目標導向法已經成為學者們尤為關注的重要內容。美國學者馬里蘭大學管理學兼心理學教師艾德文通過一系列的研究，將人的認為劃分成為目標導向行為、目標行為以及見解行為三種。這種理論已經被世界各國企業所運用，尤其是在員工激勵方面有著較為顯著的效果，極大地提升了企業管理的效率以及員工的工作積極性。目前，對于兩種目標導向的解釋主要是有兩種。在教育學科之中，目標導向最多可以追溯到20世紀。在這場運動中，泰勒對于學校所講解的課程進行研究，然后對教育目標進行確定，并對學生、社會以及相關學科的專家進行研究，從而收集相關的資料以及成果，并且由教育哲學以及學習理論兩個方向進行篩選。在教育學家布魯納看來，目標還可以針對三大領域來談，即認知、情感以及動作技能。這三個領域又可以細化成為不同的階段。在管理學理念下，高效管理需要在明確目標的前提下，保證行動的協調性以及一致性，進而是組織成員的思想、行動實現統一。

由此看來，無論是在何種學科之中，目標導向理論都需要包含前提、方向、主體等內容。具體來講，目標導向中的目標主要是針對計劃實施來提的，它是行動過程中的重要指引方向。

二、目標導向的具體分類

根據教育需求的不同，目標導向也可以劃分成為不同的種類。其中比較常見的主要有以下幾種。首先是課程目標導向。課程是教育的核心。我國教育的目的是為了培養學生的創新精神以及實踐能力，因此在制定課程的時候，更應貼近生活、生產的實際。在教學過程中除了讓學生掌握基本的技能以外，還需要培養他們健全的人格，從而適應社會未來的變化。其次，是教學目標導向。教學目標導向主要是圍繞三個內容展開的，即培養什么樣的人才、為誰培養、如何培養。這三個問題直接貫穿于整個教育階段。因此，教學目標是教育開展的重要航標。然后是評價目標打破想。這里面談到的評價是指較為綜合的一種判斷以及測量，它涉及的內容很多，比如評定、評估提及考評。因此教學活動存在著多樣化的特點，所以評價的主體比較復雜。最后是激勵目標導向。激勵目標是保證教育改革的重要因素之一。激勵目標是建立在學生需要的基礎上，激發他們學習的積極性。

三、生物信息學的重要性

在生物學之中，對于并對的研究是一大熱門，這不僅僅是生物學方面的事情，更是人類身體健康以及醫療水平進步的重要方式。在病毒研究中各界科研工作者努力踐行“科技報國”的使命，紛紛投身病毒科研攻關工作。在這場科技攻關戰中，其中生物信息學分析扮演著重要角色。生物信息技術是分析冠狀病毒的生物特性、遺傳和變異分子機理的重要手段，也可以為疫苗的研發提供預測和篩選的計算支持。在病毒診斷方面，目前還是以測序診斷為主，生物信息技術需要將病毒的序列信息識別出來，并進一步分析其是否存在功能性變異。在疫苗研制方面，需要篩選出真正具有免疫原性的病毒抗原核酸序列，利用核酸序列來表達位于病毒表面上的蛋白以及該蛋白上識別人體細胞受體的一段區域，誘導宿主產生免疫應答，產生病毒中和抗體，以達到預防的目的。總的來說，冠狀病毒基因組組裝、基因注釋、病毒溯源、細胞受體確定、潛在藥物發現等過程中，生物信息學都發揮了重要作用。

四、目標導向課程設計的必要性

本課程全名為《生物信息學與生物數據挖掘》課程，是生物制藥、生物工程專業選修課程，共3學分，其中理論32學時，實驗16學時。本課程的教學對象為生物工程專業大一學生、生物制藥專業大二學生，他們剛完成了對大學生活的初步適應，從一開始的懵懵懂懂到現在開始接觸有一定難度的專業課程，需要做好引導，既要講好課讓學生學會應該掌握的知識技能，也要保護好學生的求知欲和上進心。特別是當下比較流行的網上授課，對學生的自律提出很大挑戰，部分學生容易產生懈怠心理，降低對自身的要求。

通過前期對學生的了解，絕大部分學生都有一定的計算機操作基礎，但是只有極少部分同學有一定的編程經驗，統計學和分子生物學等相關的背景知識較弱，這就對教學內容提出了一定的要求，既要滿足學生的學習欲望，又要合理設定課程難易度，使學生能順利完成課程目標。

五、目標導向的課程設計方案

（一）課程目標設計

本課程分別設立了三個課程目標，分別對應分析工具的掌握、生物信息學內涵的理解以及培養實際問題的解決能力。課程目標1：通曉計算機相關Linux/Unix操作系統，了解R語言等計算機編程語言;課程目標2：理解生物信息學的內涵，對于生物數據的產生有一定了解，能夠熟練運用生物信息分析軟件和數據庫;課程目標3：掌握數據建模、統計和算法分析能力的生物學和計算機復合應用型專業技能。

（二）課程教學內容設計

如圖1所示，我們將生物信息學知識按照從淺入深，由易到難，同時兼顧中心法則和冠狀病毒的相關研究內容，對本課程教學內容進行了有一定創新性的設計和編排。將課程教學內容劃分為九個模塊，每個模塊安排2-6個理論學時，同時基本每個模塊安排一次實驗，實現理論和實踐能力的同步提高。為了使學生學有所用，學有所思，學有所得，我們設計了以下八個綜合性實驗訓練項目：NCBI生物數據庫的使用、R語言編程入門、病毒基因序列的氨基酸組成分析、雙序列比對與非同義突變位點分析、病毒基因結構注釋與基因序列分析、多重序列比對與系統進化樹構建、病毒基因組組裝、病毒與宿主相互作用的基因表達數據分析。

（三）考核方案設計

本課程的學生成績由平時成績和期末成績兩部分組成，其中平時成績占總成績的70%，期末成績占總成績的30%。平時成績由實驗評估（30%）、作業（30%）和課堂表現（10%）綜合評定。

（四）教學組織形式

利用騰訊課堂直播、藍墨云、QQ群等網絡工具相結合的綜合性在線課堂教學手段，結合線下教學進行講課和實驗演示，以藍墨云和QQ群為輔，主要用于答疑、作業和實驗報告的上傳與批改。

（五）教學材料設計

教學內容緊密圍繞最新的冠狀病毒相關研究展開，采用大量已發表的SCI論文和在微信公眾號發表過的有價值的科普文章。本課程提供了PPT、相關論文、公眾號文章以及可參考的R語言編程代碼等材料，數量充足，質量較高，能有效幫助學生達成學習目標和拓展學習。

當前社會發展以及經濟進步最為關鍵的便是科學技術，尤其是在當前國內外形勢緊張的背景下，很多生物信息研究人員積極投身科研攻關任務，將生物信息學的作用發揮得淋漓盡致。通過目標導向的課程設計方式，希望能加深同學們對生物信息學數據分析相關科研工作重要性的體會，提高學生愛國敬業的熱情，以及對自身專業的認可和歸屬感。

參考文獻：

[1]任斐，申姍姍.生物信息學網絡課程設計初探[J].河南科技學院學報，2021（06）：83-84.